無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在特種設(shè)備檢驗(yàn)中的應(yīng)用

杜崇磊

內(nèi)蒙古自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院赤峰分院 內(nèi)蒙古赤峰 024000

盡管在生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中都會(huì)使用承壓特種設(shè)備，但是由于特種設(shè)備在運(yùn)行時(shí)溫度、壓力等因素，會(huì)造成設(shè)備的不穩(wěn)定，而且還會(huì)產(chǎn)生大量的有毒、有害等氣體，特種設(shè)備運(yùn)行時(shí)，需要工作人員按照流程科學(xué)操作，避免在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)安全事故。目前，在對(duì)特種設(shè)備行業(yè)中的鍋爐、壓力容器、壓力管道等承壓設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，一般會(huì)采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)具有檢測(cè)精度高、破壞性小等優(yōu)勢(shì)。但是在應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)時(shí)， 需要根據(jù)設(shè)備的實(shí)際情況，采用針對(duì)性的方法，才能提升檢測(cè)的精度，保證在檢測(cè)時(shí)準(zhǔn)確查找設(shè)備存在的問(wèn)題，以此制定解決方案。

1 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在特種設(shè)備中應(yīng)用的重要性

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是在不損傷被檢測(cè)物使用性能和形態(tài)的前提下，通過(guò)測(cè)量因物質(zhì)內(nèi)部缺陷或組織結(jié)構(gòu)差異引起的物理量變化，了解和評(píng)價(jià)被檢測(cè)材料、產(chǎn)品和設(shè)備構(gòu)件的性質(zhì)、狀態(tài)、質(zhì)量以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)等的一種特殊檢測(cè)技術(shù)。

它在檢測(cè)過(guò)程中不但能檢測(cè)出設(shè)備中存在的缺陷，還能保證不影響到特種設(shè)備的質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，人們對(duì)特種設(shè)備的要求越來(lái)越高。因此，特種生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)不斷提升質(zhì)量，在特種設(shè)備中充分發(fā)揮無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的無(wú)損傷、高靈敏等優(yōu)勢(shì)。此外，在高應(yīng)力、高溫以及高循環(huán)載荷等復(fù)雜惡劣條件下和惡劣環(huán)境中工作的零部件或構(gòu)件等，僅利用一般的外觀檢查、尺寸檢查和破壞性抽檢等方式已經(jīng)不能滿足要求，需要充分應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)全面檢查材料的內(nèi)外部。目前，特種設(shè)備的檢測(cè)方法有很多，不同檢測(cè)方法的用途也不同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況具體選擇，以保證特種設(shè)備質(zhì)量。

2 無(wú)損檢測(cè)應(yīng)用的目的

特種設(shè)備可以分為承壓類和機(jī)電類兩大類，前者更多主要應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，如：鍋爐、壓力容器、壓力管道等，后者在日常生活中較為常見(jiàn)，如：電梯、客運(yùn)索道、廠（場(chǎng)）內(nèi)車輛以及大型游樂(lè)設(shè)施等。由此可見(jiàn)，特種設(shè)備在我們現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展、生產(chǎn)生活中做出了巨大的貢獻(xiàn)，并且得到了廣泛應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也難免會(huì)出現(xiàn)損傷或者缺陷，如果缺少系統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)和檢測(cè)體系，那么會(huì)在無(wú)形之中給設(shè)備使用者與使用環(huán)境下的周邊人員帶來(lái)危險(xiǎn)。然而一些傳統(tǒng)的檢驗(yàn)檢測(cè)方式有可能對(duì)受檢設(shè)備造成二次傷害，甚至干擾到特種設(shè)備的正常運(yùn)行。如硬度試驗(yàn)、金相檢驗(yàn)等。而無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以在不損傷被檢對(duì)象的前提下完成檢驗(yàn)，無(wú)疑是對(duì)特種設(shè)備檢測(cè)的最佳選擇[1]。無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用可以達(dá)到如下目的：

