淺談壓力容器檢驗中無損檢測技術的運用

石 巍 徐建軍

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院鹽城分院，江蘇 鹽城 224002）

隨著科學技術的發展，各種工業檢測技術也日新月異，無損檢測是一項新型的科學技術，是利用聲、光、磁、電等手段，在不破壞和損壞檢測對象的前提下，對檢測對象體內是否存在結構缺陷，給出缺陷的尺度、位置、性質和數量等信息，進而判斷被檢測對象所處技術狀態（合格與否、剩余壽命等）的一種手段。本文主要論述壓力容器的無損檢測方法及應用實例。

1 壓力容器無損檢測方法

壓力容器的無損檢測可采用超聲檢測、射線檢測、滲透檢測、磁粉檢測等方法。

1.1 超聲波檢測

超聲檢測已經成為無損檢測中應用比較廣泛的方法之一，它是通過超聲波在介質中傳播時發生的遇到界面產生反射的性質來檢測缺陷的方法。這種方法的靈敏度高，超聲波的穿透能力強，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，因此它的廣泛應用是眾所周知的。超聲波檢測技術可以檢測壓力容器的焊接內表面的裂紋，對于焊縫內的缺陷的安全評定是不可或缺的，在國外，這項技術已經趨于成熟。

超聲波檢測的優點：適用于金屬、非金屬和復合材料等多種制件的無損檢測；穿透能力強，可對較大厚度范圍內的工件內部缺陷進行檢測；缺陷定位較準確；對面積型缺陷的檢出率較高；靈敏度高，可檢測工件內部尺寸很小的缺陷；檢測成本低、速度快，設備輕便，對人體及環境無害現場使用較方便等。

超聲波檢測的缺點：對工件中的缺陷進行精確的定性、定量仍需作深入研究；對具有復雜形狀或不規則外形的工件進行超聲檢測有困難；缺陷的位置、取向和形狀對檢測結果有一定的影響；工件材質、晶粒度等對檢測有較大影響；常用的反射法檢測的檢測結果顯示不直觀，檢測結果無直接見證記錄，但現在由國外引進，國內迅速發展的TOFD技術可彌補這一缺點。

1.2 射線檢測

射線在穿透工件過程中，受工件物質的阻力而強度減弱，減弱程度取決于物質的阻力系數和射線穿透的物質厚度。工件中存在缺陷時，構成缺陷的物質的阻力系數不同于工件基本物質的阻力系數，因此射線在穿過工件缺陷部位和完好基體后其射線強度會產生差異。放在工件后面的X光感光膠片的感光程度會因這種差異而有所不同。膠片經處理后，缺陷部位和完好基體將產生黑度不同的影像，依據黑度的不同，可以判斷工件中缺陷的存在和尺度。

射線檢測可作為壓力容器無損檢測的有效方法之一，主要用在壓力容器制造過程中檢測其焊縫。

射線檢測的優點：暴露于射線并經處理的膠片可給出受檢工件材質內部缺陷生成的直觀圖象，可做到定性定量準確，直接記錄的檢測結果可長期保存。對體積型缺陷，諸如氣孔、夾渣等，檢出率高。

射線檢測的缺點：對面積型缺陷，諸如裂紋、末熔合等，如果照相角度不適當，則比較容易漏檢；射線檢測應用的局限性是成本高，且射線檢測操作中需嚴格防護，以免射線傷害人體。

1.3 滲透檢測

滲透檢測是一種以毛細作用原理為基礎的檢查表面開口缺陷的無損檢測方法。將特制的滲透液涂抹于被檢測工件的表面，由于液體有滲透作用，對工件表面肉眼看不出的裂紋、缺口、凹坑之類的缺陷，滲透液能夠滲入其中，再利用顯示劑將滲入缺陷的滲透液顯示于工件表面，就可顯示出缺陷的存在。

（1）壓力容器制造過程中的焊縫檢測用于檢測焊縫及熱影響區的表面開口缺陷，如熱裂紋、冷裂紋和延遲裂紋。

（2）壓力容器的在役檢測。用于檢測使用中的壓力容器的焊縫、熱影響區及基材的表面開口缺陷，如疲勞裂紋、應力腐蝕、晶間腐蝕等。

滲透檢測的優點：設備簡單，操作簡便，費用低廉，檢查結果直觀；用于大型工件和形狀不規則工件的檢驗以及在用設備的現場檢修檢查，更能顯示其特殊的適用性和優點。

滲透檢測的缺點：對埋藏于表層以下的缺陷無能為力而只能檢測開口暴露于表面的缺陷。

1.4 磁粉檢測

鐵磁性材料工件，其表面或表面內淺處若有缺陷，就存在基體材料的不連續性，其被磁化后，表面和近表面的磁力線將發生局部畸變而產生漏磁場，吸附施加在工件表面上的磁粉，在合適的光照下，被吸附的磁粉形成目視可見的磁粉痕跡，痕跡的位置、尺度和形狀顯示出不連續性亦即缺陷的位置、大小、形狀和嚴重程度。

