简述承压设备工程无损检测的质量控制

孙永熙（江苏省天达燃气工程建设监理公司， 江苏 南京 210037）

0 引 言

在石化、电力、石油天然气长输管线、城镇燃气工程建设中，承压设备的焊接施工占据很大份额。焊接施工的质量不仅关乎这些工程的经济效益，而且还关乎社会公众的生命财产与安全，因此把好焊接质量关十分重要。无损检测是焊接施工质量控制的重要手段，只有符合质量要求的无损检测，才能获得足够的正确的焊接缺陷信息，才能保证焊接施工的质量。因此，控制好无损检测的质量至关重要。

1 无损检测的质量控制目标的制定

1.1 无损检测的质量控制目标

要想做好无损检测的质量控制，首先应明确无损检测的质量控制目标。无损检测的质量控制目标就是缺陷检测灵敏度。缺陷检测灵敏度越高，则缺陷的检出率就越高，承压设备的安全性就越高。但另一方面，检测灵敏度越高，无损检测的投入成本也越高。作为监理人员应该在保证安全的前提下，控制好造价。所以，片面追求过高的检测灵敏度是不可取的，合理控制无损检测的灵敏度，恰当地制定无损检测的质量控制目标是承压设备无损检测质量控制的首要问题。

1.2 NB/T 47013《承压设备无损检测》

1.2.1 技术等级

为了适应各类承压设备对无损检测灵敏度的不同要求，NB/T 47013《承压设备无损检测》对一些常用无损检测方法规定了不同的技术等级。

（1）A 级：低灵敏度技术。

（2）AB 级：中灵敏度技术。

（3）B 级：高灵敏度技术。

该标准明确了承压设备焊接接头射线检测一般应采用AB 级射线检测技术，对重要的设备、结构、特殊材料和特殊焊接工艺制作的焊接接头可采用B级技术进行检测，但该标准没有对重要设备、结构、特殊材料和特殊焊接工艺的界定作出说明。对接接头超声波检测在 NB/T 47013《承压设备无损检测》中也规定了 A、B、C 三个技术等级。其中，A 级最低，B 级居中，C 级最高。该标准还明确了承压设备的焊接接头制造安装时的超声波检测，一般应采用 B级技术等级进行检测。对于重要设备的焊接接头，可采用C 级技术等级进行检测。但对于重要设备的界定，该标准未作出进一步说明。NB/T 47013《承压设备无损检测》规定，渗透检测灵敏度等级分为 A、B、C 三级。在这当中：A 级最低，B 级居中，C 级最高，但没有对灵敏度等级的选择作出说明。实际上在射线检测的 AB 级与 B 级之间仍有相当大的空间对检测灵敏度进行调整，同样在超声波检测的B级和C级之间也有一定空间对检测操作的技术要求进行调整以提高缺陷的检出率。

1.2.2 局限性

NB/T 47013《承压设备无损检测》是一部广泛适用于在制和在用的金属制承压设备无损检测的通用标准，无法对某一特定的承压设备给出具体的检测灵敏度要求。承压设备的设计者往往因为对无损检测了解不够深入，也不提出对无损检测的灵敏度要求。这部分工作只能由无损检测监理人员、承压设备工程建设方相关代表和无损检测监理人员完成。他们必须根据被检测承压设备的材质、焊接性能，对应力集中的敏感程度、承压设备壁厚，主要是对承压设备的失效模式、工作压力、工作介质、运行风险等因素进行综合分析，确定无损检测灵敏度要求，选取具体的检测参数、检测耗材的质量等级、具体的检测操作工艺要求等。

例如：对于材质强度级别在 42 kg/mm2以下的，低碳低强度钢制造的，壁厚在 14 mm 以下的，使用条件一般的中低压容器和压力管道，在满足 NB/T 47013 最低灵敏度要求的前提下，可以适用较低的检测灵敏度。究其原因，一方面，这类材料焊接性能好，不会产生淬硬组织，不会产生细小的冷裂纹，危险缺陷发生率低；另一方面，低碳钢有明显的屈服平台，塑性变形能力强，对应力集中不敏感，主要失效形式为延性失效，低应力脆断风险很小。

再如：对于强度级别在 60 kg/mm2以上的高强度钢制造的、壁厚在 30 mm 以上的高压容器和高压管道的无损检测，应选择较高的检测灵敏度。究其原因，一方面，这类材料碳当量高，焊接性能差，有可能产生冷裂纹，危险缺陷发生率高；另一方面，高强度钢没有明显的屈服平台，塑性变形能力差，对应力集中敏感，缺陷扩展机率高。壁厚越厚，材料变形在厚度方向受到的约束越大，在加载过程中，缺陷部位的应力状态就越接近于“三向应力状态”，塑性变形区就越小，缺陷扩展的阻力就越小，低应力脆断风险就越高。

