彭武強，李昌盛，木貴軍，冉龍華，關(guān)文政

（麗江市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督綜合檢測中心，云南 麗江 674100）

隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，我國工業(yè)技術(shù)水平突飛猛進，各種高端裝備廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，這些高端裝備撐起了國民經(jīng)濟發(fā)展的脊梁。特種設(shè)備作為一類重要設(shè)備廣泛應(yīng)用于石油化工、醫(yī)藥、食品、冶金和電力等行業(yè)中，在國民經(jīng)濟發(fā)展和人們的日常生活中起到了舉足輕重的作用。

特種設(shè)備可按承壓類和機電類劃分，其中，承壓類主要包括鍋爐、壓力容器（含氣瓶）和壓力管道。承壓類特種設(shè)備由于其特殊性和危險性，在使用過程中稍有不慎就會引發(fā)安全事故，造成重大人身傷亡和財產(chǎn)損失。為了確保其安全運行，工業(yè)發(fā)達國家通過頒布極其嚴格的法律法規(guī)對其設(shè)計、制造、安裝和使用進行了嚴格的監(jiān)管[1-5]。同時，檢驗檢測技術(shù)是保證承壓類特種設(shè)備產(chǎn)品制造質(zhì)量和安全運行的重要手段，在質(zhì)檢體系中占據(jù)重要位置，并得到了廣泛應(yīng)用。大力發(fā)展綠色環(huán)保、高效便捷及經(jīng)濟實用的檢驗檢測技術(shù)有助于預(yù)防并降低承壓類特種設(shè)備安全事故的發(fā)生，提高運行的安全經(jīng)濟性，對國民經(jīng)濟和社會的發(fā)展具有重要的推動作用。近年來，檢驗檢測新技術(shù)和新裝備層出不窮，為承壓類特種設(shè)備的安全經(jīng)濟運行提供了強有力地支撐。本文主要概述了承壓類特種設(shè)備檢驗檢測中各種無損檢測技術(shù)的工作原理、特點及適用范圍，并對我國無損檢測事業(yè)的發(fā)展提出幾點建議。

1 承壓類特種設(shè)備檢驗檢測技術(shù)的分類

承壓類特種設(shè)備的工作環(huán)境較為惡劣，常伴隨著高溫高壓、有毒有害介質(zhì)的存在，其一旦發(fā)生安全事故，將給人們的生命及財產(chǎn)安全造成重大威脅。因此，承壓類特種設(shè)備工作的安全性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。而特種設(shè)備檢測技術(shù)是保障其安全運行的重要技術(shù)手段。目前，承壓類特種設(shè)備的檢驗檢測方法主要分為宏觀檢查、電阻測定、理化檢驗和無損檢測四大類[6-11]，其中：①宏觀檢查的主要目的是探測特種設(shè)備外表面缺陷，獲得設(shè)備的基本質(zhì)量狀況，進而為后續(xù)的檢驗項目實施提供依據(jù)。宏觀檢查主要包括目視檢查、放大鏡檢查和內(nèi)窺鏡檢查等。②電阻測定主要是進行防靜電接地電阻和法蘭間的接觸電阻值的測定。常用的電阻測量方法有萬用表測量和絕緣電阻測試儀測量。③理化檢驗項目主要包括化學(xué)成分分析、金相檢驗、硬度測試和力學(xué)性能試驗。理化檢驗主要用于判定特種設(shè)備長期使用過程中出現(xiàn)的材料、性能等方面的變化。④無損檢測是以相關(guān)物理化學(xué)原理為理論基礎(chǔ)，通過先進的技術(shù)裝備對特種設(shè)備材質(zhì)、狀態(tài)等方面存在的內(nèi)外部缺陷進行檢查及測試，其優(yōu)勢在于檢測全過程均不會對被檢測部件造成損傷。

2 承壓類特種設(shè)備檢驗檢測中各種無損檢測技術(shù)的工作原理及特點

無損檢測技術(shù)由于具備不損傷被檢部件、靈敏度高等諸多優(yōu)點，在承壓類特種設(shè)備的各類檢驗檢測過程中得到廣泛運用。以下主要對各種無損檢測技術(shù)的工作原理及特點做簡要概述[12-23]。

2.1 射線檢測

射線檢測（RT）主要用于探測試件的內(nèi)部缺陷，其所用射線分為X射線、γ射線和中子射線。在承壓類特種設(shè)備的焊縫及其他缺陷檢測中常使用X射線和γ射線。射線檢測可分為膠片射線檢測、射線數(shù)字成像檢測等多種方法。

