壓力容器常規(guī)無損檢測方法優(yōu)缺點論述

耿雪峰

【摘 要】 壓力容器在工業(yè)生產(chǎn)中是不可或缺的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于化工和冶金行業(yè)，在使用壓力容器過程中由于介質(zhì)和溫度等條件的影響極容易出現(xiàn)銹蝕和開裂等問題，因此無損檢測技術(shù)發(fā)揮了重要功能。即便是壓力容器的設(shè)計、制造和安裝過程都達(dá)到要求，但是在使用中，也會由于一些因素對生產(chǎn)安全造成影響，假如不能盡快排除這些安全隱患，就可能形成十分嚴(yán)重的后果。因此，需要采用無損檢測技術(shù)對壓力容器定期進(jìn)行檢測，本文主要對壓力容器常規(guī)無損檢測技術(shù)優(yōu)劣勢進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

【關(guān)鍵詞】 壓力容器 無損檢測 優(yōu)缺點

1 常規(guī)無損檢測方法

1.1 超聲檢測

超聲檢測是利用超聲波在介質(zhì)中傳播過程中形成衰減，遭遇界面形成反射性質(zhì)進(jìn)一步對缺陷進(jìn)行檢測的無損檢測方法。在無損檢測中超聲檢測是應(yīng)用最廣泛的方法，對于任何尺寸的鍛件、軋制件、焊縫等都非常適用，不管是鋼鐵，還是有色金屬都可以利用超聲法實行檢測，包含了各類機(jī)械零件、結(jié)構(gòu)件、鍋爐、壓力容器等。就物理性質(zhì)來講，通過超聲法可以對厚度、硬度、深度、流量、強(qiáng)度等實施檢測。

1.2 射線檢測

通過被檢測件不同透入吸收射線的程度對零部件內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測的方法。工業(yè)中主要是應(yīng)用X射線、γ射線、中子射線作為射線檢測技術(shù)?？梢园焉渚€技術(shù)分為4個部分：射線照相檢測技術(shù)、射線實時成像檢測技術(shù)、層析射線檢測技術(shù)、輻射測量技術(shù)。

1.3 滲透檢測

滲透檢測使用最早的無損檢測方法，它通過毛細(xì)管現(xiàn)象體現(xiàn)非多孔性固體材料表面存在的開口缺陷，具體方法是在工件表面開口缺陷中滲入液體滲透液，將多余的滲透液采用去除劑清除之后，利用顯示劑揭示缺陷，具體步驟包括處理、滲透、清除、干燥、顯像、檢驗以及后處理。

1.4 渦流檢測

渦流檢測是根據(jù)電磁感應(yīng)原理體現(xiàn)導(dǎo)電材料表面與近表面缺陷的無損檢測方法。按照檢測目的的不同，可以使用渦流電導(dǎo)儀、渦流探傷儀等不同儀器類型。渦流檢測體現(xiàn)了極高的自動化率，但僅能對導(dǎo)電材料進(jìn)行檢測，無法對缺陷類型有效判斷，相對靈敏度不高。

1.5 磁粉檢測

磁粉檢測是根據(jù)缺陷位置漏磁場與磁粉彼此作用進(jìn)一步對鐵磁材料表面與近表面缺陷積極顯示的無損檢測方法，基本步驟是預(yù)處理、磁化工件、添加磁粉或者磁懸液、評定磁痕、后處理等。在檢測裂紋、折疊、夾層等中可以應(yīng)用磁粉檢測技術(shù)。

2 常規(guī)無損檢測方法選擇

2.1 常規(guī)NDT方法的特點及局限性

（1）當(dāng)被檢測對象內(nèi)部出現(xiàn)體積缺陷時可以利用射線照相探傷檢測，例如焊縫形成的疏松、夾渣、氣孔等問題；其主要優(yōu)點是結(jié)果比較直接、不會受到大量的人為干擾，零件材料、形狀、尺寸基本上不會對探傷對象造成限制；具體局限在于：三維結(jié)構(gòu)二維成像，容易重疊前后缺陷；射線束夾角和被檢測裂紋取向最好低于10°。

