淺析承壓類特種設(shè)備無損探傷技術(shù)及其應(yīng)用

柴子昂

（山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，山東 濟(jì)南250101）

0 引言

承壓類特種設(shè)備是指涉及生命安全、危險(xiǎn)性較大的鍋爐、壓力容器（含氣瓶）、壓力管道。承壓類特種設(shè)備一旦發(fā)生爆炸或泄露，往往并發(fā)火災(zāi)、中毒、污染環(huán)境等災(zāi)難性事故，所以對(duì)承壓類特種設(shè)備有更高的安全要求。 無損探傷是檢驗(yàn)承壓類特種設(shè)備的重要手段，其檢驗(yàn)的目的就是發(fā)現(xiàn)設(shè)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(yīng)用探傷儀器，對(duì)設(shè)備材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)進(jìn)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(cè)。

在特種設(shè)備檢測(cè)中，無損探傷是工作量最大、使用范圍最廣的檢測(cè)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(shè)備檢測(cè)中，應(yīng)用無損探傷檢測(cè)的目的是：測(cè)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(kuò)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(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)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(shè)備原材料驗(yàn)收、制造安裝過程質(zhì)量控制與產(chǎn)品質(zhì)量驗(yàn)收以及使用中的定期檢驗(yàn)與缺陷維修檢測(cè)等幾個(gè)階段， 磁粉探傷技術(shù)在檢測(cè)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(yīng)用。

在用特種設(shè)備檢測(cè)中，主要用于焊縫、鑄件、鍛件的檢測(cè)，不適用于鋁合金、奧氏體不銹鋼探傷。磁粉探傷的優(yōu)點(diǎn)在于探傷成本低、速度快、探傷靈敏度高。缺點(diǎn)是在于只能適用于鐵磁性材料，工件的形狀和尺寸有時(shí)對(duì)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(shè)備探傷中的廣泛應(yīng)用，須合理選擇滲透劑及探傷工藝、標(biāo)準(zhǔn)試塊及受檢壓力容器實(shí)際缺陷試塊，使用可行的滲透探傷方法標(biāo)準(zhǔn)等來提高滲透探傷的可靠性。

滲透探傷操作簡(jiǎn)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(duì)形狀復(fù)雜的部件一次操作就可大致做到全面檢測(cè)。 但只能檢測(cè)出材料的表面開口缺陷，且不適用于多孔性材料的檢驗(yàn)，對(duì)工件和環(huán)境有污染。 滲透探傷方法在探傷表面微細(xì)裂紋時(shí)往往比射線探傷靈敏度高，還可用于磁粉探傷無法應(yīng)用到的部位。 在承壓類特種設(shè)備檢測(cè)中， 滲透探傷多用于奧氏體不銹鋼設(shè)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(cè)物質(zhì)內(nèi)部缺陷的一種方法，在承壓類特種設(shè)備檢驗(yàn)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(duì)于人體不能進(jìn)入的設(shè)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(jìn)行γ 射線照相。

射線探傷適用于檢測(cè)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(shè)備焊縫內(nèi)部缺陷的檢測(cè)。 射線探傷對(duì)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(cè)出來，因此射線探傷對(duì)體積缺陷較靈敏。對(duì)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(shí)易查出，否則易漏檢，射線探傷對(duì)平面缺陷不靈敏。

射線探傷方法可獲得缺陷的直觀圖像，對(duì)長度、寬度尺寸的定量也比較準(zhǔn)確，探傷結(jié)果由直觀記錄，可以長期保存。 在進(jìn)行射線探傷時(shí)，必須做好安全防護(hù)工作，要防止射線對(duì)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(shí)產(chǎn)生衰減，遇到界面產(chǎn)生反射的性質(zhì)來檢測(cè)缺陷的無損探傷方法。超聲波在鋼材內(nèi)部具有很強(qiáng)的穿透力，可以檢測(cè)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(cè)。該方法對(duì)裂紋、未焊透等平面缺陷檢測(cè)靈敏度高，具有靈敏度高、指向性好、穿透力強(qiáng)、探傷速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)。在承壓類特種設(shè)備檢測(cè)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(duì)人體沒有危害。檢驗(yàn)人員可以不進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，只要在設(shè)備外側(cè)探傷，就能檢測(cè)出焊縫內(nèi)部缺陷情況。 對(duì)于外面由保護(hù)層的設(shè)備，在不拆保護(hù)層的情況下，檢測(cè)人員進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，同樣可以完成檢測(cè)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(yīng)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(cè)受力時(shí)材料內(nèi)部發(fā)出的應(yīng)力波判斷容器內(nèi)部機(jī)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(kuò)展直至開裂過程中會(huì)發(fā)射出能量大小不同的聲發(fā)射信號(hào)，根據(jù)聲發(fā)射信號(hào)的大小可判斷是否有裂紋產(chǎn)生、及裂紋的擴(kuò)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(dòng)態(tài)無損探傷方法。 聲發(fā)射信號(hào)是在外部條件作用下產(chǎn)生的，對(duì)缺陷的變化極為敏感，可以探傷到微米數(shù)量級(jí)的顯微裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展的有關(guān)信息，探傷靈敏度很高。此外，因?yàn)榻^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(bào)警。

3 無損探傷方法的特點(diǎn)

無損探傷在承壓特種設(shè)備設(shè)備上應(yīng)用時(shí)，主要有以下四個(gè)特點(diǎn)：

3.1 不損壞試件材質(zhì)、結(jié)構(gòu)

無損檢測(cè)的最大特點(diǎn)就是能在不損壞試件材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行檢測(cè)。但是，并不是所有需要測(cè)試的項(xiàng)目和指標(biāo)都能進(jìn)行無損檢測(cè)，無損檢測(cè)技術(shù)也有自身的局限性。 某些試驗(yàn)只能采用破壞性試驗(yàn)，因此，對(duì)一個(gè)工件、材料、機(jī)器設(shè)備的評(píng)價(jià)，必須把無損檢測(cè)的結(jié)果與破壞性試驗(yàn)的結(jié)果互相對(duì)比和配合，才能作出準(zhǔn)確的評(píng)定。

3.2 科學(xué)選擇適當(dāng)?shù)臒o損探傷方法

對(duì)于承壓設(shè)備進(jìn)行無損探傷時(shí)，由于各種探傷方法都具有一定的特點(diǎn)，不能適用于所有工作和所有缺陷，應(yīng)根據(jù)實(shí)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(yīng)選擇超聲波探傷。

3.3 合理確定無損探傷的時(shí)間

在進(jìn)行承壓設(shè)備無損探傷時(shí)，應(yīng)根據(jù)探傷目的，結(jié)合設(shè)備工況、材質(zhì)和制造工藝的特點(diǎn)，正確選用無損探傷時(shí)機(jī)。例如：對(duì)于有延遲裂紋傾向的材料，磁粉檢測(cè)應(yīng)根據(jù)要求至少在焊接完成24 小時(shí)后進(jìn)行。 對(duì)于緊固件和鍛件的磁粉檢測(cè)應(yīng)安排在最終熱處理之后進(jìn)行。

3.4 綜合應(yīng)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(yīng)盡可能多采用集中方法，獲得更多的缺陷信息，從而對(duì)實(shí)際情況有更豐富了解和判斷。例如，超聲波對(duì)裂紋缺陷探測(cè)靈敏度高，但定性不準(zhǔn)；而射線對(duì)缺陷的定性比較準(zhǔn)確，兩者配合使用，就能保證探傷結(jié)果可靠準(zhǔn)確。

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

［2］強(qiáng)天鵬.壓力容器檢驗(yàn)[M].新華出版社，2008,05.