探討鍋爐壓力容器檢驗中無損檢測技術(shù)的應用

張翔兮

（遵義市特種設備檢驗所，貴州 遵義 563000）

隨著時代的發(fā)展與科學技術(shù)的進步，鍋爐壓力容器運行工況比以前更加復雜嚴苛，更容易出現(xiàn)化學腐蝕、環(huán)境開裂、材質(zhì)劣化等損傷模式而導致失效，造成介質(zhì)泄漏甚至爆炸，危及人民生命財產(chǎn)安全，造成巨大經(jīng)濟損失。因此，對檢測工作提出了更高層次的要求，如何準確選用適當?shù)臒o損檢測技術(shù)，安全、高效、快捷、低成本進行檢測，從而準確評估容器安全狀況，最大限度地避免安全事故，是整個特種設備檢驗檢測行業(yè)具有重要意義的研究課題。

1 概念簡介

1.1 鍋爐壓力容器的使用特性

作為承壓類特種設備，鍋爐壓力容器的運行穩(wěn)定性較高，且能夠長期承受高溫高壓的負荷，維持穩(wěn)定運行狀態(tài)。但就鍋爐壓力容器檢驗過程中發(fā)現(xiàn)的各種失效情況，結(jié)合其損傷模式綜合顯示的情況來看，鍋爐壓力容器在超溫、超壓、腐蝕等環(huán)境運行中易發(fā)生材質(zhì)開裂、劣化等安全隱患，若在檢驗檢測過程中未及時發(fā)現(xiàn)和解決設備存在的缺陷，使其帶著較高的風險隱患運行，很有可能造成鍋爐壓力容器的安全事故，對人民的人身安全和使用單位的生產(chǎn)安全造成極大危害。比如，鍋爐壓力容器若長期處于高溫高壓等服役環(huán)境下，材料會發(fā)生應力腐蝕開裂、材質(zhì)劣化等損傷，在其焊縫、熱影響區(qū)及母材表面都有可能產(chǎn)生裂紋等缺陷，隨著時間的推移，細小的損傷會逐漸擴大，導致設備的承載力下降，從而引發(fā)安全生產(chǎn)事故。因此，在檢驗過程中，必須對其損傷模式進行分析，重點對易產(chǎn)生缺陷的部位，進行無損檢測，發(fā)現(xiàn)安全隱患并及時消除，杜絕安全事故的發(fā)生。

1.2 無損檢測技術(shù)

無損檢測是通過對被測物體使用超聲波、射線等各種特性，在不損害或不影響被檢設備使用性能的前提下，檢測被檢設備中是否存在損傷或缺陷，以達到檢測目的的手段和方法。與傳統(tǒng)檢測技術(shù)不同，無損檢測技術(shù)的最主要特征就是不會對被測設備造成損害或影響，能夠在不破壞本體的情況下實現(xiàn)對設備本體和其他不同部位的檢測和探傷工作，具有傳統(tǒng)檢測技術(shù)所不可比擬的優(yōu)勢。目前，通常用于鍋爐壓力容器檢驗中的無損檢測技術(shù)有超聲波檢測（UT）、滲透檢測(PT)、磁粉檢測(MT)、射線照相檢測（RT）、聲發(fā)射檢測（AT）以及脈沖渦流檢測(ET)等檢測方法，每種無損檢測技術(shù)都有相應的適用范圍和工作特點，都能在檢測過程中進一步發(fā)現(xiàn)潛在的缺陷，提升被檢測鍋爐壓力容器的穩(wěn)定性和安全性，為檢測人員和操作人員的日常工作提供安全保障與支撐。

2 鍋爐壓力容器檢測前的準備工作以及要點分析

2.1 無損檢測技術(shù)的應用原則

（1）要在檢測工作開始前對目標鍋爐壓力容器設備的基礎特征、具體性能及使用參數(shù)進行充分了解和研究，包括但不限于規(guī)格、溫度、壓力、介質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，從而分析識別設備的損傷模式，這些都是能夠?qū)z測工作提供重要數(shù)據(jù)支撐的因素。

