石 巍 徐建軍

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院鹽城分院，江蘇 鹽城 224002）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種工業(yè)檢測(cè)技術(shù)也日新月異，無損檢測(cè)是一項(xiàng)新型的科學(xué)技術(shù)，是利用聲、光、磁、電等手段，在不破壞和損壞檢測(cè)對(duì)象的前提下，對(duì)檢測(cè)對(duì)象體內(nèi)是否存在結(jié)構(gòu)缺陷，給出缺陷的尺度、位置、性質(zhì)和數(shù)量等信息，進(jìn)而判斷被檢測(cè)對(duì)象所處技術(shù)狀態(tài)（合格與否、剩余壽命等）的一種手段。本文主要論述壓力容器的無損檢測(cè)方法及應(yīng)用實(shí)例。

1 壓力容器無損檢測(cè)方法

壓力容器的無損檢測(cè)可采用超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)、滲透檢測(cè)、磁粉檢測(cè)等方法。

1.1 超聲波檢測(cè)

超聲檢測(cè)已經(jīng)成為無損檢測(cè)中應(yīng)用比較廣泛的方法之一，它是通過超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)發(fā)生的遇到界面產(chǎn)生反射的性質(zhì)來檢測(cè)缺陷的方法。這種方法的靈敏度高，超聲波的穿透能力強(qiáng)，檢測(cè)速度快，而且超聲波檢測(cè)使用的探傷儀的體積小、重量輕，對(duì)于人體也沒有傷害，因此它的廣泛應(yīng)用是眾所周知的。超聲波檢測(cè)技術(shù)可以檢測(cè)壓力容器的焊接內(nèi)表面的裂紋，對(duì)于焊縫內(nèi)的缺陷的安全評(píng)定是不可或缺的，在國外，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟。

超聲波檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)：適用于金屬、非金屬和復(fù)合材料等多種制件的無損檢測(cè)；穿透能力強(qiáng)，可對(duì)較大厚度范圍內(nèi)的工件內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)；缺陷定位較準(zhǔn)確；對(duì)面積型缺陷的檢出率較高；靈敏度高，可檢測(cè)工件內(nèi)部尺寸很小的缺陷；檢測(cè)成本低、速度快，設(shè)備輕便，對(duì)人體及環(huán)境無害現(xiàn)場(chǎng)使用較方便等。

超聲波檢測(cè)的缺點(diǎn)：對(duì)工件中的缺陷進(jìn)行精確的定性、定量仍需作深入研究；對(duì)具有復(fù)雜形狀或不規(guī)則外形的工件進(jìn)行超聲檢測(cè)有困難；缺陷的位置、取向和形狀對(duì)檢測(cè)結(jié)果有一定的影響；工件材質(zhì)、晶粒度等對(duì)檢測(cè)有較大影響；常用的反射法檢測(cè)的檢測(cè)結(jié)果顯示不直觀，檢測(cè)結(jié)果無直接見證記錄，但現(xiàn)在由國外引進(jìn)，國內(nèi)迅速發(fā)展的TOFD技術(shù)可彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)。

1.2 射線檢測(cè)

射線在穿透工件過程中，受工件物質(zhì)的阻力而強(qiáng)度減弱，減弱程度取決于物質(zhì)的阻力系數(shù)和射線穿透的物質(zhì)厚度。工件中存在缺陷時(shí)，構(gòu)成缺陷的物質(zhì)的阻力系數(shù)不同于工件基本物質(zhì)的阻力系數(shù)，因此射線在穿過工件缺陷部位和完好基體后其射線強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生差異。放在工件后面的X光感光膠片的感光程度會(huì)因這種差異而有所不同。膠片經(jīng)處理后，缺陷部位和完好基體將產(chǎn)生黑度不同的影像，依據(jù)黑度的不同，可以判斷工件中缺陷的存在和尺度。

射線檢測(cè)可作為壓力容器無損檢測(cè)的有效方法之一，主要用在壓力容器制造過程中檢測(cè)其焊縫。

射線檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)：暴露于射線并經(jīng)處理的膠片可給出受檢工件材質(zhì)內(nèi)部缺陷生成的直觀圖象，可做到定性定量準(zhǔn)確，直接記錄的檢測(cè)結(jié)果可長期保存。對(duì)體積型缺陷，諸如氣孔、夾渣等，檢出率高。

射線檢測(cè)的缺點(diǎn)：對(duì)面積型缺陷，諸如裂紋、末熔合等，如果照相角度不適當(dāng)，則比較容易漏檢；射線檢測(cè)應(yīng)用的局限性是成本高，且射線檢測(cè)操作中需嚴(yán)格防護(hù)，以免射線傷害人體。

