無損檢測技術在特種設備檢驗中的應用

杜崇磊

內蒙古自治區特種設備檢驗研究院赤峰分院 內蒙古赤峰 024000

盡管在生產的各個領域中都會使用承壓特種設備，但是由于特種設備在運行時溫度、壓力等因素，會造成設備的不穩定，而且還會產生大量的有毒、有害等氣體，特種設備運行時，需要工作人員按照流程科學操作，避免在運行時出現安全事故。目前，在對特種設備行業中的鍋爐、壓力容器、壓力管道等承壓設備進行檢測時，一般會采用無損檢測技術，該技術具有檢測精度高、破壞性小等優勢。但是在應用無損檢測技術時， 需要根據設備的實際情況，采用針對性的方法，才能提升檢測的精度，保證在檢測時準確查找設備存在的問題，以此制定解決方案。

1 無損檢測技術在特種設備中應用的重要性

無損檢測技術是在不損傷被檢測物使用性能和形態的前提下，通過測量因物質內部缺陷或組織結構差異引起的物理量變化，了解和評價被檢測材料、產品和設備構件的性質、狀態、質量以及內部結構等的一種特殊檢測技術。

它在檢測過程中不但能檢測出設備中存在的缺陷，還能保證不影響到特種設備的質量。隨著科學技術水平的不斷提升，人們對特種設備的要求越來越高。因此，特種生產企業應不斷提升質量，在特種設備中充分發揮無損檢測技術的無損傷、高靈敏等優勢。此外，在高應力、高溫以及高循環載荷等復雜惡劣條件下和惡劣環境中工作的零部件或構件等，僅利用一般的外觀檢查、尺寸檢查和破壞性抽檢等方式已經不能滿足要求，需要充分應用無損檢測技術全面檢查材料的內外部。目前，特種設備的檢測方法有很多，不同檢測方法的用途也不同，應根據實際情況具體選擇，以保證特種設備質量。

2 無損檢測應用的目的

特種設備可以分為承壓類和機電類兩大類，前者更多主要應用在工業生產中，如：鍋爐、壓力容器、壓力管道等，后者在日常生活中較為常見，如：電梯、客運索道、廠（場）內車輛以及大型游樂設施等。由此可見，特種設備在我們現代工業發展、生產生活中做出了巨大的貢獻，并且得到了廣泛應用，在實際應用過程中也難免會出現損傷或者缺陷，如果缺少系統的檢測技術和檢測體系，那么會在無形之中給設備使用者與使用環境下的周邊人員帶來危險。然而一些傳統的檢驗檢測方式有可能對受檢設備造成二次傷害，甚至干擾到特種設備的正常運行。如硬度試驗、金相檢驗等。而無損檢測技術可以在不損傷被檢對象的前提下完成檢驗，無疑是對特種設備檢測的最佳選擇[1]。無損檢測的應用可以達到如下目的：

第一，保證產品質量。借助儀器和相關器材，可以發現目視無法發現的內外部宏觀缺陷。無損檢測可以對產品進行100%檢驗和逐件檢測，為產品質量提供有效保障。

第二，保障使用安全。可以對在用設備和部件進行定期檢驗，保障使用過程的安全與穩定。

第三，改進工藝。在產品工藝試驗中，對工藝試樣進行無損檢測，并根據檢測結果改進工藝，確定理想的工藝。

第四，降低生產成本。在產品過程的適當環節正確地進行無損檢測，防止以后的工序浪費，減少返工，降低廢品率，從而降低成本。

3 無損檢測技術的應用特點與方向

無損檢測的應用特點：

（1）要與破壞性檢測相結合。由于無損檢測各項目具有的局限性，不是所有的需要測試的項目和性能都能進行無損檢測，這種局限性可能來自方法本身，也可能來自被測試對象的形狀、位置等客觀條件的不允許，所以某些試驗只能采用破壞性檢驗。

（2）正確選用無損檢測的時機。必須根據無損檢測的目的,正確選擇無損檢測的時機,從而順利地完成檢測預定目的,正確評價產品質量。

（3）正確選用合理的無損檢測方法。每種無損檢測方法都有局限性，不能適用于所有工件和缺陷。為了增加試驗結果的可靠性，需要根據試樣的特性（材料、結構、形狀、尺寸、類型、形狀、位置、取向等）選擇合適的試驗方法。所謂充分性，是指在考慮產品經濟可行性的同時，保證足夠的安全性，選擇的檢測方法是準確合理的，而不是單方面追求最高的檢測靈敏度[2]。

3.1.4 綜合應用各種無損檢測方法

每種無損檢測方法均有其自身的優缺點，不能適用于所有工件和缺陷。因此，在對某試件確定無損檢測方案時，在綜合考慮經濟性和效率的前提下應盡可能采用多種無損檢測方法，以保證方法間的互補，從而獲得更多的產品數據和缺陷信息。