第一，保證產(chǎn)品質(zhì)量。借助儀器和相關(guān)器材，可以發(fā)現(xiàn)目視無(wú)法發(fā)現(xiàn)的內(nèi)外部宏觀缺陷。無(wú)損檢測(cè)可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行100%檢驗(yàn)和逐件檢測(cè)，為產(chǎn)品質(zhì)量提供有效保障。

第二，保障使用安全?？梢詫?duì)在用設(shè)備和部件進(jìn)行定期檢驗(yàn)，保障使用過(guò)程的安全與穩(wěn)定。

第三，改進(jìn)工藝。在產(chǎn)品工藝試驗(yàn)中，對(duì)工藝試樣進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果改進(jìn)工藝，確定理想的工藝。

第四，降低生產(chǎn)成本。在產(chǎn)品過(guò)程的適當(dāng)環(huán)節(jié)正確地進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，防止以后的工序浪費(fèi)，減少返工，降低廢品率，從而降低成本。

3 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)與方向

無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用特點(diǎn)：

（1）要與破壞性檢測(cè)相結(jié)合。由于無(wú)損檢測(cè)各項(xiàng)目具有的局限性，不是所有的需要測(cè)試的項(xiàng)目和性能都能進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，這種局限性可能來(lái)自方法本身，也可能來(lái)自被測(cè)試對(duì)象的形狀、位置等客觀條件的不允許，所以某些試驗(yàn)只能采用破壞性檢驗(yàn)。

（2）正確選用無(wú)損檢測(cè)的時(shí)機(jī)。必須根據(jù)無(wú)損檢測(cè)的目的,正確選擇無(wú)損檢測(cè)的時(shí)機(jī),從而順利地完成檢測(cè)預(yù)定目的,正確評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量。

（3）正確選用合理的無(wú)損檢測(cè)方法。每種無(wú)損檢測(cè)方法都有局限性，不能適用于所有工件和缺陷。為了增加試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，需要根據(jù)試樣的特性（材料、結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、類型、形狀、位置、取向等）選擇合適的試驗(yàn)方法。所謂充分性，是指在考慮產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)可行性的同時(shí)，保證足夠的安全性，選擇的檢測(cè)方法是準(zhǔn)確合理的，而不是單方面追求最高的檢測(cè)靈敏度[2]。

3.1.4 綜合應(yīng)用各種無(wú)損檢測(cè)方法

每種無(wú)損檢測(cè)方法均有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，不能適用于所有工件和缺陷。因此，在對(duì)某試件確定無(wú)損檢測(cè)方案時(shí)，在綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和效率的前提下應(yīng)盡可能采用多種無(wú)損檢測(cè)方法，以保證方法間的互補(bǔ)，從而獲得更多的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和缺陷信息。

除應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)方法獲得產(chǎn)品信息外，還應(yīng)充分利用其它有關(guān)產(chǎn)品的材料、焊接等加工工藝和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等多方面的信息，這類似于醫(yī)學(xué)的會(huì)診，交叉學(xué)科進(jìn)行綜合分析判斷。這一點(diǎn)對(duì)于大型和重要工件的無(wú)損檢測(cè)尤為重要。

4 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在特種設(shè)備檢驗(yàn)中的應(yīng)用

4.1 射線檢測(cè)技術(shù)

