李欣燃

摘要：無損檢測主要用于檢查材料及焊接接頭的表面及內部質量，可在不損壞材料完整性的前提下，檢測出受檢部位存在的缺陷。本文對壓力容器檢驗中常用的射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測、滲透檢測等進行了分析和研究。無論是鍋爐壓力容器的制造檢驗，還是定期檢驗，無損檢測都是必不可少的檢測手段。

關鍵詞：壓力容器;無損檢測;磁粉檢測;滲透檢測;射線檢測;超聲檢測

1.引言

當前壓力容器的應用非常普遍，涉及到工業(yè)生產的各個領域，并且都與人們的日常生活有關密切的關系。壓力容器是一種具有爆炸危險的特種設備，它承受著高溫、易燃、易爆、劇毒或腐蝕介質的高壓力[1]，一旦發(fā)生事故，將使社會生產和國民經濟遭受嚴重破壞，人民生命財產遭受巨大的損失，直接影響社會的安定，因此，應對壓力容器實施檢驗。

對壓力容器進行檢驗，其目的就是防止壓力容器發(fā)生失效事故，尤其是對預防破裂事故的發(fā)生。無損檢測就是在不損壞被檢對象材料的前提下，利用科學手段，借助先進技術和設備，對被檢對象的內部及表面缺陷進行檢查和測試的方法。壓力容器的檢驗常采用的無損檢測技術主要有磁粉檢測、滲透檢測、射線檢測和超聲波檢測等[2]，這些檢測方法都是壓力容器檢驗中必不可少的檢驗手段。

2.壓力容器的無損檢測技術

壓力容器的無損檢測技術按照物質的物理特性可分為滲透特性、輻射特性、聲學特性、電磁特性以及熱學特性等五大類。

2.1滲透檢測技術

滲透檢測技術是利用毛細管作用原理檢查表面開口性缺陷的無損檢測方法。其簡單原理是將滲透性很強的滲透劑滲進材料表面缺陷內，然后用一種特殊方法或介質再將其吸附到表面上來，以顯示出缺陷的形狀和部位。滲透檢測的優(yōu)點是可檢查非材料，如奧氏體不銹鋼、銅和鋁等，以及非金屬材料的各種表面缺陷，可發(fā)現(xiàn)表面裂紋、分層、氣孔、疏松等缺陷，不受缺陷形狀和尺寸的影響，不受材料組織結構和化學成分的限制。但是滲透檢測在檢測表面太粗糙的材料時易造成假象，降低檢測效果，而且粉末冶金零件或其他多孔材料不宜采用。

滲透檢測在檢測表面微細裂紋時，其靈敏度要比射線檢測高，還可用于檢測非鐵磁性材料等磁粉法無法應用到的部位。

2.2射線檢測技術

射線檢測是較準確而又可靠的無損檢測方法之一，它可檢驗焊縫內部缺陷，并直接顯示內部缺陷的形狀、大小和性質，便于缺陷的定性、定量和定位，并可檢查幾乎所有的材料。射線照相底片還可留作永久性記錄。常用的射線檢測方法有X射線和γ射線、中子射線照相法、X射線熒光屏觀察法、X光工業(yè)電視探傷和高能加速器X射線照相法。

射線對物質具有較強的穿透能力，射線在貫穿物質的過程中由于與物質相互作用，強度逐漸減小，即引起衰減。當射線貫穿不同厚度、不同物質的材料時衰減的程度不同。當焊縫內部有氣孔、夾渣、裂紋等缺陷時，缺陷內的氣體或非金屬夾物等對射線的吸收能力要比鋼材小得多，所以引起射線強度衰減的程度與無缺陷部位不同，從而使膠片燭光程度不同，反映在照相底片或熒光屏上的影像黑度也不同，而顯現(xiàn)出較黑的缺陷圖像。當焊縫中存在夾鎢缺陷時，由于鎢對射線的吸收能力比鋼強，所以照相底片感光程度比鋼板部分弱，幫夾鎢缺陷呈白色。因此通過對射線檢測底片的觀察，便可發(fā)現(xiàn)并判斷缺陷的大小、性質及分布情況。