除應用無損檢測方法獲得產品信息外，還應充分利用其它有關產品的材料、焊接等加工工藝和產品結構等多方面的信息，這類似于醫學的會診，交叉學科進行綜合分析判斷。這一點對于大型和重要工件的無損檢測尤為重要。

4 無損檢測技術在特種設備檢驗中的應用

4.1 射線檢測技術

射線檢測技術是應用在起重機械的常見檢測技術，在檢測過程中需要利用x射線穿透被檢測的起重設備，然后根據穿透時間的長短來具體判斷設備的運行情況。在起重機械中，焊接材料占有十分重要的地位，所以為了保證起重機械的穩定性，就一定要嚴格保證焊接材料質量，確保所使用的材料符合設備的使用要求。而且焊接材料本身也要具備均勻性與一致性的優勢，并且保證焊接材料的技術參數達到國家規定標準。在此基礎上方可利用x射線進行穿透檢測。具體的檢測方式為判斷在特定時間內設備同等材料所產生的穿透時間是否一致，如果時間一致，則代表設備內部穩定合格；如果時間數值不等，則代表在起重機械內部存在著質量問題。但射線檢測技術的應用范圍相對有限，在焊接缺陷的檢測中如電弧焊、電渣焊、氣焊、氣體保護焊上應用準確性較高，但在鍛件、釬焊、鋼板、鋼管、摩擦焊上應用準確性較弱，并不適合。在實際應用過程中，射線檢測技術能夠讓檢測人員直觀地發現其中存在的問題，確認缺陷的性質、尺寸甚至數量及相對位置，尤其是在缺陷較大、具有局部厚度差的情況下，檢測較為容易，而如果是對裂紋、裂縫類面積性缺陷，射線透照方向選擇不當時（成90°夾角垂直透照），效果明顯減弱，甚至難以檢出。在這里須說明的是，射線檢測使用的射線種類主要是X射線、γ射線、中子射線等，其特點的是不可見光，具有超強穿透力同時有電離輻射作用。所以對工件和無機物來說，它是“無損檢測”，然而對有機物和人體來說，它并非“無損”：它能殺傷生物細胞，造成電離輻射傷害。這一點很大程度上限制了它的應用。盡管如此在我國20世紀工業生產中，無損檢測廣泛應用了射線照相法。其射線探傷方法除照相法（包括層析照相）外，還有透視法（熒屏顯示）和工業射線電視法等。

兩種新型檢測技術或將取代傳統射線膠片技術的趨勢：

①計算機射線照相（CR）是指將射線透過工件后的信息記錄在成像板上，經掃描裝置讀取，再由計算機生出數字化圖像的技術。②數字平板射線檢測（DR），則是以數字化的面陣探測器（非晶硅X射線探測器）作為射線信號檢測器，吸收射線光子經晶體轉換屏轉換成可見光，其信號再由非晶硅光電二極管轉換成電荷，形成的電荷不斷累積由薄膜晶體管TFT集成電路讀出，并完成模擬信號向數字信號的轉換，最終顯示于數字顯示器上[3]。

4.2 超聲波檢測技術

超聲檢測（UT）是一種基于超聲波，通過兩種介質界面之間的反射以及折射進行檢測，能夠有效地識別工件的缺陷、幾何形狀以及對應的力學性能等等。通常借助發射超聲波實現對壓力容器無損檢測。超聲波檢測具有安全可靠、快速、成本低等優點，廣泛地應用在復合材料、金屬以及非金屬檢測。但超聲波操作復雜，對檢測對象具有一定的要求，因此具有一定的局限性。

超聲波在介質中的傳播方式隨振源在介質中振動方向與聲波傳播方向不同分為縱波、橫波和表面波。A型脈沖反射法超聲波探傷原理是利用超聲波通過兩種介質的界面時發生反射和折射的特性來探測零件內部的缺陷。超聲波探傷方法按波的傳播方式分為脈沖反射波法和透射波法。脈沖反射波方法使用來自脈沖發生器的電脈沖來激發探針晶體以產生超聲波脈沖。超聲波以特定的速率傳播到零件中。遇到缺陷的波被反射得到一個缺陷波，剩余的波繼續傳播到零件的底面，然后被反射得到一個底波[4]。探頭接收發射波、缺陷波和底波，放大后顯示在熒光屏上。

基于常規超聲檢測，借助計算機及信息技術與新材料研究的技術進步，最近20年不斷研發成熟應用的幾種超聲檢測新技術如相控陣超聲檢測技術——PAUT（相控陣超聲波檢測Phased Array Ultrasonic Testing）與AUT(全自動超聲波檢測Automated Ultrasonic Testing)、TOFD（衍射時差法超聲檢測技術Diffraction time difference ultrasonic testing technology）、導波檢測技術、異種金屬焊縫的超聲檢測技術等被不斷應用于石油化工的長輸管道集輸、軍工、核能設備生產中，代表了目前超聲檢測新技術的發展方向。

