浅谈压力容器的无损检测

【摘 要】 本文首先对无损检测的主要方法进行了简单介绍，并针对压力容器中的主要容器——球形容器的无损检测的过程进行了探讨。

【关键词】 球形容器；无损检测

一、无损检测的主要方法

（一）射线检测：射线检测技术一般用于检测焊缝和铸件中存在的气孔、密集气孔、夹渣和未融合、未焊透等缺陷。

（二）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。

（三）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。

（四）渗透检测：渗透检测是基于毛细管现象揭示非多孔性固体材料表面开口缺陷，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。

（五）声发射检测：声发射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的现象。而弹性波可以反映出材料的一些性质。声发射检测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结构损伤程度的一种新的无损检测方法。

（六）磁记忆检测：磁记忆(Metal magnetic memory, MMM)检测方法就是通过测量构件磁化状态来推断其应力集中区的一种无损检测方法，其本质为漏磁检测方法。

二、压力容器的无损检测方法

压力容器按几何形状分类，有球形容器、圆筒形容器、锥形容器和组合形容器等四大类。在同样的内压条件下，球形容器所需要的壁厚最薄；在相同的容积条件下，球形容器的表面积最小；因此，在储存相同压力和体积物料的条件下，采用球形容器最节约钢材，而且占地面积最小。球形储罐在使用过程中，内部易受介质的影响，外部易受大气环境的影响，某些情况下可产生应力腐蚀开裂；球罐支柱的角焊缝是应力集中最大的部位，也是在用检验的重点。

目前在用球罐全面检验一般采用常规无损检测方法和声发射检测方法两种模式。常规无损检测方法的模式为，对内外表面焊缝和焊疤部位进行100％磁粉或渗透检测，对接焊缝内部进行20％～100％超声检测，对超声检测发现的内部超标缺陷进行射线检测以确定缺陷的性质，并为返修确定具体部位；这种检测方法一般用于焊缝内部无已知超标缺陷或超标缺陷很少的球罐，但这种检测方法所需的检验时间相对较长。采用声发射检测方法的模式为，球罐停用后首先进行水压试验和声发射检测，然后对声发射检测指定的活性源部位进行表面检测和超声检测复验，并适当扩大表面检测的比例到20 ％以上，对超声检测发现的内部超标缺陷进行射线检测照相以确定缺陷的性质，并为返修确定具体部位；这种检测方法一般用于已知焊缝内部存在或可能存在大量超标缺陷的球罐，声发射检测可以从大量超标缺陷中识别出活性缺陷进行返修；对于无超标缺陷的球罐，采用此种模式，也可大大缩减开罐检验的时间，减少停产损失。然而，值得提醒的是，对于一些较小的表面裂纹，耐压试验过程中可能不产生声 发射定位源信号，因此，声发射检测有时不能发现小的表面裂纹。

（一）表面检测：表面检测方法是在球罐停产进行全面检验中首选的无损检测方法。表面检测的部位为球罐的对接焊缝、角焊缝、工卡具拆除处的焊迹表面等。铁磁性材料对接焊缝的表面一般采用磁粉检测方法，球罐的外部一般采用湿式黑磁粉检测，内部由于照明条件不好，通常采用荧光磁粉检测，角焊缝无法采用磁粉检测时可用渗透检测。非铁磁性材料的表面采用渗透检测，压力容器的内部采用荧光渗透检测，压力容器的外部采用着色渗透检测。根据多年的检验经验，球罐容易出现表面裂纹的部位主要有工卡具拆除处的焊迹表面、支柱角焊缝、安装时组装的最后一道环焊缝(一般为上极圈环焊缝)的外表面，介质液面部位的焊缝内表面。

（二）电磁涡流表面裂纹检测：焊缝表面裂纹的磁粉或渗透检测都需要将被检焊缝表面事先进行清洁处理，除去表面防腐层或污垢，因此不适合球罐的在线检测。另外，球罐开罐100％焊缝内外表面的检测发现，80％以上的球罐无任何表面裂纹，即使发现表面裂纹的球罐，一般也是只存在几处表面裂纹，占焊缝总长的l％以下，因此大量的打磨一方面增加了球罐停产检验的时间和费用，另一方面也减小了球罐焊缝部位壳体的壁厚。 采用涡流技术可在不去除表面涂层的情况下来探测金属材料的表面裂纹，然而，常规涡流方法只适用于检测表面光滑母材上的裂纹，对焊缝上的裂纹却会因焊缝在高温熔合时产生的铁磁性变化和焊缝表面高低不平而出现杂乱无序的磁干扰而无法检测。针对这些问题，人们研究出基于复平面分析的金属材料焊缝电磁涡流检测技术，在有防腐层时，也可用特殊的点式探头对焊缝表面进行快速扫描检测，而且提离效应对检测结果的影响很小。

基于复平面分析的电磁涡流表面裂纹检测仪器采用电流扰动磁敏探头的涡流检测技术来检测焊缝的表面裂纹，此方法允许焊缝表面较为粗糙或带有一定厚度的防腐层，因此可用于球罐运行过程中的焊缝外表面裂纹的快速检测，也可用于球罐停产时的全面检验。这时可先采用该方法对焊缝进行快速检测，然后对可疑部位进行磁粉或渗透检测复验，以确定表面裂纹的具体部位和大小。

（三）超声检测：在用球罐的全面检验一般采用超声检测方法对对接焊缝进行抽查或100％检测，以发现焊缝内部可能出现的疲劳裂纹或已存在的焊接埋藏缺陷，对于不易打开的球罐也可从外部检测球罐焊缝的内表面裂纹，对于球罐外部有保温覆盖层的情况，也可从球罐的内部对焊缝外表面出现的裂纹进行检测，但超声检测方法一般只能发现lmm深5mm长以上的表面裂纹。

目前，对球罐的超声检测中直接发现焊缝内部产生的疲劳裂纹是很少见的，超声检测主要发现的还是球罐安装过程中漏检的气孔、夹渣、未熔合和未焊透等原始焊接缺陷。超声检测方法的特点是可以较精确测出焊缝内缺陷的长度和自身高度，为缺陷的安全评定提供缺陷的几何尺寸数据。新修订的JB 4730规定超声检测缺陷自身高度测量方法有缺陷端点衍射波法等精度达0.5～lmm。

三、总结

作为一种综合性应用技术，无损检测技术经历了从无损探伤，到无损检测，再到无损评价，并且向自动无损评价和定量无损评价发展。相信在不远的将来，新生的纳米材料、微机电器件等行业的无损检测技术将会得到迅速发展。

参考文献

[1]吴燕.压力容器无损检测技术的选择与应用探究[J].科技资讯,2011-08-03.

[2]周裕峰;沈功田.压力容器无损检测—超高压容器的无损检测技术[J].无损检测, 2005-04-10.

（作者单位：沈阳特种设备检测研究院）