無損檢測方法在壓力容器檢驗中的應用研究

肖長華 石巍 徐建軍

江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院鹽城分院 江蘇鹽城 224000

無損檢測技術是可以高效的對檢測設備的性質，表面結構、缺陷位置。運行狀態進行檢測，而且檢測的過程和手段不會對儀器的本身結構和化學性質造成改變，現階段，壓力容器的無損檢測技術有很多種，包括傳統的技術如超聲波、射線、渦流和新型的技術如聲發射、磁記憶等，雖然無損檢測方法種類繁多，但每種檢測方法都有獨立的特點，并不適用于所有的檢測當中，因此，在對壓力容器進行檢測時，在適當的情況下，可以嘗試多用幾種檢測方法，檢測結果進行對比分析，在無損檢測技術的運用中，不僅要確保檢測結果的精準性，還要注重經濟效益，在操作安全的情況下，降低投入成本，以提高無損檢測技術的合理性[1]。

1 常用的無損檢測技術

1.1 超聲檢測

超聲波檢測是利用超聲波在介質中傳播時產生衰減，遇到界面產生反射的性質來探測物體內部缺陷的一種無損檢測方法。這種方法的靈敏度高，超聲波的穿透能力強，檢測速度快，而且超聲波檢測使用的探傷儀的體積小、重量輕，對于人體也沒有傷害。超聲波檢測技術可以檢測壓力容器的焊接內表面的裂紋，對于焊縫內的缺陷的安全評定是不可或缺的，這項技術已經趨于成熟。該技術的突破主要體現在自動化和信息化兩方面。自動化是指超聲探傷工業檢測機器人的研制，在容器內部、管道內部等檢測中發揮優勢，具備驅動、數據存儲、檢測及控制等功能。超聲無損技術在某些方面的運用，我國目前已經達到國際領先水平，比如，我國的一些微機自動超聲檢測系統已經在原有的基礎上得到了相應的創新并在實際中得到了一定的實踐，據測試結果的數據顯示，自動超聲檢測系統在各方面都優于原有的檢測系統。信息化主要是對超聲數字信號處理軟件等信息化處理。隨著時代的不斷發展，人們對于各種產品的質量的要求越來越高，這也決定了超聲無損檢測技術數字化研發提出新的發展方向，超聲無損檢測系統要更加的標準化、智能化、規范化，超聲檢測的儀器要更加的自動化、小型化、精確化、可靠性高。常用的反射法檢測的檢測結果顯示不直觀，檢測結果無直接見證記錄，但現在國內迅速發展的TOFD技術可彌補這一缺點。

1.2 射線檢測

在零件內部幾何缺陷的檢測中常用射線檢測技術。射線照相的方法主要是對壓力容器的缺陷進行清晰的檢測，這是這種檢測方法最大的優點。此外，這種檢測技術還可以對導致零件的局部厚度缺陷進行檢測，具有亞毫米量級的高精度。同時，射線照相法也可以有效應用于一些金屬材料制成的機械設備中，材料的晶粒尺寸對其沒有影響。但是這種檢測方法在零件裂紋的檢測過程中需要控制輻照的角度，如果輻照角度不夠正確，會對檢測結構產生不同程度的影響。在壓力容器檢測中多采用X射線或射線，因為射線的穿透強度不同，在使用過程中需要做出合理的控制，在需要時可以采用加速器來增加射線的穿透力。

1.3 滲透檢測

作為誕生于20世紀初的檢測方法，滲透檢測是最早應用在目測之外的無損檢測方法。檢測過程中檢測的主要原理是在零件表面涂布熒光燃料滲透劑或著色燃料滲透劑。能緩慢進入零件的缺陷部位，其他部位的著色劑清洗干凈后，再進行干燥處理，并加入顯像劑，通過毛細現象，參與檢查的人員能清楚地看到零件中缺陷的位置。但是，穿透檢測的方法只能應用于容器表面開口缺陷的檢測，沒有辦法檢測壓力容器內部的缺陷。

