壓力容器的射線和超聲波檢測(cè)的可靠性比較

聶洪軒， 王偉

（哈藥集團(tuán)制藥總廠，哈爾濱150086）

1 引 言

無(wú)損檢測(cè)是壓力容器制造后必須進(jìn)行的關(guān)鍵步驟，它關(guān)系到壓力容器的使用安全，是制造結(jié)束后質(zhì)量保障的手段。現(xiàn)階段，使用比較廣泛的是射線檢測(cè)和超聲波檢測(cè)，超聲波檢測(cè)由于設(shè)備較為經(jīng)濟(jì)和操作簡(jiǎn)便等原因，在無(wú)損檢測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域比射線檢測(cè)更為廣泛。由于這兩種檢測(cè)的方法的檢測(cè)原理完全不同，對(duì)不同缺陷的靈敏性各不相同，對(duì)不同種類缺陷的檢出率也各有優(yōu)劣，所以在需要檢測(cè)不同方面的缺陷時(shí)，用射線或超聲波就要有所選擇。

由于無(wú)損檢測(cè)的重要性及無(wú)損檢測(cè)方法的多樣性，作為一名壓力容器設(shè)計(jì)人員在選擇無(wú)損檢測(cè)方法前，應(yīng)在充分了解各種無(wú)損檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)后做出合適的選擇。

2 符合使用要求

無(wú)損檢測(cè)的目的是防止焊縫由于焊接缺陷而引起的壓力容器破裂。壓力容器破裂的安全性取決于應(yīng)力、缺陷及材料性能。而無(wú)損檢測(cè)通常只能發(fā)現(xiàn)缺陷。對(duì)于一條焊縫，如果知道其材料的性能和應(yīng)力，就可計(jì)算出焊縫的臨界缺陷尺寸。它是指不降低壓力容器安全性的條件下所能允許的最大缺陷尺寸。“符合使用要求”就是指焊縫缺陷尺寸小于臨界缺陷尺寸，壓力容器就可以說(shuō)是安全的，這是通常意義上的說(shuō)法。但從斷裂力學(xué)的角度來(lái)看，臨界缺陷尺寸主要取決于實(shí)際缺陷的高度，而其長(zhǎng)度及其它參數(shù)則相對(duì)次要。但現(xiàn)在大多數(shù)的無(wú)損方法均不是測(cè)量缺陷的高度而是測(cè)量其長(zhǎng)度。而對(duì)于焊縫中的主要危害—平面型缺陷，射線檢測(cè)往往不能檢測(cè)出來(lái)，而超聲波檢測(cè)雖然有可能探測(cè)出來(lái)，但超聲波信號(hào)的高度和缺陷的實(shí)際高度卻無(wú)明顯或簡(jiǎn)單關(guān)系。

3 射線和超聲波檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)比較

3.1 射線檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）射線檢測(cè)有底片的直接記錄。（2）可獲得缺陷的投影圖象，比較直觀。（3）體積型缺陷（夾渣、氣孔等）檢出率很高，而面積型缺陷（未熔合、裂紋）的檢出率較低。（4）只適合對(duì)薄板的檢測(cè)。（5）適合檢測(cè)對(duì)接焊縫，但對(duì)角焊縫的檢測(cè)效果較差。（6）檢測(cè)成本高，檢測(cè)的速度慢。（7）射線的輻射對(duì)人體有害。

3.2 超聲波檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）超聲波檢測(cè)無(wú)直接的見(jiàn)證記錄。（2）無(wú)法獲得缺陷的直觀圖象，定量困難。（3）對(duì)面積型缺陷的檢出率較高，而對(duì)體積型缺陷的檢出率較低。（4）適合對(duì)厚板進(jìn)行檢測(cè)。（5）應(yīng)用范圍廣，適合對(duì)各類工件、焊縫進(jìn)行檢測(cè)。（6）成本低，檢測(cè)速度快，設(shè)備體積小，重量輕。（7）材質(zhì)的晶粒度及工件的不規(guī)則形狀對(duì)超聲波有影響。

通過(guò)上述射線和超聲波檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)可以看出，射線和超聲波檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)都比較明顯，但它們?cè)诤芏喾矫娑寄苄纬苫パa(bǔ)，所以要根據(jù)不同的實(shí)際情況做出選擇。

4 常規(guī)超聲波和射線檢測(cè)的可靠性比較

在超聲波檢測(cè)中，有時(shí)不能正確判定缺陷的種類、形狀和尺寸。但焊縫的缺陷在沿長(zhǎng)度上的位置是容易確定的。而對(duì)于超聲波檢測(cè)的可靠性而言，由于無(wú)法得到直觀的缺陷圖象，所以人的主觀因素就成為其重要因素之一，而對(duì)于超聲波檢測(cè)中不同部位的檢測(cè)數(shù)據(jù)，是否便于檢測(cè)人員發(fā)現(xiàn)并判定其缺陷性質(zhì)是對(duì)超聲波檢測(cè)可靠性的重要的評(píng)定依據(jù)。