（2）當(dāng)被檢測對象形成內(nèi)部面積型缺陷時可以采用超聲探傷檢測，例如鍛件出現(xiàn)白點、裂紋、分層等問題。其優(yōu)點是對缺陷的具體尺寸與坐標(biāo)位置有效定位，在焊縫、管材和板材等各種材料與制件中大量應(yīng)用；同時在現(xiàn)場可以攜帶設(shè)備進(jìn)行操作。但是對近表面與表面缺陷進(jìn)行檢測時縱波脈沖反射存在盲區(qū)；對于形狀復(fù)雜的試件進(jìn)行檢測容易產(chǎn)生較大可實施性影響；操作者需要具備相對豐富的工作經(jīng)驗。

（3）磁粉探傷能夠發(fā)現(xiàn)的缺陷具體包括：各類裂紋、夾雜、折疊、白點、氣孔等。具體是在被檢測對象表面確定缺陷的形狀、大小與位置，磁粉探傷性能安全可靠，便于操作、檢測小開口至微米級的裂紋具有極高的靈敏度。僅在非磁性材料以及鐵磁性材料的表面與近表面檢測缺陷中適用，很難定位較深的缺陷。

（4）滲透探傷具體分為熒光滲透與著色滲透。一般在表面裂紋、折疊、冷隔等缺陷檢測中應(yīng)用。在使用與控制方面滲透檢測都比較簡單，檢測開度低于1微米的裂紋體現(xiàn)出極高的靈敏度。主要局限為：滲透液在一定程度上污染了零件與環(huán)境，孔隙與表面粗糙形成附加背景，進(jìn)一步對識別檢測結(jié)果造成干擾；此外其僅限于對表面開口缺陷進(jìn)行檢測。

（5）渦流探傷具體在測量或者鑒別電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、晶粒尺寸等缺陷中應(yīng)用；檢測折疊、裂紋、空洞等缺陷；測量非鐵磁性金屬基體上非導(dǎo)電涂層的厚度，或者磁鐵性金屬基體上非鐵磁性覆蓋層的厚度；還能夠在分選金屬材料中應(yīng)用，并且對其成分、微觀結(jié)果以及其他性能差異實施檢測。靈敏度較低并且僅能對導(dǎo)電材料進(jìn)行檢測制約了其應(yīng)用范圍。在高溫狀態(tài)下對非接觸迅速檢測是其主要優(yōu)點。

通過上述分析可知這幾種方法檢測缺陷幾乎都存在局限性及應(yīng)用范圍，無損檢測方法常規(guī)檢測中，具體利用射線照相探傷與超聲探傷檢測物體內(nèi)部缺陷；渦流探傷與磁粉探傷具體是對物體近表面和表面缺陷進(jìn)行檢測；滲透探傷則對物體開口表面缺陷進(jìn)行檢測。

2.2 無損檢測方法選擇考慮的主要因素

由于物理量的變化與材料組織結(jié)構(gòu)異常并非是彼此對應(yīng)的，因此，不能對無損檢測盲目使用，反之不僅無法提高產(chǎn)品的可靠性，還要徒增制造成本。例如對水利工程設(shè)備閘門中鍛造軸類和加工沖壓形成的缺陷進(jìn)行檢測，不適合利用射線檢測；針對由表面淬火裂紋或者大厚板構(gòu)成的角型焊縫或者形成表面焊縫缺陷則應(yīng)當(dāng)選擇磁粉檢測等。另外，無損檢測的時機(jī)也屬于一個關(guān)鍵因素，例如對某些材料通過焊接或熱處理之后形成的延遲斷裂問題，也就是加工熱處理以后，經(jīng)過幾個小時甚至幾天才能出現(xiàn)裂紋。水利工程鋼閘門規(guī)定應(yīng)在焊接工作結(jié)束24小時以后對有延遲裂紋傾向的鋼材進(jìn)行無損探傷。因此，必須對這些情況充分了解之后明確探傷時間。