（2）要對被測鍋爐壓力容器的材料性能和質(zhì)量進行明確。這是因為鍋爐壓力容器材質(zhì)的不同對各種檢測方法信號的輸出大小和穩(wěn)定性有著不同影響，因此，要將這種負面影響降到最低。

（3）要在明確相應設備參數(shù)信息的基礎上選擇最適配的無損檢測技術(shù)。在技術(shù)手段的選擇上，還應考量檢測時間節(jié)點、經(jīng)濟等多方面因素，必要時，還可采用綜合檢測手段。

2.2 鍋爐壓力容器無損檢測的準備要點

（1）被測表面處理。被測表面處理工作的完成質(zhì)量會對后續(xù)鍋爐壓力容器無損檢測的效果產(chǎn)生重要影響，因此，該工作是檢驗檢測的前提和基礎。這里的被測表面是指被測鍋爐壓力容器母材表面、其焊縫及熱影響區(qū)處。在長期使用和運行過程中，鍋爐壓力容器的被測表面會堆積大量灰塵污垢，且易產(chǎn)生氧化或腐蝕情況。因此，被測面應做好除銹、打磨等預處理工作，否則，會對后續(xù)檢測工作造成不良影響，導致檢測結(jié)果出現(xiàn)偏差。

檢測人員應將檢測準備工作的重點放在被測鍋爐壓力容器的焊接縫及其熱影響區(qū)處，必要時，需要擴大待測部位檢測區(qū)域。此外，若采用滲透檢測、磁粉檢測等表面檢測方法，則還應在實際檢測工作開展前確定具體檢測部位，對該位置進行打磨處理，直至被測表面出現(xiàn)金屬光澤。

（2）質(zhì)量檢定與修復。若在該鍋爐容器的檢測中發(fā)現(xiàn)檢測缺陷，則應根據(jù)缺陷性質(zhì)及缺陷級別采取等級評定及安全評估等措施，制定修理方案，以消除設備缺陷。若遇到缺陷程度較為嚴重，且即使修復也無法保證設備的安全運行，則應對該設備采取報廢處理，從而避免該被測設備在后續(xù)運行中出現(xiàn)更大的風險隱患，降低安全事故的發(fā)生概率和可能性。

3 無損檢測技術(shù)在鍋爐壓力容器檢驗中的有效應用

3.1 超聲波檢測（UT）

超聲波檢測作為一種常見的無損檢測技術(shù)，目前已成為鍋爐壓力容器的有效檢驗舉措之一，檢測人員可以使用赫茲頻率在0.5 ～10MHz 的超聲波對目標鍋爐壓力容器母材進行檢測，從而明確被測部位母材及焊縫是否存在各種缺陷。

超聲波檢測技術(shù)的應用原理為：通過其自身所攜帶的頻率特征，超聲波在經(jīng)過目標鍋爐壓力容器材質(zhì)內(nèi)部時，能夠?qū)崿F(xiàn)介質(zhì)反射。如發(fā)現(xiàn)超聲波反射情況出現(xiàn)異常，則說明該鍋爐壓力容器很可能存在內(nèi)部缺陷，檢測人員在分析此類信號后，就可進一步明確內(nèi)部缺陷的精確位置及缺陷種類。就目前現(xiàn)實情況來看，由于超聲波檢測的靈敏度高且穿透力較強，能夠在不消耗過多成本的條件下完成對鍋爐壓力容器材質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的自動化檢測，因此，其主要作用對象為鍋爐壓力容器的母材鋼板及焊縫處。但超聲波檢測技術(shù)的實施效果除了受自身技術(shù)因素限制外，還在一定程度上受到被測設備表面情況的影響，比如，被測鍋爐壓力容器的外表銹蝕、凹凸不平、粗糙且光滑度不夠，或是內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復雜，都無法保證檢測結(jié)果的真實性和精確性。

3.2 射線檢測（RT）

射線檢測也是目前常被用于鍋爐壓力容器檢測中的一種技術(shù)手段之一，主要用于修理、制造后對設備焊縫區(qū)域進行檢測。若被測鍋爐壓力容器內(nèi)部存在故障問題，則X 射線在掃描到該位置時所呈現(xiàn)出來的穿透力會在一定程度上被削弱。這種變化波動會被完全反映到信號接收設備或配套檢測儀器中，檢測人員能夠根據(jù)穿透力的變化確定當前鍋爐壓力容器存在缺陷的具體位置，并在充分考量各種現(xiàn)實因素的情況下，對該缺陷進行評級判斷，并對該缺陷制定合理的解決方案。

