论无损检测基本原理分析及在压力容器中的运用
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【摘 要】锅炉压力容器的无损检测技术随着电子和计算机技术的发展而逐步完善，综合性检测技术已进入到了压力容器的检测实践中，多种技术措施针对不同容器不同部位的检测更具有针对性，不仅提高了效率也提高了检测精度。在用压力容器检验中，选择无损检测方法时，必须认识到任何一种检测方法都不是万能的，都有自己的优点或缺点，如果检测条件能够得到满足，应尽可能同时采用几种方法。
【关键词】压力容器；无损检测；超声波检测；电磁检测
1.无损检测技术概述
所谓的无损检测就是在压力容器的检验检测过程中，利用专业化的设备仪器等对压力容器进行无损伤的检测，方法的选择是根据压力容器的结构、材料、制造工艺、介质、使用条件等情况而确定。即对压力容器本身不会产生破坏，同时也可以对其内部结构进行探查，以此对其腐蚀或者焊接情况进行分析与评价，从而指导维护。常规的检测技术有超声波检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测等，其分别适用于压力容器的不同部位和材质。因此在制定检验方案时侧重考虑不同无损检测方法的适用范围、技术特点、优点和局限性，以及正确实施无损检测时机，合理地控制检测比例。在这里我们主要讨论在用压力容器的无损检测。
2.压力容器无损检测的几种方法
2.1超声检测
由于超声检测仪器体积小，重量轻，便于携带和操作，而且对与人体无伤害，因此在在用压力容器检验中得到广泛使用。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，如果压力容器外部有保温层时，也可从压力容器内部检测焊缝外表面裂纹。超声检测法也用于压力容器锻件和高压螺栓可能出现裂纹的检测。相对于射线检测，超声检测对于面积型缺陷的检出率较高，而体积型缺陷的检出率较低，但在较薄的焊缝中，这一结论并不一定成立。所以，我们在制定检验方案时通常考虑缺陷类型、位置、板厚等因素。超声波检测主要应用：
（1）焊缝缺陷检测。可检测出焊缝中的气孔、夹渣、未熔合、未焊透和裂纹等常见焊缝缺陷。
（2）锻件缺陷检测。锻件内的缺陷大多呈面积型或线条型特征，超声检测技术对面积型缺陷检测最为适用，
（3）铸件缺陷检测。铸件在超声波检测时由于杂波干扰严重等，一般应用于缺陷检测要求较低的情况。
超声波检测的优点：超声波穿透能力较强，对诸如裂纹、夹层等平面型缺陷，灵敏度较高，并可测定缺陷的深度和相对大小；整套检测设备轻便，操作安全，易于实现自动化检验。
超声波检测的缺点：不易检验形状复杂的工件；要求被检验工件的表面有足够的光洁度；非直观检验结果的判断难度较高，需要由有经验的检验人员进行操作和判断。
2.2射线检测
X射线检测方法主要在现场用于板厚较小的压力容器对接焊缝内部埋藏缺陷的检测，因为薄板采用超声检测有一定难度，而采用射线检测不需要太高的管电压。300KV便携式X射线机透照厚度一般小于40mm，420KV移动式X射线机和Ir192γ射线机透照厚度均小于100mm。对于人体不能进入的压力容器以及不能采用超声检测的多层包扎压力容器和球形压力容器通常采用Ir192或75Se等同位素进行γ射线透照。另外，射线检测也常用于在用压力容器检验中对超声检测发现缺陷的复检，以进一步确定缺陷的性质，为缺陷返修提供依据。但是，一般对于板厚较大工件中的裂纹检出率较低，有时，通过改变透照角度来发现缺陷。
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像，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。
2.3渗透检测
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。
2.4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。磁粉检测可用于：（1）压力容器制造过程中的检测，如焊接坡口的检测；焊接过程中的检测；焊缝表面质量检测；压力容器锻钢零件的检测；（2）使用中的压力容器的检测用磁粉检测法可检测在用压力容器在使用过程中出现的疲劳裂纹和应力腐蚀等缺陷。
磁粉检测的优点：直观地显示缺陷的形状、位置和大小，并能大致确定缺陷的性质；检测灵敏度高，可检出宽度仅为0.1μm的表面裂纹；应用范围广，几乎不受被检工件大小及形状的限制；操作简单，检测速度快，费用低。
磁粉检测的缺点：只能用于检测可被显著磁化的铁磁性材料（Fe、Co、Ni及其合金）制成的工件的表面和近表面缺陷，不能用于非磁性材料（如Cu、Al等）的检测。
3.无损检测在压力容器中的应用实例
3.1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：-0.1/0.6Mpa；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。
3.2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。
4.结论
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。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。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。