4.3 磁粉探傷技術

磁粉檢測借助工件缺陷以及相應的材料進行探傷。正常工件與存在缺陷的工件之間表現的漏磁效應不同，磁粉聚集較多的位置說明該位置存在缺陷，從而形成對比度相對較高以及磁粉明顯的痕跡，可以有效地判斷檢測對象的情況。在磁粉探傷技術的應用過程中，需要仔細檢測卷揚機對側和近側之間的裂紋，裂紋檢測在卷揚機的檢測過程中起著非常重要的作用。磁粉檢測技術的應用，不僅可以有效檢測起重機各部位的焊接質量，還可以有效檢測起重機鋼結構的質量。某些檢驗工序要求檢驗面干燥并徹底清潔，以去除附著在檢驗面上的鐵銹、油污和水垢等雜質。這時，可以通過研磨進行一定的清洗操作。需要注意的是，在清洗過程中應減少研磨對設備零件的影響。徹底清潔后，可以用磁粉技術測試卷揚機。可以使用高靈敏度的熒光磁粉進一步提高測試精度。

4.4 滲透檢測技術

滲透檢測是一種基于液體的毛細作用（或叫毛細現象）和固體染料在一定條件下的發光現象的原理為基礎的檢查材料表面開口缺陷的無損檢測方法。將溶有著色染料或熒光染料的滲透劑施加于工件表面，由于毛細管作用滲透劑滲入到開口至表面的缺陷中，當去除附著于工件表面上多余的滲透劑，干燥后再施加顯像劑，缺陷中的滲透劑又回滲到顯像劑中，在一定光源下（白光或黑光）觀察，缺陷處的滲透劑被顯示（呈紅色或黃綠色熒光），從而探測出缺陷的形貌及分布狀態。

滲透檢測在不破壞工件，運用物理、化學、材料科學和工程學理論，評價工程材料、零部件和產品的完整性、連續性及安全可靠性。也是實現質量管理，節約原材料，改進工藝，提高勞動生產率的重要手段，是產品制造維修不可或缺的組成部分。在過去的兩個世紀被廣泛應用于航空航天、國防、電力、鐵路、汽車、化工等工業生產中，為特種設備等行業控制產品質量，防患于未然作出了重要貢獻。其優點是：可檢查非多孔性材料的表面開口缺陷，如裂紋、折疊、氣孔、冷隔和疏松等。它不受材料組織結構限制，不僅可以檢測有色金屬，還可以檢測塑料、陶瓷及玻璃等檢測靈敏度高，可發現微米級缺陷顯示。著色法檢測可以在沒有電源的場合工作，使用噴罐設備，操作簡單，成本低廉，顯示直觀，一次操作可檢測任何方向的表面開口缺陷。但其局限性只能檢測表面開口缺陷，對被污染物堵塞或經噴丸、研磨等機械處理的工件表面，不能有效進行檢驗被封閉開口的缺陷。也不適用于檢查多孔性或疏松材料或表面過于粗糙的工件，因這樣的工件表面易形成過度背景，掩蓋缺陷顯示。滲透檢測只能檢出缺陷表面分布，不能確定缺陷深度。

4.5 聲發射檢測（AE）

聲發射檢測技術應用在起重機械的檢測過程中，其檢測的重點主要放在起重機械的關鍵部位，特別是對一些容易出現裂紋的位置、容易出現腐蝕的位置以及受應力比較大的位置進行重點檢測，所有的檢測工作主要利用傳感器來完成。通過合理使用傳感器，然后對起重機械施加靜載和動載，如果起重設備內部存在質量缺陷，那么就會反射出相應的聲發射信號，根據這些聲發射信號，技術人員就能夠詳細判斷設備內部的具體情況，計算出詳細的數據信息，然后科學判斷缺陷位置并對缺陷位置進行妥善處理。在具體應用過程中，雖然聲發射檢測技術具有極高的檢測精度，但是此項檢測技術在實施過程中這有一定難度，具有十分復雜的操作步驟，同時也要求工作人員必須具備極高的技術素質，因此為了促進聲發射檢測技術的最大應用，相關企業一定要不斷提高技術人員的業務能力，對他們進行系統的培訓，促進聲發射技術的具體落實，從而有效發揮出聲發射檢測技術的巨大價值，確保起重機械的正常運行[5]。

5 結語

為保證特種設備的質量，應合理運用無損檢測技術檢測特種設備。應用過程中，檢測人員應根據特種設備的焊縫性質采取正確的方法，并減少人為因素的影響。此外，應加大研究力度，提高無損檢測技術的應用，推動無損檢測技術向自動化和高精準度等方向發展，從而有效提升我國的特種設備檢驗水平。