摘""要：現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，壓力容器壓力管道等承壓類特種設(shè)備應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其運(yùn)行安全性就顯得尤為重要。為了保障壓力容器的安全使用，在對(duì)壓力容器進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，不僅要保證檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，而且還要做到經(jīng)濟(jì)、快捷、準(zhǔn)確?；诖?，就壓力容器、管道裂紋檢驗(yàn)中的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)展開(kāi)分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：壓力容器""管道""裂紋檢驗(yàn)""無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TH49

Research"on"Nondestructive"Testing"Technology"in"the"Crack"Detection"of"Pressure"Vessels"and"Pipelines

WANG"Haiyang

（Ningxia"Special"Equipment"Inspection"and"Testing"Institute，"Yinchuan，""Ningxia"Hui"Autonomous"Region，751000"China）

Abstract："In"modern"industrial"production，"special"pressure"equipment"such"as"pressure"vessels"and"pipelines"are"increasingly"widely"used，"and"their"operation"safety"is"particularly"important."In"order"to"ensure"the"safe"use"of"pressure"vessels，"when"detecting"pressure"vessels，"it"is"necessary"not"only"to"ensure"the"accuracy"and"reliability"of"detection"results，"but"also"to"be"economical，"fast"and"accurate."Based"on"this，"this"article"analyzes"the"nondestructive"testing"technology"in"the"crack"detection"ofnbsp;pressure"vessels"and"pipelines，"for"reference.

Key"Words："Pressure"vessel;"Pipeline;"Crack"detection;"Nondestructive"testing"technology

承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，是利用聲、光、磁等方法，在不損傷被檢測(cè)設(shè)備原來(lái)的狀態(tài)、結(jié)構(gòu)和形狀等前提下，獲取被測(cè)物設(shè)備結(jié)構(gòu)有關(guān)的內(nèi)部缺陷、表面損傷及化學(xué)破壞所采用的檢查方法。通過(guò)單一或者多種檢測(cè)方法的組合檢測(cè)，可以定性或定量地判斷結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在的缺陷情況、確定缺陷位置和預(yù)測(cè)缺陷可能的發(fā)展趨勢(shì)，有效地保證設(shè)備運(yùn)行安全。

1""無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在壓力容器、壓力管道裂紋檢驗(yàn)中的作用

壓力容器、管道在制造安裝過(guò)程及實(shí)際使用中所處環(huán)境比較復(fù)雜，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)裂紋的情況。例如：在最初制造時(shí)由于受到材料、制造、焊接工藝等方面因素的影響，容器、管道出廠時(shí)就會(huì)攜帶符合檢測(cè)合格等級(jí)的一些缺陷；在實(shí)際使用中，由于介質(zhì)腐蝕性、壓力、溫度、應(yīng)力及臨氫和疲勞作用等因素影響，會(huì)造成壓力容器管道產(chǎn)生開(kāi)裂及裂紋擴(kuò)展。因此，為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理壓力容器管道裂紋問(wèn)題，需要對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)壓力容器管道的缺陷，提醒使用單位及時(shí)采取措施來(lái)處理發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，防止隱患擴(kuò)大，從而保證生產(chǎn)的安全進(jìn)行[1]。

2""壓力容器管道的常見(jiàn)裂紋

2.1""焊接裂紋

焊接裂紋是壓力容器制造和壓力管道預(yù)制、安裝過(guò)程中常見(jiàn)的一種缺陷。在焊接過(guò)程中，由于溫度、應(yīng)力、剛性、焊接熱輸入、母材清潔程度和焊后熱處理不當(dāng)?shù)仍?，焊接接頭出現(xiàn)的裂紋稱為焊接裂紋，對(duì)壓力容器、管道的制造和使用都會(huì)產(chǎn)生不利影響[2]。其產(chǎn)生的主要原因是熔敷金屬或熱影響區(qū)中的夾雜物聚集，形成低熔點(diǎn)共晶體或共晶組織，導(dǎo)致過(guò)熱、塑性變形、應(yīng)力集中、裂紋產(chǎn)生。焊接裂紋主要產(chǎn)生于焊接接頭焊縫區(qū)和熱影響區(qū)。

