解析特種設(shè)備檢驗中無損檢測技術(shù)應(yīng)用

蘇睿

（山西省安裝集團股份有限公司，山西太原 030032）

0 引言

近年來，隨著我國工業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，特種設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。結(jié)合應(yīng)用經(jīng)驗，特種設(shè)備的應(yīng)用種類繁多，可分為承壓型和機電型。其中，普通壓力管道和儲氣罐可視為特殊壓力設(shè)備。電梯、專業(yè)機動車輛和起動機械可被視為特殊機電設(shè)備領(lǐng)域。無論何種專用設(shè)備，使用風(fēng)險都比較高。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，安全問題很難估計。近年來，為了加強特種設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化管理和安全使用，我國有關(guān)部門對特種設(shè)備的檢測管理進行了全面部署。為了保證特種設(shè)備的安全使用，有關(guān)的生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域必須積極運用無損檢測技術(shù)，對特種設(shè)備的質(zhì)量問題進行檢測和分析。

1 無損檢測技術(shù)

無損檢測技術(shù)是在不損壞特種設(shè)備的零部件以及不破壞設(shè)備物理特性、化學(xué)特性的基礎(chǔ)上，通過相關(guān)技術(shù)來檢查設(shè)備內(nèi)部的結(jié)構(gòu)狀態(tài)是否符合規(guī)定的要求，并通過該檢測技術(shù)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的安全隱患以及質(zhì)量問題的一種重要檢測技術(shù)，它又被稱為非破壞性檢驗[1]。在無損檢測中，工作人員利用相關(guān)技術(shù)設(shè)備對被檢測設(shè)備的內(nèi)部情況、儀器表面結(jié)構(gòu)、設(shè)備性質(zhì)以及設(shè)備狀態(tài)進行具體檢測，檢測方法主要有射線檢測法、超聲波檢測法、磁粉檢測法以及滲透檢測法等，這些檢測方法各有利弊，但從無損檢測技術(shù)的整體而言，該檢測技術(shù)整體具有以下3個方面的特點：①無損檢測技術(shù)不具有破壞性，這是無損檢測技術(shù)最核心的特點。傳統(tǒng)的設(shè)備檢測方式對于特種設(shè)備而言都會造成設(shè)備在性能或物理性質(zhì)上的改變，不利于設(shè)備的使用以及穩(wěn)定運行。而無損檢測技術(shù)不會對被檢測設(shè)備造成任何傷害或影響以及變化，它能夠最大限度地保證被檢測設(shè)備的性質(zhì)穩(wěn)定，而在不損害被檢測設(shè)備的前提下獲取檢測結(jié)果。②反復(fù)性和互容性。反復(fù)性和互容性都是針對無損檢測技術(shù)的使用次數(shù)而言，它能夠?qū)ν辉O(shè)備多次進行檢測或在同一設(shè)備上采用不同的檢測技術(shù)。具體而言，無損檢測技術(shù)系統(tǒng)能夠反復(fù)用在同一檢測設(shè)備上，也能夠和其他檢測技術(shù)一起開展設(shè)備的檢測，以此來保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。③標(biāo)準(zhǔn)性。由于無損檢測技術(shù)的技術(shù)含量較高，因此與傳統(tǒng)檢測技術(shù)相比，無損檢測技術(shù)的儀器設(shè)備的精確度和精密度更高，檢測人員的資質(zhì)和技術(shù)水平也更高。此外，與傳統(tǒng)的檢測方式相比，無損檢測技術(shù)也有更加嚴(yán)格的檢測標(biāo)準(zhǔn)，能夠保證無損檢測技術(shù)結(jié)果的精準(zhǔn)性。