2.3 無損檢測方法互補(bǔ)的重要性

與無損檢測的安全性密切相關(guān)的因素是被檢工件的表面開頭狀態(tài)、材料、結(jié)構(gòu)、所利用的物理特點以及被檢工件異常部位的特點、大小、形狀、檢測設(shè)備的特征等，并且操作者人為因素、誤差確定、表面粗糙程度、數(shù)據(jù)處理等因素也會對其造成影響，因此，需要按照不同的情況選擇不同的物理量，有時還需要對不同物理量的變化情況綜合考慮，才能夠準(zhǔn)確判斷材料組織結(jié)構(gòu)的異常情況，可見，不論采用哪一種探傷方法，要想對異常部位百分之百檢測出具有一定的難度，并且采取不同的檢測方法通常會獲得不同的信息，因此各種方法的互補(bǔ)能夠有效提升無損檢測的可靠性。

為了有效提升無損檢測結(jié)果的可靠性，必須選擇與異常部位相適合的檢測方法、檢測技術(shù)、檢測規(guī)程，需要對被檢工件異常部位的性質(zhì)進(jìn)行預(yù)計，也就是對被檢工件的材質(zhì)、加工類型、加工過程等預(yù)先進(jìn)行分析，一定預(yù)計缺陷可能是什么類型、什么形狀、什么位置，之后明確最適合的檢測方法與可以發(fā)揮檢測方法最大功能的檢測技術(shù)與規(guī)程。

對被檢對象的各項參數(shù)準(zhǔn)確掌握，選擇正確的檢測方法和時機(jī)。焊接電流、焊接電壓、焊接速度、氣流大小、坡口模式和晶片尺寸、斜率、K值等指標(biāo)相適應(yīng)匹配。才能獲得精準(zhǔn)的無損檢測缺陷定位。

3 壓力容器中常規(guī)無損檢測方法應(yīng)用

3.1 常規(guī)無損檢測方法應(yīng)用原則

（1）應(yīng)當(dāng)按照檢測材料和缺陷特點選擇適合的檢測方法，具體依據(jù)是制造材質(zhì)和部件方法、應(yīng)用條件、工作環(huán)境、失效模式以及缺陷類型、形狀、取向等；

（2）可以對各種無損檢測方法綜合利用，在一些特殊工作環(huán)境中，可以利用各種檢測方法驗證分析結(jié)果，以便提升檢測壓力容器缺陷的準(zhǔn)確性；

（3）針對比較嚴(yán)格的無損檢測要求的T型接頭與角接接頭，在無法利用超聲后者射線檢測時應(yīng)當(dāng)百分之百開展表面檢測；

（4）針對需要現(xiàn)場組裝焊接的壓力容器，在組織耐壓試驗之前應(yīng)當(dāng)首先對焊接頭實施表面無損檢測；結(jié)束耐壓試驗工作之后實施局部表面無損檢測；假如發(fā)現(xiàn)裂紋等問題應(yīng)當(dāng)立刻補(bǔ)充檢測。

3.2 常規(guī)無損檢測方法應(yīng)用優(yōu)缺點

3.2.1 磁粉檢測工藝在壓力容器中的應(yīng)用

（1）選擇設(shè)備材料和綜合性能測試。

第一，設(shè)備檢測。按照便攜需求，決定使用旋轉(zhuǎn)磁場探傷儀，將照明燈安裝在探頭上，確保對磁痕進(jìn)行觀察中的光照度。現(xiàn)場適合利用交流電源。由于交流電的集膚效應(yīng)，促使被檢工件的磁通在表面上集中，有利于檢出表面缺陷。