射線檢測(cè)技術(shù)是應(yīng)用在起重機(jī)械的常見(jiàn)檢測(cè)技術(shù)，在檢測(cè)過(guò)程中需要利用x射線穿透被檢測(cè)的起重設(shè)備，然后根據(jù)穿透時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)具體判斷設(shè)備的運(yùn)行情況。在起重機(jī)械中，焊接材料占有十分重要的地位，所以為了保證起重機(jī)械的穩(wěn)定性，就一定要嚴(yán)格保證焊接材料質(zhì)量，確保所使用的材料符合設(shè)備的使用要求。而且焊接材料本身也要具備均勻性與一致性的優(yōu)勢(shì)，并且保證焊接材料的技術(shù)參數(shù)達(dá)到國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上方可利用x射線進(jìn)行穿透檢測(cè)。具體的檢測(cè)方式為判斷在特定時(shí)間內(nèi)設(shè)備同等材料所產(chǎn)生的穿透時(shí)間是否一致，如果時(shí)間一致，則代表設(shè)備內(nèi)部穩(wěn)定合格；如果時(shí)間數(shù)值不等，則代表在起重機(jī)械內(nèi)部存在著質(zhì)量問(wèn)題。但射線檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍相對(duì)有限，在焊接缺陷的檢測(cè)中如電弧焊、電渣焊、氣焊、氣體保護(hù)焊上應(yīng)用準(zhǔn)確性較高，但在鍛件、釬焊、鋼板、鋼管、摩擦焊上應(yīng)用準(zhǔn)確性較弱，并不適合。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，射線檢測(cè)技術(shù)能夠讓檢測(cè)人員直觀地發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題，確認(rèn)缺陷的性質(zhì)、尺寸甚至數(shù)量及相對(duì)位置，尤其是在缺陷較大、具有局部厚度差的情況下，檢測(cè)較為容易，而如果是對(duì)裂紋、裂縫類面積性缺陷，射線透照方向選擇不當(dāng)時(shí)（成90°夾角垂直透照），效果明顯減弱，甚至難以檢出。在這里須說(shuō)明的是，射線檢測(cè)使用的射線種類主要是X射線、γ射線、中子射線等，其特點(diǎn)的是不可見(jiàn)光，具有超強(qiáng)穿透力同時(shí)有電離輻射作用。所以對(duì)工件和無(wú)機(jī)物來(lái)說(shuō)，它是“無(wú)損檢測(cè)”，然而對(duì)有機(jī)物和人體來(lái)說(shuō)，它并非“無(wú)損”：它能殺傷生物細(xì)胞，造成電離輻射傷害。這一點(diǎn)很大程度上限制了它的應(yīng)用。盡管如此在我國(guó)20世紀(jì)工業(yè)生產(chǎn)中，無(wú)損檢測(cè)廣泛應(yīng)用了射線照相法。其射線探傷方法除照相法（包括層析照相）外，還有透視法（熒屏顯示）和工業(yè)射線電視法等。

兩種新型檢測(cè)技術(shù)或?qū)⑷〈鷤鹘y(tǒng)射線膠片技術(shù)的趨勢(shì)：

①計(jì)算機(jī)射線照相（CR）是指將射線透過(guò)工件后的信息記錄在成像板上，經(jīng)掃描裝置讀取，再由計(jì)算機(jī)生出數(shù)字化圖像的技術(shù)。②數(shù)字平板射線檢測(cè)（DR），則是以數(shù)字化的面陣探測(cè)器（非晶硅X射線探測(cè)器）作為射線信號(hào)檢測(cè)器，吸收射線光子經(jīng)晶體轉(zhuǎn)換屏轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光，其信號(hào)再由非晶硅光電二極管轉(zhuǎn)換成電荷，形成的電荷不斷累積由薄膜晶體管TFT集成電路讀出，并完成模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，最終顯示于數(shù)字顯示器上[3]。

4.2 超聲波檢測(cè)技術(shù)

超聲檢測(cè)（UT）是一種基于超聲波，通過(guò)兩種介質(zhì)界面之間的反射以及折射進(jìn)行檢測(cè)，能夠有效地識(shí)別工件的缺陷、幾何形狀以及對(duì)應(yīng)的力學(xué)性能等等。通常借助發(fā)射超聲波實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力容器無(wú)損檢測(cè)。超聲波檢測(cè)具有安全可靠、快速、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用在復(fù)合材料、金屬以及非金屬檢測(cè)。但超聲波操作復(fù)雜，對(duì)檢測(cè)對(duì)象具有一定的要求，因此具有一定的局限性。