2 無損檢測技術(shù)應(yīng)用特點

無損檢測技術(shù)主要基于聲、光、電、磁等原理，實現(xiàn)對被測物體內(nèi)部缺陷和非均質(zhì)性問題的全過程檢測和分析。其中，測試人員可以結(jié)合分析結(jié)果，準(zhǔn)確地確定被測物體內(nèi)部缺陷的位置和具體的性能。與肉眼檢測方法不同，無損檢測技術(shù)可以深入被測對象的內(nèi)部環(huán)境中，強調(diào)對內(nèi)部缺陷和異質(zhì)性的識別和管理。更重要的是，無損檢測技術(shù)可以在不損壞被測物體的情況下實現(xiàn)有效的檢測。根據(jù)以往的應(yīng)用經(jīng)驗，無損檢測技術(shù)的應(yīng)用特點是無損檢測。與傳統(tǒng)的檢測方法不同，無損檢測技術(shù)可以利用自身的無損特性來實現(xiàn)安全有效的檢測。試驗期間，試驗設(shè)備幾乎沒有損壞。以特種設(shè)備為例，測試人員可以利用無損檢測技術(shù)對特種設(shè)備的內(nèi)部質(zhì)量和缺陷進行分析。在此過程中，特種設(shè)備的完整性不受影響，特種設(shè)備性能的應(yīng)用也不受影響。無損檢測技術(shù)對被測物體的破壞作用很小，甚至可以忽略不計[2]。更重要的是，無損檢測技術(shù)可以基于全過程的檢測標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)對內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)和檢測目標(biāo)質(zhì)量的檢測和分析。無損檢測技術(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品制造和應(yīng)用的全過程，也可以應(yīng)用于相關(guān)服務(wù)設(shè)備的測試和分析的全過程。這樣既避免了傳統(tǒng)人工檢測中存在的問題，又提高了檢測的安全性。

3 無損檢測在特種設(shè)備應(yīng)用的重要性

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的產(chǎn)品應(yīng)用于各個領(lǐng)域，包括石油、化工、鋼鐵等特種工業(yè)設(shè)備，特別是在生產(chǎn)過程和儲運過程中對特種設(shè)備的應(yīng)用需求越來越大。工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展必須以專用設(shè)備的使用為基礎(chǔ)，因此設(shè)備的使用質(zhì)量對工業(yè)發(fā)展至關(guān)重要，決定著工業(yè)發(fā)展的速度和方向。與其他設(shè)備相比，特種設(shè)備的結(jié)構(gòu)性能具有耐腐蝕、耐高溫等特點。由于設(shè)備在工業(yè)中起著重要的作用，其安全使用顯得尤為重要。設(shè)備一旦損壞或出現(xiàn)故障，相關(guān)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)質(zhì)量將大大降低，甚至?xí){人員生命安全，同時也會損壞整個生產(chǎn)線，進一步威脅到他人的生命安全。因此，對特種設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能和使用環(huán)境進行分析是非常重要的[3]。特種設(shè)備的工作環(huán)境極其復(fù)雜，在使用過程中極易發(fā)生泄漏，甚至威脅到整個生產(chǎn)環(huán)境。因此，在使用專用設(shè)備進行生產(chǎn)時，應(yīng)注意定期檢查，做好設(shè)備的使用設(shè)計和維護，防止在使用過程中發(fā)生泄漏和爆炸事故。特種設(shè)備的檢測主要包括損傷檢測和無損檢測。損傷試驗是指對專用設(shè)備的拆卸和對已拆卸設(shè)備的檢查。本文致力于特種設(shè)備使用中的無損檢測，在不拆卸設(shè)備的情況下，了解檢測材料的理化性質(zhì)，了解設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和零部件的使用狀況。由于特種設(shè)備具有高風(fēng)險的特點，通過破壞性試驗對設(shè)備進行拆裝會影響設(shè)備的結(jié)構(gòu)和密封性，所以對特種設(shè)備的大部分試驗都是基于無損檢測技術(shù)的應(yīng)用。

