肖長(zhǎng)華 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 224000

無損檢測(cè)技術(shù)是可以高效的對(duì)檢測(cè)設(shè)備的性質(zhì)，表面結(jié)構(gòu)、缺陷位置。運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，而且檢測(cè)的過程和手段不會(huì)對(duì)儀器的本身結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)造成改變，現(xiàn)階段，壓力容器的無損檢測(cè)技術(shù)有很多種，包括傳統(tǒng)的技術(shù)如超聲波、射線、渦流和新型的技術(shù)如聲發(fā)射、磁記憶等，雖然無損檢測(cè)方法種類繁多，但每種檢測(cè)方法都有獨(dú)立的特點(diǎn)，并不適用于所有的檢測(cè)當(dāng)中，因此，在對(duì)壓力容器進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，在適當(dāng)?shù)那闆r下，可以嘗試多用幾種檢測(cè)方法，檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，在無損檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用中，不僅要確保檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性，還要注重經(jīng)濟(jì)效益，在操作安全的情況下，降低投入成本，以提高無損檢測(cè)技術(shù)的合理性[1]。

1 常用的無損檢測(cè)技術(shù)

1.1 超聲檢測(cè)

超聲波檢測(cè)是利用超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)產(chǎn)生衰減，遇到界面產(chǎn)生反射的性質(zhì)來探測(cè)物體內(nèi)部缺陷的一種無損檢測(cè)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。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，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟。該技術(shù)的突破主要體現(xiàn)在自動(dòng)化和信息化兩方面。自動(dòng)化是指超聲探傷工業(yè)檢測(cè)機(jī)器人的研制，在容器內(nèi)部、管道內(nèi)部等檢測(cè)中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，具備驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢測(cè)及控制等功能。超聲無損技術(shù)在某些方面的運(yùn)用，我國(guó)目前已經(jīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，比如，我國(guó)的一些微機(jī)自動(dòng)超聲檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)在原有的基礎(chǔ)上得到了相應(yīng)的創(chuàng)新并在實(shí)際中得到了一定的實(shí)踐，據(jù)測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)顯示，自動(dòng)超聲檢測(cè)系統(tǒng)在各方面都優(yōu)于原有的檢測(cè)系統(tǒng)。信息化主要是對(duì)超聲數(shù)字信號(hào)處理軟件等信息化處理。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，人們對(duì)于各種產(chǎn)品的質(zhì)量的要求越來越高，這也決定了超聲無損檢測(cè)技術(shù)數(shù)字化研發(fā)提出新的發(fā)展方向，超聲無損檢測(cè)系統(tǒng)要更加的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、規(guī)范化，超聲檢測(cè)的儀器要更加的自動(dòng)化、小型化、精確化、可靠性高。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)在國(guó)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)

在零件內(nèi)部幾何缺陷的檢測(cè)中常用射線檢測(cè)技術(shù)。射線照相的方法主要是對(duì)壓力容器的缺陷進(jìn)行清晰的檢測(cè)，這是這種檢測(cè)方法最大的優(yōu)點(diǎn)。此外，這種檢測(cè)技術(shù)還可以對(duì)導(dǎo)致零件的局部厚度缺陷進(jìn)行檢測(cè)，具有亞毫米量級(jí)的高精度。同時(shí)，射線照相法也可以有效應(yīng)用于一些金屬材料制成的機(jī)械設(shè)備中，材料的晶粒尺寸對(duì)其沒有影響。但是這種檢測(cè)方法在零件裂紋的檢測(cè)過程中需要控制輻照的角度，如果輻照角度不夠正確，會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的影響。在壓力容器檢測(cè)中多采用X射線或射線，因?yàn)樯渚€的穿透強(qiáng)度不同，在使用過程中需要做出合理的控制，在需要時(shí)可以采用加速器來增加射線的穿透力。

1.3 滲透檢測(cè)

作為誕生于20世紀(jì)初的檢測(cè)方法，滲透檢測(cè)是最早應(yīng)用在目測(cè)之外的無損檢測(cè)方法。檢測(cè)過程中檢測(cè)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(jìn)入零件的缺陷部位，其他部位的著色劑清洗干凈后，再進(jìn)行干燥處理，并加入顯像劑，通過毛細(xì)現(xiàn)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(cè)的方法只能應(yīng)用于容器表面開口缺陷的檢測(cè)，沒有辦法檢測(cè)壓力容器內(nèi)部的缺陷。

1.4 磁粉檢測(cè)