在現(xiàn)場，X射線檢測技術主要用于板厚較小的壓力容器對接焊縫內部埋藏缺陷的檢測，因為薄板采用超聲檢測有一定難度，而采用射線檢測不需要太高的管電壓。射線檢測也常用于在用壓力容器檢驗中對超聲檢測發(fā)現(xiàn)缺陷的復驗，以進一步確定這些缺陷的性質，為缺陷返修提供依據(jù)[3]。

2.3超聲檢測技術

超聲檢測也是壓力容器檢驗中廣泛使用的無損檢測方法之一，它不僅可以檢測焊縫內部的質量，而且還可檢驗鋼板、鍛件和鋼管等的內部質量。

超聲波是超出人聽覺范圍的高頻率機械振動波，超聲波是頻率很高，波長很短的機械波，其方向性很強，有類似光一樣的良好方向性。超聲波在同一均勻介質中傳播時速度不變，傳播方向不變，如果傳播過程中遇到另一種介質，就會發(fā)生反射、折射、繞射的現(xiàn)象[4]。該方法具有檢測靈敏度高，穿透能力強，缺陷定位比較準確，缺陷檢出率高，檢測速度快，成本低的優(yōu)點。

超聲波檢測方法按原理可分為脈沖反射法、穿透法和共振法。脈沖反射法是以極短的持續(xù)時間發(fā)射脈沖超聲波到被檢工件內，根據(jù)反射波的情況來檢測工件缺陷的方法。穿透法是根據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透工件之后的能量變化來判斷缺陷情況的檢測方法。共振法常用于工件測厚。此外，根據(jù)超聲波類型，還分為縱波法、橫波法、表面波法和板波檢測法。

2.4磁粉檢測技術

磁粉檢測是檢查鐵磁性材料（例如鐵、鎳及其合金）表面或接近表面缺陷的一種檢驗方法。檢測時，將待檢的焊件磁化后，磁力線就形成均勻的平行直線形式分布。如果焊件表面或淺層存在缺陷，如裂紋、夾渣、氣孔等，磁力線就將繞過磁導率低的空穴發(fā)生磁力線的彎曲，部分磁力線還會泄漏到外部空間形成漏磁通。在材料表面撒上一層磁粉或磁粉懸浮液，則在缺陷部位漏磁場處的鐵粉被吸引而發(fā)生聚集。根據(jù)鐵粉聚集的部位，大小和形狀可直接判斷缺陷的部位和大小。如果是線性缺陷且與磁力線平行，漏磁現(xiàn)象不明顯，磁粉堆積也不多，缺陷不易被發(fā)現(xiàn)。只有磁力線與缺陷的方向垂直，才產生最大漏磁現(xiàn)象，此時檢測的靈敏度最高。

為檢測出各種不同方向的線性缺陷，在探傷時至少要對被測表面進行兩個相互垂直方向的磁化。利用旋轉磁場探傷機，一次磁化可發(fā)現(xiàn)各個方向上的缺陷，能顯著提高探傷效率。

磁粉檢測技術按磁化方法不同主要可分為通電法、支桿法、穿棒法、線圈法、磁軛法、感應電流法、復合磁化法。主要應用于對鐵磁性材料表面及近表面缺陷的檢測，包括鋼管表面、高壓緊固件、焊縫表面、焊縫坡口表面及其熱影響區(qū)等。它的特點是相比其它探傷方法，對表面缺陷的靈敏度最大，而且操作簡便，結果可靠。

2.5渦流檢測

渦流檢測是無損檢測方法之一，利用導電材料的電磁感應現(xiàn)象，通過測量感應量的變化進行無損檢測的方法。渦流檢測速度快，特別適合管、棒材的檢測，對于表面和近表面缺陷有較高的靈敏度，可對大小不同的缺陷進行評價，能在高溫狀態(tài)下進行探傷，可用于異形材和小零件的檢測，不僅適用于導電材料的缺陷檢測，而且可檢測材料的電導率、磁導率、熱處理狀況、硬度和幾何尺寸等。

對于在用壓力容器，渦流檢測主要用于換熱器、換熱管的腐蝕狀態(tài)檢測和焊縫表面裂紋檢測。檢測采用內穿過式探頭，非鐵磁性換熱管采用常規(guī)渦流檢測技術，鐵磁性換熱管采用遠場渦流檢測技術，以檢測換熱管內外部腐蝕引起的穿孔、蝕坑以及壁厚均勻減薄等缺陷。

