解析特種設備檢驗中無損檢測技術應用

蘇睿

（山西省安裝集團股份有限公司，山西太原 030032）

0 引言

近年來，隨著我國工業技術水平的不斷提高，特種設備在工業生產中發揮著越來越重要的作用。結合應用經驗，特種設備的應用種類繁多，可分為承壓型和機電型。其中，普通壓力管道和儲氣罐可視為特殊壓力設備。電梯、專業機動車輛和起動機械可被視為特殊機電設備領域。無論何種專用設備，使用風險都比較高。當設備發生故障時，安全問題很難估計。近年來，為了加強特種設備的標準化管理和安全使用，我國有關部門對特種設備的檢測管理進行了全面部署。為了保證特種設備的安全使用，有關的生產和應用領域必須積極運用無損檢測技術，對特種設備的質量問題進行檢測和分析。

1 無損檢測技術

無損檢測技術是在不損壞特種設備的零部件以及不破壞設備物理特性、化學特性的基礎上，通過相關技術來檢查設備內部的結構狀態是否符合規定的要求，并通過該檢測技術發現設備存在的安全隱患以及質量問題的一種重要檢測技術，它又被稱為非破壞性檢驗[1]。在無損檢測中，工作人員利用相關技術設備對被檢測設備的內部情況、儀器表面結構、設備性質以及設備狀態進行具體檢測，檢測方法主要有射線檢測法、超聲波檢測法、磁粉檢測法以及滲透檢測法等，這些檢測方法各有利弊，但從無損檢測技術的整體而言，該檢測技術整體具有以下3個方面的特點：①無損檢測技術不具有破壞性，這是無損檢測技術最核心的特點。傳統的設備檢測方式對于特種設備而言都會造成設備在性能或物理性質上的改變，不利于設備的使用以及穩定運行。而無損檢測技術不會對被檢測設備造成任何傷害或影響以及變化，它能夠最大限度地保證被檢測設備的性質穩定，而在不損害被檢測設備的前提下獲取檢測結果。②反復性和互容性。反復性和互容性都是針對無損檢測技術的使用次數而言，它能夠對同一設備多次進行檢測或在同一設備上采用不同的檢測技術。具體而言，無損檢測技術系統能夠反復用在同一檢測設備上，也能夠和其他檢測技術一起開展設備的檢測，以此來保證檢測結果的準確性。③標準性。由于無損檢測技術的技術含量較高，因此與傳統檢測技術相比，無損檢測技術的儀器設備的精確度和精密度更高，檢測人員的資質和技術水平也更高。此外，與傳統的檢測方式相比，無損檢測技術也有更加嚴格的檢測標準，能夠保證無損檢測技術結果的精準性。

2 無損檢測技術應用特點

無損檢測技術主要基于聲、光、電、磁等原理，實現對被測物體內部缺陷和非均質性問題的全過程檢測和分析。其中，測試人員可以結合分析結果，準確地確定被測物體內部缺陷的位置和具體的性能。與肉眼檢測方法不同，無損檢測技術可以深入被測對象的內部環境中，強調對內部缺陷和異質性的識別和管理。更重要的是，無損檢測技術可以在不損壞被測物體的情況下實現有效的檢測。根據以往的應用經驗，無損檢測技術的應用特點是無損檢測。與傳統的檢測方法不同，無損檢測技術可以利用自身的無損特性來實現安全有效的檢測。試驗期間，試驗設備幾乎沒有損壞。以特種設備為例，測試人員可以利用無損檢測技術對特種設備的內部質量和缺陷進行分析。在此過程中，特種設備的完整性不受影響，特種設備性能的應用也不受影響。無損檢測技術對被測物體的破壞作用很小，甚至可以忽略不計[2]。更重要的是，無損檢測技術可以基于全過程的檢測標準，實現對內部結構狀態和檢測目標質量的檢測和分析。無損檢測技術可以應用于工業生產、產品制造和應用的全過程，也可以應用于相關服務設備的測試和分析的全過程。這樣既避免了傳統人工檢測中存在的問題，又提高了檢測的安全性。