目前最成熟的零件檢測(cè)方法是磁粉檢測(cè)，主要可以檢測(cè)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(duì)相關(guān)零件進(jìn)行磁化處理，當(dāng)零件表面及近表面有裂紋時(shí)，裂紋零件處會(huì)發(fā)生磁場(chǎng)泄漏，泄漏的磁場(chǎng)會(huì)吸附大量的磁粉產(chǎn)生磁痕，相關(guān)檢測(cè)儀可以據(jù)此判斷缺陷的狀態(tài)。但在使用過程中，對(duì)材料的檢測(cè)存在一定的局限性，只能檢測(cè)鐵磁材料的部分，且只能檢測(cè)表面以及近表面的缺陷。

2 無損檢測(cè)技術(shù)在壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用及實(shí)例

2.1 超聲檢測(cè)在壓力容器中的應(yīng)用

除上述檢測(cè)方法外，還有超聲波檢測(cè)方法。該方法也廣泛應(yīng)用于壓力容器的檢測(cè)中。在現(xiàn)階段，它是一種非常重要的檢測(cè)方法。超聲波檢測(cè)法的主要原理是通過超聲波對(duì)零件的缺陷進(jìn)行檢測(cè)，在具體使用過程中檢測(cè)速度非?？欤粫?huì)對(duì)壓力容器造成損傷。但是在使用超聲波技術(shù)時(shí)對(duì)檢測(cè)設(shè)備的要求較高，一般在使用超聲波檢測(cè)技術(shù)時(shí)需要嚴(yán)格控制檢測(cè)儀器的頻率，一般需要控制在2-2.5赫茲以內(nèi)，另外還需要嚴(yán)格控制晶圓的直徑，厚度需要大于28mm。需要有專業(yè)的工作人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行評(píng)估[2]。目前已有TOFD技術(shù)提供可記錄的超聲檢測(cè)圖形，大大擴(kuò)展了超聲檢測(cè)的應(yīng)用范圍。某單位一臺(tái)球罐在定期檢驗(yàn)過程中采用TOFD超聲波檢測(cè)，圖譜見圖1。

圖1 TOFD圖譜

在TOFD圖譜中發(fā)現(xiàn)條狀缺陷，經(jīng)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(shù)監(jiān)察規(guī)程》要求，應(yīng)及時(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行返修，確保球罐的使用安全。但是，此處缺陷是在定期檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的，如果按照正常要求進(jìn)行返修，焊口打磨、焊口組對(duì)、焊接等比較困難，還需要進(jìn)行熱處理，現(xiàn)場(chǎng)條件很難具備，且焊接質(zhì)量也很難得到保障。因此，建議進(jìn)行聲發(fā)射檢驗(yàn)確認(rèn)此缺陷為制造時(shí)遺留的固定缺陷還是在使用過程中產(chǎn)生的缺陷，該缺陷有無活性，在正常使用狀態(tài)下是否有繼續(xù)擴(kuò)張發(fā)展的可能。如果檢測(cè)結(jié)果顯示該缺陷為制造遺留，無活性，在正常使用條件下不發(fā)生擴(kuò)展，那可以進(jìn)行評(píng)價(jià)，暫不進(jìn)行返修，可以滿足使用要求。

2.2 射線檢測(cè)技術(shù)在壓力容器中的應(yīng)用

射線檢驗(yàn)方法應(yīng)用非常廣泛，能夠做到對(duì)壓力容器內(nèi)部的缺陷情況做到有效的檢驗(yàn)。生成的射線底片可以直觀的反應(yīng)壓力容器焊縫內(nèi)部的缺陷情況，檢驗(yàn)人員根據(jù)法規(guī)和經(jīng)驗(yàn)可以判定缺陷的位置、性質(zhì)及危險(xiǎn)程度，進(jìn)行定性定量定級(jí)，有針對(duì)性的提出處理意見。但射線檢測(cè)也存在較明顯的缺點(diǎn)，首先是檢測(cè)成本過高、速度慢，其次是在實(shí)際檢測(cè)中需要提前進(jìn)行合理角度的選擇，并且在檢測(cè)裂紋與未熔合處時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)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(duì)人體有害，需做特殊防護(hù)。

某單位一臺(tái)壓力容器在制造過程中進(jìn)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(fā)現(xiàn)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(jié)合在一起的缺陷。未熔合缺陷位置造成了材料的不連續(xù)，造成了應(yīng)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(shí)，未熔合缺陷的界面不規(guī)則，容易生成裂紋等缺陷，兩端部尖銳易擴(kuò)張。因此，未熔合缺陷在《承壓設(shè)備無損檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)中屬于不允許存在的缺陷類型，應(yīng)及時(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行返修，確保壓力容器的制造質(zhì)量。

