压力容器无损检测技术应用探析

摘 要:介绍了压力容器在制造和使用过程中所采用的无损检测技术,包括射线、超声波、磁粉、渗透等常规无损检测技术以及迅速发展的磁记忆、超声相控阵、激光超声等无损检测新技术,并论述了其工作原理、技术特点、适用范围;并指出了无损检测技术未来的发展趋势。

关键词:压力容器;无损检测;常规技术;新技术;发展趋势

中图分类号:TB

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)19-0357-01

1 无损检测常规技术

1.1 射线检测

利用射线检测时,若被检工件内存在缺陷,缺陷与工件材料不同,其对射线的衰减不同,且透过厚度不同,透过后的射线强度则不同。

目前射线检测主要有射线检测、射线检测、高能射线检测(能量在以上的射线,由电子加速器获得)和中子射线检测,前两种应用较普遍。

射线检测主要用于板厚的检验。荷兰公司生产的光机最大能量达420KV,可探厚度达100mm以上。

射线检测常用的放射性同位素有60Co和192Ir等,目前主要用于小直径厚壁管子焊缝的探伤,其透照钢件的适宜厚度范围见表1。

表1 射线透照钢件的适宜厚度范围 单位:mm

射线源高灵敏度技术低灵敏度技术射线源高灵敏度技术低灵敏度技术

192Ir18-806-10060Co50-15030-200

197Cs30-10020-120169Yb2-121-15

1.2 超声波检测

超声检测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检测方法。

在压力容器的制造过程中,超声检测法适用于厚度的压力容器壳体或大口径接管与壳体的对接焊缝内部缺陷的检测,通常采用型脉冲反射式超声波探伤仪和2.5或5MHz频率的探头检测;对于在用压力容器,超声检测法主要用于检测对接焊缝内部埋藏缺陷和压力容器焊缝内表面裂纹,超声法也用于压力容器锻件和高压螺栓可能出现裂纹的检测。

由于超声波探伤仪体积小、重量轻,便于携带和操作,而且与射线相比对人无伤害,因此在压力容器检验中得到广泛使用;但该方法无法检测表面和近表面的延伸方向平行于表面的缺陷,此外,该方法对缺陷的定性、定量表征不准确。

1.3 磁粉检测

磁粉检测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检测方法。

在压力容器的制造过程中,磁粉检测常用于压力容器制造时钢板坡口、角焊缝和对接焊缝的表面检测,也用于大型锻件等机加工后的表面检测;对于在用压力容器,检测的部位为压力容器的对接焊缝、角焊缝和高强螺栓等。1.4 渗透检测

渗透检测是利用液体的毛细现象检测非松孔性固体材料表面开口缺陷的一种无损检测方法,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。

渗透检测适用材料广泛,可以检测黑色金属、有色金属、锻件等,还可以检测非金属材料,能够有效检测各种工件出表面的开口缺陷,但未的内部深处缺陷不能检测,该技术设备简单、操作方便,尤其对大面积的表面缺陷检测效率高,周期短,对形状复杂的部件一次操作就可大致做到全面检测。

2 无损检测新技术

2.1 磁记忆检测

铁磁性材料制造的压力容器在运行时受介质压力的作用,材料内部磁畴的取向会发生变化,并在地磁环境中表现为应力集中部位的局部磁场异常,形成“漏磁场”,并在工作载荷去除后仍然保留且与最大作用应力有关,这就是磁记忆检测技术的物理原理。

磁记忆检测方法用于发现压力容器存在的高应力集中部位,它采用磁记忆检测仪器对压力容器焊缝进行快速扫查,从而发现焊缝上存在的应力峰值部位,然后对这些部位进行表面磁粉检测、内部超声检测、硬度测试或金相分析,以发现可能存在的表面裂纹、内部裂纹或材料微观损伤。

2.2 超声相控阵技术

超声相控阵技术使用不同形状的多阵元换能器来产生和接收超声波波束,通过控制换能器阵列中各阵元发射(或接收)脉冲的时间延迟,改变声波到达(或来自)物体内某点时的相位关系,实现聚焦点和声束方向的变化,然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方法来实现图像成像。

与传统超声检测相比,由于声束角度可控和可动态聚焦,超声相控阵技术具有可检测复杂结构件和盲区位置缺陷和较高的检测频率等特点,可实现高速、全方位和多角度检测,对于一些规则的被检测对象,如管形焊缝、板材和管材等,超声相控阵技术可提高检测效率、简化设计、降低技术成本,特别是在焊缝检测中,采用合理的相控阵检测技术,只需将换能器沿焊缝方向扫描即可实现对焊缝的覆盖扫查检测。

3 无损检测技术的未来发展

从每一种无损检测新技术的产生、发展到应用不难看出,工业需求和新材料、新工艺的研究是无损检测技术创新的第一源泉。

未来无损检测技术可能会在以下几个方面更有优势:

(1)非接触无损检测方法,如激光超声、激光电子剪切成像等;

(2)与材料性能和结构变化相结合的无损检测方法,如残余应力测量;

(3)快速无损检测新技术;

(4)外场检测技术;

(5)无损检测传感器、换能器技术。