浅谈压力容器检验中无损检测技术的运用

摘要：压力容器检验的目的就是防止压力容器发生失效事故。随着现代工业迅速发展，对压力容器产品的质量、使用可靠性和结构安全性提出了更高的要求。文章简述了超声检测、射线检测、渗透检测、磁粉检测等常用无损检测方法的基本原理、应用范围及优缺点。通过实例介绍了不同检测方法在压力容器检验中的应用。

关键词：压力容器检验；无损检测；综合应用

中图分类号：TN24 文献标识码：A

随着科学技术的发展，各种工业检测技术也日新月异，无损检测是一项新型的科学技术，是利用声、光、磁、电等手段，在不破坏和损坏检测对象的前提下，对检测对象体内是否存在结构缺陷，给出缺陷的尺度、位置、性质和数量等信息，进而判断被检测对象所处技术状态（合格与否、剩余寿命等）的一种手段。本文主要论述压力容器的无损检测方法及应用实例。

1 压力容器无损检测方法

压力容器的无损检测可采用超声检测、射线检测、渗透检测、磁粉检测等方法。

1.1 超声波检测

超声检测已经成为无损检测中应用比较广泛的方法之一，它是通过超声波在介质中传播时发生的遇到界面产生反射的性质来检测缺陷的方法。这种方法的灵敏度高，超声波的穿透能力强，检测速度快，而且超声波检测使用的探伤仪的体积小、重量轻，对于人体也没有伤害，因此它的广泛应用是众所周知的。超声波检测技术可以检测压力容器的焊接内表面的裂纹，对于焊缝内的缺陷的安全评定是不可或缺的，在国外，这项技术已经趋于成熟。

超声波检测的优点：适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；穿透能力强，可对较大厚度范围内的工件内部缺陷进行检测；缺陷定位较准确；对面积型缺陷的检出率较高；灵敏度高，可检测工件内部尺寸很小的缺陷；检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害现场使用较方便等。

超声波检测的缺点：对工件中的缺陷进行精确的定性、定量仍需作深入研究；对具有复杂形状或不规则外形的工件进行超声检测有困难；缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定的影响；工件材质、晶粒度等对检测有较大影响；常用的反射法检测的检测结果显示不直观，检测结果无直接见证记录，但现在由国外引进，国内迅速发展的TOFD技术可弥补这一缺点。

1.2 射线检测

射线在穿透工件过程中，受工件物质的阻力而强度减弱，减弱程度取决于物质的阻力系数和射线穿透的物质厚度。工件中存在缺陷时，构成缺陷的物质的阻力系数不同于工件基本物质的阻力系数，因此射线在穿过工件缺陷部位和完好基体后其射线强度会产生差异。放在工件后面的X光感光胶片的感光程度会因这种差异而有所不同。胶片经处理后，缺陷部位和完好基体将产生黑度不同的影像，依据黑度的不同，可以判断工件中缺陷的存在和尺度。

射线检测可作为压力容器无损检测的有效方法之一，主要用在压力容器制造过程中检测其焊缝。

射线检测的优点：暴露于射线并经处理的胶片可给出受检工件材质内部缺陷生成的直观图象，可做到定性定量准确，直接记录的检测结果可长期保存。对体积型缺陷，诸如气孔、夹渣等，检出率高。

射线检测的缺点：对面积型缺陷，诸如裂纹、末熔合等，如果照相角度不适当，则比较容易漏检；射线检测应用的局限性是成本高，且射线检测操作中需严格防护，以免射线伤害人体。

1.3 渗透检测

渗透检测是一种以毛细作用原理为基础的检查表面开口缺陷的无损检测方法。将特制的渗透液涂抹于被检测工件的表面，由于液体有渗透作用，对工件表面肉眼看不出的裂纹、缺口、凹坑之类的缺陷，渗透液能够渗入其中，再利用显示剂将渗入缺陷的渗透液显示于工件表面，就可显示出缺陷的存在。

（1）压力容器制造过程中的焊缝检测用于检测焊缝及热影响区的表面开口缺陷，如热裂纹、冷裂纹和延迟裂纹。

（2）压力容器的在役检测。用于检测使用中的压力容器的焊缝、热影响区及基材的表面开口缺陷，如疲劳裂纹、应力腐蚀、晶间腐蚀等。

渗透检测的优点：设备简单，操作简便，费用低廉，检查结果直观；用于大型工件和形状不规则工件的检验以及在用设备的现场检修检查，更能显示其特殊的适用性和优点。

渗透检测的缺点：对埋藏于表层以下的缺陷无能为力而只能检测开口暴露于表面的缺陷。

1.4 磁粉检测

铁磁性材料工件，其表面或表面内浅处若有缺陷，就存在基体材料的不连续性，其被磁化后，表面和近表面的磁力线将发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面上的磁粉，在合适的光照下，被吸附的磁粉形成目视可见的磁粉痕迹，痕迹的位置、尺度和形状显示出不连续性亦即缺陷的位置、大小、形状和严重程度。

