無損檢測技術在特種設備檢驗中的應用與分析

戴西斌，左萬君，吳昌玉

（江西省檢驗檢測認證總院特種設備檢驗檢測研究院，江西南昌 330052）

0 引言

隨著特種設備需求量快速增加，再加上設備檢驗過程中的復雜性和特殊性，需采用更加科學合理的檢測技術來加強設備檢驗力度，以精細化、自動化和全面化作為檢測技術發展方向，對特種設備安全事故進行有效預防和控制。目前，就檢測效果而言，在不破壞檢測對象原有的結構、性質和狀態的提前下，無損檢測技術是一種重要的檢驗手段，可以實現對設備內部整體狀況的全面高精度檢測，高效、精準地找出設備存在的缺陷及隱患，從而有效提高檢驗質量，及時把控設備使用狀況，保障特種設備安全運轉[1]。

與其他檢測技術相比，無損檢測技術是利用現代化科學技術手段，非破壞性地對設備進行全面系統性檢測，并針對性地對設備表面及內部結構缺陷引發的電、光、熱和聲等現象進行數據分析與綜合性評價，可以多角度地把控特種設備檢驗質量，具有高可靠性、高精度、高效率等特點[2]。無損檢測技術的應用分析，還可以進一步優化和創新特種設備制造技術，因此該檢測技術在一定程度上也反映了一個國家的工業現代化發展水平[3]。

1 特種設備無損檢測技術的應用特點

1.1 應用無損檢測技術的必要性

隨著特種設備在各行各業的廣泛應用，以及特種設備本身具有的高危性、封閉性、涉及生命安全等特點，經過長期使用設備會有不同程度的損傷，積累到一定程度可能會出現災難性的安全事故，因此需及時有效地檢驗出設備存在的缺陷和質量問題，并進一步采取相關措施確保設備安全穩定運行[4]。傳統的損傷檢測技術是將特種設備完全拆卸，借助物理或化學無損技術對拆卸后的設備缺陷進行探測和發現，不僅會損壞設備，且檢測準確性、精度及效率較低，無法達到當前特種設備檢驗的預期效果。而無損檢測技術以非損壞性特點為前提下，采用科學的物化手段，不僅能檢測、定位設備的缺陷，還能對設備的整體結構、運行狀態進行分析和識別，通過數據分析和圖像技術可以全面綜合性評價缺陷對設備的影響程度，從而提高檢測結果的準確性和時效性[5]。該技術在檢測效率、準確率、適用性等方面具有明顯優勢，因此對提高檢驗質量和保障特種設備安全穩定運行具有重要意義。

1.2 無損檢測技術的優勢

與其他類型的檢測技術相比，無損檢測技術可貫穿于特種設備原材料、制造工藝和使用運行整個環節，具有較為突出的優勢，因此在特種設備檢驗領域獲得廣泛應用。其優勢主要表現在以下4 個方面：

（1）非破壞性。整個檢測過程中不會拆卸和損壞特種設備，能夠保證被檢測對象結構與性能的完整性，從而有效提高檢測的準確性和效率[6]。與傳統的損傷檢測技術相比，非破壞性是該技術極為典型的優勢。

（2）全面性。整個檢測過程中會嚴格依照檢測規范和標準，科學合理地篩選檢測設備、檢測技術和檢測人員，把定位和分析設備缺陷的需求當作著力點，對于容易被忽視的檢測盲區，根據檢測對象結構與性能特征，采用多種檢測方法進行補充檢測，從而達到全方位檢測的效果，使檢測結果更具參考性[7]。

（3）全程性。在特種設備自身特殊性和復雜性的整體環境下，在不破壞檢測對象原有完整性的提前下，該技術不管是針對原材料、制造工藝還是對處于運行狀態設備的檢測，均呈現較強的適用性，可貫穿特種設備檢驗的整個過程[8]，檢測范圍十分廣泛，有利于識別設備結構損傷、失效機理，綜合分析運行時間對設備質量的累計影響，具有全程保障檢測質量的優勢。