1.4 磁粉檢測

目前最成熟的零件檢測方法是磁粉檢測，主要可以檢測壓力容器表面及表面附近的幾何缺陷。具體使用中的原理是對相關零件進行磁化處理，當零件表面及近表面有裂紋時，裂紋零件處會發生磁場泄漏，泄漏的磁場會吸附大量的磁粉產生磁痕，相關檢測儀可以據此判斷缺陷的狀態。但在使用過程中，對材料的檢測存在一定的局限性，只能檢測鐵磁材料的部分，且只能檢測表面以及近表面的缺陷。

2 無損檢測技術在壓力容器檢驗中的應用及實例

2.1 超聲檢測在壓力容器中的應用

除上述檢測方法外，還有超聲波檢測方法。該方法也廣泛應用于壓力容器的檢測中。在現階段，它是一種非常重要的檢測方法。超聲波檢測法的主要原理是通過超聲波對零件的缺陷進行檢測，在具體使用過程中檢測速度非常快，不會對壓力容器造成損傷。但是在使用超聲波技術時對檢測設備的要求較高，一般在使用超聲波檢測技術時需要嚴格控制檢測儀器的頻率，一般需要控制在2-2.5赫茲以內，另外還需要嚴格控制晶圓的直徑，厚度需要大于28mm。需要有專業的工作人員在現場對發現的缺陷進行評估[2]。目前已有TOFD技術提供可記錄的超聲檢測圖形，大大擴展了超聲檢測的應用范圍。某單位一臺球罐在定期檢驗過程中采用TOFD超聲波檢測，圖譜見圖1。

圖1 TOFD圖譜

在TOFD圖譜中發現條狀缺陷，經判定為裂紋缺陷，位置在焊縫中心。按照《固定式壓力容器安全技術監察規程》要求，應及時對發現的缺陷進行返修，確保球罐的使用安全。但是，此處缺陷是在定期檢驗中發現的，如果按照正常要求進行返修，焊口打磨、焊口組對、焊接等比較困難，還需要進行熱處理，現場條件很難具備，且焊接質量也很難得到保障。因此，建議進行聲發射檢驗確認此缺陷為制造時遺留的固定缺陷還是在使用過程中產生的缺陷，該缺陷有無活性，在正常使用狀態下是否有繼續擴張發展的可能。如果檢測結果顯示該缺陷為制造遺留，無活性，在正常使用條件下不發生擴展，那可以進行評價，暫不進行返修，可以滿足使用要求。

2.2 射線檢測技術在壓力容器中的應用

射線檢驗方法應用非常廣泛，能夠做到對壓力容器內部的缺陷情況做到有效的檢驗。生成的射線底片可以直觀的反應壓力容器焊縫內部的缺陷情況，檢驗人員根據法規和經驗可以判定缺陷的位置、性質及危險程度，進行定性定量定級，有針對性的提出處理意見。但射線檢測也存在較明顯的缺點，首先是檢測成本過高、速度慢，其次是在實際檢測中需要提前進行合理角度的選擇，并且在檢測裂紋與未熔合處時可能會出現漏檢的情況。另外，該方法不適宜較厚的工件，射線是一種電離輻射，對人體有害，需做特殊防護。

某單位一臺壓力容器在制造過程中進行射線探傷，生成的射線底片見圖2。

圖2 射線底片

在射線底片中發現該焊接接頭存在根部未熔合缺陷。未熔合是指焊縫金屬與母材金屬，或焊縫金屬之間未熔化結合在一起的缺陷。未熔合缺陷位置造成了材料的不連續，造成了應力集中，減薄了材料厚度，減小了壓力容器承載壓力的能力。同時，未熔合缺陷的界面不規則，容易生成裂紋等缺陷，兩端部尖銳易擴張。因此，未熔合缺陷在《承壓設備無損檢測》標準中屬于不允許存在的缺陷類型，應及時對發現的缺陷進行返修，確保壓力容器的制造質量。

