無損檢測 安全無傷:電磁感應技術在壓力容器無損檢測中的應用

勝利油田特種設備檢驗所 梁麗華

勝利油田設備管理處 賀建軍

無損檢測的發展從無損探傷，進而到無損檢測，然后到無損評價階段。無損檢測融入設備的一生管理，是設備管理工作的重要程序和方法。為了保障設備的安全運行，無損檢測技術充分發揮了其非破壞性及可靠性并且在許多情況下更可以實施原位檢測。本期專題介紹了無損檢測技術及其應用，闡述了各種無損檢測方法的原理、特點、適用范圍和發展趨勢，并列舉了應用實例。這充分說明了無損檢測技術在在用設備與結構的可靠性評價中發揮了重要的作用。同時，無損檢測技術在國民經濟建設和人身與設備安全監測中也發揮著重要作用。現今，無損檢測技術在應對氣候變化、發展低碳經濟、循環經濟和綠色再制造產業中也正起著不可替代的作用。

策劃/執行：蔣旭

無損檢測是壓力容器檢驗中的重要檢驗項目，在分析了目前常規無損檢測方法的優缺點后，顯示出電磁感應技術非常適合壓力容器的在線檢驗。對電磁感應技術在壓力容器在線無損檢測中的應用進行了分析。

一、前言

壓力容器是保障油田生產和生活的重要設施設備。40年來，勝利油田的各類壓力容器使用時間長，使用環境惡劣，安全隱患越來越多。現在使用的壓力容器大都是焊制而成，許多焊縫在長期作用力下極易受到損傷，最常見缺陷是由疲勞產生的表面裂紋。尖銳的裂紋尖端會引起應力集中，促使裂紋快速擴展造成嚴重事故。檢驗時要對壓力容器的所有焊縫進行不少于20%比例的探傷，有時甚至需進行100%焊縫常規無損檢測，且有些無損檢測方法須將容器停用，對容器表面進行打磨，露出金屬本體，工作量大，檢測時間長，勞動強度大，如何解決焊縫裂紋的檢出率與檢驗效率之間的矛盾，快速掃查容器上的裂紋，實現壓力容器的在線無損檢測和提高壓力容器檢驗質量是需解決的主要問題之一。

二、國內外研究現狀及技術發展趨勢

目前已有多種無損檢測方法用于焊縫裂紋探傷：磁粉（MP）、滲透 （LP）、超聲波 （UT）、X射線 （RT）、渦流（ET）、聲發射（AE）和紅外檢測，它們各自的特點如下。

1.磁粉法

磁粉法是用于探測鐵磁性材料表面或近表面缺陷的一種簡單易行的方法。檢測時將需檢驗部位及周圍磁化。焊縫處如有裂紋等缺陷，由于缺陷處存在空氣或其他物質，其磁阻較鐵磁材料本身磁阻大得多，因此在缺陷處磁力線會產生彎曲繞行現象。當缺陷位于管道表面或近表面時，一部分磁力線繞過缺陷暴露在空氣中，產生漏磁現象。如果此時在管道表面噴灑上鐵磁粉或涂上磁粉混濁液，則缺陷處的漏磁場會吸住部分磁粉而把缺陷顯現出來。磁粉檢測所需設備簡單，操作簡便，迅速可靠，對表面缺陷檢測靈敏度高，缺陷較直觀，成本低。但缺陷的顯現程度與缺陷同磁力線的相對位置有關，且只能檢測出缺陷的位置和在表面方向上的長度，不能檢測出缺陷深度，檢測靈敏度隨缺陷深度而下降，并且檢測部位需打磨出金屬本體。

2.滲透法

滲透法是利用某些具有較強滲透性的滲透液，涂在金屬被檢表面上，使之滲入管道表面的微小缺陷中，然后用清洗劑除去表面上的滲透液，在金屬表面涂上一薄層吸附性強的吸附劑，隔一定時間后，滲透入表面缺陷中的滲透液就會被吸附劑吸附，在金屬表面顯現出缺陷來。若缺陷內有油、水或其他介質存在時，檢測靈敏度就顯著下降。滲透法設備簡單，并具有檢測表面裂紋靈敏度高、使用和操作方便，以及適用于無電源、水源的野外現場檢測等優點。缺點是不能檢測金屬壁板內部缺陷，對金屬板的粗糙度有一定要求，檢測部位需打磨出金屬本體。

3.超聲檢測

超聲檢測法主要用于檢測焊縫內部埋藏缺陷。由于超聲波探傷儀體積小、重量輕，便于攜帶和操作，而且與射線相比對人無傷害，因此在在用壓力容器檢驗中得到廣泛應用。缺點是超聲檢測的效果憑檢測人員的經驗而定，傳統的超聲波探傷儀無法進行缺陷圖像的保存。