2 无损检测方法的选择

恰当地选择无损检测方法对提高缺陷检出率，同时控制好造价是十分重要的。无损检测方法的选择，首先应遵循承压设备安全技术规范和产品技术标准、设计文件及NB/T 47013《承压设备无损检测》的规定，在充分考虑各种常规无损检测方法的能力范围及局限性的基础上，根据承压设备的材质、结构、制造方法、工作介质、使用条件及失效模式，预计可能产生的缺陷类型，缺陷的位置和方向，从而选择合适的无损检测方法。无损检测方法的选择，在确保安全的基础上也应兼顾经济性。如果能用一种无损检测方法完成检测，则应避免再选取其他检测方法。

2.1 案例一

壁厚在 12 mm 以下、由强度级别在 42 kg/mm2以下的低碳低强度钢制造的中低压容器和压力管道对接接头，其无损检测选择X射线检测比较合适。目视检查和 X 射线检查合格后可以不做超声波检测，也可以不做磁粉检测。主要有以下理由。

（1）对于壁厚小于 12 mm 的钢制对接焊缝，X射线检测具有较高的检测灵敏度。能够检测出焊缝中存在的未焊透、气孔、夹渣、裂纹和坡口未熔合等缺陷。对于较难检测出的细小裂纹，多数为冷裂纹在低碳低强度钢中，发生率极低。即使有这样的小裂纹漏检，也不会影响该类承压设备的安全运行。其原因与上节中所说的低碳低强度制造的薄壁中低设备无损检测可适用较低检测灵敏度的原因相同，此处不再累述。至于可能漏检的层间未熔合的情况，由于其方向与主应力方向大致相同，其危害性小，不会导致承压设备失效。

（2）超声波检测对面状缺陷，特别是细小裂纹具有较高的检出率，但由于在薄壁低碳低强度钢金属结构内，不具备形成淬硬组织的基础条件，因而也不具备形成冷裂纹的条件。而长度相对较长、具有危害性的热裂纹多发生于焊缝中部，为纵向表面裂纹且开口比一般冷裂纹宽，在射线检测中容易被检出。超声波检测表面裂纹，需用二次波扫查，焊缝表面的沟槽反射会干扰对表面裂纹缺陷波的识别。检测表面裂纹，超声波检测不具有优势。

（3）允许用于承压设备制造的低碳低强度钢。如Q235B，20# 钢非金属加杂含量控制较严，且因壁厚较薄，焊层也薄，发生热裂纹的几率也很低。一些检测单位经年累月地对这类设备进行表面检测，也未发现一条像样的裂纹，久而久之就懈怠了。对焊缝表面不认真进行清理就直接检测，其检测效果则很差。还有一些检测单位，即使熟知低碳低强度钢的性能，在薄壁条件下也会出现表面缺陷漏检现象，虽然没有太大风险，但这并不表示可以不认真检测就出检测报告，这样做则白白浪费建设单位的检测费。

2.2 案例二

壁厚在 20 mm 以上、由强度级别为 55 kg/mm2以上低合金高强度钢制造的高压容器和高压管道，其无损检测应选择射线检测、超声波检测和磁粉检测。主要基于以下理由。

（1）射线检测能确定缺陷的平面投影位置、大小及性质，能直观、全面地获取缺陷的信息。从理论上说，但凡能用射线检测到的缺陷，用超声波也都能检测到。由于扫查不到位和缺陷波识别困难，缺陷漏检的情况也时有发生。尤其由于超声波检测较难确定缺陷的性质，这也影响到对缺陷危害程度的判断。射线检测对操作人员技能水平的依赖程度较低，检测质量容易得到保证；而超声波检测对操作人员的技能水平依赖程度高，检测质量不易保证。射线检测能长久、全面地记录缺陷的信息，将来还可以与在役检测结果进行比对，以研判缺陷扩展的情况；而超声波检测可记录的检测信息较少。所以，射线检测仍然是首选的无损检测项目。对射线检测进行选择时，一般优先考虑 X 射线检测。X 射线检测能控制能量；Y 射线能量大且无法对射线能量进行调控，Y 射线检测本身清晰度不高，对检测灵敏度存在不利影响，且对防护要求高。

（2）低合金高强度钢具有较强的淬硬倾向，细小的冷裂纹发生率高。高强度钢对力集中敏感，焊接接头发生低应力脆断风险高。随着壁厚的增加，因受几何不清晰度的影响，射线检测像质指数下降，检测灵敏度降低，发现裂纹类缺陷的能力也随之降低，在这种情况下，对于面状缺陷检测，超声波检测明显具有优势。

