壓力容器、壓力管道裂紋檢驗中的無損檢測技術研究

摘""要：現代工業生產中，壓力容器壓力管道等承壓類特種設備應用越來越廣泛，其運行安全性就顯得尤為重要。為了保障壓力容器的安全使用，在對壓力容器進行檢驗時，不僅要保證檢驗結果的準確性和可靠性，而且還要做到經濟、快捷、準確?；诖?，就壓力容器、管道裂紋檢驗中的無損檢測技術展開分析，以供參考。

關鍵詞：壓力容器""管道""裂紋檢驗""無損檢測技術

中圖分類號：TH49

Research"on"Nondestructive"Testing"Technology"in"the"Crack"Detection"of"Pressure"Vessels"and"Pipelines

WANG"Haiyang

（Ningxia"Special"Equipment"Inspection"and"Testing"Institute，"Yinchuan，""Ningxia"Hui"Autonomous"Region，751000"China）

Abstract："In"modern"industrial"production，"special"pressure"equipment"such"as"pressure"vessels"and"pipelines"are"increasingly"widely"used，"and"their"operation"safety"is"particularly"important."In"order"to"ensure"the"safe"use"of"pressure"vessels，"when"detecting"pressure"vessels，"it"is"necessary"not"only"to"ensure"the"accuracy"and"reliability"of"detection"results，"but"also"to"be"economical，"fast"and"accurate."Based"on"this，"this"article"analyzes"the"nondestructive"testing"technology"in"the"crack"detection"ofnbsp;pressure"vessels"and"pipelines，"for"reference.

Key"Words："Pressure"vessel;"Pipeline;"Crack"detection;"Nondestructive"testing"technology

承壓設備無損檢測技術，是利用聲、光、磁等方法，在不損傷被檢測設備原來的狀態、結構和形狀等前提下，獲取被測物設備結構有關的內部缺陷、表面損傷及化學破壞所采用的檢查方法。通過單一或者多種檢測方法的組合檢測，可以定性或定量地判斷結構內部存在的缺陷情況、確定缺陷位置和預測缺陷可能的發展趨勢，有效地保證設備運行安全。

1""無損檢測技術在壓力容器、壓力管道裂紋檢驗中的作用

壓力容器、管道在制造安裝過程及實際使用中所處環境比較復雜，經常會出現裂紋的情況。例如：在最初制造時由于受到材料、制造、焊接工藝等方面因素的影響，容器、管道出廠時就會攜帶符合檢測合格等級的一些缺陷；在實際使用中，由于介質腐蝕性、壓力、溫度、應力及臨氫和疲勞作用等因素影響，會造成壓力容器管道產生開裂及裂紋擴展。因此，為了能夠及時發現和處理壓力容器管道裂紋問題，需要對相關設備進行無損檢測，及時有效發現壓力容器管道的缺陷，提醒使用單位及時采取措施來處理發現的問題，防止隱患擴大，從而保證生產的安全進行[1]。

2""壓力容器管道的常見裂紋

2.1""焊接裂紋

焊接裂紋是壓力容器制造和壓力管道預制、安裝過程中常見的一種缺陷。在焊接過程中，由于溫度、應力、剛性、焊接熱輸入、母材清潔程度和焊后熱處理不當等原因，焊接接頭出現的裂紋稱為焊接裂紋，對壓力容器、管道的制造和使用都會產生不利影響[2]。其產生的主要原因是熔敷金屬或熱影響區中的夾雜物聚集，形成低熔點共晶體或共晶組織，導致過熱、塑性變形、應力集中、裂紋產生。焊接裂紋主要產生于焊接接頭焊縫區和熱影響區。

2.2""應力裂紋

應力裂紋是由于金屬材料在應力狀態下產生的裂紋，這種裂紋在材料出現塑性變形時就有可能出現的，也有在塑性變形后才出現的。

應力裂紋不一定都是宏觀斷裂，有時也有微觀斷裂現象，其特征是在晶界上出現較長的線狀或鋸齒狀應力集中帶，這些帶內無金屬間化合物存在。應力裂紋通常不具有明顯的方向性，呈對稱分布。應力裂紋中也有少數具有宏觀裂紋特征，但并不與微觀斷裂相聯系。壓力容器、管道的應力裂紋有多種表現形式，一般可分為表面形式、內部形式和復合形式三種[3]。