2.2""應(yīng)力裂紋

應(yīng)力裂紋是由于金屬材料在應(yīng)力狀態(tài)下產(chǎn)生的裂紋，這種裂紋在材料出現(xiàn)塑性變形時(shí)就有可能出現(xiàn)的，也有在塑性變形后才出現(xiàn)的。

應(yīng)力裂紋不一定都是宏觀斷裂，有時(shí)也有微觀斷裂現(xiàn)象，其特征是在晶界上出現(xiàn)較長(zhǎng)的線狀或鋸齒狀應(yīng)力集中帶，這些帶內(nèi)無(wú)金屬間化合物存在。應(yīng)力裂紋通常不具有明顯的方向性，呈對(duì)稱分布。應(yīng)力裂紋中也有少數(shù)具有宏觀裂紋特征，但并不與微觀斷裂相聯(lián)系。壓力容器、管道的應(yīng)力裂紋有多種表現(xiàn)形式，一般可分為表面形式、內(nèi)部形式和復(fù)合形式三種[3]。

2.3""腐蝕裂紋

腐蝕裂紋是由于腐蝕介質(zhì)在金屬表面形成并向內(nèi)部發(fā)展的裂紋。一般認(rèn)為，腐蝕裂紋是由于金屬與腐蝕介質(zhì)接觸發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用，使金屬表面局部或全部發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)腐蝕而產(chǎn)生的。通?？煞譃?種類型：（1）化學(xué)腐蝕裂紋，即由于金屬表面的物質(zhì)與酸、堿等溶液反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕裂紋；（2）電化學(xué)腐蝕裂紋，即由于金屬表面的氧化膜或氧化物與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕裂紋；（3）電化學(xué)腐蝕裂紋，即由于金屬表面的物質(zhì)與電解質(zhì)溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕裂紋。壓力容器管道中常因介質(zhì)或容器外表面發(fā)生嚴(yán)重的化學(xué)或電化學(xué)腐蝕性介質(zhì)作用而產(chǎn)生腐蝕裂紋。

2.4""疲勞裂紋

疲勞裂紋是承壓設(shè)備結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)域或承受交變載荷的區(qū)域由于焊接應(yīng)力、交變載荷等疊加所產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)材料的屈服極限而引起的。其特征是裂紋在疲勞過(guò)程中不發(fā)生擴(kuò)展，而是在一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生疲勞壽命。

疲勞裂紋多發(fā)生在高應(yīng)力集中區(qū)，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，可引起較大的事故，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備報(bào)廢。通常對(duì)疲勞裂紋可以采取消除應(yīng)力、降低殘余變形、改進(jìn)焊接方法、提高材料質(zhì)量等措施加以預(yù)防[4]。

3"""壓力容器、管道裂紋檢驗(yàn)常用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

3.1""射線檢測(cè)