（4）互容性。對于相同待測物，根據設備結構與性能特征，在整個檢測過程中可采用多種技術進行重復檢測，互相驗證多種技術的檢測結果，從而使檢測結果更具準確性[9]。

2 特種設備無損檢測技術的應用現狀

在特種設備檢驗中廣泛應用的無損檢測技術有射線檢測、磁粉檢測、超聲波檢測、渦流檢測、紅外線檢測、滲透檢測等，各有其長處和應用范圍。在開展檢測之前，需結合被檢測設備的屬性和應用環境，根據實際需求選擇科學合理的檢測技術和時機，充分發揮無損檢測技術的優勢，保障特種設備安全穩定運行[10]。

（1）射線檢測技術。射線檢測技術在特種設備檢測中應用較為廣泛，其工作原理是被測物可對不同射線產生差異化吸收和散射，在光量子穿透設備后，借助電子信息技術，以膠片作為記錄載體獲取光圖信息，可直觀的通過光圖分析判定設備具體缺陷問題[11]。現階段X 射線檢測技術應用最廣，適用于各種鑄鋼件熔化焊的對接、角接焊縫，能有效檢測及定位承壓類特種設備的內部缺陷。其優點是對材料厚度不大于200 mm 的特種設備氣孔、夾渣等缺陷檢出率較高，且能直觀發現缺陷的數量、尺寸和位置[12]；缺點是檢測裂紋類缺陷時，光圖數據穩定性差、檢測設備成本較高、檢測速率也較慢、檢測材料具有局限性，檢測過程中射線也會對人體有危害和污染環境。

（2）磁粉探傷技術。磁粉探傷技術的工作原理是，鐵磁性被測物被磁化后，其近表面的夾雜物、裂紋和未焊透等缺陷處會產生漏磁場現象，形成畸變不連續性的磁力線，使施加在設備表面有顏色的磁粉被大量吸附，進而直觀呈現出被測物缺陷的具體位置[13]。磁粉探傷技術具有操作簡單、設備成本較低、檢測效率較快和靈敏度較高等優點，但也具有局限于檢測鐵磁性材料、檢測設備范圍較小等缺點，因此仍有進一步發展和擴大的應用范圍。

（3）超聲波探傷技術。超聲波探傷技術的工作原理是，利用超聲波在穿透被測物時會產生折射和發射現象，呈現出時間和能量的衰減特性，借助計算機軟件載體可獲取全面的設備信息，從而實現對設備內外部缺陷位置和大小的精確定位[14]。該技術的適用性極強，能夠穿透厚度為8～300 mm 的材料，檢測缺陷種類也較齊全，可以全面、有效檢測設備，因此有著廣泛的應用范圍[15]。該技術具有操作簡單、設備成本較低、精度高、速度快、無污染和人體危害等優點，但不適用于檢測形狀不規則、復雜的特種設備。

（4）渦流檢測技術。近年來，渦流檢測技術作為一門快速發展的新興技術，受到現代工業的廣泛關注。其工作原理是以電磁感應為基礎，借助導電線圈帶來的磁場，使被測物表面感生渦流變化量，從而快速實現對設備表面缺陷的定位[16]。目前，該技術多應用于檢測壓力容器縫隙表面的微細孔、腐蝕、磨損等缺陷，具有檢測效率高、靈敏度較高、不受溫度影響、無環境污染等優點，其局限性有僅適用于檢測金屬材料、檢測精度較低、不適用于檢測內部缺陷等。