2.3 滲透檢測技術在壓力容器中的應用

在非金屬材料和金屬材料的壓力容器檢測中，可以采用滲透檢測法。在陶瓷壓力容器中進行滲透檢測時，應分析玻璃化狀態，以保證檢測方法選擇的合理性。對石墨壓力容器進行檢測時，應分析其處理工藝，采用浸銅工藝時，滲透檢測方法的效果較好，防止細小氣孔影響滲透劑的應用。當壓力容器屬于粉末冶金時，應分析其具體類型。一般的檢測方法有顯著的應用價值。但是在松孔類壓力容器中的應用仍舊存在限制。在滲透檢測技術的應用中，應根據壓力容器的特點確定檢測手段和檢測方法，通過預清洗和表面處理提高檢測工作的效率和質量。表面的毛細現象受預清洗和處理效果的影響，雜質較少時會出現顯著的毛細現象，有助于探測器的穿透，保證穿透檢測靈敏度和可靠性。當開口缺陷中雜質較多時，探測器的毛細管作用受到抑制，其穿透效果不佳。

某單位一臺在用不銹鋼壓力容器在定期檢驗過程中采用滲透檢測對壓力容器內表面縱焊縫進行表面檢測，結果見圖3。

圖3 滲透檢測現場

檢測結果表明此焊縫有表面裂紋，存在安全隱患，如果繼續使用，可能導致裂紋擴展，長度上延長到整條焊縫，深度上繼續深入，甚至形成穿透，會造成物料泄漏或壓力容器從薄弱處發生爆炸。因此，對發現的裂紋缺陷提出立即進行整改的要求，消除安全隱患，保證使用單位的人身財產安全。由于裂紋產生的因素很多也很復雜，裂紋只能盡量的防范而不能避免，所以我們要盡可能在裂紋出現的第一時間發現，這就要做好壓力容器、壓力管道的檢驗工作[3]。根據《固定式壓力容器安全技術監察規程》的規定，此處裂紋缺陷的處理方法是打磨裂紋直至徹底消除，對打磨后的部位才用發現缺陷的無損檢測技術進行檢測，在此處應采用滲透檢測，確認裂紋缺陷已被完全清除。對打磨后的部位進行厚度測量，與壓力容器產品質量證明書、設計圖紙上的允許腐蝕裕量進行比較，如果小于腐蝕裕量，可以不再進行處理，滿足使用要求，如果大于腐蝕裕量，則應進行強度校核，保證剩余厚度能夠滿足設備的工藝使用要求，如果不滿足設備使用要求，則需要進行補焊，將打磨掉的深坑填補起來。補焊的焊材應與原制造材料相符，焊接人員應具備特種設備焊接人員資格證，并有符合本次焊接的焊接項目。在焊接之前，承接維修的單位應持壓力容器制造資質或維修資質、焊接人員資質、維修方案等至當地市場監督管理局特種設備監察科進行維修告知，符合規范要求的還應當到當地特種設備檢驗部門進行申報檢驗。在焊接工作完成以后，應該再次進行滲透檢測，以保證維修質量。同時，應根據壓力容器的級別、維修的具體工作確定是否還有其他工序需要完成，例如：熱處理、壓力試驗、嚴密性試驗等等。

3 結語

為了有效提高壓力容器的質量和精度，一般需要對容器內部結構進行檢測，以保證壓力容器在使用過程中能夠滿足具體要求。但在壓力容器檢測過程中會受到諸多因素的影響，稍有不注意就會導致故障的發生，為了避免這種情況的發生，需要全面掌握檢測技術要點，以有效控制故障，并根據壓力容器的具體情況選擇合適的無損檢測方法，保證檢測結果的可靠性和準確性。相信在不久的將來，無損檢測技術在新型的納米材料、微機電器件等領域得到更好的發展。