承壓類(lèi)特種設(shè)備無(wú)損探傷技術(shù)及應(yīng)用研究

王海龍

（內(nèi)蒙古百瑞興環(huán)保科技有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010）

0 引言

承壓類(lèi)特種設(shè)備是工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的設(shè)備之一，其安全運(yùn)行對(duì)于生產(chǎn)效率和人員安全至關(guān)重要。隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，承壓類(lèi)特種設(shè)備的使用范圍和數(shù)量也在不斷增加，對(duì)其安全性的要求也越來(lái)越高。無(wú)損探傷技術(shù)是一種非破壞性檢測(cè)方法，可以對(duì)承壓類(lèi)特種設(shè)備進(jìn)行有效檢測(cè)和評(píng)估，因此研究承壓類(lèi)特種設(shè)備無(wú)損探傷技術(shù)及應(yīng)用具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1 常用的無(wú)損探傷技術(shù)及在承壓類(lèi)特種設(shè)備的應(yīng)用

無(wú)損探傷技術(shù)的最大特點(diǎn)是非破壞性，可以在不破壞被檢測(cè)材料的情況進(jìn)行，不會(huì)對(duì)材料的物理性能產(chǎn)生影響，因此被廣泛應(yīng)用于材料的質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)估。常用的無(wú)損探傷技術(shù)有滲透、射線(xiàn)和超聲波等，能夠檢測(cè)到微小的缺陷和裂紋，具有較高的靈敏度，不同點(diǎn)是滲透探傷技術(shù)針對(duì)于材料表面的缺陷，而射線(xiàn)探傷技術(shù)和超聲波探傷技術(shù)是針對(duì)于材料內(nèi)部的缺陷。

1.1 滲透探傷技術(shù)

滲透探傷技術(shù)主要用于檢測(cè)材料表面裂紋、孔洞和其他開(kāi)放性缺陷，利用滲透劑的浸潤(rùn)能力將滲透劑引入被測(cè)物體的表面缺陷中，通過(guò)染色劑的顯色作用來(lái)顯示和評(píng)估缺陷的位置和大小（表1）。

表1 滲透探傷技術(shù)特點(diǎn)

滲透檢測(cè)對(duì)于微小的缺陷和裂紋具有較高的檢測(cè)能力，可以檢測(cè)到甚至只有幾微米寬度的裂紋，檢測(cè)精度可以達(dá)到0.1 μm，檢測(cè)靈敏度可以用S=K×（A/B）表示，其中S 為靈敏度、K 為常數(shù)、A 為檢測(cè)結(jié)果、B 為標(biāo)準(zhǔn)值。滲透探傷技術(shù)是一種非常實(shí)用的無(wú)損檢測(cè)方法，具有高靈敏度、非破壞性、操作簡(jiǎn)便、成本低廉、可靠性高等特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。

滲透探傷技術(shù)要求被測(cè)表面必須清潔，以確保滲透劑能夠充分滲透到缺陷中。在應(yīng)用滲透探傷技術(shù)之前，需要對(duì)承壓類(lèi)特種設(shè)備表面進(jìn)行清洗和去除表面污垢。常用的表面處理方法包括機(jī)械清洗、化學(xué)清洗、噴砂等，以確保表面的光潔度和粗糙度符合要求。

滲透劑是滲透探傷技術(shù)的核心，它可以填充并滲透到設(shè)備表面的缺陷中。滲透劑通常由滲透劑A 和滲透劑B 兩部分組成，其中：滲透劑A 具有低表面張力，可以迅速填充缺陷；滲透劑B 是一種顯色劑，可以顯現(xiàn)出滲透劑A 所填充的缺陷位置。在應(yīng)用滲透探傷技術(shù)時(shí)，將滲透劑A 均勻涂布在設(shè)備表面上，待其滲透到缺陷中，然后將多余的滲透劑A 擦去，并涂布滲透劑B。最后根據(jù)顯色劑的變色情況，可以判斷出缺陷的位置和尺寸。

滲透探傷技術(shù)的效果與滲透時(shí)間和溫度有關(guān)。通常情況下，滲透時(shí)間越長(zhǎng)，滲透劑填充缺陷的能力越強(qiáng)，但也要避免過(guò)長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)致過(guò)度滲透，影響顯色效果。溫度對(duì)滲透劑的黏度和流動(dòng)性也有影響，一般需要控制在適宜的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行滲透處理。

