特種設(shè)備無(wú)損檢測(cè)技術(shù)探討

武魯疆 周升銀 韋鴻起 武雅偉

摘要：特種設(shè)備在中國(guó)工業(yè)發(fā)展進(jìn)程上發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，加強(qiáng)對(duì)這些設(shè)備的質(zhì)量控制，能夠讓工業(yè)得到更好的發(fā)展?；诖耍疚木吞胤N設(shè)備無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。

關(guān)鍵詞：特種設(shè)備;無(wú)損檢測(cè);技術(shù)

1 特種設(shè)備無(wú)損檢測(cè)概論

特種設(shè)備是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平的代表，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)裝備。特種設(shè)備是指在生產(chǎn)和生活中廣泛使用的鍋爐、壓力容器、電梯、起重機(jī)械等設(shè)備和設(shè)施，具有在高溫、高壓、高空、高速條件下運(yùn)行的特點(diǎn)。特種設(shè)備重大事故通常會(huì)對(duì)人身、財(cái)產(chǎn)、環(huán)境等造成巨大傷害和損失，所以“安全”二字必須擺在首要位置。在特種設(shè)備使用過(guò)程中，很多重大事故的觸發(fā)點(diǎn)有可能是一個(gè)很不起眼的隱患。目前，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)包含諸多不同的檢測(cè)方法，不同方法使用的儀器不同，存在的安全隱患也各有特點(diǎn)。為了更好地防范特種設(shè)備事故的發(fā)生，必須充分了解檢測(cè)方法中各環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，做到最優(yōu)化、合理化的管理。

2 特種設(shè)備無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的必要性

無(wú)損檢測(cè)作為特種設(shè)備檢驗(yàn)中最為關(guān)鍵的技術(shù)，不僅是具有成本低、高效率等優(yōu)勢(shì)，其可以在不損壞特種設(shè)備的情況下進(jìn)行檢測(cè)，所得到的檢測(cè)結(jié)果也較為準(zhǔn)確，值得大范圍推廣。近幾年來(lái)，無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)在特種設(shè)備中的應(yīng)用不斷增加，相應(yīng)的問(wèn)題也逐漸突顯出來(lái)，一些技術(shù)細(xì)節(jié)需要得到優(yōu)化，尤其是在先進(jìn)技術(shù)發(fā)展水平上和發(fā)達(dá)國(guó)家還存在較大差距。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要包括以下幾種：射線檢測(cè)、超聲檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、紅外檢測(cè)、渦流檢測(cè)等等，需要根據(jù)設(shè)備的實(shí)際需求，綜合考慮檢測(cè)工況特點(diǎn)，選擇出最合理有效的檢測(cè)方法。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在承壓特種設(shè)備的檢驗(yàn)檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用，但每種檢驗(yàn)檢測(cè)方法都有其適用條件，如射線檢測(cè)RT對(duì)金屬焊接缺陷有較高的檢出率和準(zhǔn)確性，顯示直觀，定性定量準(zhǔn)確，而在較大厚度下超聲檢測(cè)UT相對(duì)檢出率更高，同時(shí)對(duì)一些面積性缺陷的定量定位明顯優(yōu)于射線檢測(cè)，但定性困難;磁粉檢測(cè)MT在鐵磁性材料的表面缺陷和近表面缺陷有較高的檢出率;而滲透檢測(cè)PT更適合于非多孔性材料的表面開(kāi)口缺陷的檢驗(yàn)檢測(cè);渦流檢測(cè)ET則是適用于金屬導(dǎo)電材料型材、比如管材的高效檢測(cè)。所以在實(shí)際應(yīng)用中，還需要針對(duì)具體工件和相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)制定科學(xué)有效的檢驗(yàn)檢測(cè)工藝方法。近幾年來(lái)，特種設(shè)備中新型材料應(yīng)用不斷增加、設(shè)備結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜，對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)提出了更高的要求，需要在實(shí)施檢測(cè)前制定出詳細(xì)的檢測(cè)工藝，明確其中的檢測(cè)要求。以超聲檢測(cè)探頭的選取為例，需要對(duì)所有的探頭進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證，但這種方式并不現(xiàn)實(shí)，也不合理。

3 特種設(shè)備無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

3.1 射線檢測(cè)仿真技術(shù)

射線檢測(cè)是特種設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛的一種，可以穿透特種設(shè)備和內(nèi)部物質(zhì)發(fā)生作用，穿透物質(zhì)的射線會(huì)將被檢測(cè)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、成分信息傳遞給探測(cè)器，檢驗(yàn)檢測(cè)人員根據(jù)接收到信息判斷缺陷情況。比如：射線照相檢測(cè)技術(shù)利用膠片的黑度反映射線強(qiáng)弱變化，以此判斷缺陷的具體信息。但在這個(gè)過(guò)程中需要綜合考慮到射線源類型、電壓、電流以及曝光時(shí)間、透照方式、焦距、探測(cè)器等。尤其是在一些厚度較大、構(gòu)造復(fù)雜的特種設(shè)備中應(yīng)用，需要調(diào)節(jié)的參數(shù)較多，想要將射線源、照射時(shí)間等參數(shù)調(diào)整到最佳狀態(tài)極為困難，但是借助仿真軟件可以讓工作效率得到真正的提高，找到最佳檢測(cè)參數(shù)。相應(yīng)的信息內(nèi)容也會(huì)被永久保存，為下一次的檢測(cè)工作提供參考，射線檢測(cè)技術(shù)常用在管道對(duì)接焊縫缺陷問(wèn)題檢測(cè)上，先利用CIVA建立檢測(cè)過(guò)程模型，在完成環(huán)境模擬仿真的基礎(chǔ)上，設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，完善配置相應(yīng)的連續(xù)射線譜。需要設(shè)置的參數(shù)包括：?jiǎn)坞A、計(jì)算焦距、選擇透照方式、設(shè)置曝光時(shí)間、添加各類型缺陷等，生成高質(zhì)量仿真圖像，進(jìn)而研究不同檢測(cè)參數(shù)下對(duì)缺陷結(jié)果的影響，優(yōu)化參數(shù)配置，制定出較完善的檢測(cè)工藝，切實(shí)降低檢測(cè)難度、提高效率。

