壓力容器超聲檢測技術的原理和應用

摘 要：雖然壓力容器被廣泛應用于工業(yè)生產和人們的日常生活中，但它是具有潛在危險的重要設備。在我國工業(yè)發(fā)展過程中，無損檢測占有非常重要的位置，它的發(fā)展推動了我國工業(yè)的發(fā)展。將這種檢測方式應用于壓力容器中，對保證其制造、安裝質量和運行安全至關重要。目前，新型材料和復雜結構不斷涌現(xiàn)，對工程設備的質量、安全性、可靠性提出了更高的要求，對無損檢測也提出了更高的要求。簡要介紹了無損檢測的相關內容，重點論述了超聲檢測技術及其在壓力容器特種設備中的應用。

關鍵詞：壓力容器；無損檢測；超聲檢測技術；設備質量

中圖分類號：TG115.285 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.122

壓力容器是存在潛在危險的承壓類特種設備，它已被廣泛應用于石油、化工、航空和航天等領域，是與人們日常生活密切相關的重要基礎設施。在壓力容器的設計、制造、安裝和使用等環(huán)節(jié)中，無損檢測作為一種無破壞性的質量檢測手段，在質量控制和安全使用中發(fā)揮著重要作用。

1 無損檢測

無損檢測對材料和工件無破壞性，它是利用聲、光、磁、電等特性，運用物理、化學方法檢測制造中、在役的壓力容器構件表面和內部的性質、狀態(tài)的一種技術。它的存在大大提高了工作效率，為壓力容器的安全運行提供了有力保障。無損檢測的特點是：①無損檢測無法取代破壞性檢測，要與破壞性檢測相結合。②根據檢測目的、設備工況、材質和制造工藝等正確選擇無損檢測的實施時間。③選用最佳的無損檢測方法，并綜合運用各種檢測方法。每種檢測方法都有其特點，所以，應遵循承壓類特種設備的安全技術法規(guī)、產品標準等，參考設備材質、工況、制造工藝、使用條件和失效模式等推測可能產生的缺陷，從而選擇最佳的無損檢測方法。

在壓力容器的無損檢測中，常用的方法有超聲檢測（UT）、射線檢測（RT）、磁粉檢測（MT）和滲透檢測（PT）。射線檢測是目前工業(yè)領域應用最廣泛的方法。當射線穿透被檢物體與物質發(fā)生相互作用時，透過物質的部分射線會攜帶被檢物質的結構、成分信息（包括缺陷），而這些將會由探測器接收、處理。探測器接收射線的過程也是射線與物質作用的過程，例如，射線照相檢測利用射線在膠片中使鹵化銀感光，通過膠片的黑度反映射線的強度變化，并判斷有關缺陷的具體情況。磁粉檢測用于檢測鐵磁性材料的表面或近表面的缺陷。當鐵磁性工件被磁化后，會在工件表面和近表面缺陷部位產生漏磁場，吸附施加在工件表面的磁粉，形成肉眼可見的磁痕，顯示缺陷信息。磁粉探傷檢測在壓力容器設備的坡口、對接焊縫的表面、大型設備的表面檢測中應用非常廣泛。滲透檢測以毛細作用為基本原理，用于檢測非吸收性材料表面的開口缺陷。在毛細作用下，工件表面施加的含有熒光染料或著色染料的滲透劑會滲入表面開口的缺陷中。去除多余的滲透劑，干燥、施涂顯像劑后，在毛細的作用下，顯像劑吸附缺陷中的滲透劑會回到工件表面，在一定的光源下，可觀察、評定表面缺陷的情況。

2 超聲檢測技術

目前，超聲檢測是國內外應用最廣泛、使用頻率最高、發(fā)展速度最快的一項無損檢測技術。它適用于多種材質的檢測工作中，檢測范圍大，對缺陷的定位比較準確，而且對面積型缺陷的檢出率也比較高，檢測成本低、靈敏度高、速度快，適宜現(xiàn)場使用。超聲檢測技術是基于超聲波在材料中的傳播特性，使聲源產生的超聲波進入工件，并在工件中傳播，與工件材料以及其中的缺陷相互作用。當超聲波的傳播方向、特征發(fā)生改變后，要研究反射、透射和散射的超聲波，并進行宏觀缺陷檢測、組織結構和力學性能變化的檢測。

超聲檢測的方法很多，目前，在工業(yè)中應用最多的是脈沖反射式超聲檢測。其基本原理是，當脈沖波進入工件后，以一定的方向和速度傳播。當遇到聲阻抗有差異的界面時，部分聲波會被反射，檢測設備則會接收超聲波信號并顯示。A型顯示是一種波形顯示，即顯示器的橫坐標代表超聲波在被檢測材料中的傳播時間，縱坐標代表超聲波反射波的幅值。

