壓力容器無損檢測技術探討

宋玉霞

（牡丹江市特種設備檢驗研究所，黑龍江 牡丹江 157000）

壓力容器檢驗的目的就是防止壓力容器發生失效事故,特別是預防危害最嚴重的破裂事故發生。因此,壓力容器檢驗的實質就是失效的預測和預防。其中表面無損檢測主要分為磁粉檢測和滲透檢測。對于鐵磁性材料,《壓力容器無損檢測》(B4730-2005)標準規定,應優先選用磁粉檢測。這是由于磁粉檢測相對于滲透檢測具有靈敏度高、效率高、成本低、缺陷顯示直觀的優點。同時在實際檢驗中大量缺陷幾乎都是由磁粉檢測首先發現的,由此可見,磁粉檢測方法是在用壓力容器定期檢驗首選的無損檢測方法。

1 無損檢測技術

無損檢測在承壓設備上應用時,應在遵循承壓設備安全技術法規和相關產品標準及有關技術文件和圖樣規定的基礎,根據承壓設備結構、材質、制造方法、介質、使用條件和失效模式,選擇最合適的無損檢測方法。射線和超聲檢測適用于檢測承壓設備的內部缺陷;磁粉檢測適用于檢測鐵磁性材料制承壓設備表面和近表面缺陷;滲透檢側適用于檢測非多孔性金屬材料和非金屬材料制承壓設備表面開口缺陷;渦流檢測適用于檢測導電金屬材料制承壓設備表面和近表面缺陷。

凡鐵磁性材料制作的承壓設備和零部件,應采用磁粉檢測方法檢測表面或近表面缺陷,確因結構形狀等原因不能采用磁粉檢測時,方可采用滲透檢測。

當采用兩種或兩種以上的檢測方法對承壓設備的同一部位進行檢測時,應符合各自的合格級別,如采用同種檢測方法的不同檢測工藝進行檢測,當檢測結果不一致時,應以危險度大的評定級別為準。

2 磁粉檢測技術

磁粉檢測,又稱磁粉檢驗或磁粉探傷,屬于無損檢測五大常規方法之一。磁粉檢測是利用鐵磁性材料被磁化后,由于不連續的存在,使工件表面和近表面的磁力線發生局部畸變而產生漏磁場(即磁感應線離開和進入表面時形成的磁場)吸附施加在工件表面的磁粉,形成在合適光照下目視可見的磁痕,從而顯示出不連續性的位置、形狀、大小和嚴重程度。可檢出鐵磁性材料中裂紋、發紋、白點、折疊、夾雜物等缺陷,具有很高的檢測靈敏度。

2.1 磁粉法的優點

磁粉法的優點有:(1)能直觀顯示缺陷的形狀、位置、大小,并可大致確定其性質;(2)具有高的靈敏度,可檢出最小長度為0.1mm,寬度為微米級的裂紋;(3)幾乎不受試件大小和形狀的限制;(4)檢測速度快,工藝簡單,費用低廉。

2.2 局限性

局限性有:(1)只能用于鐵磁性材料;(2)只能發現表面和近表面缺陷,可探測的深度一般在1～2mm;(3)磁化場的方向應與缺陷的主平面相交,夾角應在 45°～90°,有時還需從不同方向進行多次磁化;(4)不能確定缺陷的埋深和自身高度;(5)寬而淺的缺陷也難以檢出;(6)也不是所有鐵磁性材料都能采用,鐵素體鋼當磁場強度H≤2500A/m時,相對磁導率應是μr>300,不銹鋼的鐵素體含量應大于>70%;(7)檢測后常需退磁和清洗;(8)試件表面不得有油脂或其他能粘附磁粉的物質。

磁粉檢測、滲透檢測和渦流檢測都屬于表面無損檢測方法,但其原理和適用范圍區別很大,并且有各自的優點和局限性。作為容器檢測人員應熟練掌握這3種檢測方法,并能根據工件材料、狀態和檢測要求,選擇合理的方法進行檢測。例如磁粉檢測對鐵磁性材料工件的表面和近表面缺陷具有很高的檢測靈敏度,可發現微米級寬度的小缺陷,所以在容器檢驗中對于鐵磁性材料工件表面和近表面缺陷的檢測宜優先選擇磁粉檢測方法,確因工件結構形狀等原因不能使用磁粉檢測時,方可使用滲透檢測或渦流檢測。

