壓力容器無損檢測技術的原理及在我廠設備檢驗中的應用

【摘 要】介紹我廠壓力容器在役檢驗過程中所采用的無損檢測技術，包括射線、超聲、磁粉、滲透等常規技術和紅外熱像儀、工業視頻內窺鏡、TEFD等新技術，并論述他們的工作原理、優缺點和應用范圍。

【關鍵詞】壓力容器檢測技術；原理；應用

0.引言

隨著現代工業的發展，對產品質量和結構安全性，使用可靠性提出越來越高的要求，由于無損檢測技術具有不破壞試件，檢測靈敏度高等優點，所以其應用日益廣泛。目前對壓力容器的檢測方法有多種，本文主要介紹在我廠設備檢驗中采用的無損檢測的常用技術如射線、超聲、磁粉和滲透及新技術如紅外熱像儀、工業視頻內窺鏡、TEFD等。

1.無損檢測方法

現代無損檢測的定義是：無損檢測是在不損害或不影響被檢測對象使用性能的前提下，采用射線、超聲、紅外、電磁等原理技術儀器對材料、零件、設備進行缺陷、化學、物理參數的檢測技術。

1.1射線檢測

射線檢測（Radiographic Testing，RT）技術是利用X射線或γ射線在穿透可見光無法穿透的物質使膠片感光，當X射線或r射線照射膠片時，與普通光線一樣，能使膠片乳劑層中的鹵化銀產生潛影，由于不同密度的被檢物各部分物質對射線的吸收系數不同，照射到膠片各處的射線能量也就會產生差異，若將受到不同程度吸收的射線投射到X射線膠片上 ，便可根據暗室處理后的底片各處黑度差來判別缺陷。如用熒光屏代替膠片，可直接觀察被檢物體的內部情況。主要用于檢測焊縫和鑄件中存在的氣孔、密集氣孔、夾渣和未融合、未焊透等缺陷。另外，對于人體不能進入的壓力容器以及不能采用超聲檢測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。但射線檢測不適用于鍛件、管材、棒材的檢測。

總的來說，射線檢測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，檢測結果有直觀紀錄，可以長期保存。但該方法對體積型缺陷（氣孔、夾渣）檢出率高，對體積型缺陷（如裂紋未熔合類），如果照相角度不適當，容易漏檢。另外該方法不適宜較厚的工件，且檢測成本高、速度慢，同時對人體有害，需做特殊防護。

1.2超聲波檢測

超聲檢測（Ultrasonic Testing，UT）利用材料及其缺陷的聲學性能差異對超聲波傳播時產生衰減，遇到界面產生反射的性質來檢測缺陷的無損檢測方法。在超聲檢測中常用的超聲頻率為0.5～5兆赫（MHz）。最常用的超聲檢測是脈沖探傷。

超聲檢測主要可探測金屬鑄錠、坯料、中厚板、大型鍛件和形狀比較簡單的制件中所存在的夾雜物、裂縫、縮管、白點、分層、可探測管材中的周向和軸向裂縫、劃傷、焊縫中的氣孔、夾渣、裂縫、未焊透、可探測形狀簡單的制件上的表面缺陷；超聲檢測具有靈敏度高、指向性好、穿透力強、檢測速度快成本低等優點，且超聲波探傷儀體積小、重量輕，便于攜帶和操作，對人體沒有危害。但超聲檢測無法檢測表面和近表面的延伸方向平行于表面的缺陷，此外，超聲檢測對缺陷的定性、定量表征不準確。

1.3磁粉檢測

磁粉檢測（Magnetic particle testing，MT）是通過磁粉在在表面或近表面缺陷的工件被磁化后，當缺陷方向與磁場方向成一定角度時，由于缺陷處的磁導率的變化，磁力線逸出工件表面，產生漏磁場，吸附磁粉形成磁痕。形成在合適光照下目視可見的磁痕，從而顯示出磁粉檢測不連續性的位置、形狀和大小。來檢測物體表面或近表面處的缺陷的無損檢測方法，被檢測物體必須具有鐵磁性。

磁粉檢測的優點在于檢測成本低、速度快，檢測靈敏度高。缺點在于只適用于鐵磁性材料，不能檢測奧氏體不銹鋼材料和用奧氏體不銹鋼焊條焊接的焊縫，也不能檢測銅、鋁、鎂、鈦等非磁性材料。對于表面淺的劃傷、埋藏較深的孔洞和與工件表面夾角小于20°的分層和折疊難以發現。工件的形狀和尺寸有時對探傷有影響。

1.4滲透檢測

滲透檢測（PenetrantTest，PT）是基于毛細管現象揭示非多孔性固體材料表面開口缺陷，其方法是將含有有色染料或熒光的滲透液滲入工件表面開口缺陷中，零件表面被施涂含有熒光染料或著色染料的滲透劑后，在毛細管作用下，經過一段時間，滲透液可以滲透進表面開口缺陷中；經去除零件表面多余的滲透液后，再在零件表面施涂顯像劑，同樣，在毛細管的作用下，顯像劑將吸引缺陷中保留的滲透液，滲透液回滲到顯像劑中，在一定的光源下（紫外線光或白光），缺陷處的滲透液痕跡被顯示，從而探測出缺陷的形貌及分布狀態。