4 特種設(shè)備檢驗中常見的無損檢測技術(shù)的應(yīng)用種類

4.1 射線檢測技術(shù)的應(yīng)用

對特種設(shè)備進行檢測的過程中，如果應(yīng)用射線檢測技術(shù)，一般都是對壁厚較為適中的壓力容器進行檢測，通過這種檢測方法就能第一時間發(fā)現(xiàn)壓力容器當(dāng)中存在的缺陷，同時也能獲得精準(zhǔn)的檢測數(shù)據(jù)。射線檢測技術(shù)當(dāng)中的X射線以及Y射線等能夠直接觀察到特種設(shè)備是否存在衰減現(xiàn)象。在檢測的過程中，射線能夠?qū)⒅苯哟┩柑胤N設(shè)備的檢測部位，從而提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。對特種設(shè)備的其他部位進行檢測，再將檢測數(shù)據(jù)進行對比，從而確定準(zhǔn)確的缺陷部位。另外，根據(jù)射線檢測的結(jié)果還能判斷出特種設(shè)備的隱蔽部位是否存在缺陷，同時還能將檢測結(jié)果與影像設(shè)備結(jié)合在一起，這樣就能對特種設(shè)備的缺陷進行深入分析[4]。

4.2 超聲波檢測技術(shù)

從原理上看，超聲檢測技術(shù)主要利用材料及其缺陷的聲學(xué)性能差異，著重對超聲傳播波形的反射和穿透時間能量的變化進行深入的測試和分析，并根據(jù)分析結(jié)果采用無損檢測方法對材料內(nèi)部缺陷進行檢測和分析。與傳統(tǒng)的檢測方法不同，超聲波檢測技術(shù)主要是基于無損檢測的應(yīng)用原理，在不損壞工件或原材料狀況的前提下，完成被檢工件內(nèi)表面質(zhì)量的檢測和分析。從技術(shù)優(yōu)勢的角度來看，超聲波檢測方法可以檢測和分析介質(zhì)在特定方向上的整個過程。在分析過程中，可以顯示出方向性的優(yōu)勢。更重要的是，超聲波在介質(zhì)中具有明顯的衰減現(xiàn)象，能量大，對焊縫檢測結(jié)果無干擾。同時，超聲波檢測方法可以實現(xiàn)對不同介質(zhì)的檢測和分析。如果焊接作業(yè)后不同介質(zhì)中存在質(zhì)量缺陷，在應(yīng)用超聲波探傷的過程中，會出現(xiàn)超聲波反射缺陷位置的現(xiàn)象，從而實現(xiàn)對缺陷問題的定位分析。以特種設(shè)備檢測為例，將超聲波檢測技術(shù)應(yīng)用于特種設(shè)備檢測，可以實現(xiàn)對焊縫裂紋和非熔化問題的檢測管理。根據(jù)以往的經(jīng)驗，超聲波檢測技術(shù)主要是應(yīng)用于材料厚度控制在8～300mm的設(shè)備。在檢測應(yīng)用過程中，該技術(shù)方法對被檢測設(shè)備幾乎沒有不良影響。更重要的是，安全性測試過程也可以在高溫下進行，獲得的測試數(shù)據(jù)相對準(zhǔn)確[5]。

4.3 磁粉無損檢測

磁粉無損檢測應(yīng)用于半成品或成品特種設(shè)備的測試，在檢測開發(fā)中，磁粉無損可以精密檢測特種設(shè)備磁力分布，檢測分布的差異，找出零件缺陷。由于這種檢測可以相對快速地檢測出生產(chǎn)中的特種設(shè)備缺陷，有助于恢復(fù)設(shè)備和技術(shù)改造。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，磁粉檢測的發(fā)展也進入了新的領(lǐng)域，對于檢測設(shè)備的使用疲勞、損傷效果也發(fā)生了變化。檢測技術(shù)也在不斷更新，在擴大了使用范圍的同時，也進一步提高了使用效果。

4.4 盲區(qū)補充檢測

盲區(qū)附加試驗可以看作是特種設(shè)備無損檢測技術(shù)的延伸。在無損檢測技術(shù)的應(yīng)用過程中，一些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的專用設(shè)備往往涉及盲區(qū)的檢測。如果采用超聲波檢測技術(shù)，直接波信號可能無法安全地傳輸?shù)綑z測儀器。因此，測試人員無法準(zhǔn)確處理設(shè)備盲區(qū)是否存在故障。為正確解決這些問題，檢驗員應(yīng)按盲區(qū)補充試驗標(biāo)準(zhǔn)，加強對設(shè)備焊接問題的分析。一般情況下，當(dāng)焊縫小于50mm時，檢驗員應(yīng)對10mm左右的盲區(qū)進行檢測分析，以有效提高檢測精度效果。此外，在盲區(qū)檢測中，檢測器可以利用寬帶窄脈沖探頭和變化探頭檢測和分析盲區(qū)質(zhì)量缺陷。在這一過程中，測試人員可以使用計算機設(shè)備制作TOFD圖像，以定位硬件故障和面積大小。