1.3 滲透檢測(cè)

滲透檢測(cè)是一種以毛細(xì)作用原理為基礎(chǔ)的檢查表面開口缺陷的無損檢測(cè)方法。將特制的滲透液涂抹于被檢測(cè)工件的表面，由于液體有滲透作用，對(duì)工件表面肉眼看不出的裂紋、缺口、凹坑之類的缺陷，滲透液能夠滲入其中，再利用顯示劑將滲入缺陷的滲透液顯示于工件表面，就可顯示出缺陷的存在。

（1）壓力容器制造過程中的焊縫檢測(cè)用于檢測(cè)焊縫及熱影響區(qū)的表面開口缺陷，如熱裂紋、冷裂紋和延遲裂紋。

（2）壓力容器的在役檢測(cè)。用于檢測(cè)使用中的壓力容器的焊縫、熱影響區(qū)及基材的表面開口缺陷，如疲勞裂紋、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕等。

滲透檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，費(fèi)用低廉，檢查結(jié)果直觀；用于大型工件和形狀不規(guī)則工件的檢驗(yàn)以及在用設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)檢修檢查，更能顯示其特殊的適用性和優(yōu)點(diǎn)。

滲透檢測(cè)的缺點(diǎn)：對(duì)埋藏于表層以下的缺陷無能為力而只能檢測(cè)開口暴露于表面的缺陷。

1.4 磁粉檢測(cè)

鐵磁性材料工件，其表面或表面內(nèi)淺處若有缺陷，就存在基體材料的不連續(xù)性，其被磁化后，表面和近表面的磁力線將發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，吸附施加在工件表面上的磁粉，在合適的光照下，被吸附的磁粉形成目視可見的磁粉痕跡，痕跡的位置、尺度和形狀顯示出不連續(xù)性亦即缺陷的位置、大小、形狀和嚴(yán)重程度。

磁粉檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)：可檢測(cè)出鐵磁體材料的表面和近表面（開口和不開口）缺陷；能直觀地顯示缺陷的位置、形狀、大小和嚴(yán)重程度；具有很高的檢測(cè)靈敏度，可檢測(cè)微米級(jí)寬度的缺陷；單個(gè)工件檢測(cè)速度快，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，污染少；采用合適的磁化方法，幾乎可以檢測(cè)到工件表面的各個(gè)部位，基本不受工件大小和形狀的限制；缺陷檢測(cè)重復(fù)性好，可以反復(fù)驗(yàn)證缺陷的存在；可檢測(cè)受腐蝕的表面。

磁粉檢測(cè)的缺點(diǎn)：只適用于鐵磁性材料，不能檢測(cè)奧氏體不銹鋼材料和奧氏體不銹鋼焊縫及其他非鐵磁性材料；只能檢測(cè)表面和近表面缺陷；檢測(cè)時(shí)靈敏度和磁化方向有很大關(guān)系，若缺陷方向和磁化方向近似平行或缺陷與工件表面夾角小于20度，缺陷就很難發(fā)現(xiàn)；表面淺而寬的劃傷、鍛造皺折不易發(fā)現(xiàn)；受幾何形狀影響，易產(chǎn)生非相關(guān)顯示；若工件表面有覆蓋層，將對(duì)磁粉檢測(cè)有不良影響；用通電法和觸頭法磁化時(shí)，易產(chǎn)生電弧，燒傷工件；部分磁化后具有較大剩磁的工件需進(jìn)行退磁處理。

2 無損檢測(cè)在壓力容器中的應(yīng)用實(shí)例

2.1 在用換熱器檢測(cè)實(shí)例

設(shè)備類型：管殼式換熱器；材質(zhì)：碳鋼（管子：10# 鋼；管板：16MnⅢ；筒體：16MnR）；設(shè)計(jì)壓力：-0.1/0.6 Mpa；設(shè)計(jì)溫度：-10/200 ℃；故障表現(xiàn)：內(nèi)部泄漏。設(shè)備停用后，打開上下管箱，宏觀檢查發(fā)現(xiàn)上下管板上有很多腐蝕坑。為查出泄漏部位，根據(jù)設(shè)備的使用情況采用了幾種無損檢測(cè)方法。在通過氦檢漏和肥皂泡檢測(cè)發(fā)現(xiàn)了裂紋的基礎(chǔ)上，采用以下適宜檢測(cè)裂紋的無損檢測(cè)方法：滲透檢測(cè)：針對(duì)發(fā)現(xiàn)的表面裂紋，決定對(duì)上下管板的所有管子-管板角焊縫進(jìn)行滲透檢測(cè)。滲透檢測(cè)結(jié)果非常直觀地顯示出上管板約50%的管子-管板角焊縫存在裂紋。磁粉檢測(cè)：磁粉檢測(cè)發(fā)現(xiàn)上管板上的幾乎每個(gè)管端角焊縫都存在裂紋，有的裂紋延伸到管板和管子端部?jī)?nèi)表面。