3 無損檢測在特種設備應用的重要性

隨著社會經濟的發展，越來越多的產品應用于各個領域，包括石油、化工、鋼鐵等特種工業設備，特別是在生產過程和儲運過程中對特種設備的應用需求越來越大。工業的大規模發展必須以專用設備的使用為基礎，因此設備的使用質量對工業發展至關重要，決定著工業發展的速度和方向。與其他設備相比，特種設備的結構性能具有耐腐蝕、耐高溫等特點。由于設備在工業中起著重要的作用，其安全使用顯得尤為重要。設備一旦損壞或出現故障，相關環節的生產質量將大大降低，甚至會威脅人員生命安全，同時也會損壞整個生產線，進一步威脅到他人的生命安全。因此，對特種設備的結構、性能和使用環境進行分析是非常重要的[3]。特種設備的工作環境極其復雜，在使用過程中極易發生泄漏，甚至威脅到整個生產環境。因此，在使用專用設備進行生產時，應注意定期檢查，做好設備的使用設計和維護，防止在使用過程中發生泄漏和爆炸事故。特種設備的檢測主要包括損傷檢測和無損檢測。損傷試驗是指對專用設備的拆卸和對已拆卸設備的檢查。本文致力于特種設備使用中的無損檢測，在不拆卸設備的情況下，了解檢測材料的理化性質，了解設備的內部結構和零部件的使用狀況。由于特種設備具有高風險的特點，通過破壞性試驗對設備進行拆裝會影響設備的結構和密封性，所以對特種設備的大部分試驗都是基于無損檢測技術的應用。

4 特種設備檢驗中常見的無損檢測技術的應用種類

4.1 射線檢測技術的應用

對特種設備進行檢測的過程中，如果應用射線檢測技術，一般都是對壁厚較為適中的壓力容器進行檢測，通過這種檢測方法就能第一時間發現壓力容器當中存在的缺陷，同時也能獲得精準的檢測數據。射線檢測技術當中的X射線以及Y射線等能夠直接觀察到特種設備是否存在衰減現象。在檢測的過程中，射線能夠將直接穿透特種設備的檢測部位，從而提高檢測結果的準確性。對特種設備的其他部位進行檢測，再將檢測數據進行對比，從而確定準確的缺陷部位。另外，根據射線檢測的結果還能判斷出特種設備的隱蔽部位是否存在缺陷，同時還能將檢測結果與影像設備結合在一起，這樣就能對特種設備的缺陷進行深入分析[4]。

4.2 超聲波檢測技術

從原理上看，超聲檢測技術主要利用材料及其缺陷的聲學性能差異，著重對超聲傳播波形的反射和穿透時間能量的變化進行深入的測試和分析，并根據分析結果采用無損檢測方法對材料內部缺陷進行檢測和分析。與傳統的檢測方法不同，超聲波檢測技術主要是基于無損檢測的應用原理，在不損壞工件或原材料狀況的前提下，完成被檢工件內表面質量的檢測和分析。從技術優勢的角度來看，超聲波檢測方法可以檢測和分析介質在特定方向上的整個過程。在分析過程中，可以顯示出方向性的優勢。更重要的是，超聲波在介質中具有明顯的衰減現象，能量大，對焊縫檢測結果無干擾。同時，超聲波檢測方法可以實現對不同介質的檢測和分析。如果焊接作業后不同介質中存在質量缺陷，在應用超聲波探傷的過程中，會出現超聲波反射缺陷位置的現象，從而實現對缺陷問題的定位分析。以特種設備檢測為例，將超聲波檢測技術應用于特種設備檢測，可以實現對焊縫裂紋和非熔化問題的檢測管理。根據以往的經驗，超聲波檢測技術主要是應用于材料厚度控制在8～300mm的設備。在檢測應用過程中，該技術方法對被檢測設備幾乎沒有不良影響。更重要的是，安全性測試過程也可以在高溫下進行，獲得的測試數據相對準確[5]。