第二，磁粉材料。干粉法檢測比濕粉法檢測靈敏度要低。并且假如在容器中進(jìn)行檢驗，干磁粉容易在空氣中漂浮，當(dāng)人對其吸入時，嚴(yán)重危害健康。在定期檢驗壓力容器過程中，一般利用濕磁粉法。對縫焊接在用設(shè)計參數(shù)較低的一、二類壓力容器，通常選擇非熒光黑磁膏配比水形成磁懸液；對于接管角焊縫、搭接焊縫被檢測面，應(yīng)當(dāng)利用非熒光油磁懸液實行檢測；三類容器、裝有有害或者易燃易爆介質(zhì)的容器，需要利用具有綜合檢測較高靈敏度的磁粉材料。

第三，測試綜合性能。由于壓力容器內(nèi)外探傷位置分為處于全位置狀態(tài)，在工件上利用A型標(biāo)準(zhǔn)試片對綜合性能靈敏度積極校核，應(yīng)當(dāng)在條件最惡劣、對探頭靈敏度影響最不利的位置貼試片，以便對被檢工件表面擁有磁場輕度與方向、有效檢測區(qū)域磁化方法的正確與否充分了解。

（2）檢驗過程。

第一，準(zhǔn)備工件。探傷獲得成功的基本前提是清潔工作。被檢工件表面狀態(tài)嚴(yán)重影響了缺陷檢測靈敏度。因此必須清理干凈工件表面的油污和氧化物等。相關(guān)研究表明，利用實驗對工件帶漆層采取磁軛法探傷造成的影響很小。因此，打磨防腐漆層，應(yīng)當(dāng)聯(lián)系不同容器要求，制定對應(yīng)方案。（如圖1所示）

第二，工件磁化。為了得到很好的磁化效果，進(jìn)而得到良好的磁痕顯示，采用磁軛法探傷，在確保在工件表面上探頭行動行走的基礎(chǔ)上，磁極斷面和被檢工件表面接觸間隙越小則越好。

相關(guān)計算說明，每個磁極和工件之間縫隙是1mm時，磁場強(qiáng)度相當(dāng)于沒有縫隙的26%，縫隙是2mm時，為15%，隨著不斷增大的縫隙磁場強(qiáng)度也迅速降低，造成工件磁化不符合要求，可能出現(xiàn)漏檢問題。因此，通過對磁極方位有效調(diào)整，做好接觸間隙最小，是對磁化品質(zhì)有效控制的主要方法。尤其是圓筒形結(jié)構(gòu)的容器，在內(nèi)部探傷碟型封頭拼縫和環(huán)縫的丁字接頭時，磁極和工件接觸縫隙最大，需要及時對滾輪積極拆除，采取分段磁化操作，進(jìn)一步確保探傷的靈敏性。

磁軛行走速度，影響了檢測靈敏度。根據(jù)壓力容器復(fù)雜的現(xiàn)場探傷情況，磁軛行走速度應(yīng)當(dāng)和探傷方法、磁懸液潤濕功能、被檢位置的表面情況的不同而有所差異，最好利用貼標(biāo)準(zhǔn)試片確定測試。

第三，添加磁粉。首先確保同步實行磁化和添加磁懸液。例如在瞬間斷電或者斷電之后繼續(xù)添加懸浮液，都有可能導(dǎo)致沖刷磁痕進(jìn)一步形成漏檢。其次確保懸液濕潤被檢位置。針對濕法探傷，確保磁懸液完全潤濕受檢位置，這也是檢測缺陷的基礎(chǔ)。探傷過程中假如磁懸液無法完全對被檢部位進(jìn)行覆蓋，而是成斑塊分離流淌時，則磁懸液沒有對表面完全潤濕，應(yīng)當(dāng)立刻結(jié)束探傷。最后注意噴灑磁懸液的方向。對立式容器縱縫或者臥式容器環(huán)縫進(jìn)行探傷時，磁軛磁化的方向應(yīng)當(dāng)是從上至下，噴灑磁懸液應(yīng)當(dāng)選擇磁化區(qū)域的正前方，促使磁懸液在整個被檢區(qū)域自然流淌。