本次檢測(cè)中，根據(jù)設(shè)備的實(shí)際情況和初步檢測(cè)出的缺陷性質(zhì)，采用滲透檢測(cè)和磁粉檢測(cè)，全面、準(zhǔn)確、直觀地反映出缺陷的情況，找出了故障的根源。檢測(cè)結(jié)果表明，在檢測(cè)碳鋼材料的表面包括近表面缺陷時(shí)，磁粉檢測(cè)比滲透檢測(cè)具有更高的靈敏度，同時(shí)檢測(cè)速度更快。

本次檢測(cè)中，由于設(shè)備的客觀條件和初步檢測(cè)出的缺陷類型及上述明確的檢測(cè)結(jié)果，認(rèn)為沒有必要再使用射線檢測(cè)、超聲波檢測(cè)的方法進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 換熱器制造中的檢測(cè)

1臺(tái)制造中的管殼式換熱器在滲漏試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)管程泄漏。宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，部分管子-管板的焊縫中存在燒穿孔。經(jīng)分析，這些燒穿孔是由于焊接不當(dāng)引起的。為了排查出其它焊縫中可能存在未完全燒穿的孔，決定對(duì)換熱器所有的管子-管板焊縫進(jìn)行檢測(cè)。

圖1 超聲相控陣檢測(cè)管子-管板焊縫示意圖

圖2 射線檢測(cè)發(fā)現(xiàn)缺陷的管子管板角焊縫的射線圖像

根據(jù)設(shè)備的實(shí)際情況和排查缺陷的類型，采用100%相控陣的超聲波檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)，采用射線檢測(cè)法進(jìn)行驗(yàn)證。通過超聲相控陣探頭在管子端部的掃查，快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出了管子角焊縫根部存在的缺陷，見圖1。對(duì)于發(fā)現(xiàn)的不合格部位進(jìn)行了射線檢測(cè)予以驗(yàn)證，檢測(cè)結(jié)果如圖2所示。

本次檢測(cè)，采用了相控陣超聲檢測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)，輔以射線檢測(cè)法予以驗(yàn)證，準(zhǔn)確判斷了缺陷的情況和性質(zhì)。

結(jié)語

進(jìn)行無損檢測(cè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循以下原則：（1）正確選擇實(shí)施無損檢測(cè)的時(shí)機(jī)根據(jù)無損檢測(cè)的目的，正確選擇實(shí)施無損檢測(cè)的時(shí)機(jī)，有利于及早檢測(cè)出設(shè)備的缺陷。（2）正確選用最適宜的無損檢測(cè)方法每種無損檢測(cè)方法都有一定的特點(diǎn)和適用范圍。為提高檢測(cè)結(jié)果的可靠性，應(yīng)根據(jù)設(shè)備材質(zhì)、制造方法、工作介質(zhì)、使用條件和失效模式，預(yù)測(cè)缺陷可能的種類、形狀、部位和取向，選用最適宜的無損檢測(cè)方法。（3）綜合運(yùn)用各種無損檢測(cè)方法任何一種檢測(cè)方法都不是萬能的，每種方法都其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。在一項(xiàng)檢測(cè)中，若條件允許，應(yīng)盡可能多用幾種檢測(cè)方法，互相對(duì)照和驗(yàn)證。同時(shí)，在無損檢測(cè)中，既要保證檢測(cè)結(jié)果的質(zhì)量，還要保證在安全的前提下，檢測(cè)方法的經(jīng)濟(jì)性，做到各種無損檢測(cè)方法的合理應(yīng)用。

[1]魏鋒,壽比南.壓力容器檢驗(yàn)及無損檢測(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007

[2]王曉雷.鍋爐壓力容器無損檢測(cè)相關(guān)知識(shí)全國鍋爐壓力容器無損檢測(cè)考委會(huì)，2001.

[3]JB/T4730-2005承壓設(shè)備無損檢測(cè)，2005.