對(duì)于根部缺陷——在對(duì)兩個(gè)分別長(zhǎng)35mm 和30mm的焊縫根部裂紋的超聲波檢測(cè)試驗(yàn)中，約80%的檢測(cè)人員可以發(fā)現(xiàn)這些裂縫，但只有20%的檢測(cè)人員可以正確判定其性質(zhì)，單面焊縫如果沒(méi)有事先采取措施，則根部缺陷檢測(cè)的準(zhǔn)確性不高，它們有時(shí)可能被認(rèn)定為焊縫幾何形狀引起的偽信號(hào)。

對(duì)于夾渣缺陷——這里主要是指圓形夾渣。大約1/3的檢測(cè)人員未能發(fā)現(xiàn)某一夾渣。雖然漏檢的幾率很高，但這種夾渣不危險(xiǎn)，問(wèn)題還不是很大。

對(duì)于未熔合缺陷——未熔合屬平面型缺陷，其與裂紋類似。幾乎所有的檢測(cè)人員都可檢測(cè)出大的未熔合缺陷，但只有75%的人員能檢測(cè)出小的未熔合缺陷。

對(duì)于氣孔缺陷——密集氣孔能比較容易地檢測(cè)出來(lái)，約占60%。而對(duì)于單個(gè)氣孔，檢出率卻只有25%。但氣孔對(duì)材料強(qiáng)度的影響不大，故對(duì)于現(xiàn)有的檢出率已可滿意。

對(duì)于表面缺陷——只有不足50%的檢測(cè)人員能檢測(cè)出焊瘤、咬邊和過(guò)高的加強(qiáng)層等缺陷，因此焊縫的超聲檢測(cè)需與磁粉檢測(cè)、表面目測(cè)等相結(jié)合。

在射線檢測(cè)中，對(duì)于缺陷高度小于材料厚度1%～2%的缺陷是極難發(fā)現(xiàn)的，對(duì)于取向不良的平面缺陷尤其如此。射線檢測(cè)也不易判定缺陷的埋藏深度。由于射線檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的缺陷比較直觀，所以對(duì)于用同樣攝片工藝獲得的射線照片，一般不會(huì)出現(xiàn)很大差異。但對(duì)于同一缺陷的不同攝片方法，則所呈現(xiàn)的缺陷細(xì)節(jié)就會(huì)有所不同。而對(duì)于同一張照片上的缺陷，不同的檢測(cè)人員卻可能得出不同的結(jié)果。

綜上所述，現(xiàn)階段，無(wú)損檢測(cè)依然是以射線檢測(cè)為主，尤其是在薄板（≤38mm）檢測(cè)中。

因?yàn)樯渚€檢測(cè)照片比較直觀，對(duì)于人員的經(jīng)驗(yàn)依賴較小，所以可靠性較高，并有可儲(chǔ)存的檢測(cè)依據(jù)（射線照片），但其缺點(diǎn)也較明顯，對(duì)人體有輻射傷害，使用成本較高。而超聲波檢測(cè)可彌補(bǔ)射線檢測(cè)的缺點(diǎn)，但無(wú)法得到缺陷的直觀圖象，對(duì)人員的經(jīng)驗(yàn)依賴性很強(qiáng)，所以可靠性相對(duì)較低，并且無(wú)法儲(chǔ)存檢測(cè)數(shù)據(jù)。

5 結(jié) 語(yǔ)

射線檢測(cè)和超聲波檢測(cè)是目前使用比較廣泛的兩種無(wú)損檢測(cè)方法。它們對(duì)于不同的焊縫缺陷有著不同的優(yōu)勢(shì)，所以在針對(duì)不同缺陷時(shí)應(yīng)選擇不同的檢測(cè)方法。就其可靠性而言，射線檢測(cè)由于檢測(cè)照片比較直觀，所以射線檢測(cè)比超聲波檢測(cè)的可靠性要高，但其缺點(diǎn)也較為明顯。隨著技術(shù)的發(fā)展，超聲波檢測(cè)由于成本經(jīng)濟(jì)等原因?qū)⒃跓o(wú)損檢測(cè)所占的比重中越來(lái)越大，尤其是超聲衍射時(shí)差（TOFD）檢測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)，超聲波檢測(cè)的可靠性也越來(lái)越高，其發(fā)展前景也越來(lái)越可觀。