4.5 紅外線探傷技術(shù)的應(yīng)用

紅外線探傷技術(shù)也是特種設(shè)備檢驗過程中一種常見技術(shù)。該技術(shù)在應(yīng)用的過程中，只要特種設(shè)備有溫度，就可以向外界傳遞獨特的紅外線。一般情況下，輻射輕度越高，溫度就會越高，兩者之間的關(guān)系成正比。所以在應(yīng)用紅外線探傷技術(shù)對特種設(shè)備進行檢測時，可以通過主動和被動這兩種形式進行檢測。如果物體自身有問題，就可以利用問題條件進行紅外線檢測，這種方法就叫做被動檢測。如果物體本身沒有溫度或者溫度較低，就要利用人工方式對其進行加熱處理，然后再進行檢測。如果物體自身存在缺陷，導(dǎo)熱效率就會受到影響，所以紅外線在傳遞的過中自然也會出現(xiàn)差異，這時用紅外線探傷技術(shù)進行檢測，利用成像設(shè)備成像，就能快速找到缺陷位置。

4.6 滲透檢測技術(shù)

滲透檢測技術(shù)（圖1）主要是利用熒光染料進入工件，對工件缺陷進行分析，或利用具有粘附能力的染料進行質(zhì)量檢測。在檢測和分析過程中，利用成像劑進入液體毛細(xì)管，可以從各個方向檢測和分析工件內(nèi)部缺陷。結(jié)合以往的檢測經(jīng)驗，滲透檢測技術(shù)更適用于有色金屬、陶瓷等非金屬材料的無損檢測，具有重要的應(yīng)用價值。根據(jù)以往經(jīng)驗，當(dāng)環(huán)境溫度低于250℃時，相關(guān)人員應(yīng)進行奧氏體不銹鋼焊接。為加強焊縫質(zhì)量問題的檢驗管理，檢驗員可采用滲透檢測技術(shù)對焊接件進行關(guān)鍵試驗和分析。根據(jù)磁粉探傷的原理，探傷人員應(yīng)重點對焊接部位的裂紋和氣孔進行檢查和分析。在分析反饋結(jié)果的基礎(chǔ)上，加強對焊接質(zhì)量問題的排查和管理。與其他測試技術(shù)不同，滲透檢測技術(shù)可以在水、電隔離等條件下進行高質(zhì)量的測試和分析。但應(yīng)注意的是，滲透檢測技術(shù)不能完全檢測和分析設(shè)備內(nèi)部的閉合缺陷。因此，在使用過程中，檢測人員應(yīng)根據(jù)特種設(shè)備無損檢測的技術(shù)要求，選擇合適的技術(shù)方法進行檢測和分析。此外，試驗工作完成后，試驗人員應(yīng)及時糾正專用設(shè)備的現(xiàn)有內(nèi)部缺陷。特別是要注重裂紋的修復(fù)，保證專用設(shè)備的正常運行。

圖1 滲透檢測技術(shù)

5 結(jié)語

總之，為了不斷提高無損檢測技術(shù)在特種設(shè)備中的應(yīng)用效率，建議行業(yè)人員應(yīng)更加重視無損檢測技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)化和發(fā)展。一方面，相關(guān)人員應(yīng)主動結(jié)合無損檢測技術(shù)種類的內(nèi)容和原理性能，科學(xué)運用無損檢測技術(shù)，完成特種設(shè)備內(nèi)部質(zhì)量缺陷的定位分析和故障排除管理。另一方面，應(yīng)根據(jù)無損檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢，及時補充現(xiàn)有無損檢測技術(shù)內(nèi)容中存在的短板問題，進一步保證特種設(shè)備安全規(guī)范地使用。此外，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，應(yīng)加強特種設(shè)備無損檢測技術(shù)體系的完善，從根本上提高特種設(shè)備的安全效率。