壓力容器無損檢測技術分析與對策研究

姚遙，陳賢洮，劉昆鵬，周先勤

（合肥通用機械研究院有限公司，安徽 合肥 230031）

1 壓力容器概述

在我國的工業領域以及人們的日常生產和生活中所使用的壓力容器種類較多，主要有以下幾種特點。

（1）壓力容器的結構較為復雜。針對不同行業和用途具有不同的種類和型號，所以使得壓力容器本身就呈現出多樣化的特點。

（2）壓力容器的設計具有較強的專業性特點。需要根據其功能要求和使用環境特點對其制造工藝進行綜合考慮和確定，以確保其使用的安全性和穩定性。

（3）制造壓力容器的技術較為復雜。在機械加工過程中需要對加工精度和準確性進行嚴格控制，從而確保壓力容器的加工質量。

（4）壓力容器具有較高的整體安全性要求。在壓力容器的使用過程中通常需要處在高溫、高壓、高腐蝕性等極其惡劣的工作環境中，而且所盛放的介質通常也具有較高的酸堿性甚至是有毒、有害、易燃、易爆等物質，所以一旦壓力容器發生泄漏問題，不僅會造成物質泄漏而且會產生經濟損失，甚至發生火災以及爆炸等嚴重的安全事故，因此對壓力容器制造過程中的安全性提出了較高的要求，我國也出臺了相應的規范和標準來對壓力容器制造、安裝、使用過程中一系列的環節進行了嚴格規定。

2 壓力容器無損檢測技術分析方法

2.1 射線檢測技術

射線檢測是利用X射線或γ射線作為探測能量，用膠片、磷光成像板或其他數字成像器件作為信息載體，對結構或材料進行檢測，發現其內部或表面宏觀缺陷并確定其性質、尺寸、數量、位置的一種無損檢測技術。

在壓力容器檢測中，其主要應用于碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、鎳及鎳合金等金屬材料制受壓元件對接焊接接頭的檢測。在使用射線技術進行壓力容器檢測時，可以通過直觀的圖像來對所檢測對象的缺陷位置、數量、尺寸和性質等進行判斷，但是由于此技術在檢測時會受到透照角度的影響，所以裂紋類型的缺陷不一定能檢測出來。

2.2 超聲檢測技術

超聲檢測即通過超聲波與被檢工件相互作用，利用其反射、透射、散射及波形轉換等聲波特性對被檢工件不連續性的檢測、幾何特性的測量、組織結構或力學性能變化的測定和表征，進而對其特定應用性進行評價的技術。

壓力容器的檢驗主要是對壓力容器鋼板、鍛件等原材料或零部件及焊接接頭中的內部埋藏缺陷等進行檢測。超聲檢測設備體積小、重量輕，便于攜帶和操作，與射線檢測技術相比，其對裂紋類缺陷比較敏感，而且對人體也沒有危害。

2.3 磁粉檢測技術

磁粉檢測是指使用微粒狀磁性材料（磁粉）為介質，利用其聚集形成的磁痕來顯示磁化材料表面或近表面不連續的位置、大小、形狀和密集程度的一種無損檢測方法。

2.4 滲透檢測技術

滲透檢測是以毛細管作用原理為基礎，利用黃綠色的熒光滲透液或紅色的著色滲透液對窄縫隙的滲透性進行檢測，經滲透、清洗、顯像來顯示放大的缺陷圖像痕跡，觀察工件表面開口缺陷的性質和尺寸并作出評價的檢測方法。

2.5 TOFD檢測技術

TOFD（Time of Flight Diffraction）即衍射時差法，是一種較新的無損檢測技術，采用一發一收探頭的工作模式，主要利用缺陷端點的衍射波信號來測定缺陷位置及尺寸的一種超聲檢測方法。

TOFD技術與常規脈沖反射法超聲檢測相比，其缺陷檢出率往往更高；在缺陷定量方面，TOFD主要基于衍射信號的傳播時間而不依賴于波幅，從而避免了缺陷方向性不同帶來的影響，同時具有更好的測量精度；能以圖像的方式更直觀的呈現工件缺陷狀況，信息量大，可記錄并長期保存；可以采用半自動和全自動方式采集數據，人為因素影響小，檢測重復性好；檢測厚度范圍大，大于12mm的工件對接接頭均可采用TOFD進行檢測。近年來，應用TOFD技術替代射線來檢測壓力容器，特別是厚壁容器的焊接接頭已相當普遍。

