無損檢測方法在壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用研究

肖長華 石巍 徐建軍

江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院鹽城分院 江蘇鹽城 224000

無損檢測技術(shù)是可以高效的對檢測設(shè)備的性質(zhì)，表面結(jié)構(gòu)、缺陷位置。運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測，而且檢測的過程和手段不會對儀器的本身結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)造成改變，現(xiàn)階段，壓力容器的無損檢測技術(shù)有很多種，包括傳統(tǒng)的技術(shù)如超聲波、射線、渦流和新型的技術(shù)如聲發(fā)射、磁記憶等，雖然無損檢測方法種類繁多，但每種檢測方法都有獨(dú)立的特點(diǎn)，并不適用于所有的檢測當(dāng)中，因此，在對壓力容器進(jìn)行檢測時(shí)，在適當(dāng)?shù)那闆r下，可以嘗試多用幾種檢測方法，檢測結(jié)果進(jìn)行對比分析，在無損檢測技術(shù)的運(yùn)用中，不僅要確保檢測結(jié)果的精準(zhǔn)性，還要注重經(jīng)濟(jì)效益，在操作安全的情況下，降低投入成本，以提高無損檢測技術(shù)的合理性[1]。

1 常用的無損檢測技術(shù)

1.1 超聲檢測

超聲波檢測是利用超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)產(chǎn)生衰減，遇到界面產(chǎn)生反射的性質(zhì)來探測物體內(nèi)部缺陷的一種無損檢測方法。這種方法的靈敏度高，超聲波的穿透能力強(qiáng)，檢測速度快，而且超聲波檢測使用的探傷儀的體積小、重量輕，對于人體也沒有傷害。超聲波檢測技術(shù)可以檢測壓力容器的焊接內(nèi)表面的裂紋，對于焊縫內(nèi)的缺陷的安全評定是不可或缺的，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟。該技術(shù)的突破主要體現(xiàn)在自動化和信息化兩方面。自動化是指超聲探傷工業(yè)檢測機(jī)器人的研制，在容器內(nèi)部、管道內(nèi)部等檢測中發(fā)揮優(yōu)勢，具備驅(qū)動、數(shù)據(jù)存儲、檢測及控制等功能。超聲無損技術(shù)在某些方面的運(yùn)用，我國目前已經(jīng)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，比如，我國的一些微機(jī)自動超聲檢測系統(tǒng)已經(jīng)在原有的基礎(chǔ)上得到了相應(yīng)的創(chuàng)新并在實(shí)際中得到了一定的實(shí)踐，據(jù)測試結(jié)果的數(shù)據(jù)顯示，自動超聲檢測系統(tǒng)在各方面都優(yōu)于原有的檢測系統(tǒng)。信息化主要是對超聲數(shù)字信號處理軟件等信息化處理。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，人們對于各種產(chǎn)品的質(zhì)量的要求越來越高，這也決定了超聲無損檢測技術(shù)數(shù)字化研發(fā)提出新的發(fā)展方向，超聲無損檢測系統(tǒng)要更加的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、規(guī)范化，超聲檢測的儀器要更加的自動化、小型化、精確化、可靠性高。常用的反射法檢測的檢測結(jié)果顯示不直觀，檢測結(jié)果無直接見證記錄，但現(xiàn)在國內(nèi)迅速發(fā)展的TOFD技術(shù)可彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)。

1.2 射線檢測

在零件內(nèi)部幾何缺陷的檢測中常用射線檢測技術(shù)。射線照相的方法主要是對壓力容器的缺陷進(jìn)行清晰的檢測，這是這種檢測方法最大的優(yōu)點(diǎn)。此外，這種檢測技術(shù)還可以對導(dǎo)致零件的局部厚度缺陷進(jìn)行檢測，具有亞毫米量級的高精度。同時(shí)，射線照相法也可以有效應(yīng)用于一些金屬材料制成的機(jī)械設(shè)備中，材料的晶粒尺寸對其沒有影響。但是這種檢測方法在零件裂紋的檢測過程中需要控制輻照的角度，如果輻照角度不夠正確，會對檢測結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的影響。在壓力容器檢測中多采用X射線或射線，因?yàn)樯渚€的穿透強(qiáng)度不同，在使用過程中需要做出合理的控制，在需要時(shí)可以采用加速器來增加射線的穿透力。

1.3 滲透檢測

作為誕生于20世紀(jì)初的檢測方法，滲透檢測是最早應(yīng)用在目測之外的無損檢測方法。檢測過程中檢測的主要原理是在零件表面涂布熒光燃料滲透劑或著色燃料滲透劑。能緩慢進(jìn)入零件的缺陷部位，其他部位的著色劑清洗干凈后，再進(jìn)行干燥處理，并加入顯像劑，通過毛細(xì)現(xiàn)象，參與檢查的人員能清楚地看到零件中缺陷的位置。但是，穿透檢測的方法只能應(yīng)用于容器表面開口缺陷的檢測，沒有辦法檢測壓力容器內(nèi)部的缺陷。