裂紋缺陷往往是在制造或焊接時(shí)產(chǎn)生，在使用過(guò)程中進(jìn)一步擴(kuò)展或萌生。根據(jù)裂紋產(chǎn)生的原因，裂紋可以分為內(nèi)部裂紋和表面裂紋。內(nèi)部裂紋是指在焊接接頭內(nèi)部出現(xiàn)的裂紋；表面裂紋是指在焊接接頭上下表面出現(xiàn)的裂紋。管道中最常見(jiàn)的裂紋是焊條電弧焊時(shí)產(chǎn)生的焊接缺陷，它是在焊縫金屬中形成的，包括焊瘤、焊根等。這些缺陷對(duì)管道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐應(yīng)力腐蝕性能都有很大影響。這些缺陷中，又以表面裂紋對(duì)管道安全影響最大，所以應(yīng)予以特別重視。射線檢測(cè)技術(shù)（見(jiàn)圖1）是最早使用于壓力容器管道裂紋檢測(cè)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。射線檢測(cè)是利用射線照射到待檢材料上，在一定的時(shí)間和劑量范圍內(nèi)，成像在膠片上形成圖像。利用射線在膠片上的成像來(lái)判斷材料中是否存在缺陷，并判斷缺陷的位置、大小、形態(tài)和性質(zhì)等。該技術(shù)主要包括兩種類型：一是直接觀察法，也就是“目視檢測(cè)”，它主要用于對(duì)無(wú)損檢測(cè)中的裂紋進(jìn)行直接觀察；二是透視檢測(cè)法，也就是“觀察”，它主要用于對(duì)無(wú)損檢測(cè)中的裂紋進(jìn)行透視觀察。這兩種方法都要有一定的設(shè)備條件，在壓力容器管道裂紋檢測(cè)中，一般選擇射線檢測(cè)法來(lái)對(duì)缺陷進(jìn)行定性、定量的評(píng)價(jià)。射線檢測(cè)法由于具有不受被檢材料形狀和大小限制、不需要特殊設(shè)備、能對(duì)各種材質(zhì)進(jìn)行檢查等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用于壓力容器管道裂紋檢測(cè)中。但是在壓力容器管道裂紋檢驗(yàn)中，射線檢測(cè)法也存在一些不足：一是射線探傷對(duì)被檢材料的要求比較高，主要用于對(duì)金屬材料中的裂紋進(jìn)行射線探傷；二是射線探傷技術(shù)適用范圍有限，對(duì)于一些復(fù)雜的焊接接頭和缺陷無(wú)法進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)；三是在壓力容器管道裂紋檢驗(yàn)中射線探傷容易產(chǎn)生誤判[5]。

3.2""超聲檢測(cè)

超聲波在介質(zhì)中的傳播速度取決于介質(zhì)的波速和聲阻抗。在許多材料中，由于聲阻抗不匹配，聲波的傳播速度大于聲速。所以，聲波可以在各種材料中傳播，尤其是在聲學(xué)材料中。超聲波在固體介質(zhì)中的傳播速度是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值。但是，在不同材料和不同條件下，聲阻抗也會(huì)發(fā)生變化，所以聲速也會(huì)發(fā)生變化。

超聲波是一種機(jī)械波，它是以聲波的形式進(jìn)行傳播的，聲波從聲源開(kāi)始向外傳播。超聲檢測(cè)原理是利用超聲波在介質(zhì)中的傳播速度、超聲波束與缺陷之間的相互作用及超聲波在各種材料中的衰減來(lái)判斷缺陷存在和大小的一種無(wú)損檢測(cè)方法。超聲波對(duì)各種材料都有明顯的穿透能力，所以超聲檢測(cè)可用于對(duì)各種材料進(jìn)行探傷。與射線、磁粉等其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比，超聲檢測(cè)具有靈敏度高、速度快、成本低等特點(diǎn)，已成為壓力容器管道裂紋檢驗(yàn)中不可缺少的無(wú)損檢測(cè)方法之一。

3.3""磁粉檢測(cè)

磁粉檢測(cè)是一種檢測(cè)鐵磁性材料表面和近表面缺陷的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，與傳統(tǒng)的射線、超聲波等無(wú)損檢測(cè)方法相比，具有對(duì)檢測(cè)表面要求低、適用面廣、靈敏度高、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。磁粉探傷機(jī)（見(jiàn)圖2）可以發(fā)現(xiàn)較小缺陷，但對(duì)于缺陷的定量比較困難，對(duì)于較大的缺陷只能發(fā)現(xiàn)有無(wú)。在磁粉檢測(cè)中，為了提高其靈敏度，常用的方法是采用磁懸液。在進(jìn)行磁粉檢測(cè)時(shí)，將磁懸液用水稀釋成合適的濃度，并把它涂抹在待檢部位表面上，然后利用渦流檢測(cè)設(shè)備來(lái)進(jìn)行探傷。這種方法與傳統(tǒng)的射線和超聲波無(wú)損檢測(cè)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：（1）能發(fā)現(xiàn)表面和近表面缺陷；（2）靈敏度高；（3）可以發(fā)現(xiàn)不可見(jiàn)缺陷；（4）適用范圍廣；（5）可發(fā)現(xiàn)各種形狀、大小、深度和數(shù)量的缺陷；（6）適用于所有材料及各種形狀工件的檢測(cè)。但是磁粉檢測(cè)也有其不足之處：（1）當(dāng)工件表面存在粗糙不平、凹凸及弧坑等不連續(xù)缺陷時(shí)，磁粉檢測(cè)靈敏度會(huì)下降；（2）如果工件表面存在嚴(yán)重腐蝕，則磁粉檢測(cè)結(jié)果會(huì)被掩蓋；（3）磁粉檢測(cè)成本較高。