射線檢測的原理：射線在穿透物體過程中會與物質(zhì)發(fā)生相互作用，因吸收和散射而使其強度減弱。當被透照物體的局部存在缺陷時，該局部區(qū)域的透過射線強度就會與周圍產(chǎn)生差異。通過透過射線的作用使膠片感光，經(jīng)暗室處理得到底片，然后根據(jù)底片上不同形狀的影像來判斷缺陷情況并評價試件質(zhì)量。X射線檢測原理如圖1所示。

圖1 X射線檢測原理示意圖

射線檢測的主要特點：①檢測結(jié)果有直接記錄——底片，檢測信息豐富，保存時間長；②通過觀察缺陷在底片上圖像，可對其進行精確地定性及定量分析；③對氣孔、夾渣等三維型缺陷具有較高的檢出率；④適宜檢測較薄的工件，被檢測試件的厚度一般不超過100 mm；⑤比較適合檢測對接焊縫，對鍛件及板棒材等型材的缺陷檢出率較低。此外，射線檢測存在檢測成本高、效率低及危害人體健康等缺點。

2.2 超聲波檢測

超聲波檢測（UT）主要用于探測試件的內(nèi)部缺陷，其原理是利用超聲波在物體中的多種傳播特性（如散射、反射和衍射等）來測知物體的尺寸、表面和內(nèi)部缺陷、組織變化等。超聲波檢測根據(jù)原理不同可分為脈沖反射法、穿透法及共振法。目前最常用的是脈沖反射法，其原理如圖2所示。脈沖反射法在探傷過程中所使用的波形分為縱波和橫波兩種，其中縱波易于檢出與檢測面平行或傾角較小的缺陷，常用于鑄鍛件及金屬板材的檢測，而橫波則易于檢出與檢測面垂直或傾角較大的缺陷，常用于各種焊縫的檢測。

圖2 脈沖反射法原理示意圖

超聲波檢測的主要特點：①易于檢出二維型缺陷，對三維型缺陷的檢出率不高；②適宜檢測具有一定厚度的部件，不適宜檢測較薄的部件，其原因在于當厚度較小時，上下表面的形狀回波易與缺陷波混淆，波形較難區(qū)分；③可用于檢測各種類型的部件；④檢測效率高、經(jīng)濟性好，現(xiàn)場檢測方便；⑤由于得不到缺陷的直觀圖像，無法進行精確地定性及定量分析；⑥檢測結(jié)果無直接見證記錄；⑦較難檢測粗晶粒原材料和焊接接頭中存在的缺陷；⑧當表面粗糙度較高時會對耦合及掃查造成影響，降低檢測精度。

2.3 磁粉檢測

磁粉檢測（MT）主要用于探測試件表面開口缺陷和近表面缺陷，其原理是鐵磁性材料（鐵、鈷、鎳、釓及其合金等）被磁化后，其內(nèi)部產(chǎn)生很強的磁感應(yīng)強度。當磁力線通過材料中的缺陷位置時會產(chǎn)生畸變，形成漏磁場（圖3）。此時在材料表面撒上磁粉，磁粉就會在漏磁場的作用下形成磁痕，從而顯示缺陷。

圖3 缺陷漏磁場示意圖

磁粉檢測的主要特點：①只能用于檢測鐵磁材料；②只能用于檢測表面及近表面缺陷；③檢測靈敏度高，可檢測出微小裂紋及其他缺陷；④檢測成本低，速度快；⑤難以檢測幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件。

2.4 滲透檢測

滲透檢測（PT）的原理：試件表面被施涂含有染料的滲透液后，通過毛細作用，滲透液會進入試件表面開口缺陷中，再經(jīng)過清洗、顯像等工序，可將缺陷處的滲透液痕跡顯示出來，從而探測出缺陷的形貌及分布狀態(tài)。

滲透檢測的主要特點：①無法檢測疏松多孔性材料；②可用于檢測形狀復(fù)雜的試件；③可同時檢測不同方向的缺陷；④通常表面粗糙度值越低，檢測效果越好；⑤適用于檢測表面開口缺陷，無法檢測埋藏缺陷及閉合型的表面缺陷；⑥檢測效率低、成本較高；⑦檢測劑大部分易燃有毒，檢測人員必須做好安全防護。

2.5 渦流檢測概述

渦流檢測（ET）的理論基礎(chǔ)為電磁感應(yīng)原理。當金屬試件位于交變磁場中時，在試件中會形成渦流，根據(jù)檢測到的試件中的渦流，就可以取得關(guān)于試件材質(zhì)、缺陷和形狀尺寸等信息。

渦流檢測的主要特點：①可用于檢測各種類型的導(dǎo)電材質(zhì)；②可檢出試件表面和近表面缺陷；③易實現(xiàn)自動化檢測，檢測效率高；④不適宜檢測形狀復(fù)雜的部件，常用于檢測管材和板材；⑤無法顯示缺陷圖像，因而不能判定缺陷性質(zhì)；⑥深埋缺陷檢出率低（受集膚效應(yīng)的影響）；⑦不適用于非導(dǎo)電的材料。