磁粉檢測的優(yōu)點：工件大小、形狀不會影響檢測過程；具有極高的靈敏度，一般可以檢測出微米級的裂紋寬度，長度最低為0.1mm；對工件缺陷的位置、大小形狀等信息有效確定，在分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上可以對缺陷性質(zhì)有效判斷；工藝操作簡單，擁有極高的檢測效率以及廉價的成本。缺點：當(dāng)僅有1-2mm檢測深度時，只能檢測出工件近表面與表面缺陷，很難對缺陷深埋和高度實行判斷；對于較高要求的檢測工件，最好不要產(chǎn)生油污或等；盡可以檢測鐵磁性材料，并且也不可以檢測全部鐵磁性材料，需要工件內(nèi)鐵素要求70%，磁導(dǎo)率低于300。

磁粉檢測使用范圍：正常應(yīng)用的壓力容器；能夠檢測出壓力容易工作過程的應(yīng)力腐蝕或者疲勞裂紋等；制造中的壓力容器；例如焊接檢測、鍛鋼零件檢測等。

3.2.2 射線檢測方法

（1）布置透照。根據(jù)射線源、工件與膠片排列位置與射線照射方向，具體的透照方式為源外片內(nèi)、源內(nèi)外片、雙壁單影與雙壁雙影等。通常選擇布置透照的原則為其一得到符合要求的影像質(zhì)量。其二是提高透照效率，縮短透照時間。一般容器焊縫的透照，其幾何形狀基本分為三種情況，在相同的壁厚與焦距情況下獲得的影像質(zhì)量根據(jù)圖2從低向高變化。

在制造容器中可能形成的三種封頭，分別是橢圓、錐形和管板封頭，在封頭沖壓成形時檢出拼接焊縫的危害性缺陷，根據(jù)圖3確定主要部位的射線照射方向及貼片方式。

（2）透照距離。透照距離是指射線源和工件表面距離，一般符合兩個要求，其一是和像質(zhì)級別對應(yīng)的幾何不清晰度。其二是和像質(zhì)級別對應(yīng)的透照厚度比例。

選擇射源內(nèi)透法對凹面焊縫進(jìn)行透照時，應(yīng)當(dāng)首先考慮符合相關(guān)要求；選擇射源外透法對凸面焊縫透照時，應(yīng)當(dāng)首先考慮厚度比例。

（3）曝光條件。利用射線進(jìn)行檢驗時，通過預(yù)先通過相關(guān)曝光試驗形成的曝光曲線確定最便利的曝光條件。按照曝光曲線在準(zhǔn)備的透照設(shè)備、幾何條件和暗室處理條件下，幫助底片得到一定黑度以及像質(zhì)靈敏度需要的X射線管電壓與曝光時間。

射線檢測的優(yōu)點：膠片通過處理之后可以為受檢工件內(nèi)部缺陷提供直接的影像，擁有較高準(zhǔn)確性的定量和定性檢測結(jié)果；在檢測夾渣、氣孔等體積型缺陷問題形成了極高的靈敏度；可以長期保存檢測結(jié)果。射線檢測不足：檢測成本偏高，并且需要對檢測人員積極防護(hù)，反之容易傷害人體健康。

射線檢測主要針對的制造容器中的焊縫。

3.2.3 超聲波檢測法

超聲波是指超過20kHz頻率的聲波，在超聲波檢測中應(yīng)用超聲波頻率通常控制在0.5-5MHz之間。根據(jù)穩(wěn)定的方向和速度這一聲波在材料中進(jìn)行傳播，當(dāng)出現(xiàn)不同聲阻抗的缺陷或者底部異質(zhì)界面時形成反射。在被檢測工件內(nèi)部缺陷判斷中可以采取這一發(fā)射過程。