磁粉检测的优点：可检测出铁磁体材料的表面和近表面（开口和不开口）缺陷；能直观地显示缺陷的位置、形状、大小和严重程度；具有很高的检测灵敏度，可检测微米级宽度的缺陷；单个工件检测速度快，工艺简单，成本低廉，污染少；采用合适的磁化方法，几乎可以检测到工件表面的各个部位，基本不受工件大小和形状的限制；缺陷检测重复性好，可以反复验证缺陷的存在；可检测受腐蚀的表面。

磁粉检测的缺点：只适用于铁磁性材料，不能检测奥氏体不锈钢材料和奥氏体不锈钢焊缝及其他非铁磁性材料；只能检测表面和近表面缺陷；检测时灵敏度和磁化方向有很大关系，若缺陷方向和磁化方向近似平行或缺陷与工件表面夹角小于20度，缺陷就很难发现；表面浅而宽的划伤、锻造皱折不易发现；受几何形状影响，易产生非相关显示；若工件表面有覆盖层，将对磁粉检测有不良影响；用通电法和触头法磁化时，易产生电弧，烧伤工件；部分磁化后具有较大剩磁的工件需进行退磁处理。

2 无损检测在压力容器中的应用实例

2.1 在用换热器检测实例

设备类型：管壳式换热器；材质：碳钢（管子：10#钢；管板：16MnⅢ；筒体：16MnR）；设计压力：—0.1/0.6 Mpa；设计温度：—10/200 ℃；故障表现：内部泄漏。设备停用后，打开上下管箱，宏观检查发现上下管板上有很多腐蚀坑。为查出泄漏部位，根据设备的使用情况采用了几种无损检测方法。在通过氦检漏和肥皂泡检测发现了裂纹的基础上，采用以下适宜检测裂纹的无损检测方法：渗透检测：针对发现的表面裂纹，决定对上下管板的所有管子—管板角焊缝进行渗透检测。渗透检测结果非常直观地显示出上管板约50%的管子—管板角焊缝存在裂纹。磁粉检测：磁粉检测发现上管板上的几乎每个管端角焊缝都存在裂纹，有的裂纹延伸到管板和管子端部内表面。

本次检测中，根据设备的实际情况和初步检测出的缺陷性质，采用渗透检测和磁粉检测，全面、准确、直观地反映出缺陷的情况，找出了故障的根源。检测结果表明，在检测碳钢材料的表面包括近表面缺陷时，磁粉检测比渗透检测具有更高的灵敏度，同时检测速度更快。

本次检测中，由于设备的客观条件和初步检测出的缺陷类型及上述明确的检测结果，认为没有必要再使用射线检测、超声波检测的方法进行检测。

2.2 换热器制造中的检测

1台制造中的管壳式换热器在渗漏试验中发现管程泄漏。宏观检查发现，部分管子—管板的焊缝中存在烧穿孔。经分析，这些烧穿孔是由于焊接不当引起的。为了排查出其它焊缝中可能存在未完全烧穿的孔，决定对换热器所有的管子—管板焊缝进行检测。

根据设备的实际情况和排查缺陷的类型，采用100%相控阵的超声波检测方法进行检测，采用射线检测法进行验证。通过超声相控阵探头在管子端部的扫查，快速准确地检测出了管子角焊缝根部存在的缺陷，见图1。对于发现的不合格部位进行了射线检测予以验证，检测结果如图2所示。

本次检测，采用了相控阵超声检测法进行检测，辅以射线检测法予以验证，准确判断了缺陷的情况和性质。

结语

进行无损检测时，应当遵循以下原则：（1）正确选择实施无损检测的时机根据无损检测的目的，正确选择实施无损检测的时机，有利于及早检测出设备的缺陷。（2）正确选用最适宜的无损检测方法每种无损检测方法都有一定的特点和适用范围。为提高检测结果的可靠性，应根据设备材质、制造方法、工作介质、使用条件和失效模式，预测缺陷可能的种类、形状、部位和取向，选用最适宜的无损检测方法。（3）综合运用各种无损检测方法任何一种检测方法都不是万能的，每种方法都其优点和缺点。在一项检测中，若条件允许，应尽可能多用几种检测方法，互相对照和验证。同时，在无损检测中，既要保证检测结果的质量，还要保证在安全的前提下，检测方法的经济性，做到各种无损检测方法的合理应用。

参考文献

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[2]王晓雷.锅炉压力容器无损检测相关知识全国锅炉压力容器无损检测考委会，2001.

[3]JB/T4730—2005 承压设备无损检测，2005.