浅析承压类特种设备无损探伤技术及其应用

【摘 要】本文简述承压类特种设备制造及使用过程中所采用的无损探伤技术，包括射线、超声、磁粉、渗透、声发射等技术，简述其工作原理、优缺点和应用范围。

【关键词】承压类特种设备；无损探伤；原理；应用

0 引言

承压类特种设备是指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道。承压类特种设备一旦发生爆炸或泄露，往往并发火灾、中毒、污染环境等灾难性事故，所以对承压类特种设备有更高的安全要求。无损探伤是检验承压类特种设备的重要手段，其检验的目的就是发现设备的缺陷，防止事故的发生。

1 无损探伤的定义及目的

无损探伤是在不改变被检物的性质和状态的情况下，应用探伤仪器，对设备材质、结构、状态进行的以判明结构材质内部缺陷分布情况的各种检测。

在特种设备检测中，无损探伤是工作量最大、使用范围最广的检测工作。常用的方法主要有：磁粉探伤、渗透探伤、射线探伤、超声波探伤、声发射探伤等。

在用特种设备检测中，应用无损探伤检测的目的是：测量缺陷，判明缺陷的性质、形状、长度、高度、深度；判明缺陷在使用过程中的扩展情况，是否由新生缺陷。

2 无损探伤方法介绍

2.1 磁粉探伤

磁粉探伤是基于缺陷处漏磁场与磁粉相互作用而显示铁磁性材料表面和近表面缺陷的无损探伤方法。漏磁场强度越大，缺陷部位就越容易吸附磁粉，则“磁痕”越深，利用这种原理，可以发现工件中的缺陷，根据磁粉堆积部位、形状和大小等情况判断缺陷的性质和大小。

在以铁磁性材料为主的承压类特种设备原材料验收、制造安装过程质量控制与产品质量验收以及使用中的定期检验与缺陷维修检测等几个阶段，磁粉探伤技术在检测铁磁性材料表面及近表面裂纹、折叠、夹层、夹渣等方面均得到广泛的应用。

在用特种设备检测中，主要用于焊缝、铸件、锻件的检测，不适用于铝合金、奥氏体不锈钢探伤。磁粉探伤的优点在于探伤成本低、速度快、探伤灵敏度高。缺点是在于只能适用于铁磁性材料，工件的形状和尺寸有时对探伤有影响。

2.2 渗透探伤

渗透探伤是利用有色渗透液来显示表面开口缺陷的一种探伤方法，其方法是将液体渗透液渗入工件表面开口缺陷中，用去除剂清除多余渗透液后，用显像剂表示出缺陷。

渗透探伤可有效用于除疏松多孔性材料外的任何种类的材料，如钢铁材料、有色金属材料、陶瓷材料和塑料等材料的表面开口缺陷。随着渗透探伤方法在承压类特种设备探伤中的广泛应用，须合理选择渗透剂及探伤工艺、标准试块及受检压力容器实际缺陷试块，使用可行的渗透探伤方法标准等来提高渗透探伤的可靠性。

渗透探伤操作简单成本低，缺陷显示直观，探伤灵敏度高，可探伤的材料和缺陷范围广，对形状复杂的部件一次操作就可大致做到全面检测。但只能检测出材料的表面开口缺陷，且不适用于多孔性材料的检验，对工件和环境有污染。渗透探伤方法在探伤表面微细裂纹时往往比射线探伤灵敏度高，还可用于磁粉探伤无法应用到的部位。在承压类特种设备检测中，渗透探伤多用于奥氏体不锈钢设备的表面探伤。

2.3 射线探伤

射线探伤是利用X射线、γ射线易于穿透物质的性质，来检测物质内部缺陷的一种方法，在承压类特种设备检验中，一般用于探伤焊缝和铸件中存在的气孔、密集气孔、夹渣、裂纹、未融合、未焊透等缺陷。另外，对于人体不能进入的设备以及不能采用超声波探伤的多层包扎压力容器和球形压力容器多采用Ir或Se等同位素进行γ射线照相。

射线探伤适用于检测工件内部缺陷，它广泛用于锅炉、压力容器、压力管道等承压类特种设备焊缝内部缺陷的检测。射线探伤对气孔、夹渣、未焊透等体积缺陷，在X射线方向有较明显的厚度差，即使很小的缺陷，也很容易检测出来，因此射线探伤对体积缺陷较灵敏。对裂纹、未熔合等有一定面积、厚度很小的缺陷，只有射线与缺陷平面接行时易查出，否则易漏检，射线探伤对平面缺陷不灵敏。