2.3 滲透檢測(cè)技術(shù)在壓力容器中的應(yīng)用

在非金屬材料和金屬材料的壓力容器檢測(cè)中，可以采用滲透檢測(cè)法。在陶瓷壓力容器中進(jìn)行滲透檢測(cè)時(shí)，應(yīng)分析玻璃化狀態(tài)，以保證檢測(cè)方法選擇的合理性。對(duì)石墨壓力容器進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，應(yīng)分析其處理工藝，采用浸銅工藝時(shí)，滲透檢測(cè)方法的效果較好，防止細(xì)小氣孔影響滲透劑的應(yīng)用。當(dāng)壓力容器屬于粉末冶金時(shí)，應(yīng)分析其具體類型。一般的檢測(cè)方法有顯著的應(yīng)用價(jià)值。但是在松孔類壓力容器中的應(yīng)用仍舊存在限制。在滲透檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)壓力容器的特點(diǎn)確定檢測(cè)手段和檢測(cè)方法，通過預(yù)清洗和表面處理提高檢測(cè)工作的效率和質(zhì)量。表面的毛細(xì)現(xiàn)象受預(yù)清洗和處理效果的影響，雜質(zhì)較少時(shí)會(huì)出現(xiàn)顯著的毛細(xì)現(xiàn)象，有助于探測(cè)器的穿透，保證穿透檢測(cè)靈敏度和可靠性。當(dāng)開口缺陷中雜質(zhì)較多時(shí)，探測(cè)器的毛細(xì)管作用受到抑制，其穿透效果不佳。

某單位一臺(tái)在用不銹鋼壓力容器在定期檢驗(yàn)過程中采用滲透檢測(cè)對(duì)壓力容器內(nèi)表面縱焊縫進(jìn)行表面檢測(cè)，結(jié)果見圖3。

圖3 滲透檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)

檢測(cè)結(jié)果表明此焊縫有表面裂紋，存在安全隱患，如果繼續(xù)使用，可能導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，長(zhǎng)度上延長(zhǎng)到整條焊縫，深度上繼續(xù)深入，甚至形成穿透，會(huì)造成物料泄漏或壓力容器從薄弱處發(fā)生爆炸。因此，對(duì)發(fā)現(xiàn)的裂紋缺陷提出立即進(jìn)行整改的要求，消除安全隱患，保證使用單位的人身財(cái)產(chǎn)安全。由于裂紋產(chǎn)生的因素很多也很復(fù)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(xiàn)的第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，這就要做好壓力容器、壓力管道的檢驗(yàn)工作[3]。根據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定，此處裂紋缺陷的處理方法是打磨裂紋直至徹底消除，對(duì)打磨后的部位才用發(fā)現(xiàn)缺陷的無損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，在此處應(yīng)采用滲透檢測(cè)，確認(rèn)裂紋缺陷已被完全清除。對(duì)打磨后的部位進(jìn)行厚度測(cè)量，與壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量證明書、設(shè)計(jì)圖紙上的允許腐蝕裕量進(jìn)行比較，如果小于腐蝕裕量，可以不再進(jìn)行處理，滿足使用要求，如果大于腐蝕裕量，則應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核，保證剩余厚度能夠滿足設(shè)備的工藝使用要求，如果不滿足設(shè)備使用要求，則需要進(jìn)行補(bǔ)焊，將打磨掉的深坑填補(bǔ)起來。補(bǔ)焊的焊材應(yīng)與原制造材料相符，焊接人員應(yīng)具備特種設(shè)備焊接人員資格證，并有符合本次焊接的焊接項(xiàng)目。在焊接之前，承接維修的單位應(yīng)持壓力容器制造資質(zhì)或維修資質(zhì)、焊接人員資質(zhì)、維修方案等至當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)監(jiān)督管理局特種設(shè)備監(jiān)察科進(jìn)行維修告知，符合規(guī)范要求的還應(yīng)當(dāng)?shù)疆?dāng)?shù)靥胤N設(shè)備檢驗(yàn)部門進(jìn)行申報(bào)檢驗(yàn)。在焊接工作完成以后，應(yīng)該再次進(jìn)行滲透檢測(cè)，以保證維修質(zhì)量。同時(shí)，應(yīng)根據(jù)壓力容器的級(jí)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(yàn)、嚴(yán)密性試驗(yàn)等等。

3 結(jié)語

為了有效提高壓力容器的質(zhì)量和精度，一般需要對(duì)容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，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(cè)過程中會(huì)受到諸多因素的影響，稍有不注意就會(huì)導(dǎo)致故障的發(fā)生，為了避免這種情況的發(fā)生，需要全面掌握檢測(cè)技術(shù)要點(diǎn)，以有效控制故障，并根據(jù)壓力容器的具體情況選擇合適的無損檢測(cè)方法，保證檢測(cè)結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。相信在不久的將來，無損檢測(cè)技術(shù)在新型的納米材料、微機(jī)電器件等領(lǐng)域得到更好的發(fā)展。