超聲波在介質(zhì)中的傳播方式隨振源在介質(zhì)中振動(dòng)方向與聲波傳播方向不同分為縱波、橫波和表面波。A型脈沖反射法超聲波探傷原理是利用超聲波通過(guò)兩種介質(zhì)的界面時(shí)發(fā)生反射和折射的特性來(lái)探測(cè)零件內(nèi)部的缺陷。超聲波探傷方法按波的傳播方式分為脈沖反射波法和透射波法。脈沖反射波方法使用來(lái)自脈沖發(fā)生器的電脈沖來(lái)激發(fā)探針晶體以產(chǎn)生超聲波脈沖。超聲波以特定的速率傳播到零件中。遇到缺陷的波被反射得到一個(gè)缺陷波，剩余的波繼續(xù)傳播到零件的底面，然后被反射得到一個(gè)底波[4]。探頭接收發(fā)射波、缺陷波和底波，放大后顯示在熒光屏上。

基于常規(guī)超聲檢測(cè)，借助計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)與新材料研究的技術(shù)進(jìn)步，最近20年不斷研發(fā)成熟應(yīng)用的幾種超聲檢測(cè)新技術(shù)如相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)——PAUT（相控陣超聲波檢測(cè)Phased Array Ultrasonic Testing）與AUT(全自動(dòng)超聲波檢測(cè)Automated Ultrasonic Testing)、TOFD（衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)技術(shù)Diffraction time difference ultrasonic testing technology）、導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)、異種金屬焊縫的超聲檢測(cè)技術(shù)等被不斷應(yīng)用于石油化工的長(zhǎng)輸管道集輸、軍工、核能設(shè)備生產(chǎn)中，代表了目前超聲檢測(cè)新技術(shù)的發(fā)展方向。

4.3 磁粉探傷技術(shù)

磁粉檢測(cè)借助工件缺陷以及相應(yīng)的材料進(jìn)行探傷。正常工件與存在缺陷的工件之間表現(xiàn)的漏磁效應(yīng)不同，磁粉聚集較多的位置說(shuō)明該位置存在缺陷，從而形成對(duì)比度相對(duì)較高以及磁粉明顯的痕跡，可以有效地判斷檢測(cè)對(duì)象的情況。在磁粉探傷技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，需要仔細(xì)檢測(cè)卷?yè)P(yáng)機(jī)對(duì)側(cè)和近側(cè)之間的裂紋，裂紋檢測(cè)在卷?yè)P(yáng)機(jī)的檢測(cè)過(guò)程中起著非常重要的作用。磁粉檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以有效檢測(cè)起重機(jī)各部位的焊接質(zhì)量，還可以有效檢測(cè)起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。某些檢驗(yàn)工序要求檢驗(yàn)面干燥并徹底清潔，以去除附著在檢驗(yàn)面上的鐵銹、油污和水垢等雜質(zhì)。這時(shí)，可以通過(guò)研磨進(jìn)行一定的清洗操作。需要注意的是，在清洗過(guò)程中應(yīng)減少研磨對(duì)設(shè)備零件的影響。徹底清潔后，可以用磁粉技術(shù)測(cè)試卷?yè)P(yáng)機(jī)?？梢允褂酶哽`敏度的熒光磁粉進(jìn)一步提高測(cè)試精度。

4.4 滲透檢測(cè)技術(shù)

滲透檢測(cè)是一種基于液體的毛細(xì)作用（或叫毛細(xì)現(xiàn)象）和固體染料在一定條件下的發(fā)光現(xiàn)象的原理為基礎(chǔ)的檢查材料表面開(kāi)口缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法。將溶有著色染料或熒光染料的滲透劑施加于工件表面，由于毛細(xì)管作用滲透劑滲入到開(kāi)口至表面的缺陷中，當(dāng)去除附著于工件表面上多余的滲透劑，干燥后再施加顯像劑，缺陷中的滲透劑又回滲到顯像劑中，在一定光源下（白光或黑光）觀察，缺陷處的滲透劑被顯示（呈紅色或黃綠色熒光），從而探測(cè)出缺陷的形貌及分布狀態(tài)。