1.4 磁粉檢測

目前最成熟的零件檢測方法是磁粉檢測，主要可以檢測壓力容器表面及表面附近的幾何缺陷。具體使用中的原理是對相關(guān)零件進(jìn)行磁化處理，當(dāng)零件表面及近表面有裂紋時(shí)，裂紋零件處會發(fā)生磁場泄漏，泄漏的磁場會吸附大量的磁粉產(chǎn)生磁痕，相關(guān)檢測儀可以據(jù)此判斷缺陷的狀態(tài)。但在使用過程中，對材料的檢測存在一定的局限性，只能檢測鐵磁材料的部分，且只能檢測表面以及近表面的缺陷。

2 無損檢測技術(shù)在壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用及實(shí)例

2.1 超聲檢測在壓力容器中的應(yīng)用

除上述檢測方法外，還有超聲波檢測方法。該方法也廣泛應(yīng)用于壓力容器的檢測中。在現(xiàn)階段，它是一種非常重要的檢測方法。超聲波檢測法的主要原理是通過超聲波對零件的缺陷進(jìn)行檢測，在具體使用過程中檢測速度非?？欤粫毫θ萜髟斐蓳p傷。但是在使用超聲波技術(shù)時(shí)對檢測設(shè)備的要求較高，一般在使用超聲波檢測技術(shù)時(shí)需要嚴(yán)格控制檢測儀器的頻率，一般需要控制在2-2.5赫茲以內(nèi)，另外還需要嚴(yán)格控制晶圓的直徑，厚度需要大于28mm。需要有專業(yè)的工作人員在現(xiàn)場對發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行評估[2]。目前已有TOFD技術(shù)提供可記錄的超聲檢測圖形，大大擴(kuò)展了超聲檢測的應(yīng)用范圍。某單位一臺球罐在定期檢驗(yàn)過程中采用TOFD超聲波檢測，圖譜見圖1。

圖1 TOFD圖譜

在TOFD圖譜中發(fā)現(xiàn)條狀缺陷，經(jīng)判定為裂紋缺陷，位置在焊縫中心。按照《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》要求，應(yīng)及時(shí)對發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行返修，確保球罐的使用安全。但是，此處缺陷是在定期檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的，如果按照正常要求進(jìn)行返修，焊口打磨、焊口組對、焊接等比較困難，還需要進(jìn)行熱處理，現(xiàn)場條件很難具備，且焊接質(zhì)量也很難得到保障。因此，建議進(jìn)行聲發(fā)射檢驗(yàn)確認(rèn)此缺陷為制造時(shí)遺留的固定缺陷還是在使用過程中產(chǎn)生的缺陷，該缺陷有無活性，在正常使用狀態(tài)下是否有繼續(xù)擴(kuò)張發(fā)展的可能。如果檢測結(jié)果顯示該缺陷為制造遺留，無活性，在正常使用條件下不發(fā)生擴(kuò)展，那可以進(jìn)行評價(jià)，暫不進(jìn)行返修，可以滿足使用要求。

2.2 射線檢測技術(shù)在壓力容器中的應(yīng)用

射線檢驗(yàn)方法應(yīng)用非常廣泛，能夠做到對壓力容器內(nèi)部的缺陷情況做到有效的檢驗(yàn)。生成的射線底片可以直觀的反應(yīng)壓力容器焊縫內(nèi)部的缺陷情況，檢驗(yàn)人員根據(jù)法規(guī)和經(jīng)驗(yàn)可以判定缺陷的位置、性質(zhì)及危險(xiǎn)程度，進(jìn)行定性定量定級，有針對性的提出處理意見。但射線檢測也存在較明顯的缺點(diǎn)，首先是檢測成本過高、速度慢，其次是在實(shí)際檢測中需要提前進(jìn)行合理角度的選擇，并且在檢測裂紋與未熔合處時(shí)可能會出現(xiàn)漏檢的情況。另外，該方法不適宜較厚的工件，射線是一種電離輻射，對人體有害，需做特殊防護(hù)。

某單位一臺壓力容器在制造過程中進(jìn)行射線探傷，生成的射線底片見圖2。

圖2 射線底片

在射線底片中發(fā)現(xiàn)該焊接接頭存在根部未熔合缺陷。未熔合是指焊縫金屬與母材金屬，或焊縫金屬之間未熔化結(jié)合在一起的缺陷。未熔合缺陷位置造成了材料的不連續(xù)，造成了應(yīng)力集中，減薄了材料厚度，減小了壓力容器承載壓力的能力。同時(shí)，未熔合缺陷的界面不規(guī)則，容易生成裂紋等缺陷，兩端部尖銳易擴(kuò)張。因此，未熔合缺陷在《承壓設(shè)備無損檢測》標(biāo)準(zhǔn)中屬于不允許存在的缺陷類型，應(yīng)及時(shí)對發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行返修，確保壓力容器的制造質(zhì)量。