4.射線檢測

射線檢測是檢查金屬焊接接頭內部缺陷的一種準確可靠的方法，可以顯示出缺陷的形狀、平面位置和大小。其優點是利用射線照相獲得的底片分析金屬焊接接頭缺陷，具有直觀性，并且檢測結果可記錄下來作為檔案資料長期保存。由于檢測圖象較直觀，所以對缺陷尺寸和性質判斷比較容易。其缺點是當裂紋面與射線近于垂直時就很難檢查出來，對微小裂紋的檢測靈敏度低，生產費用大，并且對人體有害，需要有防護設備。

5.聲發射檢測

聲發射又稱應力波發射，當材料或零部件受外力作用發生變形、斷裂或內部應力超過屈服極限而進入不可逆的塑性變形階段，都會以瞬態彈性波形式釋放出應變能，這種現象稱為聲發射。聲發射檢測技術是一種動態無損檢測方法，它可以對檢測對象進行實時監測，且檢測靈敏度高。此外，幾乎所有材料都具有聲發射特性，所以聲發射檢測不受材料限制，且不受檢測對象的尺寸、幾何形狀、工作環境等因素的影響，已經被廣泛應用于許多領域。但該技術應用于壓力容器檢驗，由于其對缺陷不能定性，須用其他常規無損檢測方法進行復驗。

6.紅外檢測

紅外無損檢測是現代無損檢測中的一種，它是通過測量物體的熱量和熱流的傳遞，進而通過分析實現檢測目的一種檢測技術。它是非接觸的無損檢測技術，即連續對被測物作上下、左右非接觸的連續掃描。試驗證明，材料導熱率、缺陷的幾何尺寸、材料的厚度、溫度激勵方式等因素均為影響檢測靈敏度的關鍵因素，對不同缺陷的準確評估需要建立專門的專家數據庫和診斷軟件。

7.渦流檢測

常規渦流法可用來檢測鋼結構件的表面裂紋，并無需清除表面較薄的污垢或漆層，然而這種方法只適用于檢查母材上的裂紋，對焊縫上的裂紋卻因焊縫在高溫熔合時產生的激烈的鐵磁性變化而出現的雜亂無序的磁疇干擾而無法實施，并且母材與焊接填充材料的差異，也是困擾檢測的原因之一，檢測結果的準確性受渦流探頭、材料、高溫環境中操作人員輻射熱的防護及保持操作的穩定性等因素的影響。判傷也與操作者技術水平有關。

電磁感應法很適合探測表面裂紋，而且能穿透工件表面存在數毫米厚的涂層。它不但能在潮濕的條件下使用，甚至能在水下直接使用。

三、電磁感應技術的檢測原理

用一交變磁場磁化鋼鐵試件的局部區域，當缺陷進入交變磁場內，會在表面產生泄漏磁場梯度異常區，采用磁敏元件檢測這些磁場的畸變，就能獲得缺陷信號，由于試件也是良導體，在交變磁場的感應下，試件也將產生感應電流，并同時生成附加的感應磁場與原有的泄漏磁場合成復合磁場。對鐵磁性材料，交流電磁場的畸變，會因磁導率的增加而得到加強，從而提高檢測靈敏度，圖1為電磁感應技術檢測方法原理示意圖。

由于電磁感應檢測法傳感器與試件的耦合是以電磁波的方式傳遞，所以它們之間無需像超聲波法那樣要借助耦合劑，可直接穿透非導體涂層，甚至不太厚的不銹鋼覆蓋層，適合于焊縫的表面裂紋檢測。

四、電磁感應法的優點

（1）電磁感應技術應用于壓力容器的無損探傷，無須對容器表面進行清理、打磨，且溫度及材質對測試的影響較小，能夠實現壓力容器的在線無損檢測。

（2）由于工藝或使用區域的限制，在檢驗中常常遇到壓力容器的某些部位空間狹小，常規的探傷方法無法實施，采用電磁感應技術對容器狹小空間、孔壁以及角焊縫的探傷只需連接合適的探頭進行測試，易于操作，適用性強，且不會損傷檢驗人員的身體健康。

（3）應用電磁感應技術可透過涂層檢測出壓力容器表面裂紋的深度及長度，并可對裂紋的走向加以判斷。

（4）檢測結果和檢測參數可進行保存，并可通過數據線傳輸到計算機中，可以隨時查驗，并能避免檢測人員操作中主觀性差異。

五、電磁感應法的缺點

通過大量的現場測試結果可見，對表面平整度較好的設備母材及焊縫（如自動焊）的裂紋，檢測靈敏度較高，但對于起伏度較大的手工焊焊縫，檢測效果有所下降，可用抑制功能消除因焊縫起伏造成的影響，及選擇適當的檢測參數，如增益、強度等以達到最佳的檢測效果。實際上，目前壓力容器制造中焊縫基本已消除了人工焊接，焊縫絕大部分為自動焊。

綜上所述，電磁感應技術可實現壓力容器的在線無損檢測，可對焊縫實現快速掃查，無需對焊縫進行打磨清理，檢驗效率大大提高；可實現檢測結果存儲，能對檢測出的焊縫裂紋作定性和半定量評估。