2.3""腐蝕裂紋

腐蝕裂紋是由于腐蝕介質在金屬表面形成并向內部發展的裂紋。一般認為，腐蝕裂紋是由于金屬與腐蝕介質接觸發生化學或電化學作用，使金屬表面局部或全部發生化學或電化學腐蝕而產生的。通常可分為3種類型：（1）化學腐蝕裂紋，即由于金屬表面的物質與酸、堿等溶液反應而產生的腐蝕裂紋；（2）電化學腐蝕裂紋，即由于金屬表面的氧化膜或氧化物與電解質溶液發生反應而產生的腐蝕裂紋；（3）電化學腐蝕裂紋，即由于金屬表面的物質與電解質溶液發生電化學反應而產生的腐蝕裂紋。壓力容器管道中常因介質或容器外表面發生嚴重的化學或電化學腐蝕性介質作用而產生腐蝕裂紋。

2.4""疲勞裂紋

疲勞裂紋是承壓設備結構不連續區域或承受交變載荷的區域由于焊接應力、交變載荷等疊加所產生的應力超過材料的屈服極限而引起的。其特征是裂紋在疲勞過程中不發生擴展，而是在一定時間內產生疲勞壽命。

疲勞裂紋多發生在高應力集中區，如不及時發現，可引起較大的事故，嚴重時會造成設備報廢。通常對疲勞裂紋可以采取消除應力、降低殘余變形、改進焊接方法、提高材料質量等措施加以預防[4]。

3"""壓力容器、管道裂紋檢驗常用無損檢測技術

3.1""射線檢測

裂紋缺陷往往是在制造或焊接時產生，在使用過程中進一步擴展或萌生。根據裂紋產生的原因，裂紋可以分為內部裂紋和表面裂紋。內部裂紋是指在焊接接頭內部出現的裂紋；表面裂紋是指在焊接接頭上下表面出現的裂紋。管道中最常見的裂紋是焊條電弧焊時產生的焊接缺陷，它是在焊縫金屬中形成的，包括焊瘤、焊根等。這些缺陷對管道結構強度和耐應力腐蝕性能都有很大影響。這些缺陷中，又以表面裂紋對管道安全影響最大，所以應予以特別重視。射線檢測技術（見圖1）是最早使用于壓力容器管道裂紋檢測的無損檢測技術。射線檢測是利用射線照射到待檢材料上，在一定的時間和劑量范圍內，成像在膠片上形成圖像。利用射線在膠片上的成像來判斷材料中是否存在缺陷，并判斷缺陷的位置、大小、形態和性質等。該技術主要包括兩種類型：一是直接觀察法，也就是“目視檢測”，它主要用于對無損檢測中的裂紋進行直接觀察；二是透視檢測法，也就是“觀察”，它主要用于對無損檢測中的裂紋進行透視觀察。這兩種方法都要有一定的設備條件，在壓力容器管道裂紋檢測中，一般選擇射線檢測法來對缺陷進行定性、定量的評價。射線檢測法由于具有不受被檢材料形狀和大小限制、不需要特殊設備、能對各種材質進行檢查等優點而被廣泛使用于壓力容器管道裂紋檢測中。但是在壓力容器管道裂紋檢驗中，射線檢測法也存在一些不足：一是射線探傷對被檢材料的要求比較高，主要用于對金屬材料中的裂紋進行射線探傷；二是射線探傷技術適用范圍有限，對于一些復雜的焊接接頭和缺陷無法進行無損檢測；三是在壓力容器管道裂紋檢驗中射線探傷容易產生誤判[5]。

3.2""超聲檢測

超聲波在介質中的傳播速度取決于介質的波速和聲阻抗。在許多材料中，由于聲阻抗不匹配，聲波的傳播速度大于聲速。所以，聲波可以在各種材料中傳播，尤其是在聲學材料中。超聲波在固體介質中的傳播速度是一個相對穩定的值。但是，在不同材料和不同條件下，聲阻抗也會發生變化，所以聲速也會發生變化。

超聲波是一種機械波，它是以聲波的形式進行傳播的，聲波從聲源開始向外傳播。超聲檢測原理是利用超聲波在介質中的傳播速度、超聲波束與缺陷之間的相互作用及超聲波在各種材料中的衰減來判斷缺陷存在和大小的一種無損檢測方法。超聲波對各種材料都有明顯的穿透能力，所以超聲檢測可用于對各種材料進行探傷。與射線、磁粉等其他無損檢測技術相比，超聲檢測具有靈敏度高、速度快、成本低等特點，已成為壓力容器管道裂紋檢驗中不可缺少的無損檢測方法之一。