滲透檢測(cè)在不破壞工件，運(yùn)用物理、化學(xué)、材料科學(xué)和工程學(xué)理論，評(píng)價(jià)工程材料、零部件和產(chǎn)品的完整性、連續(xù)性及安全可靠性。也是實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理，節(jié)約原材料，改進(jìn)工藝，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要手段，是產(chǎn)品制造維修不可或缺的組成部分。在過(guò)去的兩個(gè)世紀(jì)被廣泛應(yīng)用于航空航天、國(guó)防、電力、鐵路、汽車、化工等工業(yè)生產(chǎn)中，為特種設(shè)備等行業(yè)控制產(chǎn)品質(zhì)量，防患于未然作出了重要貢獻(xiàn)。其優(yōu)點(diǎn)是：可檢查非多孔性材料的表面開(kāi)口缺陷，如裂紋、折疊、氣孔、冷隔和疏松等。它不受材料組織結(jié)構(gòu)限制，不僅可以檢測(cè)有色金屬，還可以檢測(cè)塑料、陶瓷及玻璃等檢測(cè)靈敏度高，可發(fā)現(xiàn)微米級(jí)缺陷顯示。著色法檢測(cè)可以在沒(méi)有電源的場(chǎng)合工作，使用噴罐設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，成本低廉，顯示直觀，一次操作可檢測(cè)任何方向的表面開(kāi)口缺陷。但其局限性只能檢測(cè)表面開(kāi)口缺陷，對(duì)被污染物堵塞或經(jīng)噴丸、研磨等機(jī)械處理的工件表面，不能有效進(jìn)行檢驗(yàn)被封閉開(kāi)口的缺陷。也不適用于檢查多孔性或疏松材料或表面過(guò)于粗糙的工件，因這樣的工件表面易形成過(guò)度背景，掩蓋缺陷顯示。滲透檢測(cè)只能檢出缺陷表面分布，不能確定缺陷深度。

4.5 聲發(fā)射檢測(cè)（AE）

聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用在起重機(jī)械的檢測(cè)過(guò)程中，其檢測(cè)的重點(diǎn)主要放在起重機(jī)械的關(guān)鍵部位，特別是對(duì)一些容易出現(xiàn)裂紋的位置、容易出現(xiàn)腐蝕的位置以及受應(yīng)力比較大的位置進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)，所有的檢測(cè)工作主要利用傳感器來(lái)完成。通過(guò)合理使用傳感器，然后對(duì)起重機(jī)械施加靜載和動(dòng)載，如果起重設(shè)備內(nèi)部存在質(zhì)量缺陷，那么就會(huì)反射出相應(yīng)的聲發(fā)射信號(hào)，根據(jù)這些聲發(fā)射信號(hào)，技術(shù)人員就能夠詳細(xì)判斷設(shè)備內(nèi)部的具體情況，計(jì)算出詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息，然后科學(xué)判斷缺陷位置并對(duì)缺陷位置進(jìn)行妥善處理。在具體應(yīng)用過(guò)程中，雖然聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)具有極高的檢測(cè)精度，但是此項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)在實(shí)施過(guò)程中這有一定難度，具有十分復(fù)雜的操作步驟，同時(shí)也要求工作人員必須具備極高的技術(shù)素質(zhì)，因此為了促進(jìn)聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的最大應(yīng)用，相關(guān)企業(yè)一定要不斷提高技術(shù)人員的業(yè)務(wù)能力，對(duì)他們進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)，促進(jìn)聲發(fā)射技術(shù)的具體落實(shí)，從而有效發(fā)揮出聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的巨大價(jià)值，確保起重機(jī)械的正常運(yùn)行[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

為保證特種設(shè)備的質(zhì)量，應(yīng)合理運(yùn)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)特種設(shè)備。應(yīng)用過(guò)程中，檢測(cè)人員應(yīng)根據(jù)特種設(shè)備的焊縫性質(zhì)采取正確的方法，并減少人為因素的影響。此外，應(yīng)加大研究力度，提高無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，推動(dòng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)向自動(dòng)化和高精準(zhǔn)度等方向發(fā)展，從而有效提升我國(guó)的特種設(shè)備檢驗(yàn)水平。