在利用脈沖反射法進行超聲波檢測之前，工作人員要熟練掌握相關通用技術。檢測的基本步驟是：①根據缺陷的可能去向選擇檢測面，使超聲波聲束軸線與缺陷的主反射面接近垂直。②根據工件的結構、工藝技術要求、現(xiàn)場條件選擇儀器，根據被檢測對象的形狀、聲學特性、技術要求等選擇探頭。在此過程中，需要使用耦合劑排除探頭與工件表面的空氣。常用的耦合劑有機油、水、甘油和化學糨糊等。其中，化學糨糊的成本低、使用方便、耦合效果比較好，所以，被大量使用。為了提高耦合效果，還需要考慮幾點因素，比如耦合層的厚度、工件表面的形狀和粗糙程度。使用探頭在工件上掃查時，聲束范圍就是可以檢測到的部分。同時，還要確定掃查方式，包括探頭的移動方式、掃查速度和掃查間距等。③根據發(fā)現(xiàn)的缺陷顯示信號準確測定缺陷的具體情況，并確定其位置（平面位置、埋藏深度）和尺寸（當量尺寸、缺陷延伸長度貨面積），完成相關的記錄和等級評定工作。

3 超聲檢測在壓力容器中的應用

在制造壓力容器時，大部分都是使用焊接方式，并且焊接質量會直接影響壓力容器的質量。無損檢測作為一種有效的檢測、評價焊接質量的方法，在壓力容器的生產過程中起著關鍵作用，具體表現(xiàn)為以下3點：①降低成本，保證生產各階段零部件的質量。②提高質量。在制造壓力容器的過程中，對原材料進行超聲檢測，合格的母材才能用于生產，要為壓力容器的質量把好基礎關。③改進工藝。通過分析超聲檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷，指導工藝改進工作，從而更好地推廣無損檢測。

在壓力容器進行超聲檢測之前，要確定具體的檢測方法，即制訂正確、高效的超聲檢測工藝。目前，超聲檢測技術的通用工藝是根據相關法律法規(guī)、安全技術規(guī)范、產品標準和JB/T 4730.3—2005等檢測標準制訂的。以超聲檢測高壓加熱器管座角焊縫為例，主要檢測的是壓力容器的內部裂紋和未熔合的地方。

4 實例介紹

水室與接管腳的焊縫如圖1所示。

該檢測部件封頭的材質為Q345R，水管材質為20MnMo。在施工過程中，采用的焊接方法有手工焊、埋弧自動焊，并且超聲檢測設備選用友聯(lián)PXUT-350C，嚴格按照JB/T 4730.3—2005的檢測標準執(zhí)行。檢測時，要求100%檢測，合格級別為I級，檢測時間選擇在焊后24 h，將其表面打磨后檢測，耦合劑選用機油。在調節(jié)檢測的靈敏度時，要把無缺陷處第二次底波調節(jié)為示波屏滿刻度的100%.如圖1所示，檢測面A，B，C，D進行縱縫缺陷檢測，檢測面A，B，D進行橫向缺陷檢測，檢測面B，C進行母材檢測。在檢測面A，B進行縱向、橫向缺陷檢測時，用的是2.5M的K1斜探頭，晶片尺寸為13 mm×13 mm；在檢測面C，D進行縱向缺陷檢測時，用的是2.5M的K1斜探頭，晶片尺寸為9 mm×9 mm；在檢測面D進行橫向缺陷檢測時，用的是2.5M的K1斜探頭，晶片尺寸為9 mm×9 mm；在檢測面B進行母材檢測時，用的是2.5M直探頭，圓晶片直徑為14 mm；在檢測面C進行母材檢測時，用的是2.5M直探頭，圓晶片直徑為20 mm。綜合上述各項工藝要求，對產品設備進行高效、準確的超聲檢測。

5 結論

壓力容器在我國工業(yè)生產中占有舉足輕重的位置。超聲檢測技術作為質量檢測的重要手段之一，在現(xiàn)代工業(yè)中也發(fā)揮著非常重要的作用。目前，我國的無損檢測已經取得了較大的發(fā)展，工作人員的專業(yè)素質也在不斷提高，這就對壓力容器設備無損檢測行業(yè)提出了更高的要求，促使其朝著標準化、小型化和精確化的方向發(fā)展。

作者簡介：王洪良（1964—），男，主要從事射線和超聲無損檢測方面的工作。

〔編輯：白潔〕