在應(yīng)用滲透探傷技術(shù)后，需要對(duì)設(shè)備表面進(jìn)行徹底清洗，以確保將多余的滲透劑A 和滲透劑B 清除顯影：在滲透劑被涂布并滲透到缺陷中后，需要進(jìn)行顯影操作來(lái)顯示出缺陷的位置和尺寸。顯影是通過(guò)應(yīng)用一種化學(xué)物質(zhì)或顯影劑來(lái)使?jié)B透劑B 在缺陷處顯現(xiàn)出明顯的顏色或反應(yīng)，可以通過(guò)直接涂布顯影劑或者浸泡設(shè)備表面來(lái)實(shí)現(xiàn)。一旦缺陷被顯影，操作人員需要對(duì)設(shè)備表面進(jìn)行仔細(xì)觀察和評(píng)估。使用光源、放大鏡等工具來(lái)檢查和測(cè)量缺陷的形狀、大小和深度，樣可以確定缺陷的嚴(yán)重程度，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果采取相應(yīng)的措施，如修復(fù)、替換或進(jìn)一步檢查（圖1）[2]。

圖1 滲透探傷技術(shù)在承壓類(lèi)特種設(shè)備中的應(yīng)用

1.2 射線(xiàn)探傷技術(shù)

射線(xiàn)探傷技術(shù)是一種利用射線(xiàn)在物體中的穿透性和吸收性質(zhì)，對(duì)物體內(nèi)部的缺陷、異物或密度變化進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估的非破壞性檢測(cè)方法，通過(guò)使用射線(xiàn)源產(chǎn)生的射線(xiàn)束穿透被測(cè)物體，然后通過(guò)探測(cè)器接收和記錄射線(xiàn)透射或散射的信號(hào)，進(jìn)而獲取物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷的信息，檢測(cè)靈敏度為I=I0×e-μx，其中I 為射線(xiàn)強(qiáng)度、I0為初始射線(xiàn)強(qiáng)度、μ 為線(xiàn)性吸收系數(shù)、x 為物質(zhì)的長(zhǎng)度。

射線(xiàn)探傷技術(shù)通常采用X 射線(xiàn)或γ 射線(xiàn)作為輻射源，而X 射線(xiàn)和γ 射線(xiàn)都具有高能量和穿透力，可以有效穿透各種材料，包括金屬、合金和非金屬材料。在選擇輻射源時(shí)，需要考慮設(shè)備的尺寸、檢測(cè)目標(biāo)的厚度和材質(zhì)等因素，以確保輻射源的能量適宜且能夠提供足夠的穿透力。射線(xiàn)探傷技術(shù)需要使用合適的探測(cè)器來(lái)接收和記錄射線(xiàn)的透射情況，常用的探測(cè)器有放射敏感薄膜、電離室和閃爍體探測(cè)器，這些探測(cè)器能夠測(cè)量射線(xiàn)的強(qiáng)度并產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，用于形成圖像或定量評(píng)估缺陷。射線(xiàn)在穿越材料的過(guò)程中可能會(huì)受到散射和吸收等影響，因此需要使用適當(dāng)?shù)膫鬟f介質(zhì)來(lái)減少這些影響并提高探測(cè)效果。常用的傳遞介質(zhì)包括空氣、水和油等，其選擇取決于被檢測(cè)材料的特性和要求。同時(shí)，為保護(hù)操作人員和周?chē)h(huán)境的安全，需要采取輻射防護(hù)措施，如使用屏蔽裝置和遵守輻射安全操作規(guī)程。射線(xiàn)探傷技術(shù)可以檢測(cè)多種類(lèi)型的缺陷，如裂紋、夾雜、氣孔、焊接缺陷等。通過(guò)觀察射線(xiàn)透射圖像中的不均勻性、陰影和缺陷信號(hào)，可以確定缺陷的位置、尺寸、形狀和性質(zhì)。此外，還可以通過(guò)分析透射圖像的亮度、對(duì)比度和密度等參數(shù)，進(jìn)行定量評(píng)估和分類(lèi)判定。

射線(xiàn)探傷技術(shù)生成的透射圖像可以通過(guò)圖像處理和分析來(lái)進(jìn)一步評(píng)估和識(shí)別缺陷，常見(jiàn)的圖像處理方法包括濾波、增強(qiáng)、邊緣檢測(cè)和圖像分割等，些技術(shù)可以提高圖像的清晰度和對(duì)比度，使缺陷更加顯著，并幫助操作人員準(zhǔn)確判斷和定位缺陷。不僅可以檢測(cè)缺陷的存在，還可以進(jìn)行定量評(píng)估和合規(guī)性驗(yàn)證。通過(guò)測(cè)量透射圖像中缺陷的尺寸、密度和位置等參數(shù)，通過(guò)定量分析，評(píng)估缺陷對(duì)設(shè)備強(qiáng)度和安全性的影響。同時(shí)，射線(xiàn)探傷技術(shù)還可以與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行比對(duì)，驗(yàn)證設(shè)備是否符合合規(guī)要求，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和長(zhǎng)期評(píng)估承壓類(lèi)特種設(shè)備的完整性和安全性（圖2）[3]。