（3）表面裂纹对于低合金高强度钢焊接接头危害性很大，表面无损检测不可或缺。磁粉检测能检测出铁磁性材料表面开口缺陷和近表面缺陷。渗透检测能检测出金属材料表面开口的缺陷。NB/T 47013《承压设备无损检测》在通用原则中明确：对于铁磁性材料，为检测表面缺陷或近表面缺陷，应优先选用磁粉检测方法，当且仅当结构形状等原因而不能采用磁粉检测方法时，方可采用其他无损检测方法。

3 无损检测质量控制的五大要素

一般工程质量控制的五大要素“人、机、料、法、环”，这对无损检测的质量控制也可以借鉴。

3.1 人的行为控制

人的行为控制分为两个方面。一方面为操作人员的技能水平和质量意识；另一方面为检测单位是否建立了有效的质量控制制度和质量保证体系。监理人员的工作不能只停留在检查人员资格证、单位资质证书、单位提交的质量控制文件和质量保证体系框图上。

（1）监理人员应在检测现场核对检测人员，包括人和证是否同为一人，与检测人员沟通交流，了解他们的工作经验和检测业绩，细致观察他们的操作是否熟练并符合检测标准的相关规定。

（2）监理人员应特别注意对超声波检测人员业务素质的考察，可以在现场检测和灵敏度调整过程中，经过简单的测试了解他们对各类反射波的识别能力。对于那些刚刚取得超声检测资格证的人员，不能允许他们独立操作，或者只能做初探扫查，他们完成的检测必须由有经验的持证超声检测人员全数复检。监理人员必须跟踪缺陷发现的情况和复验的情况，从而对他们的操作技能进行判断。

（3）监理人员发现确实不称职的检测人员应及时要求检测单位更换。无损检测监理人员应认真检查检测单位质量保证体系的运行情况，实际持证检测人员的配备是否与质量保证体系框图相符，关键岗位上的高级检测人员是否到岗履职。检测现场是否有检测单位质量控制人员对检测人员的工作检查监督，检测单位制定的质量控制制度是否得到认真执行。

（4）监理人员发现质量保证体系不能正常运行，或者存在缺陷时，应及时要求检测单位整改。

3.2 检测设备工作状态的控制

无损检测设备工作性能是否满足检测要求，对检测灵敏度、缺陷的定位和定量产生显著的影响。监理人员首先应检查无损检测设备的产品质量证明书，检查设备是否按照相关规定进行了定期校验。对具有一定规模的无损检测项目，在开始之前应检查X射线探伤机的曝光曲线，对试板进行透照试验，验证曝光曲线，检查黑度计是否在校验期内，检查观片灯的最大亮度是否满足评片要求。对于超声波探伤仪，应进行水平线性和垂直线性的检查，应检查斜探头声轴偏斜角和斜探头声束垂直方向双峰，再次测定斜探头k值和入射点，检查标准试块和对比试块的完好程度，利用磁粉探伤机检查磁轭提升力，检查磁粉检测和渗透检测灵敏度标准试片或试块是否完好。对于以上检查，监理人员应与检测人员共同进行。

3.3 对检测耗材的质量控制

检测耗材的质量对无损检测灵敏度的影响也是不容忽视的。监理人员应检查所有耗材产品的出厂合格证和质量证明书；射线检测应检查胶片的类别是否与检测方案的要求相符，是否与射线检测的技术等级要求相符；胶片是否在保质期内，胶片的保存状况是否符合要求，是否有漏光和霉变的情况。对具有一定规模的检测项目，在开始之前应抽查胶片的灰雾度；超声波检测应检查耦合剂是否符合要求，磁粉检测应检查磁粉产品是否符合 JB/T 6063 的规定，磁粉的粒度和是否符合检测要求；渗透检测应按照NB/T 47013《承压设备无损检测》（第五部分：渗透检测中第 4.2.1.1 和笫 4.2.1.2 条）的规定，对渗透剂和显像剂的质量进行检查。对于以上检查，监理人员应和检测人员共同进行。