4.3 磁粉無損檢測

磁粉無損檢測應用于半成品或成品特種設備的測試，在檢測開發中，磁粉無損可以精密檢測特種設備磁力分布，檢測分布的差異，找出零件缺陷。由于這種檢測可以相對快速地檢測出生產中的特種設備缺陷，有助于恢復設備和技術改造。隨著技術的不斷發展，磁粉檢測的發展也進入了新的領域，對于檢測設備的使用疲勞、損傷效果也發生了變化。檢測技術也在不斷更新，在擴大了使用范圍的同時，也進一步提高了使用效果。

4.4 盲區補充檢測

盲區附加試驗可以看作是特種設備無損檢測技術的延伸。在無損檢測技術的應用過程中，一些結構比較復雜的專用設備往往涉及盲區的檢測。如果采用超聲波檢測技術，直接波信號可能無法安全地傳輸到檢測儀器。因此，測試人員無法準確處理設備盲區是否存在故障。為正確解決這些問題，檢驗員應按盲區補充試驗標準，加強對設備焊接問題的分析。一般情況下，當焊縫小于50mm時，檢驗員應對10mm左右的盲區進行檢測分析，以有效提高檢測精度效果。此外，在盲區檢測中，檢測器可以利用寬帶窄脈沖探頭和變化探頭檢測和分析盲區質量缺陷。在這一過程中，測試人員可以使用計算機設備制作TOFD圖像，以定位硬件故障和面積大小。

4.5 紅外線探傷技術的應用

紅外線探傷技術也是特種設備檢驗過程中一種常見技術。該技術在應用的過程中，只要特種設備有溫度，就可以向外界傳遞獨特的紅外線。一般情況下，輻射輕度越高，溫度就會越高，兩者之間的關系成正比。所以在應用紅外線探傷技術對特種設備進行檢測時，可以通過主動和被動這兩種形式進行檢測。如果物體自身有問題，就可以利用問題條件進行紅外線檢測，這種方法就叫做被動檢測。如果物體本身沒有溫度或者溫度較低，就要利用人工方式對其進行加熱處理，然后再進行檢測。如果物體自身存在缺陷，導熱效率就會受到影響，所以紅外線在傳遞的過中自然也會出現差異，這時用紅外線探傷技術進行檢測，利用成像設備成像，就能快速找到缺陷位置。

4.6 滲透檢測技術

滲透檢測技術（圖1）主要是利用熒光染料進入工件，對工件缺陷進行分析，或利用具有粘附能力的染料進行質量檢測。在檢測和分析過程中，利用成像劑進入液體毛細管，可以從各個方向檢測和分析工件內部缺陷。結合以往的檢測經驗，滲透檢測技術更適用于有色金屬、陶瓷等非金屬材料的無損檢測，具有重要的應用價值。根據以往經驗，當環境溫度低于250℃時，相關人員應進行奧氏體不銹鋼焊接。為加強焊縫質量問題的檢驗管理，檢驗員可采用滲透檢測技術對焊接件進行關鍵試驗和分析。根據磁粉探傷的原理，探傷人員應重點對焊接部位的裂紋和氣孔進行檢查和分析。在分析反饋結果的基礎上，加強對焊接質量問題的排查和管理。與其他測試技術不同，滲透檢測技術可以在水、電隔離等條件下進行高質量的測試和分析。但應注意的是，滲透檢測技術不能完全檢測和分析設備內部的閉合缺陷。因此，在使用過程中，檢測人員應根據特種設備無損檢測的技術要求，選擇合適的技術方法進行檢測和分析。此外，試驗工作完成后，試驗人員應及時糾正專用設備的現有內部缺陷。特別是要注重裂紋的修復，保證專用設備的正常運行。

圖1 滲透檢測技術

5 結語

總之，為了不斷提高無損檢測技術在特種設備中的應用效率，建議行業人員應更加重視無損檢測技術的應用優化和發展。一方面，相關人員應主動結合無損檢測技術種類的內容和原理性能，科學運用無損檢測技術，完成特種設備內部質量缺陷的定位分析和故障排除管理。另一方面，應根據無損檢測技術的發展趨勢，及時補充現有無損檢測技術內容中存在的短板問題，進一步保證特種設備安全規范地使用。此外，在工業生產領域，應加強特種設備無損檢測技術體系的完善，從根本上提高特種設備的安全效率。