圖2 射線(xiàn)探傷技術(shù)在承壓類(lèi)特種設(shè)備中的應(yīng)用

1.3 超聲波探傷技術(shù)

超聲波探測(cè)技術(shù)是一種利用超聲波在材料中傳播、反射和散射的原理，對(duì)材料內(nèi)部的缺陷進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估的非破壞性檢測(cè)方法。它通過(guò)將高頻超聲波引入被測(cè)材料中，利用超聲波在材料中的傳播速度、幅度和回波信號(hào)等特征，來(lái)獲取關(guān)于材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷的信息。

射線(xiàn)探傷技術(shù)和超聲波探傷技術(shù)的特點(diǎn)如表2所示。

表2 射線(xiàn)探傷技術(shù)和超聲波探傷技術(shù)的特點(diǎn)

超聲波探傷技術(shù)利用發(fā)射超聲波并接收其回波來(lái)檢測(cè)材料中的缺陷，超聲波在不同材料中的傳播速度和反射特性與材料的密度、彈性模量和聲波衰減等因素有關(guān)。當(dāng)超聲波遇到材料中的缺陷或界面時(shí)，會(huì)發(fā)生反射、散射或透射，從而形成回波信號(hào)。通過(guò)分析回波信號(hào)的幅值、時(shí)間和形態(tài)等特征，可以確定缺陷的位置、尺寸、形狀和性質(zhì)。通過(guò)采用不同的檢測(cè)模式，包括傳統(tǒng)脈沖回波模式和全脈沖回波模式。傳統(tǒng)脈沖回波模式是最常用的模式，通過(guò)發(fā)射單個(gè)短脈沖超聲波并接收其回波來(lái)檢測(cè)缺陷。全脈沖回波模式則利用多個(gè)脈沖超聲波的回波信號(hào)來(lái)形成圖像，提供更全面的信息。

使用探頭將超聲波引入被檢測(cè)材料中，并接收回波信號(hào)。根據(jù)需要，可以選擇不同類(lèi)型的探頭，包括直接接觸式、浸沒(méi)式和耦合式探頭等。探頭需要與被檢測(cè)材料進(jìn)行耦合，通常使用液體或凝膠作為耦合介質(zhì)，以確保超聲波能夠有效傳播到材料中，并最大程度地減少能量損失。檢測(cè)缺陷的類(lèi)型有多種，包括裂紋、夾雜、氣孔、焊接缺陷等。通過(guò)分析回波信號(hào)的特征，如幅值、時(shí)間和形態(tài)，可以確定缺陷的位置、尺寸和形狀。另外，超聲波探傷技術(shù)生成的回波信號(hào)可以通過(guò)數(shù)據(jù)處理和分析來(lái)進(jìn)一步評(píng)估缺陷的性質(zhì)和影響。通過(guò)應(yīng)用信號(hào)處理算法和圖像處理技術(shù)，可以提取關(guān)鍵特征并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，這樣可以更準(zhǔn)確地識(shí)別和定位缺陷，并分析其對(duì)設(shè)備性能和安全性的潛在影響。它不僅可以檢測(cè)缺陷的存在，還可以對(duì)其進(jìn)行定量評(píng)估。通過(guò)測(cè)量回波信號(hào)的幅值、時(shí)間和能量等，可以對(duì)缺陷的大小、深度和嚴(yán)重程度進(jìn)行定量分析，有助于判斷缺陷是否達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)，并制定相應(yīng)的決策和處理措施。

2 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)承壓類(lèi)特種設(shè)備無(wú)損探傷技術(shù)及應(yīng)用的研究，提出了一系列改進(jìn)和優(yōu)化技術(shù)的措施，能夠提高承壓類(lèi)特種設(shè)備的安全性和可靠性，保障工業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。未來(lái)還需要進(jìn)一步深入研究和完善無(wú)損探傷技術(shù)，以滿(mǎn)足社會(huì)對(duì)于承壓類(lèi)特種設(shè)備安全性的要求，為我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展作出更大貢獻(xiàn)。