特種設備無損檢測技術探討

武魯疆 周升銀 韋鴻起 武雅偉

摘要：特種設備在中國工業發展進程上發揮著至關重要的作用，加強對這些設備的質量控制，能夠讓工業得到更好的發展。基于此，本文就特種設備無損檢測技術進行簡要探討。

關鍵詞：特種設備;無損檢測;技術

1 特種設備無損檢測概論

特種設備是一個國家經濟水平的代表，是國民經濟的重要基礎裝備。特種設備是指在生產和生活中廣泛使用的鍋爐、壓力容器、電梯、起重機械等設備和設施，具有在高溫、高壓、高空、高速條件下運行的特點。特種設備重大事故通常會對人身、財產、環境等造成巨大傷害和損失，所以“安全”二字必須擺在首要位置。在特種設備使用過程中，很多重大事故的觸發點有可能是一個很不起眼的隱患。目前，無損檢測技術包含諸多不同的檢測方法，不同方法使用的儀器不同，存在的安全隱患也各有特點。為了更好地防范特種設備事故的發生，必須充分了解檢測方法中各環節的特點，做到最優化、合理化的管理。

2 特種設備無損檢測技術的必要性

無損檢測作為特種設備檢驗中最為關鍵的技術，不僅是具有成本低、高效率等優勢，其可以在不損壞特種設備的情況下進行檢測，所得到的檢測結果也較為準確，值得大范圍推廣。近幾年來，無損檢測新技術在特種設備中的應用不斷增加，相應的問題也逐漸突顯出來，一些技術細節需要得到優化，尤其是在先進技術發展水平上和發達國家還存在較大差距。無損檢測技術主要包括以下幾種：射線檢測、超聲檢測、磁粉檢測、滲透檢測、紅外檢測、渦流檢測等等，需要根據設備的實際需求，綜合考慮檢測工況特點，選擇出最合理有效的檢測方法。無損檢測技術在承壓特種設備的檢驗檢測中得到了廣泛應用，但每種檢驗檢測方法都有其適用條件，如射線檢測RT對金屬焊接缺陷有較高的檢出率和準確性，顯示直觀，定性定量準確，而在較大厚度下超聲檢測UT相對檢出率更高，同時對一些面積性缺陷的定量定位明顯優于射線檢測，但定性困難;磁粉檢測MT在鐵磁性材料的表面缺陷和近表面缺陷有較高的檢出率;而滲透檢測PT更適合于非多孔性材料的表面開口缺陷的檢驗檢測;渦流檢測ET則是適用于金屬導電材料型材、比如管材的高效檢測。所以在實際應用中，還需要針對具體工件和相應的產品標準制定科學有效的檢驗檢測工藝方法。近幾年來，特種設備中新型材料應用不斷增加、設備結構也更加復雜，對無損檢測技術提出了更高的要求，需要在實施檢測前制定出詳細的檢測工藝，明確其中的檢測要求。以超聲檢測探頭的選取為例，需要對所有的探頭進行實踐驗證，但這種方式并不現實，也不合理。

3 特種設備無損檢測技術

3.1 射線檢測仿真技術

射線檢測是特種設備中應用最為廣泛的一種，可以穿透特種設備和內部物質發生作用，穿透物質的射線會將被檢測物質的結構、成分信息傳遞給探測器，檢驗檢測人員根據接收到信息判斷缺陷情況。比如：射線照相檢測技術利用膠片的黑度反映射線強弱變化，以此判斷缺陷的具體信息。但在這個過程中需要綜合考慮到射線源類型、電壓、電流以及曝光時間、透照方式、焦距、探測器等。尤其是在一些厚度較大、構造復雜的特種設備中應用，需要調節的參數較多，想要將射線源、照射時間等參數調整到最佳狀態極為困難，但是借助仿真軟件可以讓工作效率得到真正的提高，找到最佳檢測參數。相應的信息內容也會被永久保存，為下一次的檢測工作提供參考，射線檢測技術常用在管道對接焊縫缺陷問題檢測上，先利用CIVA建立檢測過程模型，在完成環境模擬仿真的基礎上，設置相應參數，完善配置相應的連續射線譜。需要設置的參數包括：單階、計算焦距、選擇透照方式、設置曝光時間、添加各類型缺陷等，生成高質量仿真圖像，進而研究不同檢測參數下對缺陷結果的影響，優化參數配置，制定出較完善的檢測工藝，切實降低檢測難度、提高效率。