超聲檢測的優(yōu)點：使用檢測設(shè)備便捷，擁有極高的操作安全性，能夠提升自動化無損檢測水平；超聲波的穿透性極強(qiáng)，對于夾層、裂紋等平面缺陷產(chǎn)生了極高的靈敏度，并且有效對缺陷大小尺寸和深度有效判斷。不足：對于診斷非直觀檢驗結(jié)果需要工作人員具有極高的專業(yè)素質(zhì)經(jīng)驗；需要工件檢測形成極高的光潔度。

超聲波檢測應(yīng)用：檢測鍛件缺陷，鍛件內(nèi)部缺陷一般表現(xiàn)為線條型或者面積型，由于超聲波檢測技術(shù)可以很好的適用面積型缺陷，所以超聲檢測的重要對象為鍛件。檢測焊縫缺陷，針對焊縫中出現(xiàn)的未熔合、氣孔、夾渣等缺陷問題有效檢測。

3.3 常規(guī)無損檢測方法應(yīng)用相輔相成

（1）無損檢測應(yīng)當(dāng)有效結(jié)合破壞性檢測。無損檢測最重要的特點是對材料、工件和結(jié)構(gòu)不損傷的情況下實行檢測。但是無損檢測技術(shù)本身存在著不足。一些試驗僅能應(yīng)用破壞性檢測，因此，當(dāng)前無損檢測還無法對破壞性檢測完全代替。

（2）科學(xué)設(shè)計無損檢測順序。按照無損檢測目標(biāo)科學(xué)選擇實施無損檢測的機(jī)會是非常關(guān)鍵的。非百分之百檢測產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)制造一段以后迅速實行檢查，避免技術(shù)、人員問題導(dǎo)致更加嚴(yán)重的質(zhì)量問題，有利于對制造質(zhì)量科學(xué)研究。此外要對高強(qiáng)鋼焊縫積極檢查，應(yīng)當(dāng)在結(jié)束焊接24h或者更長的時間內(nèi)實行。只有科學(xué)選擇無損檢測的應(yīng)用時機(jī)，才能順利開展檢測。

（3）應(yīng)用最適合的無損檢測方法。每一種檢測方法自身都有局限性，不能在全部工作與缺陷中應(yīng)用，為了有效提升檢測結(jié)果的可靠程度，在選擇過程中按照檢測實際對象考慮每個檢測方法特點科學(xué)考慮。例如，我們對焊縫內(nèi)部缺陷積極檢測，應(yīng)當(dāng)首先選擇射線或者超聲波這樣與檢測內(nèi)部缺陷相適合的方法。

（4）綜合利用各種無損檢測方法。在應(yīng)用無損檢測過程中，為了充分保證產(chǎn)品內(nèi)外部質(zhì)量，僅利用某一無損檢測方法有時無法達(dá)到實際需求，應(yīng)當(dāng)盡量綜合使用幾種檢測方法，進(jìn)而得到大量的信息。例如，衍射時差法超聲檢測擁有極高的靈敏度，但是定性不夠準(zhǔn)確，而射線的優(yōu)點是準(zhǔn)確進(jìn)行缺陷定位，近表面檢測形成了較高的靈敏度，二者搭配應(yīng)用可以獲得可靠和準(zhǔn)確的結(jié)果。

4 結(jié)語

壓力容器作為一種主要承壓設(shè)備，廣泛應(yīng)用在化工、石油、鋼鐵行業(yè)中。在應(yīng)用壓力容器過程中，由于其工作環(huán)境比較惡劣，假如壓力容器形成的泄漏或者爆炸，十分容易造成災(zāi)難性安全事故。無損檢測技術(shù)的應(yīng)用水平與壓力容器的檢測質(zhì)量和使用功能形成了直接關(guān)系，因此，有關(guān)技術(shù)研究人員應(yīng)當(dāng)在壓力容器檢測中加強(qiáng)無損檢測方法的應(yīng)用，對比無損檢測方法應(yīng)用的優(yōu)缺點，以便可以有效提升壓力容器無損檢測水平。

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