2.6 其他無損檢測技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，各種新型無損檢測方法不斷涌現(xiàn)并在承壓類特種設(shè)備檢驗檢測中得到應(yīng)用。以下主要對承壓類特種設(shè)備檢驗檢測中幾種先進的無損檢測技術(shù)做簡單介紹。

2.6.1 衍射時差法超聲檢測

衍射時差法超聲檢測（TOFD）技術(shù)最初是被開發(fā)用作缺陷自身高度的測定工具。由于具有缺陷檢出率高、檢測結(jié)果可靠等優(yōu)點，近年來在特種設(shè)備檢驗檢測行業(yè)中得到了廣泛認可和運用。TOFD是利用缺陷端點的衍射波信號進行檢測，其采用一發(fā)一收探頭的工作模式。當試件中存在缺陷時，到達接收探頭的超聲波信號依次為表面直通波、缺陷衍射波和底面反射回波。

2.6.2 聲發(fā)射檢測

聲發(fā)射檢測技術(shù)是通過探測受力時材料內(nèi)部發(fā)出的應(yīng)力波判斷承壓設(shè)備內(nèi)部損傷程度，其主要用于在用承壓設(shè)備整個系統(tǒng)安全性評價。基本原理：材料在應(yīng)力作用下發(fā)生裂紋產(chǎn)生與擴展、塑性變形和位錯運動時，其內(nèi)部從不穩(wěn)定的高能量應(yīng)力集中狀態(tài)快速過渡到穩(wěn)定的低能量狀態(tài)，在此平衡過程中釋放出來的多余能量會以彈性應(yīng)力波形式表現(xiàn)，從而產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象，通過分析接收到的聲發(fā)射信號對聲發(fā)射源作出評價和判斷，其主要用于檢測活動性缺陷。

2.6.3 超聲相控陣檢測

超聲相控陣檢測技術(shù)是借鑒相控陣雷達技術(shù)的原理發(fā)展起來的，目前已應(yīng)用于石油天然氣管道環(huán)焊縫檢測等。

超聲相控陣檢測技術(shù)是利用電子方式控制相控陣探頭合成的聲束來實現(xiàn)超聲波發(fā)射、接收的檢測方法。由于其聲束角度可控且可動態(tài)聚焦，故可用于檢測復(fù)雜結(jié)構(gòu)件、盲區(qū)位置缺陷等，能夠?qū)崿F(xiàn)全方位、多角度地快速檢測。對于管形焊縫、管材等規(guī)則部件，還可提高檢測效率、降低成本。

2.6.4 射線數(shù)字成像檢測

射線數(shù)字成像檢測技術(shù)是使用數(shù)字探測器把射線光子轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由計算機處理顯示數(shù)字圖像的一種新型射線檢測技術(shù)。

射線數(shù)字成像檢測技術(shù)的主要特點：①可利用計算機軟件強大的圖像處理功能和多種手段得到信息豐富的數(shù)字圖像；②電子文檔資料數(shù)據(jù)庫檢索、調(diào)用等快速方便；③檢測結(jié)果可長期保存并可通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)信息共享；④檢測效率高⑤可實現(xiàn)缺陷的自動識別及自動化檢測；⑥價格高昂、成本高。

3 承壓類特種設(shè)備檢驗檢測中無損檢測技術(shù)的應(yīng)用特點

每一種無損檢測技術(shù)均有其能力范圍和局限性，因此在承壓類特種設(shè)備檢驗檢測中應(yīng)用無損檢測技術(shù)時應(yīng)掌握以下幾個方面的特點[24-26]。

3.1 無損檢測要與破壞性檢測相結(jié)合

無損檢測的優(yōu)勢在于檢測過程中不會對被檢部件的結(jié)構(gòu)、材料等造成損傷，故檢查率可達100%。然而，無損檢測技術(shù)自身也存在局限性，無法完成所有項目需要的檢測，某些項目只能采取破壞性檢測。因此，要對承壓類特種設(shè)備的狀況作出準確地判定，把2種技術(shù)的檢測結(jié)果結(jié)合起來，綜合分析。

3.2 正確選擇實施無損檢測的時間

要依據(jù)無損檢測目的正確選擇實施檢測的時機。例如，對高強鋼焊縫進行無損檢測時，要在焊接完成24 h以后再實施檢測，只有這樣才能檢測出焊縫中是否存在延遲裂紋。抓住正確的檢測時機至關(guān)重要，其直接關(guān)系到檢測結(jié)果的可靠性。

3.3 選用最適當?shù)臒o損檢測技術(shù)