3.4""滲透檢測(cè)

滲透檢測(cè)技術(shù)是利用液體滲透劑滲透到固體表面，形成一種具有一定強(qiáng)度的薄膜，然后再通過(guò)顯像顯示出缺陷的方法。該技術(shù)通過(guò)對(duì)被檢測(cè)物體表面進(jìn)行顯像，可以清晰地反映被檢測(cè)物體表面的缺陷情況。滲透檢測(cè)技術(shù)在壓力容器管道裂紋檢測(cè)中主要用于以下幾個(gè)方面：（1）材料缺陷的檢測(cè)，在進(jìn)行金屬材料的壓力容器管道裂紋檢驗(yàn)時(shí)，就可以利用該技術(shù)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，例如金屬材料中的裂紋、夾雜、氣孔等缺陷；（2）金屬構(gòu)件表面裂紋、凹坑、疲勞裂紋等表面缺陷的檢驗(yàn)；（3）容器內(nèi)壁與內(nèi)壁之間有缺陷存在的檢查；（4）壓力容器管道內(nèi)部有裂紋存在時(shí)，可以使用滲透檢測(cè)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，該技術(shù)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、不需要復(fù)雜設(shè)備和耗材等優(yōu)點(diǎn)。

3.5""渦流檢測(cè)

渦流檢測(cè)是一種用來(lái)檢測(cè)線圈中的磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)確定缺陷位置的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，具有分辨率高、靈敏度高、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。但該技術(shù)檢測(cè)靈敏度受被檢材料和外界環(huán)境的影響較大，對(duì)缺陷的類型、尺寸等判斷還需借助其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。

3.6""聲發(fā)射檢測(cè)

實(shí)際生產(chǎn)中由于裝置運(yùn)行及不定期檢查的需要，往往需要在不停機(jī)狀態(tài)下開(kāi)展檢測(cè)，以達(dá)到監(jiān)測(cè)和缺陷發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)。承壓設(shè)備材料中如果存在裂縫擴(kuò)展、塑性變形或相變等引起應(yīng)變能快速釋放而產(chǎn)生的應(yīng)力波從而導(dǎo)致聲發(fā)射現(xiàn)象，檢測(cè)到聲發(fā)射信號(hào)，就可以連續(xù)監(jiān)視材料內(nèi)部變化的整個(gè)過(guò)程。聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)就是通過(guò)接收和分析在用承壓設(shè)備在工作狀態(tài)下或者壓力試驗(yàn)條件下材料聲發(fā)射信號(hào)來(lái)評(píng)定設(shè)備性能或結(jié)構(gòu)完整性的動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)方法。

4""結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在壓力容器、管道的制造和使用過(guò)程中，開(kāi)展定期、不定期的檢驗(yàn)檢測(cè)，充分利用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)非破壞性、適用性強(qiáng)、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合各種設(shè)備裂紋缺陷成因及表現(xiàn)形式，可以采用單一方法檢測(cè)也或者組合式的綜合分析和評(píng)價(jià)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的各種缺陷，有效保證壓力容器安全運(yùn)行。同時(shí)，隨著壓力容器制造工藝技術(shù)和材料性能的不斷提高，對(duì)壓力容器及其管道進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)也將更加重要。

參考文獻(xiàn)

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