2.3 滲透檢測技術(shù)在壓力容器中的應(yīng)用

在非金屬材料和金屬材料的壓力容器檢測中，可以采用滲透檢測法。在陶瓷壓力容器中進(jìn)行滲透檢測時(shí)，應(yīng)分析玻璃化狀態(tài)，以保證檢測方法選擇的合理性。對石墨壓力容器進(jìn)行檢測時(shí)，應(yīng)分析其處理工藝，采用浸銅工藝時(shí)，滲透檢測方法的效果較好，防止細(xì)小氣孔影響滲透劑的應(yīng)用。當(dāng)壓力容器屬于粉末冶金時(shí)，應(yīng)分析其具體類型。一般的檢測方法有顯著的應(yīng)用價(jià)值。但是在松孔類壓力容器中的應(yīng)用仍舊存在限制。在滲透檢測技術(shù)的應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)壓力容器的特點(diǎn)確定檢測手段和檢測方法，通過預(yù)清洗和表面處理提高檢測工作的效率和質(zhì)量。表面的毛細(xì)現(xiàn)象受預(yù)清洗和處理效果的影響，雜質(zhì)較少時(shí)會出現(xiàn)顯著的毛細(xì)現(xiàn)象，有助于探測器的穿透，保證穿透檢測靈敏度和可靠性。當(dāng)開口缺陷中雜質(zhì)較多時(shí)，探測器的毛細(xì)管作用受到抑制，其穿透效果不佳。

某單位一臺在用不銹鋼壓力容器在定期檢驗(yàn)過程中采用滲透檢測對壓力容器內(nèi)表面縱焊縫進(jìn)行表面檢測，結(jié)果見圖3。

圖3 滲透檢測現(xiàn)場

檢測結(jié)果表明此焊縫有表面裂紋，存在安全隱患，如果繼續(xù)使用，可能導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，長度上延長到整條焊縫，深度上繼續(xù)深入，甚至形成穿透，會造成物料泄漏或壓力容器從薄弱處發(fā)生爆炸。因此，對發(fā)現(xiàn)的裂紋缺陷提出立即進(jìn)行整改的要求，消除安全隱患，保證使用單位的人身財(cái)產(chǎn)安全。由于裂紋產(chǎn)生的因素很多也很復(fù)雜，裂紋只能盡量的防范而不能避免，所以我們要盡可能在裂紋出現(xiàn)的第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，這就要做好壓力容器、壓力管道的檢驗(yàn)工作[3]。根據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定，此處裂紋缺陷的處理方法是打磨裂紋直至徹底消除，對打磨后的部位才用發(fā)現(xiàn)缺陷的無損檢測技術(shù)進(jìn)行檢測，在此處應(yīng)采用滲透檢測，確認(rèn)裂紋缺陷已被完全清除。對打磨后的部位進(jìn)行厚度測量，與壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量證明書、設(shè)計(jì)圖紙上的允許腐蝕裕量進(jìn)行比較，如果小于腐蝕裕量，可以不再進(jìn)行處理，滿足使用要求，如果大于腐蝕裕量，則應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核，保證剩余厚度能夠滿足設(shè)備的工藝使用要求，如果不滿足設(shè)備使用要求，則需要進(jìn)行補(bǔ)焊，將打磨掉的深坑填補(bǔ)起來。補(bǔ)焊的焊材應(yīng)與原制造材料相符，焊接人員應(yīng)具備特種設(shè)備焊接人員資格證，并有符合本次焊接的焊接項(xiàng)目。在焊接之前，承接維修的單位應(yīng)持壓力容器制造資質(zhì)或維修資質(zhì)、焊接人員資質(zhì)、維修方案等至當(dāng)?shù)厥袌霰O(jiān)督管理局特種設(shè)備監(jiān)察科進(jìn)行維修告知，符合規(guī)范要求的還應(yīng)當(dāng)?shù)疆?dāng)?shù)靥胤N設(shè)備檢驗(yàn)部門進(jìn)行申報(bào)檢驗(yàn)。在焊接工作完成以后，應(yīng)該再次進(jìn)行滲透檢測，以保證維修質(zhì)量。同時(shí)，應(yīng)根據(jù)壓力容器的級別、維修的具體工作確定是否還有其他工序需要完成，例如：熱處理、壓力試驗(yàn)、嚴(yán)密性試驗(yàn)等等。

3 結(jié)語

為了有效提高壓力容器的質(zhì)量和精度，一般需要對容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，以保證壓力容器在使用過程中能夠滿足具體要求。但在壓力容器檢測過程中會受到諸多因素的影響，稍有不注意就會導(dǎo)致故障的發(fā)生，為了避免這種情況的發(fā)生，需要全面掌握檢測技術(shù)要點(diǎn)，以有效控制故障，并根據(jù)壓力容器的具體情況選擇合適的無損檢測方法，保證檢測結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。相信在不久的將來，無損檢測技術(shù)在新型的納米材料、微機(jī)電器件等領(lǐng)域得到更好的發(fā)展。