每種無損檢測技術(shù)都有其能力范圍和局限性。為了能夠得到可靠的檢測結(jié)果，必須針對被檢試件的特點（應(yīng)綜合考慮材質(zhì)、形狀、尺寸和經(jīng)濟性等多種因素）正確合理地選用無損檢測技術(shù)。例如，檢測試件表面是否有微裂紋，應(yīng)選用磁粉或滲透檢測，而不宜采用超聲波或射線檢測。與此同時，除了考慮技術(shù)層面的因素，還應(yīng)充分考慮檢測的經(jīng)濟性，做到既能保證被檢試件的質(zhì)量安全，又能保證其經(jīng)濟適用性。

3.4 綜合應(yīng)用各種無損檢測技術(shù)

在實施無損檢測的過程中，要盡量綜合應(yīng)用各種無損檢測技術(shù)，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，以便獲取更多關(guān)于被檢部件的檢測信息，從而得到較為準確和可靠的檢測結(jié)果。例如，超聲波對裂紋等面積型缺陷檢測靈敏度高，但卻不能準確地定性，而射線檢測在缺陷定性方面比較可靠，將2種檢測技術(shù)聯(lián)合運用可大幅提高檢測結(jié)果的可靠性。除此之外，還應(yīng)結(jié)合被檢部件材質(zhì)、制造工藝、結(jié)構(gòu)等諸多因素對檢測結(jié)果進行綜合判定。

5 結(jié)束語

承壓類特種設(shè)備廣泛應(yīng)用于人們的日常生產(chǎn)生活中，是我國經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要支撐力量。承壓類特種設(shè)備能否安全運行直接關(guān)系到國家財產(chǎn)安全和人民的生命健康。無損檢測技術(shù)作為保障特種設(shè)備安全運行的重要技術(shù)手段，近年來得到了長足的發(fā)展。隨著改革開放不斷深化，我國的無損檢測技術(shù)水平突飛猛進，與科技發(fā)達國家之間的差距不斷縮小，特種設(shè)備的檢測能力和裝備水平得到了空前的發(fā)展。但也應(yīng)該清楚地認識到，隨著承壓類特種設(shè)備技術(shù)水平的不斷提升，特種設(shè)備正朝著大型化、復(fù)雜化和智能化發(fā)展，其測試和檢測方法越來越復(fù)雜，檢驗檢測工作的難度也越來越大，而我國目前的無損檢測技術(shù)水平已不能滿足日趨嚴峻的特種設(shè)備檢驗檢測狀況。因此，大力發(fā)展無損檢測技術(shù)，解決相關(guān)“卡脖子”問題，實現(xiàn)無損檢測技術(shù)的高質(zhì)量快速發(fā)展迫在眉睫。只有無損檢測技術(shù)進一步發(fā)展才能更好地滿足我國特種設(shè)備檢驗檢測的需求，才能為我國特種設(shè)備的綠色安全運行保駕護航。筆者認為，現(xiàn)階段我國大力發(fā)展無損檢測技術(shù)和裝備水平，提升特種設(shè)備檢驗檢測能力，可從以下幾個方面入手。

1）人員方面。當前，我國的大部分檢測人員依然從事的是簡單的檢測操作，并依靠個人經(jīng)驗進行相應(yīng)的檢測結(jié)果判定，缺乏專業(yè)的檢測理論知識和系統(tǒng)的教育培訓(xùn)，人員素質(zhì)普遍較低。亟需培養(yǎng)大量的高素質(zhì)無損檢測專業(yè)技術(shù)人員，打造一批高素質(zhì)無損檢測團隊，以滿足現(xiàn)階段我國特種設(shè)備檢驗檢測事業(yè)的需求。

2）技術(shù)及裝備方面。當前，我國先進的無損檢測裝備和檢測技術(shù)主要依靠從國外引進，缺乏相關(guān)的核心技術(shù)，自主創(chuàng)新能力不足。要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上不斷加強無損檢測方面的技術(shù)和理論創(chuàng)新，加大研發(fā)投入和研究力度，有針對性地提高研發(fā)領(lǐng)域的技術(shù)水平，推動無損檢測技術(shù)向自動化和高精準度等方向發(fā)展，開展大型設(shè)備可靠性、高效性和安全性研究，研制各種特種設(shè)備安全檢測裝備，使我國的無損檢測技術(shù)和裝備趕超國外先進水平。

3）制度方面。國家相關(guān)部門應(yīng)進一步完善相關(guān)法律法規(guī)和檢測標準，提高無損檢測人員及企業(yè)的準入資質(zhì)門檻，建立和完善特種設(shè)備安全監(jiān)察及評價體系，牽頭搭建特種設(shè)備安全科技平臺，進一步強化安全監(jiān)管。