除了傳統(tǒng)X 射線檢測技術(shù)外，技術(shù)人員和檢測人員還在原有基礎上衍生出其他射線檢驗方法，如DR 檢測、X 射線衍射法等。DR 檢測是一種X 射線直接轉(zhuǎn)換技術(shù)，它利用X 線檢測器作為接收屏轉(zhuǎn)化射線信息，直接在顯示器上生成缺陷影像，減少了洗片等成像環(huán)節(jié)；X 射線衍射法能夠?qū)崿F(xiàn)與其他現(xiàn)代化信息技術(shù)手段的緊密聯(lián)系，不僅能夠增強對鍋爐壓力容器檢測的自動化程度，還能在檢測工作完全結(jié)束后將檢測結(jié)果以電子文件的形式進行輸出，確保檢測人員的后續(xù)分析與使用。但由于X 射線衍射法的運行成本較高且檢測精確度有待提高，因此，目前在鍋爐壓力容器檢驗工作中還未得到大范圍的推廣，這也是無損檢測人員在未來一段時間內(nèi)的主攻研究方向之一。

3.3 滲透檢測（PT）

滲透檢測是以物理學中的毛細現(xiàn)象為基礎，先將具有高滲透能力的滲透劑，噴涂到目標鍋爐壓力容器的表面。若其表面存在裂縫或缺口，則滲透液將會順著這一缺口流入容器內(nèi)部。在經(jīng)過一段時間的作用和沉淀后，檢測人員可以搭配顯像劑對該鍋爐壓力容器進行查看，以便明確其表面縫隙的開裂程度和內(nèi)部缺陷程度。

3.4 磁粉檢測（MT）

由于鍋爐壓力容器的制造材料磁場具有不連續(xù)性，利用合適的磁化力對待檢鍋爐壓力容器進行磁化，然后在其表面待檢測區(qū)域施加磁粉（干粉或者懸浮液形式）。磁化后，這些材料不連續(xù)處的磁場將發(fā)生扭曲，形成部分磁通過缺陷處表面形成了漏磁場，從而吸引磁粉形成磁痕跡象，再加上特定光照條件下，通過磁痕顯現(xiàn)出缺陷位置和形狀，然后根據(jù)材料驗收標準對這些缺陷的尺寸、形狀及性質(zhì)等進行分析對比，檢測人員就可在此基礎上進行直觀檢查和判斷，對缺陷位置進行精確定位，并以此對嚴重程度進行判斷評估。磁粉檢測方法非常適用于檢測鐵磁性材料材料的線狀缺陷，但也存在一定的局限性，就是只能檢測鍋爐壓力容器材料表面及近表面存在的極小缺陷。

磁粉檢測技術(shù)的優(yōu)勢特征為：檢驗流程簡單且所用成本較少，且自身的高靈敏性也會削弱鍋爐壓力容器檢測工中的不利干擾；其劣勢特征為：目前磁粉檢測技術(shù)只能應用在具有鐵磁性材料的鍋爐壓力容器中，對非鐵磁性材料無檢測能力。

3.5 聲發(fā)射檢測（AT）

在鍋爐壓力容器中，其內(nèi)部金屬材料若受到較大作用力的影響，可能會發(fā)生一種徹底釋放應變能的現(xiàn)象，即聲發(fā)射現(xiàn)象。通常情況下，聲發(fā)射是通過瞬時彈性波的形式展現(xiàn)出來的，且導致其發(fā)生的作用力涵蓋了外力和內(nèi)力兩方面。盡管大部分鍋爐壓力容器內(nèi)部的金屬材料在受到作用力破壞下都會發(fā)生不同程度的開裂或形變，但由此導引發(fā)的瞬時彈性波能量較弱，因此，若使用精度較低的設備對其進行檢測，很可能出現(xiàn)檢測不全面或直接漏掉等情況。