3 提高壓力容器無損檢測技術對策

3.1 對無損檢測應用時機的正確選擇

壓力容器的無損檢測應用，主要可分為3個階段。

（1）原材料的無損檢測復驗。其目的在于保證原材料的質量，其中鋼板、鋼鍛件等原材料主要采用超聲檢測。

（2）制造過程中的無損檢測。制造過程各工序間的無損檢測在于發現超標缺陷，保證后續工序的順利實施。例如對標準抗拉強度下限值Rm≥540MPa的低合金鋼材及Cr—Mo低合金鋼材用火焰熱切割的坡口表面，或容器的缺陷修磨表面應進行磁粉檢測，以保證坡口表面不得有裂紋、分層、夾雜等缺陷存在。

（3）產品的無損檢測。①容器的焊接接頭，應在形狀尺寸檢查、外觀目視檢查合格后，再進行無損檢測。②拼接封頭應當在成形后進行無損檢測。③有延遲裂紋傾向的材料應當至少在焊接完成24h后進行無損檢測；有再熱裂紋傾向的材料應當在熱處理后增加一次無損檢測，特別是對于加釩鋼，最好進行再熱裂紋檢測。

3.2 對無損檢測方法進行合理選擇

在壓力容器無損檢測技術的應用中，射線、超聲波及TOFD主要用于埋藏缺陷的檢測，而磁粉和滲透則適用于表面缺陷的檢測。每種檢測方法各有特點，但一種無損檢測方法不可能完全取代另一種。對一臺具體產品而言其無損檢測方法不可任意選擇，例如射線、超聲波及TOFD適宜的檢測厚度范圍不同：射線的最小檢測厚度為2mm，厚度上限雖無規定，但往往受射線透照能力的限制；超聲檢測一般適用厚度范圍則為6～500mm；TOFD檢測的一般適宜厚度范圍則為12～400mm，實際可以適用的檢測厚度上限可以更大。

3.3 對無損檢測方法進行組合應用

在壓力容器檢驗的無損檢測應用中，沒有任何一種檢測方法是萬能的，每一種檢測方法都有其適用范圍和應用特點，所檢測的內容也各不相同，比如超聲波對裂紋缺陷探測靈敏度較高，但定性不準，而射線的優點之一是對缺陷定性比較準確，兩者配合使用，就能保證檢測結果既可靠又準確。這就需要在對壓力容器進行無損檢測時，根據容器的特點和檢測的要求來綜合應用多種無損檢測方法，充分發揮不同方法的優點來做到優缺互補。

3.4 無損檢測與破壞性檢測的結合

眾所周知，采用破壞性檢測，在檢測完成的同時試件也被破壞了，因此破壞性檢測只能進行抽樣檢驗。在對壓力容器進行檢測時，無損檢測技術最大的優點就是可以不對壓力容器的材料和結構等造成損傷，這樣就可以做到對壓力容器100%的檢驗。但是無損檢測技術并不是對壓力容器所有的缺陷都可以進行檢測，因此在必要時還需要與破壞性檢測進行結合，綜合起來進行評價，就是將兩種檢測結果進行互相對比和配合來確保最終評價的準確性。

3.5 提高檢測人員的專業素質和能力

正是由于壓力容器的無損檢測是一項專業技術性比較強且比較危險的工作，這就對檢測人員的專業素質和能力提出了較高的要求。不僅需要吸收和引進專業人才，而且需要不斷的加強對在職檢測人員的技術培訓，通過專家講座以及崗位實踐和專業型培訓等方式來提高檢測人員的實踐能力和專業知識水平。并且要制定和實施合理的技術規范和有效的激勵政策來提高檢測人員的責任意識、安全意識。

3.6 完善檢測工作管理制度

壓力容器的無損檢測技術應用關系到檢測質量和安全等多個方面，這就需要在進行檢測工作管理制度的建立和實施中，基于明確的壓力容器行業生產標準和使用規范，來對壓力容器無損檢測的原則、對象和質量要求進行確定，對不同檢測方法的流程進行明確和規范，對檢測崗位職責進行細化，完善無損檢測工作安全和質量管理制度。

4 結語

目前石化領域中應用到壓力容器的數量不斷增多且質量和安全要求也在不斷增高，由于壓力容器具有結構比較復雜、設計水平要求比較高、整體安全性要求也比較高等特點，為了確保滿足其使用要求，需要通過射線、超聲波、磁粉、滲透和TOFD等技術來進行質量檢測。為了提高無損檢測技水平，不僅要選擇合適的檢測時機及合理的檢測方法，組合應用多種無損檢測技術，而且必要時要與其他的破壞性檢測技術進行結合，提高檢測人員的專業素質和能力，完善檢測工作管理制度，確保壓力容器的質量和安全。