（5）紅外線檢測技術。由熱力學原理可知，任何物體表面會向周圍發射或者吸收輻射能，且輻射能與物體的物理、化學等特性有關。因此，紅外線檢測技術的工作原理是以紅外線的溫度敏感效應為基礎，借助熱像儀和紅外探測器，可直觀地看到被測物表面的熱量分布情況，從而實現準確判定設備表面缺陷的位置、類型、風險危害程度[17]。目前，常用的紅外線檢測技術有主動和被動兩種形式，其中主動式檢測需借助人工加熱被測物，根據熱導率的差異來判斷設備該部位是否存在缺陷；被動式檢測是利用設備自身溫度來實現缺陷檢測。該檢測技術適用于檢驗各種特種設備，但因檢測精確度較低、可靠性較差、便攜性差和設備成本較高，當前主要作為一種輔助檢驗手段[18]。因此，仍需加強探測傳感技術的研發，進一步提高溫度分辨力。

（6）滲透檢測技術。滲透檢測技術以液體的毛細管作用為基礎，結合固體燃料發光現象，借助有色滲透液、去除劑和顯像劑，從而實現對設備表面開口狀缺陷的有效檢測。該技術有高便攜性、設備成本較低、靈敏度高、檢測范圍易控、適用于檢測復雜結構設備等優點，可有效檢測出設備表面開口處裂紋、氣孔和氧化斑等缺陷，但具有不適用于檢測多孔材料、無法檢測設備內部缺陷、污染環境等缺點。因此，仍需結合其他無損檢測技術的優勢，以不斷提高該技術研究、擴大應用領域。

3 特種設備無損檢測技術的質量控制

對特種設備運用無損檢測技術展開全面檢驗工作時，既要科學合理的選擇無損檢測技術，又要綜合應用多種無損檢測技術，充分發揮無損檢測技術的優勢，從而保障特種設備安全穩定運行。

（1）針對性。不同種類的無損檢測技術存在的長處和應用范圍，為了做好檢驗質量控制，有效提高檢測結果的準確性和效率，需明確無損檢測技術的適用范圍。從實際情況出發，結合被檢測設備的屬性和使用狀況，依據其指標數據對設備潛在的缺陷及問題進行預測，識別分析設備結構損傷、失效機理，合理選擇最佳的檢測技術。

（2）時效性。在開展特種設備的無損檢測時，需結合檢測材料、檢測目的、檢測結果、設備結構、設備使用狀況等多個因素，合理安排檢測時間，使其符合相關基準規范要求，確保檢測結果的可靠性和準確性。例如：有些設備的材料有裂紋延遲傾向，依照相應的規范要求，需將檢測時間安排在焊接完成后的24 h 內；對高壓密閉反應鍋爐進行檢測時，將檢測時間安排在在鍋爐停工或冷卻狀態，可獲取高準確性的檢測結果。

（3）綜合性。為進一步提高無損檢測過程科學性、檢測效率、結果準確性，需結合待測設備材料、形狀、結構、使用狀況等實際情況，綜合運用多種無損檢測技術，實現各檢測技術間的優勢互補，有效控制檢驗質量，保障特種設備安全運轉。例如，磁粉檢測技術在檢測壓力容器表面裂紋缺陷方面有著較高的靈敏度，但是無法檢測到壓力容器內部埋藏缺陷，精確度較差。如果將其與超聲波探傷技術綜合使用，則可有效提升檢測結果的可靠性、精度、效率等，達到嚴控檢驗質量的效果。

4 結束語

由于特種設備自身特殊性、制造技術不斷創新和需求量不斷增加，對無損檢測技術水平提出了更高要求，需不斷完善和創新檢測技術，充分發揮無損檢測技術非破壞性、全面性、全程性和互容性等優勢，推廣檢測技術的應用范圍，建立健全完整的檢測計劃，結合特種設備的實際情況，科學合理選擇最佳檢測技術，制定設備缺陷檢測方案，以及預防和解決策略，提升檢測效率，使檢測結果更具精確性和可靠性，進而有效確保檢驗質量，保障特種設備安全穩定運行，提升工業生產效益，推動社會經濟發展。