與傳統(tǒng)無損檢測技術(shù)不同，針對聲發(fā)射現(xiàn)象的檢測技術(shù)具有明顯的動態(tài)化特性，能夠?qū)δ繕隋仩t壓力容器受損缺陷本身的聲發(fā)射信號進行檢測，且要想使相應的瞬時彈性波有效釋放出來，不僅要確保受損處維持運動變化狀態(tài)，還應在一定程度上存在形變或延伸拓展。

由于聲發(fā)射檢測技術(shù)在具體應用過程中不會受到自身尺寸和規(guī)格大小的影響，而是會在進行實時動態(tài)檢測中受到目標鍋爐壓力容器開裂部分及危險缺陷的阻礙，因此，如果按照常規(guī)的標準試塊或試件進行檢測試驗，則無法區(qū)分不同類型的缺陷。正確的分類方式應按照危險程度進行，從而實現(xiàn)更加精準的檢測。在這一原理的支撐下，可以通過應力波到達時間來判斷裂紋是否產(chǎn)生或擴展并據(jù)此判斷缺陷性質(zhì)和大小。基于聲發(fā)射檢測技術(shù)的獨特性，可以將其適當引入傳統(tǒng)無損檢測技術(shù)中，并根據(jù)被檢測鍋爐壓力容器的材料特點、狀態(tài)、性能和結(jié)構(gòu)形式等選擇相應的聲發(fā)射信號參數(shù)。

通過對鍋爐壓力容器在實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的焊縫開裂現(xiàn)象分析可知，焊接熱影響區(qū)組織粗大及硬度偏高是導致其在后續(xù)運行過程中發(fā)生焊縫開裂問題的主要原因。而聲發(fā)射檢測技術(shù)恰好能通過其自身動態(tài)特性對鍋爐壓力容器缺陷部分所發(fā)出的信號進行檢測。但由于存在部分干擾信號，可能會出現(xiàn)延遲裂紋檢測不及時或不精確等情況，因此，還可使用聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)對整個過程進行輔助，以此來探測和避免潛在的各類危險因素。

3.6 脈沖渦流檢測(ET)

基于脈沖電流作用的鍋爐壓力容器無損檢測被稱為脈沖渦流檢測技術(shù)。在該技術(shù)的作用下，相應的脈沖電流在經(jīng)過激勵線圈的同時，會引發(fā)磁場變動，此時，被檢測的鍋爐壓力容器會在電磁感應和脈沖磁場的影響下產(chǎn)生相應的脈沖渦流。由于電磁感應的強度大且波及范圍廣，因此，脈沖電流會在其作用下發(fā)生二次磁場變化，并輸出特定的電壓感應信號。

針對導電金屬材料來說，脈沖渦流檢測技術(shù)能夠在無須處理防腐層和包覆層的基礎上實現(xiàn)對其表面裂縫破損的檢測。由于鍋爐壓力容器的導電金屬材料在長期運行作用下可能會含有大量夾雜物以及焊接殘余應力，因此可能存在嚴重的不均勻溫度場與應力場，影響了脈沖渦流檢測技術(shù)的有效發(fā)揮。針對這一問題，相關技術(shù)人員已經(jīng)加大了對該技術(shù)的研究力度，并使其能夠完成對鍋爐壓力容器換熱管組、流管束等的檢測，目前，以借助其使用方便且安全環(huán)保等特點被廣泛應用于鍋爐壓力容器檢測工作中。

4 結(jié)語

綜上所述，無損檢測技術(shù)能夠有效提升鍋爐壓力容器的檢驗質(zhì)量，檢測人員可在宏觀檢測基礎上加深對鍋爐壓力容器安全風險的把控。為提高檢測結(jié)果可靠性，應根據(jù)設備材質(zhì)、制造方法、使用條件，預計可能產(chǎn)生的缺陷種類、形狀、部位和取向，選擇合適的無損檢測方法，更有效地開展檢測工作，這樣才能進一步增強檢驗檢測能力，最終提升鍋爐壓力容器的運行穩(wěn)定性，保證鍋爐壓力容器的安全運行。