射线探伤方法可获得缺陷的直观图像，对长度、宽度尺寸的定量也比较准确，探伤结果由直观记录，可以长期保存。在进行射线探伤时，必须做好安全防护工作，要防止射线对人体的照射产生伤害。

2.4 超声波探伤

超声波探伤是利用超声波在介质中传播时产生衰减，遇到界面产生反射的性质来检测缺陷的无损探伤方法。超声波在钢材内部具有很强的穿透力，可以检测很厚的钢板和焊缝。

超声波探伤适用于碳钢、合金钢焊缝、钢板、锻件、管材等内部质量检测。该方法对裂纹、未焊透等平面缺陷检测灵敏度高，具有灵敏度高、指向性好、穿透力强、探伤速度快、成本低等优点。在承压类特种设备检测中，即可用于探伤焊缝内部埋藏缺陷和焊缝内表面裂纹，还用于压力容器锻件和高压螺栓可能出现裂纹的探伤。

超声波探伤仪器体积小、重量轻，便于携带和操作，对人体没有危害。检验人员可以不进入设备内部，只要在设备外侧探伤，就能检测出焊缝内部缺陷情况。对于外面由保护层的设备，在不拆保护层的情况下，检测人员进入设备内部，同样可以完成检测工作。

2.5 声发射探伤

声发射探伤是指材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式释放出应变能地现象。而弹性波可以反映出材料的一些性质。声发射探伤就是通过探测受力时材料内部发出的应力波判断容器内部机构损伤程度的一种新的无损探伤方法。

压力容器在高温高压下由于材料疲劳、腐蚀等产生裂纹。在裂纹形成、扩展直至开裂过程中会发射出能量大小不同的声发射信号，根据声发射信号的大小可判断是否有裂纹产生、及裂纹的扩展程度。

声发射与X射线、超声波等常规探伤方法的主要区别在于它是一种动态无损探伤方法。声发射信号是在外部条件作用下产生的，对缺陷的变化极为敏感，可以探伤到微米数量级的显微裂纹产生、扩展的有关信息，探伤灵敏度很高。此外，因为绝大多数材料都具有声发射特征，所以声发射探伤不受材料限制，可以长期连续地监视缺陷的安全性和超限报警。

3 无损探伤方法的特点

无损探伤在承压特种设备设备上应用时，主要有以下四个特点：

3.1 不损坏试件材质、结构

无损检测的最大特点就是能在不损坏试件材质、结构的前提下进行检测。但是，并不是所有需要测试的项目和指标都能进行无损检测，无损检测技术也有自身的局限性。某些试验只能采用破坏性试验，因此，对一个工件、材料、机器设备的评价，必须把无损检测的结果与破坏性试验的结果互相对比和配合，才能作出准确的评定。

3.2 科学选择适当的无损探伤方法

对于承压设备进行无损探伤时，由于各种探伤方法都具有一定的特点，不能适用于所有工作和所有缺陷，应根据实际情况，灵活地选择最合适的无损探伤方法。例如，钢板的分层缺陷因其延展方向与板平行，就不适合射线探伤而应选择超声波探伤。

3.3 合理确定无损探伤的时间

在进行承压设备无损探伤时，应根据探伤目的，结合设备工况、材质和制造工艺的特点，正确选用无损探伤时机。例如：对于有延迟裂纹倾向的材料，磁粉检测应根据要求至少在焊接完成24小时后进行。对于紧固件和锻件的磁粉检测应安排在最终热处理之后进行。

3.4 综合应用各种无损探伤方法

在无损探伤中，任何一种无损探伤方法都不是万能的。因此，在无损探伤中，应尽可能多采用集中方法，获得更多的缺陷信息，从而对实际情况有更丰富了解和判断。例如，超声波对裂纹缺陷探测灵敏度高，但定性不准；而射线对缺陷的定性比较准确，两者配合使用，就能保证探伤结果可靠准确。

【参考文献】

[1]邵泽波，刘兴德.无损检测[M].化学工业出版社，2011，08.

[2]强天鹏.压力容器检验[M].新华出版社，2008，05.