3.4 对无损检测工艺和方法的控制

NB/T 47013《承压设备无损检测》大部分内容是对各项常规无损检测方法实施的程序、步骤和工艺要求的规定，有些规定是具体的，而有些规定是宽泛的和原则性的，离开了这些规定，承压设备的无损检测就无法进行，也就谈不上什么检测灵敏度了。无损检测单位编制的无损检测工艺规程和检测方案就是根据 NB/T 47013《承压设备无损检测》的规定结合被检测承压设备的具体情况编制的具有明确要求的无损检测实施文件，对无损检测的灵敏度要求就体现在实施文件的各项检测工艺要求中。无损检测专业监理工程师应认真审查无损检测单位编制的无损检测实施文件，确认其是否满足承压设备安全性要求，同时也兼顾了经济性要求。无损检测专业监理工程师应将审查意见提交总监理工程师审核，再由总监理工程师交由建设方相关代表批准。

无损检测监理人员应当对无损检测标准中相关无损检测方法的检测程序、步骤、工艺方法、具体操作要领十分熟悉，应对本次检测实施文件的具体要求十分熟悉。对于一些重要的检测程序，监理单位应设置停止点。监理人员应对完成情况进行检查，确认合格后才能进行下一个程序的检测操作。例如，超声波检测开始前，监理人员应检查探头和试块的选择是否正确，灵敏度调整是否符合标准的规定，距离波幅曲线的绘制是否正确，探头扫查面的清理修磨是否合格等。比方说，在射线检测中射线照相胶片处理完成后和评片开始前，监理人员应检查底片的黑度，像质计灵敏度是否符合检测标准的规定，像质计、搭接标记、中心标记和底片编号是否齐全，摆放位置是否正确，底片焊缝影像清晰度是否满足评片要求，等等。又如，在磁粉检测和渗透检测开始前，监理人员应检查被检测面的清理和修磨质量，其粗糙度和洁净程度是否满足检测要求。标准试片和标准试块灵敏度试验是否达到检测标准的规定，等等。

对于无损检测的一些关键环节，应实施旁站监理。例如，超声波检测过程中灵敏度的复核、检出定量线以上缺陷的复核、磁粉检测磁悬液的配制和磁轭提升力的测试、检测过程中标准试片灵敏度和标准试块灵敏度的试验，等等。对于无损检测的大部分程序和步骤，监理人员可以采取巡视的方式实施监理。射线检测，监理人员应注意检查透照布置和曝光参数是否符合检测标准和检测实施文件的规定。超声波检测，监理人员应注意检查扫查复盖范围和不同k值探头扫查是否符合检测标准和检测实施文件的要求，扫查方式是否完备等。磁粉检测应注意检查磁化范围和交叉磁轭拖动的速度，渗透检测应注意检查预清洗的质量及去除多余渗透剂的情况，既要防止去除不足，又要防止过度清除，还要注意检查显像剂的喷洒是否均匀，等等。鉴于无损检测专业的特点，这里必须强调对检测工艺方法的控制，必须深入到具体的操作细节中去，往往由于细节的失控，使实际缺陷检测灵敏度明显降低。例如，在超声波检测中，一定要注意测定检测人员探头的扫查速度。扫查速度一定要控制在无损检测标准规定的范围之内。扫查速度过快，很容易造成缺陷漏检。在渗透检测中，虽然对前面的检测面进行了预处理，施加了渗透剂并去除了多余渗透剂，干操处理各道检测操作程序都完成的很好，但在喷涂显像剂时，由于操作人员疏忽大意，或质量意识淡薄，随意操作，喷涂显像剂时，不是按照检测标准的要求，在距离被检测面 300 mm～400 mm 喷涂，而是在距离被检测面 200 mm 喷涂；不是按照检测标准的要求，喷涂方向与被检测面成 30°～40° 喷涂，而是正对着被检测面喷涂，结果使得显像剂喷涂层过厚且不均匀，缺陷检测灵敏度大打折扣。综上所述，监理人员应紧密跟踪无损检测的全过程，切实掌握检测过程实施的工艺方法是否符合检测标准和检测实施文件的规定，发现问题应及时要求检测单位纠正。情况严重时，应及时签发检测暂停令，要求检测单位整改。无损检测专业监理工程师应对所有缺陷的定级进行复核。

3.5 环境条件的影响

不利的环境条件也会影响无损检测的质量。例如，雨雪天气有可能造成检测设备漏电。检测面高温既会影响射线检测胶片的质量，又会影响超声波斜探头的性能。恶劣的环境条件会影响操作人员的注意力，并有可能发生安全事故，应尽可能避免在恶劣的环境条件下检测。

4 无损检测的质量评估

无损检测的质量评估是比较困难的，它不像房建工程那样可以对工程实体进行直观的测量和观察。对测量的数据和观察的结果进行统计分析，从而得出评估结果。无损检测的质量评估是对检测方法执行正确性的评估。对一系列操作规范性的评估，就是对检测人员认知能力和技能水平的评估，是对检测团队质量控制体系工作效能的评估。无损检测的质量评估可以分成两个方面：一个方面是无损检测质量控制目标制定的恰当性；另一个方面是无损检测质量控制目标的实现程度。