3.2 超聲檢測(cè)仿真技術(shù)

超聲檢測(cè)也是特種設(shè)備中常見(jiàn)的檢測(cè)方式，在檢測(cè)焊縫內(nèi)部缺陷和的人力無(wú)法接觸的內(nèi)表面裂紋，被檢測(cè)材料會(huì)將超聲波反射、折射、衍射、散射出去，根據(jù)接收換能器對(duì)超聲波信號(hào)的處理分析、確定相應(yīng)的缺陷材料信息。以特種設(shè)備中T型管道焊縫為例，其極容易出現(xiàn)未熔合、未焊透等危險(xiǎn)性缺陷，嚴(yán)重威脅著特種設(shè)備運(yùn)行安全。如果想要盡早發(fā)現(xiàn)缺陷，就要根據(jù)檢測(cè)面、探頭等參數(shù)進(jìn)行確定，從以往的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，聲束應(yīng)盡可能與焊縫接頭中的主要缺陷向垂直。這種要求在無(wú)形之中增加了工藝難度。但是借助CIVA仿真平臺(tái)中可以模擬特殊幾何構(gòu)建內(nèi)超聲波傳播聲場(chǎng)的功能，就可以得到T型管焊縫超聲探頭掃查路徑模擬圖，包括探頭類型、掃查方式，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題。以承壓設(shè)備典型母材缺陷的相控陣CIVA仿真與檢測(cè)工作為例，考慮到被檢測(cè)物為復(fù)合板結(jié)構(gòu)，因此選擇多層次材料構(gòu)建形成結(jié)合模型，針對(duì)厚度、密度、縱速聲波進(jìn)行設(shè)計(jì)，另外采用了一維線型陣列0°探頭，利用16個(gè)晶片進(jìn)行掃查，圖1為復(fù)合板CIVA模型。

采用單點(diǎn)深度聚焦的方式進(jìn)行聲場(chǎng)計(jì)算，在不考慮波形轉(zhuǎn)換、表面反射波、底面反射波等情況，以此保證計(jì)算的簡(jiǎn)易可行性，經(jīng)計(jì)算縱波的聲場(chǎng)，結(jié)合實(shí)際仿真計(jì)算結(jié)果，確定探頭的設(shè)置是否可以滿足缺陷檢測(cè)要求。超聲仿真包括聲束傳播計(jì)算和聲束與缺陷或工件之間的相互作用（底面回波、表面回波、設(shè)備效應(yīng)和陰影效應(yīng)）。超聲仿真可以模擬整個(gè)檢測(cè)過(guò)程：脈沖回波、串列掃查或TOFD檢測(cè)，對(duì)不同的探頭、工件和缺陷檢測(cè)做出預(yù)判，從而進(jìn)一步完善檢測(cè)工藝。

3.3 電磁檢測(cè)仿真技術(shù)

磁粉檢測(cè)也是無(wú)損方法的一種，其和渦流檢測(cè)統(tǒng)稱為電磁檢測(cè)，渦流檢測(cè)主要是基于電磁感應(yīng)完成的，非常適合導(dǎo)電材料，導(dǎo)體自身各種變化都會(huì)引起渦流變化，繼而幫助工作人員更好的判定導(dǎo)體性質(zhì)和狀態(tài)CIVA仿真軟件不僅可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部電場(chǎng)仿真，也能夠完成單探頭或者是陣列探頭檢測(cè)缺陷的仿真。常見(jiàn)的渦流仿真模塊主要有Field Computation模塊和Defect Response模塊兩種，前者常用于內(nèi)部電磁場(chǎng)進(jìn)行仿真，后者則可以對(duì)缺陷響應(yīng)進(jìn)行模擬仿真。但無(wú)論是渦流還是磁粉檢測(cè)都會(huì)受到客觀因素的影響，因此并沒(méi)有得到普遍推廣，但是在材料表層或者表面涂層上的檢測(cè)時(shí)，電磁檢測(cè)技術(shù)效果較優(yōu)。目前，在很多管狀材料中應(yīng)用廣泛。但不同特種設(shè)備上管道存在較大差異，因需要根據(jù)不同類型的情況，確定具體的檢測(cè)工藝。借助CIVA先建立仿真模型，設(shè)置探頭類型、擺放路徑、掃查路徑、激勵(lì)頻率等參數(shù)，進(jìn)而分析缺陷長(zhǎng)度、深度等數(shù)據(jù)指標(biāo)，對(duì)比分析仿真結(jié)果和實(shí)際檢測(cè)，找出最佳檢測(cè)工藝。隨著陣列探頭技術(shù)不斷成熟，遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)，會(huì)在特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)中進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，國(guó)家特種設(shè)備無(wú)損檢測(cè)技術(shù)取得了重大進(jìn)展，在此基礎(chǔ)上借助仿真軟件對(duì)檢測(cè)工藝進(jìn)行指導(dǎo)優(yōu)化開(kāi)發(fā)，讓各類檢驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)得到進(jìn)一步完善。CIVA仿真軟件在多種無(wú)損檢測(cè)方法中都可以得到應(yīng)用，和實(shí)際檢測(cè)的結(jié)果差異不大，這對(duì)完善無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，提高檢測(cè)技術(shù)水平具有深厚應(yīng)用價(jià)值和助推意義。

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