滲透檢測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。

滲透檢測操作簡單成本低，缺陷顯示直觀，檢測靈敏度高，可檢測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。但對工件和環境有污染。滲透檢測方法在檢測表面微細裂紋時往往比射線檢測靈敏度高，還可用于磁粉檢測無法應用到的部位。

1.5超聲波衍射時差法（TOFD）

Time Of Flight Diffraction（TOFD）超聲波衍射時差法，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，用于缺陷的檢測、定量和定位。TOFD技術與傳統脈沖回波技術的最主要的兩個區別在于：⑴更加精確的尺寸測量精度（一般為±1mm，當監測狀態為±0.3mm），且檢測時與缺陷的角度幾乎無關。尺寸測量是基于衍射信號的傳播時間而不依賴于波幅。⑵TOFD技術不使用簡單的波幅閾值作為報告缺陷與否的標準。由于衍射信號的波幅并不依賴于缺陷尺寸，在任何缺陷可能被判不合格之前所有數據必須經過分析，因此培訓和經驗對于TOFD技術的應用是極為基本的要求。

1.6紅外熱像儀

紅外熱像儀是利用紅外探測器、光學成像物鏡和光機掃描系統（目前先進的焦平面技術則省去了光機掃描系統）接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元上，在光學系統和紅外探測器之間，有一個光機掃描機構（焦平面熱像儀無此機構）對被測物體的紅外熱像進行掃描，并聚焦在單元或分光探測器上，由探測器將紅外輻射能轉換成電信號，經放大處理、轉換或標準視頻信號通過電視屏或監測器顯示紅外熱像圖。這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應；實質上是被測目標物體各部分紅外輻射的熱像分布圖由于信號非常弱，與可見光圖像相比，缺少層次和立體感，因此，在實際動作過程中為更有效地判斷被測目標的紅外熱分布場，常采用一些輔助措施來增加儀器的實用功能，如圖像亮度、對比度的控制，實標校正，偽色彩描繪等高線和直方進行數學運算、打印等在工業生產中，許多設備常用于高溫、高壓和高速運轉狀態，應用紅外熱成像儀對這些設備進行檢測和監控，既能保證設備的安全運轉，又能發現異常情況以便及時排除隱患。同時，利用熱像儀還可以進行工業產品質量控制和管理。

1.7工業內窺鏡

工業視頻內窺鏡鏡頭保護罩可拆卸；TFT寬屏液晶顯示器帶2米連接線可移動；20米檢測線，數字記米功能顯示器上顯示具體數據，系統配備兩組電池、電源，系統整體便攜式設計，所有部件集成于一個堅固的儀器箱內。工業視頻內窺鏡，可旋轉翻轉鏡頭可提供全方位觀察視野。先進攝像系統為黑暗檢查現場提供充足照明。彩色旋轉鏡頭帶你近距離觀察，鍋爐、電力、石化等工業壓力管道、容器等。檢查其中的裂紋、腐蝕、焊縫、堵塞以及內部異物等情況。超亮寬屏TFT監視器呈現高品質圖像。直徑40mm旋轉鏡頭具有防水功能，鏡頭可以180°翻轉，并以360°旋轉， 從而輕松自如地對管道和容器內部情況進行清晰的視頻檢查。內視鏡檢測是近年來隨著內視鏡生產制造技術的發展而逐漸得到廣泛應用的一種檢測技術。工業內視鏡可用于高溫、有毒、核輻射及人眼無法直接觀察到的場所的檢查和觀察，主要用于汽車、航空發動機、管道、機械零件等，可在不需拆卸或破壞組裝及設備停止運行的情況下實現無損檢測，另外一方面工業內視鏡還可與照相機、攝像機或電子計算機連接，組成照相、攝像和圖象處理系統，從而進行視場目標的監視、記錄、貯存和圖象分析.為診斷和處理提供很好的保證。

2.展望

作為一種綜合性應用技術，無損檢測技術經歷了從無損探傷（NDI），到無損檢測（NDT），再到無損評價（NDE），并且向自動無損評價（ANDE）和定量無損評價（QNDE）發展。相信在不遠的將來，新生的納米材料、微機電器件等行業的無損檢測技術將會得到迅速發展。

【參考文獻】

[1]魏鋒，壽比南等.壓力容器檢驗及無損檢測：化學工業出版社，2003.

[2]王自明.無損檢測綜合知識：機械工業出版社，2005.

[3]沈功田，張萬嶺等.壓力容器無損檢測技術綜述：無損檢測，2004.

[4]林俊明，林春景等.基于磁記憶效應的一種無損檢測新技術：無損檢測，2000.

[5]葉琳，張艾萍.聲發射技術在設備故障診斷中的應用：新技術新工藝，2000.

[6]JB/T4730-2005，承壓設備無損檢測，2005.