4.1 无损检测质量控制目标的恰当性

无损检测质量控制目标的恰当性，是指既要满足承压设备的安全性要求，又要兼顾经济性要求。无损检测质量控制目标，就是前面反复提到的实际缺陷检测灵敏度。它不是一个或几个数据，而是体现在检测单位为本次检测项目编制的无损检测规程和检测方案中的一组要求。它包含了本次检测涉及的检测方法、检测技术等级、具体的检测程序、步骤、检测工艺参数，等等。

何谓质量，按照 ISO 9000 的定义：一组固有特性满足要求的程度。检测单位提供的一组检测要求汇集成一组固有的检测特性。这组固有的检测特性对应一组缺陷的检出率。通过对某一台（套）承压设备的检测，可以使这台（套） 承压设备达到某一安全度水平。完全相同的一组检测要求用于检测不同的承压设备，承压设备达到的安全度水平可以存在很大的不同。例如，某一组无损检测要求，对某一台（套）低碳低强度制造的薄壁中低压，使用条件一般的承压设备的检测，可以达到很高的安全度，是高质量无损检测。若用相同的要求去检测一台（套）高强度钢制造的大壁厚高压设备，且工作条件苛刻，则该设备达到的安全度水平就可能会很低，是低质量的检测。无损检测的质量，是指特定的被检测承压设备，通过无损检测达到安全性要求的满足程度。所以，无损检测的质量评估，不能脱离被检测的承压设备的具体情况，无损检测的质量控制目标也必须是有的放矢的。

4.2 无损检测质量控制目标实现的程度

无损检测质量控制目标实现的程度，首先应审查检测单位是否按照既定的检测规程和检测方案完成了全部的检测项目，对检出的缺陷定级是否正确，检测报告是否完整，检测报告的签署是否符合相关规定；其次，考察整个检测过程完成的规范程度，这里不仅包括检测单位既定的检测规程和方案的要求，还包括无损检测标准对各项检测的具体操作方法、程序、步骤和具体操作细节的要求。这不仅要求监理人员全程跟踪检测的全过程，还要求无损检测监理人员具有较丰富的无损检测经验，对各种常规无损检测操作细节要求十分熟悉。有些操作要求检测标准也无法精准表述，只有具有长期操作经验的人才能准确领会适度把握。相对而言，射线检测的质量评估比较容易。射线照相底片上包含了检测的绝大部分信息。检测质量可以追溯，缺陷信息容易跟踪。超声波检测的质量评估难度最大，从表象上来看，可能操作是到位的，没有瑕疵，但由于操作人员对波的识别能力的缺陷，仍可能造成缺陷漏检。评估难度较高的还有渗透检测。渗透检测对操作细节要求高，监理人员不易把握，也不易全部观察到。

监理人员数量少，不可能观察到全部检测过程的全部细节。监理方面的质量控制不能代替检测单位自身的质量控制。检测单位质量保证体系是否健全，运行是否正常也是无损检测质量评估的重要依据。任何一种常规无损检测方法的单项检测不应只由一名持证人员（不包括辅助人员）完成，应有持证的质量控制人员进行监督检查，对检测灵敏度进行复核，对检出的缺陷进行复核。检测现场是否有高级无损检测人员对关键部位进行实际检测，或指导实际操作或对中级人员检出的缺陷进行复核，而不是只坐在驻地签报告。这些都是无损检测监理人员要关注的。

检测中实际缺陷检出的数量也可以作为质量评估的依据之一，但其所占的权重不宜过大。因为有些检测项目或因材质原因、或结构原因，焊接缺陷发生率低；或因焊接质量高，焊缝中存在的缺陷本来就很少，缺陷检出量少，不能说明检测质量差。

5 结 语

制定合理的无损检测质量控制目标（即缺陷检测灵敏度）和严格的检测过程控制，是做好承压设备无损检测质量控制的两个必要条件，这就对无损检测监理人员素质提出了相当高的要求。无损检测监理人员不仅要有高度的责任心，而且还必须具备较高的业务能力；不仅要对无损检测的专业技术十分了解，而且还要对焊接、金属材料、甚至材料力学有一定的了解。这样才能正确认识和分析被检测承压设备的工作状况和安全风险，确定其所需要的检测灵敏度。在检测过程中，只有及时发现无损检测操作细节中存在的问题，才能保证足够的检测灵敏度，不使超标缺陷漏检，留下安全隐患；只有这样，才能不发生过度检测现象，导致资源浪费，造价失控。