3 檢測方法應用

由于壓力容器用材料大多為Q235、16MnR等碳素鋼或低合金鋼,具低剩磁、低矯頑力的特點,故在用壓力容器磁粉探傷只能采用連續法,即在外加磁場磁化的同時,將磁粉或磁懸液施加到工件上進行磁粉探傷。盡管磁粉探傷方法多種多樣,但由于壓力容器定檢磁粉探傷主要是針對焊縫,包括對接焊縫、角焊縫等,一般無法使用固定式設備,只能用便攜式設備分段探傷,致使壓力容器定檢對磁粉探傷方法的選擇受到局限,目前常用的方法有以下幾種:

3.1 磁軛法

應用較為廣泛,該方法設備簡單,操作方便,活動關節磁軛可檢角焊縫,使用中為檢出各個方向的缺陷,必須在同一部位至少作兩次互相垂直的探傷,且應將焊縫劃分為若干個受檢段,檢測操作時應有一定的重疊,此方法效率低,操作不當可能造成漏檢。

3.2 交叉磁軛法

目前容器定檢中應用最廣的一種方法,可產生旋轉磁場,探傷效率高,靈敏度高,操作簡單,一次磁化可檢出各方向的缺陷,適于長的對接焊縫探傷,對角焊縫則不適用。但由于需使用380V電源,在石化行業容器內部使用受到了一些限制。

3.3 觸頭法

屬單方向磁化方法,電極間距可以調節,可根據探傷部位情況及靈敏度要求確定電極間距和電流大小,對于角焊縫可靈活調節,該方法和磁軛法一樣,同一部位也要進行兩次互相交叉垂直的探傷。

3.4 線圈法

對于管道圓周及管角接焊縫可以用繞電纜法探傷,屬縱向磁化,可發現焊縫及熱影響區的縱向裂紋。

在實際的壓力容器定檢中我所主要使用的只有磁軛法和交叉磁法兩種。對于容器對接的縱、環焊縫,此兩種方法操作方便、靈敏度高、效率高處于無可替代的地位;對于接管角焊縫,交叉磁法無法檢驗;活動關節磁軛能較好的解決與容器筒體垂直的接管角焊縫探傷,但對于成一定角度的接管角焊縫則存在一定的困難;而觸頭法和線圈法則能較好的解決此問題。

4 檢測時的注意事項

盡管磁粉探傷靈敏度高,但如果操作不當也會造成漏檢,不但發揮不出磁粉探傷的優勢,反而會因漏檢而給壓力容器的安全運行帶來隱患,對檢驗單位的聲譽造成不良影響。根據我在壓力容器定檢中對磁粉探傷的體會,認為容器定檢中磁粉探傷應注意以下幾個問題:

4.1 檢測前充分了解容器材料、制造、使用情況

在用壓力容器表面檢測的目的主要是檢查疲勞裂紋和應力腐蝕裂紋。如制造時采用高強度鋼及對裂紋敏感的鋼材,在一定的使用條件下非常有可能產生裂紋,導致容器的失效。因此,在容器檢驗前一定要認真查閱制造、使用資料,弄清容器的材料、焊接工藝及使用情況后方可進行磁粉檢測。

4.2 檢測面的清理打磨應符合要求

一般容器內部與介質接觸面大多有銹、氧化皮,有的還有防腐層,容器外部有漆,檢測時一定要對焊縫及兩側適當寬度進行認真清理、打磨,以徹底去除覆蓋物,露出金屬光澤為合格,否則會掩蓋缺陷,影響缺陷顯示,造成漏檢。

4.3 操作方法應正確

在被探面上任意方向的裂紋都有與有效磁場最大幅值正交的機會,從而得到最大限度的缺陷漏磁場;相反,如果使交叉磁軛固定分段對焊縫探傷,就會使被探工件表面各點處于不同幅值和橢圓度的旋轉磁場作用下,結果將造成各點探傷靈敏度的不一致,對某些地方裂紋的探傷靈敏度降低。

4.4 磁極端面與工件表面的間隙

磁極端面與工件表面之間保持一定間隙是為了交叉磁軛能在被探工件上移動行走。如果間隙過大,將會在間隙處產生較大的漏磁場。

4.5 交叉磁軛的磁化行走方向與磁懸液噴灑方向的配合

為了避免磁懸液的流動而沖刷掉缺陷上已經形成的磁痕,并使磁粉有足夠的時間聚集到缺陷處。

[1]王芳詠.壓力容器無損檢測的探討[J].鍋爐制造,2003,(4).

[2]梁宏寶,王立勛,劉 磊.壓力容器無損檢測技術的現狀與發展[J].石油機械,2007,(2).

[3]林立華.壓力容器無損檢測技術[J].鑿巖機械氣動工具,2007,(2).