淺析承壓類特種設備無損探傷技術及其應用

柴子昂

（山東省特種設備檢驗研究院，山東 濟南250101）

0 引言

承壓類特種設備是指涉及生命安全、危險性較大的鍋爐、壓力容器（含氣瓶）、壓力管道。承壓類特種設備一旦發(fā)生爆炸或泄露，往往并發(fā)火災、中毒、污染環(huán)境等災難性事故，所以對承壓類特種設備有更高的安全要求。 無損探傷是檢驗承壓類特種設備的重要手段，其檢驗的目的就是發(fā)現(xiàn)設備的缺陷，防止事故的發(fā)生。

1 無損探傷的定義及目的

無損探傷是在不改變被檢物的性質(zhì)和狀態(tài)的情況下，應用探傷儀器，對設備材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)進行的以判明結(jié)構(gòu)材質(zhì)內(nèi)部缺陷分布情況的各種檢測。

在特種設備檢測中，無損探傷是工作量最大、使用范圍最廣的檢測工作。常用的方法主要有：磁粉探傷、滲透探傷、射線探傷、超聲波探傷、聲發(fā)射探傷等。

在用特種設備檢測中，應用無損探傷檢測的目的是：測量缺陷，判明缺陷的性質(zhì)、形狀、長度、高度、深度；判明缺陷在使用過程中的擴展情況，是否由新生缺陷。

2 無損探傷方法介紹

2.1 磁粉探傷

磁粉探傷是基于缺陷處漏磁場與磁粉相互作用而顯示鐵磁性材料表面和近表面缺陷的無損探傷方法。 漏磁場強度越大，缺陷部位就越容易吸附磁粉，則“磁痕”越深，利用這種原理，可以發(fā)現(xiàn)工件中的缺陷，根據(jù)磁粉堆積部位、形狀和大小等情況判斷缺陷的性質(zhì)和大小。

在以鐵磁性材料為主的承壓類特種設備原材料驗收、制造安裝過程質(zhì)量控制與產(chǎn)品質(zhì)量驗收以及使用中的定期檢驗與缺陷維修檢測等幾個階段， 磁粉探傷技術在檢測鐵磁性材料表面及近表面裂紋、折疊、夾層、夾渣等方面均得到廣泛的應用。

在用特種設備檢測中，主要用于焊縫、鑄件、鍛件的檢測，不適用于鋁合金、奧氏體不銹鋼探傷。磁粉探傷的優(yōu)點在于探傷成本低、速度快、探傷靈敏度高。缺點是在于只能適用于鐵磁性材料，工件的形狀和尺寸有時對探傷有影響。

2.2 滲透探傷

滲透探傷是利用有色滲透液來顯示表面開口缺陷的一種探傷方法，其方法是將液體滲透液滲入工件表面開口缺陷中，用去除劑清除多余滲透液后，用顯像劑表示出缺陷。

滲透探傷可有效用于除疏松多孔性材料外的任何種類的材料，如鋼鐵材料、有色金屬材料、陶瓷材料和塑料等材料的表面開口缺陷。隨著滲透探傷方法在承壓類特種設備探傷中的廣泛應用，須合理選擇滲透劑及探傷工藝、標準試塊及受檢壓力容器實際缺陷試塊，使用可行的滲透探傷方法標準等來提高滲透探傷的可靠性。

滲透探傷操作簡單成本低，缺陷顯示直觀，探傷靈敏度高，可探傷的材料和缺陷范圍廣，對形狀復雜的部件一次操作就可大致做到全面檢測。 但只能檢測出材料的表面開口缺陷，且不適用于多孔性材料的檢驗，對工件和環(huán)境有污染。 滲透探傷方法在探傷表面微細裂紋時往往比射線探傷靈敏度高，還可用于磁粉探傷無法應用到的部位。 在承壓類特種設備檢測中， 滲透探傷多用于奧氏體不銹鋼設備的表面探傷。

2.3 射線探傷

射線探傷是利用X 射線、γ 射線易于穿透物質(zhì)的性質(zhì)， 來檢測物質(zhì)內(nèi)部缺陷的一種方法，在承壓類特種設備檢驗中，一般用于探傷焊縫和鑄件中存在的氣孔、密集氣孔、夾渣、裂紋、未融合、未焊透等缺陷。 另外，對于人體不能進入的設備以及不能采用超聲波探傷的多層包扎壓力容器和球形壓力容器多采用Ir 或Se 等同位素進行γ 射線照相。

射線探傷適用于檢測工件內(nèi)部缺陷，它廣泛用于鍋爐、壓力容器、壓力管道等承壓類特種設備焊縫內(nèi)部缺陷的檢測。 射線探傷對氣孔、夾渣、未焊透等體積缺陷，在X 射線方向有較明顯的厚度差，即使很小的缺陷，也很容易檢測出來，因此射線探傷對體積缺陷較靈敏。對裂紋、未熔合等有一定面積、厚度很小的缺陷，只有射線與缺陷平面接近平行時易查出，否則易漏檢，射線探傷對平面缺陷不靈敏。