3.3""磁粉檢測

磁粉檢測是一種檢測鐵磁性材料表面和近表面缺陷的無損檢測技術，與傳統的射線、超聲波等無損檢測方法相比，具有對檢測表面要求低、適用面廣、靈敏度高、操作簡便等優點。磁粉探傷機（見圖2）可以發現較小缺陷，但對于缺陷的定量比較困難，對于較大的缺陷只能發現有無。在磁粉檢測中，為了提高其靈敏度，常用的方法是采用磁懸液。在進行磁粉檢測時，將磁懸液用水稀釋成合適的濃度，并把它涂抹在待檢部位表面上，然后利用渦流檢測設備來進行探傷。這種方法與傳統的射線和超聲波無損檢測相比具有明顯的優點：（1）能發現表面和近表面缺陷；（2）靈敏度高；（3）可以發現不可見缺陷；（4）適用范圍廣；（5）可發現各種形狀、大小、深度和數量的缺陷；（6）適用于所有材料及各種形狀工件的檢測。但是磁粉檢測也有其不足之處：（1）當工件表面存在粗糙不平、凹凸及弧坑等不連續缺陷時，磁粉檢測靈敏度會下降；（2）如果工件表面存在嚴重腐蝕，則磁粉檢測結果會被掩蓋；（3）磁粉檢測成本較高。

3.4""滲透檢測

滲透檢測技術是利用液體滲透劑滲透到固體表面，形成一種具有一定強度的薄膜，然后再通過顯像顯示出缺陷的方法。該技術通過對被檢測物體表面進行顯像，可以清晰地反映被檢測物體表面的缺陷情況。滲透檢測技術在壓力容器管道裂紋檢測中主要用于以下幾個方面：（1）材料缺陷的檢測，在進行金屬材料的壓力容器管道裂紋檢驗時，就可以利用該技術對其進行檢測，例如金屬材料中的裂紋、夾雜、氣孔等缺陷；（2）金屬構件表面裂紋、凹坑、疲勞裂紋等表面缺陷的檢驗；（3）容器內壁與內壁之間有缺陷存在的檢查；（4）壓力容器管道內部有裂紋存在時，可以使用滲透檢測技術對其進行無損檢測，該技術具有設備簡單、操作方便、不需要復雜設備和耗材等優點。

3.5""渦流檢測

渦流檢測是一種用來檢測線圈中的磁場強度來確定缺陷位置的無損檢測技術，具有分辨率高、靈敏度高、便于實現自動化等優點。但該技術檢測靈敏度受被檢材料和外界環境的影響較大，對缺陷的類型、尺寸等判斷還需借助其他無損檢測技術。

3.6""聲發射檢測

實際生產中由于裝置運行及不定期檢查的需要，往往需要在不停機狀態下開展檢測，以達到監測和缺陷發展趨勢的預測。承壓設備材料中如果存在裂縫擴展、塑性變形或相變等引起應變能快速釋放而產生的應力波從而導致聲發射現象，檢測到聲發射信號，就可以連續監視材料內部變化的整個過程。聲發射檢測技術就是通過接收和分析在用承壓設備在工作狀態下或者壓力試驗條件下材料聲發射信號來評定設備性能或結構完整性的動態無損檢測方法。

4""結語

綜上所述，在壓力容器、管道的制造和使用過程中，開展定期、不定期的檢驗檢測，充分利用無損檢測技術非破壞性、適用性強、測量精度高等優點，結合各種設備裂紋缺陷成因及表現形式，可以采用單一方法檢測也或者組合式的綜合分析和評價，及時發現設備存在的各種缺陷，有效保證壓力容器安全運行。同時，隨著壓力容器制造工藝技術和材料性能的不斷提高，對壓力容器及其管道進行無損檢測也將更加重要。

參考文獻

[1]孫嘉.淺談壓力容器壓力管道檢驗的裂紋問題[J].現代制造技術與裝備，2023，59（6）：101-103.

[2]魏建波.壓力容器及管道常見裂紋問題分析[J].氮肥技術，2023，44（3）：44-48.

[3]高斌.壓力容器泄漏超聲檢測技術研究與系統實現[D].太原：中北大學，2021.

[4]車慧敏.壓力容器壓力管道檢驗中裂紋問題的解決措施[J].中國石油和化工標準與質量，2022，42（10）：43-45.

[5]左千.纖維纏繞復合材料壓力容器爆破壓力研究與優化設計[D].杭州：浙江大學，2022.