3.2 超聲檢測仿真技術

超聲檢測也是特種設備中常見的檢測方式，在檢測焊縫內部缺陷和的人力無法接觸的內表面裂紋，被檢測材料會將超聲波反射、折射、衍射、散射出去，根據接收換能器對超聲波信號的處理分析、確定相應的缺陷材料信息。以特種設備中T型管道焊縫為例，其極容易出現未熔合、未焊透等危險性缺陷，嚴重威脅著特種設備運行安全。如果想要盡早發現缺陷，就要根據檢測面、探頭等參數進行確定，從以往的應用經驗來看，聲束應盡可能與焊縫接頭中的主要缺陷向垂直。這種要求在無形之中增加了工藝難度。但是借助CIVA仿真平臺中可以模擬特殊幾何構建內超聲波傳播聲場的功能，就可以得到T型管焊縫超聲探頭掃查路徑模擬圖，包括探頭類型、掃查方式，從而及時發現其中存在的問題。以承壓設備典型母材缺陷的相控陣CIVA仿真與檢測工作為例，考慮到被檢測物為復合板結構，因此選擇多層次材料構建形成結合模型，針對厚度、密度、縱速聲波進行設計，另外采用了一維線型陣列0°探頭，利用16個晶片進行掃查，圖1為復合板CIVA模型。

采用單點深度聚焦的方式進行聲場計算，在不考慮波形轉換、表面反射波、底面反射波等情況，以此保證計算的簡易可行性，經計算縱波的聲場，結合實際仿真計算結果，確定探頭的設置是否可以滿足缺陷檢測要求。超聲仿真包括聲束傳播計算和聲束與缺陷或工件之間的相互作用（底面回波、表面回波、設備效應和陰影效應）。超聲仿真可以模擬整個檢測過程：脈沖回波、串列掃查或TOFD檢測，對不同的探頭、工件和缺陷檢測做出預判，從而進一步完善檢測工藝。

3.3 電磁檢測仿真技術

磁粉檢測也是無損方法的一種，其和渦流檢測統稱為電磁檢測，渦流檢測主要是基于電磁感應完成的，非常適合導電材料，導體自身各種變化都會引起渦流變化，繼而幫助工作人員更好的判定導體性質和狀態CIVA仿真軟件不僅可以實現內部電場仿真，也能夠完成單探頭或者是陣列探頭檢測缺陷的仿真。常見的渦流仿真模塊主要有Field Computation模塊和Defect Response模塊兩種，前者常用于內部電磁場進行仿真，后者則可以對缺陷響應進行模擬仿真。但無論是渦流還是磁粉檢測都會受到客觀因素的影響，因此并沒有得到普遍推廣，但是在材料表層或者表面涂層上的檢測時，電磁檢測技術效果較優。目前，在很多管狀材料中應用廣泛。但不同特種設備上管道存在較大差異，因需要根據不同類型的情況，確定具體的檢測工藝。借助CIVA先建立仿真模型，設置探頭類型、擺放路徑、掃查路徑、激勵頻率等參數，進而分析缺陷長度、深度等數據指標，對比分析仿真結果和實際檢測，找出最佳檢測工藝。隨著陣列探頭技術不斷成熟，遠場渦流檢測技術，會在特種設備檢驗檢測中進一步推廣應用。

結束語

綜上所述，國家特種設備無損檢測技術取得了重大進展，在此基礎上借助仿真軟件對檢測工藝進行指導優化開發，讓各類檢驗檢測標準得到進一步完善。CIVA仿真軟件在多種無損檢測方法中都可以得到應用，和實際檢測的結果差異不大，這對完善無損檢測技術，提高檢測技術水平具有深厚應用價值和助推意義。

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