2.6聲發(fā)射

材料或結構受外力和內力作用產生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應變能的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。發(fā)射彈性波的位置（缺陷）稱為聲發(fā)射源。聲發(fā)射檢測是一種動態(tài)無損檢測方法，而且，聲發(fā)射信號來自缺陷本身，因此，用聲發(fā)射法可以判斷缺陷的嚴重性。一個同樣大小、同樣性質的缺陷，當它所處的位置和所受的應力狀態(tài)不同時，對結構的操作程度也不同，所以它的聲發(fā)射特征也有差別。明確了來自缺陷的聲發(fā)射信號，就可以長期連續(xù)地監(jiān)視缺陷的安全性，這是其它無損檢測方法所不具有的。

聲發(fā)射技術用于檢測在用壓力容器可能存在的活動性缺陷，也可用于對已知缺陷進行活性評價。聲發(fā)射檢測特點是必須在檢測過程中對壓力容器進行加載，常用的加載方法為壓力容器停止運行后進行的水壓或氣壓試驗，也可直接用工作介質進行加載。對活動性缺陷，在加載過程中用多個聲發(fā)射傳感器對壓力容器殼體進行整體監(jiān)測，以發(fā)現(xiàn)活性聲發(fā)射源，然后通過活性聲發(fā)射源進行表面和內部缺陷檢測，排除干擾源，發(fā)現(xiàn)壓力容器上存在的缺陷。

2.7超聲波衍射時差法（TOFD）

衍射時差法是一種依靠從待檢試件內部結構（主要是指缺陷）的“端角”和“端點”處得到的衍射能量來檢測缺陷的方法。目前國內一些新建大型化工項目內應用有許多。TOFD檢測設備由于受到探頭行走裝置的限制，被檢設備焊道兩側150mm范圍內需要打磨光滑，且需要耦合劑，一般需要兩人配合操作。

超聲波衍射時差法操作方便，作業(yè)時間不受限制，檢出缺陷效率高，容易檢出方向性不好的缺陷，可以檢測較厚設備焊接接頭，可以識別向表面延伸的缺陷。如果和脈沖反射法相結合時效果更好。但是在外表面附近有約3mm的盲區(qū)，而且內表面附近也可能存在盲區(qū)，超聲波衍射時差法對噪聲敏感。

2.8紅外檢測

許多高溫壓力容器內部有一層珍珠巖等保溫材料，以使壓力容器殼體的溫度低于材料的允許使用溫度，如果內部保溫層出現(xiàn)裂紋或部分脫落，則會使壓力容器殼體超溫運行而導致熱損傷采用常規(guī)紅外熱成像技術可以很容易發(fā)現(xiàn)壓力容器殼體的局部超溫現(xiàn)象。壓力容器上的高應力集中部位在經大量疲勞載荷后，如出現(xiàn)早期疲勞損傷，會出現(xiàn)熱斑跡圖象。壓力容器殼體上疲勞熱斑跡的紅外熱成像檢測可以及早發(fā)現(xiàn)壓力容器殼體上存在的薄弱部位，為以后的重點檢測提供依據(jù)。

3.總結

壓力容器是具有爆炸危險的承壓設備，在運行中一旦發(fā)生泄漏或爆炸，將發(fā)生災難性的事故。為此，本文分析總結了壓力容器檢驗中常用的無損檢測技術，并對各檢測技術的優(yōu)缺點進行了總結，針對不同的設備選擇不同的無損檢測技術。

參考文獻：

[1]歐陽春.在用壓力容器無損檢測技術的原理和應用[J].南昌：能源研究與管理，2010.09.15

[2]劉廷貴，鹿道智，周震，黃守勤.鍋爐壓力容器壓力管道焊工考證基礎知識[M].北京：中國計量出版社，2002.6

[3]沈功田，張萬嶺等.壓力容器無損檢測技術綜述[J].上海：無損檢測，2004，26（1）

[4]吳燕.壓力容器無損檢測技術的選擇與應用探究[J].北京：科技資訊，2011.08.03