磁粉檢測的優點：可檢測出鐵磁體材料的表面和近表面（開口和不開口）缺陷；能直觀地顯示缺陷的位置、形狀、大小和嚴重程度；具有很高的檢測靈敏度，可檢測微米級寬度的缺陷；單個工件檢測速度快，工藝簡單，成本低廉，污染少；采用合適的磁化方法，幾乎可以檢測到工件表面的各個部位，基本不受工件大小和形狀的限制；缺陷檢測重復性好，可以反復驗證缺陷的存在；可檢測受腐蝕的表面。

磁粉檢測的缺點：只適用于鐵磁性材料，不能檢測奧氏體不銹鋼材料和奧氏體不銹鋼焊縫及其他非鐵磁性材料；只能檢測表面和近表面缺陷；檢測時靈敏度和磁化方向有很大關系，若缺陷方向和磁化方向近似平行或缺陷與工件表面夾角小于20度，缺陷就很難發現；表面淺而寬的劃傷、鍛造皺折不易發現；受幾何形狀影響，易產生非相關顯示；若工件表面有覆蓋層，將對磁粉檢測有不良影響；用通電法和觸頭法磁化時，易產生電弧，燒傷工件；部分磁化后具有較大剩磁的工件需進行退磁處理。

2 無損檢測在壓力容器中的應用實例

2.1 在用換熱器檢測實例

設備類型：管殼式換熱器；材質：碳鋼（管子：10# 鋼；管板：16MnⅢ；筒體：16MnR）；設計壓力：-0.1/0.6 Mpa；設計溫度：-10/200 ℃；故障表現：內部泄漏。設備停用后，打開上下管箱，宏觀檢查發現上下管板上有很多腐蝕坑。為查出泄漏部位，根據設備的使用情況采用了幾種無損檢測方法。在通過氦檢漏和肥皂泡檢測發現了裂紋的基礎上，采用以下適宜檢測裂紋的無損檢測方法：滲透檢測：針對發現的表面裂紋，決定對上下管板的所有管子-管板角焊縫進行滲透檢測。滲透檢測結果非常直觀地顯示出上管板約50%的管子-管板角焊縫存在裂紋。磁粉檢測：磁粉檢測發現上管板上的幾乎每個管端角焊縫都存在裂紋，有的裂紋延伸到管板和管子端部內表面。

本次檢測中，根據設備的實際情況和初步檢測出的缺陷性質，采用滲透檢測和磁粉檢測，全面、準確、直觀地反映出缺陷的情況，找出了故障的根源。檢測結果表明，在檢測碳鋼材料的表面包括近表面缺陷時，磁粉檢測比滲透檢測具有更高的靈敏度，同時檢測速度更快。

本次檢測中，由于設備的客觀條件和初步檢測出的缺陷類型及上述明確的檢測結果，認為沒有必要再使用射線檢測、超聲波檢測的方法進行檢測。

2.2 換熱器制造中的檢測

1臺制造中的管殼式換熱器在滲漏試驗中發現管程泄漏。宏觀檢查發現，部分管子-管板的焊縫中存在燒穿孔。經分析，這些燒穿孔是由于焊接不當引起的。為了排查出其它焊縫中可能存在未完全燒穿的孔，決定對換熱器所有的管子-管板焊縫進行檢測。

圖1 超聲相控陣檢測管子-管板焊縫示意圖

圖2 射線檢測發現缺陷的管子管板角焊縫的射線圖像

根據設備的實際情況和排查缺陷的類型，采用100%相控陣的超聲波檢測方法進行檢測，采用射線檢測法進行驗證。通過超聲相控陣探頭在管子端部的掃查，快速準確地檢測出了管子角焊縫根部存在的缺陷，見圖1。對于發現的不合格部位進行了射線檢測予以驗證，檢測結果如圖2所示。

本次檢測，采用了相控陣超聲檢測法進行檢測，輔以射線檢測法予以驗證，準確判斷了缺陷的情況和性質。

結語

進行無損檢測時，應當遵循以下原則：（1）正確選擇實施無損檢測的時機根據無損檢測的目的，正確選擇實施無損檢測的時機，有利于及早檢測出設備的缺陷。（2）正確選用最適宜的無損檢測方法每種無損檢測方法都有一定的特點和適用范圍。為提高檢測結果的可靠性，應根據設備材質、制造方法、工作介質、使用條件和失效模式，預測缺陷可能的種類、形狀、部位和取向，選用最適宜的無損檢測方法。（3）綜合運用各種無損檢測方法任何一種檢測方法都不是萬能的，每種方法都其優點和缺點。在一項檢測中，若條件允許，應盡可能多用幾種檢測方法，互相對照和驗證。同時，在無損檢測中，既要保證檢測結果的質量，還要保證在安全的前提下，檢測方法的經濟性，做到各種無損檢測方法的合理應用。

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[2]王曉雷.鍋爐壓力容器無損檢測相關知識全國鍋爐壓力容器無損檢測考委會，2001.

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