射線探傷方法可獲得缺陷的直觀圖像，對長度、寬度尺寸的定量也比較準確，探傷結(jié)果由直觀記錄，可以長期保存。 在進行射線探傷時，必須做好安全防護工作，要防止射線對人體的照射產(chǎn)生傷害。

2.4 超聲波探傷

超聲波探傷是利用超聲波在介質(zhì)中傳播時產(chǎn)生衰減，遇到界面產(chǎn)生反射的性質(zhì)來檢測缺陷的無損探傷方法。超聲波在鋼材內(nèi)部具有很強的穿透力，可以檢測很厚的鋼板和焊縫。

超聲波探傷適用于碳鋼、合金鋼焊縫、鋼板、鍛件、管材等內(nèi)部質(zhì)量檢測。該方法對裂紋、未焊透等平面缺陷檢測靈敏度高，具有靈敏度高、指向性好、穿透力強、探傷速度快、成本低等優(yōu)點。在承壓類特種設備檢測中，即可用于探傷焊縫內(nèi)部埋藏缺陷和焊縫內(nèi)表面裂紋，還用于壓力容器鍛件和高壓螺栓可能出現(xiàn)裂紋的探傷。

超聲波探傷儀器體積小、重量輕，便于攜帶和操作，對人體沒有危害。檢驗人員可以不進入設備內(nèi)部，只要在設備外側(cè)探傷，就能檢測出焊縫內(nèi)部缺陷情況。 對于外面由保護層的設備，在不拆保護層的情況下，檢測人員進入設備內(nèi)部，同樣可以完成檢測工作。

2.5 聲發(fā)射探傷

聲發(fā)射探傷是指材料或結(jié)構(gòu)受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應變能地現(xiàn)象。而彈性波可以反映出材料的一些性質(zhì)。聲發(fā)射探傷就是通過探測受力時材料內(nèi)部發(fā)出的應力波判斷容器內(nèi)部機構(gòu)損傷程度的一種新的無損探傷方法。

壓力容器在高溫高壓下由于材料疲勞、腐蝕等產(chǎn)生裂紋。 在裂紋形成、 擴展直至開裂過程中會發(fā)射出能量大小不同的聲發(fā)射信號，根據(jù)聲發(fā)射信號的大小可判斷是否有裂紋產(chǎn)生、及裂紋的擴展程度。

聲發(fā)射與X 射線、 超聲波等常規(guī)探傷方法的主要區(qū)別在于它是一種動態(tài)無損探傷方法。 聲發(fā)射信號是在外部條件作用下產(chǎn)生的，對缺陷的變化極為敏感，可以探傷到微米數(shù)量級的顯微裂紋產(chǎn)生、擴展的有關信息，探傷靈敏度很高。此外，因為絕大多數(shù)材料都具有聲發(fā)射特征，所以聲發(fā)射探傷不受材料限制，可以長期連續(xù)地監(jiān)視缺陷的安全性和超限報警。

3 無損探傷方法的特點

無損探傷在承壓特種設備設備上應用時，主要有以下四個特點：

3.1 不損壞試件材質(zhì)、結(jié)構(gòu)

無損檢測的最大特點就是能在不損壞試件材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的前提下進行檢測。但是，并不是所有需要測試的項目和指標都能進行無損檢測，無損檢測技術也有自身的局限性。 某些試驗只能采用破壞性試驗，因此，對一個工件、材料、機器設備的評價，必須把無損檢測的結(jié)果與破壞性試驗的結(jié)果互相對比和配合，才能作出準確的評定。

3.2 科學選擇適當?shù)臒o損探傷方法

對于承壓設備進行無損探傷時，由于各種探傷方法都具有一定的特點，不能適用于所有工作和所有缺陷，應根據(jù)實際情況，靈活地選擇最合適的無損探傷方法。 例如，鋼板的分層缺陷因其延展方向與板平行，就不適合射線探傷而應選擇超聲波探傷。

3.3 合理確定無損探傷的時間

在進行承壓設備無損探傷時，應根據(jù)探傷目的，結(jié)合設備工況、材質(zhì)和制造工藝的特點，正確選用無損探傷時機。例如：對于有延遲裂紋傾向的材料，磁粉檢測應根據(jù)要求至少在焊接完成24 小時后進行。 對于緊固件和鍛件的磁粉檢測應安排在最終熱處理之后進行。

3.4 綜合應用各種無損探傷方法

在無損探傷中，任何一種無損探傷方法都不是萬能的。因此，在無損探傷中，應盡可能多采用集中方法，獲得更多的缺陷信息，從而對實際情況有更豐富了解和判斷。例如，超聲波對裂紋缺陷探測靈敏度高，但定性不準；而射線對缺陷的定性比較準確，兩者配合使用，就能保證探傷結(jié)果可靠準確。

［1］邵澤波，劉興德.無損檢測[M].化學工業(yè)出版社，2011,08.

［2］強天鵬.壓力容器檢驗[M].新華出版社，2008,05.