压力容器常规无损检测方法优缺点论述

耿雪峰

【摘 要】 压力容器在工业生产中是不可或缺的设备，广泛应用于化工和冶金行业，在使用压力容器过程中由于介质和温度等条件的影响极容易出现锈蚀和开裂等问题，因此无损检测技术发挥了重要功能。即便是压力容器的设计、制造和安装过程都达到要求，但是在使用中，也会由于一些因素对生产安全造成影响，假如不能尽快排除这些安全隐患，就可能形成十分严重的后果。因此，需要采用无损检测技术对压力容器定期进行检测，本文主要对压力容器常规无损检测技术优劣势进行了详细的分析。

【关键词】 压力容器 无损检测 优缺点

1 常规无损检测方法

1.1 超声检测

超声检测是利用超声波在介质中传播过程中形成衰减，遭遇界面形成反射性质进一步对缺陷进行检测的无损检测方法。在无损检测中超声检测是应用最广泛的方法，对于任何尺寸的锻件、轧制件、焊缝等都非常适用，不管是钢铁，还是有色金属都可以利用超声法实行检测，包含了各类机械零件、结构件、锅炉、压力容器等。就物理性质来讲，通过超声法可以对厚度、硬度、深度、流量、强度等实施检测。

1.2 射线检测

通过被检测件不同透入吸收射线的程度对零部件内部缺陷进行检测的方法。工业中主要是应用X射线、γ射线、中子射线作为射线检测技术。可以把射线技术分为4个部分：射线照相检测技术、射线实时成像检测技术、层析射线检测技术、辐射测量技术。

1.3 渗透检测

渗透检测使用最早的无损检测方法，它通过毛细管现象体现非多孔性固体材料表面存在的开口缺陷，具体方法是在工件表面开口缺陷中渗入液体渗透液，将多余的渗透液采用去除剂清除之后，利用显示剂揭示缺陷，具体步骤包括处理、渗透、清除、干燥、显像、检验以及后处理。

1.4 涡流检测

涡流检测是根据电磁感应原理体现导电材料表面与近表面缺陷的无损检测方法。按照检测目的的不同，可以使用涡流电导仪、涡流探伤仪等不同仪器类型。涡流检测体现了极高的自动化率，但仅能对导电材料进行检测，无法对缺陷类型有效判断，相对灵敏度不高。

1.5 磁粉检测

磁粉检测是根据缺陷位置漏磁场与磁粉彼此作用进一步对铁磁材料表面与近表面缺陷积极显示的无损检测方法，基本步骤是预处理、磁化工件、添加磁粉或者磁悬液、评定磁痕、后处理等。在检测裂纹、折叠、夹层等中可以应用磁粉检测技术。

2 常规无损检测方法选择

2.1 常规NDT方法的特点及局限性

（1）当被检测对象内部出现体积缺陷时可以利用射线照相探伤检测，例如焊缝形成的疏松、夹渣、气孔等问题；其主要优点是结果比较直接、不会受到大量的人为干扰，零件材料、形状、尺寸基本上不会对探伤对象造成限制；具体局限在于：三维结构二维成像，容易重叠前后缺陷；射线束夹角和被检测裂纹取向最好低于10°。

（2）当被检测对象形成内部面积型缺陷时可以采用超声探伤检测，例如锻件出现白点、裂纹、分层等问题。其优点是对缺陷的具体尺寸与坐标位置有效定位，在焊缝、管材和板材等各种材料与制件中大量应用；同时在现场可以携带设备进行操作。但是对近表面与表面缺陷进行检测时纵波脉冲反射存在盲区；对于形状复杂的试件进行检测容易产生较大可实施性影响；操作者需要具备相对丰富的工作经验。

（3）磁粉探伤能够发现的缺陷具体包括：各类裂纹、夹杂、折叠、白点、气孔等。具体是在被检测对象表面确定缺陷的形状、大小与位置，磁粉探伤性能安全可靠，便于操作、检测小开口至微米级的裂纹具有极高的灵敏度。仅在非磁性材料以及铁磁性材料的表面与近表面检测缺陷中适用，很难定位较深的缺陷。

（4）渗透探伤具体分为荧光渗透与着色渗透。一般在表面裂纹、折叠、冷隔等缺陷检测中应用。在使用与控制方面渗透检测都比较简单，检测开度低于1微米的裂纹体现出极高的灵敏度。主要局限为：渗透液在一定程度上污染了零件与环境，孔隙与表面粗糙形成附加背景，进一步对识别检测结果造成干扰；此外其仅限于对表面开口缺陷进行检测。

（5）涡流探伤具体在测量或者鉴别电导率、磁导率、晶粒尺寸等缺陷中应用；检测折叠、裂纹、空洞等缺陷；测量非铁磁性金属基体上非导电涂层的厚度，或者磁铁性金属基体上非铁磁性覆盖层的厚度；还能够在分选金属材料中应用，并且对其成分、微观结果以及其他性能差异实施检测。灵敏度较低并且仅能对导电材料进行检测制约了其应用范围。在高温状态下对非接触迅速检测是其主要优点。

通过上述分析可知这几种方法检测缺陷几乎都存在局限性及应用范围，无损检测方法常规检测中，具体利用射线照相探伤与超声探伤检测物体内部缺陷；涡流探伤与磁粉探伤具体是对物体近表面和表面缺陷进行检测；渗透探伤则对物体开口表面缺陷进行检测。

2.2 无损检测方法选择考虑的主要因素

由于物理量的变化与材料组织结构异常并非是彼此对应的，因此，不能对无损检测盲目使用，反之不仅无法提高产品的可靠性，还要徒增制造成本。例如对水利工程设备闸门中锻造轴类和加工冲压形成的缺陷进行检测，不适合利用射线检测；针对由表面淬火裂纹或者大厚板构成的角型焊缝或者形成表面焊缝缺陷则应当选择磁粉检测等。另外，无损检测的时机也属于一个关键因素，例如对某些材料通过焊接或热处理之后形成的延迟断裂问题，也就是加工热处理以后，经过几个小时甚至几天才能出现裂纹。水利工程钢闸门规定应在焊接工作结束24小时以后对有延迟裂纹倾向的钢材进行无损探伤。因此，必须对这些情况充分了解之后明确探伤时间。

2.3 无损检测方法互补的重要性

与无损检测的安全性密切相关的因素是被检工件的表面开头状态、材料、结构、所利用的物理特点以及被检工件异常部位的特点、大小、形状、检测设备的特征等，并且操作者人为因素、误差确定、表面粗糙程度、数据处理等因素也会对其造成影响，因此，需要按照不同的情况选择不同的物理量，有时还需要对不同物理量的变化情况综合考虑，才能够准确判断材料组织结构的异常情况，可见，不论采用哪一种探伤方法，要想对异常部位百分之百检测出具有一定的难度，并且采取不同的检测方法通常会获得不同的信息，因此各种方法的互补能够有效提升无损检测的可靠性。

为了有效提升无损检测结果的可靠性，必须选择与异常部位相适合的检测方法、检测技术、检测规程，需要对被检工件异常部位的性质进行预计，也就是对被检工件的材质、加工类型、加工过程等预先进行分析，一定预计缺陷可能是什么类型、什么形状、什么位置，之后明确最适合的检测方法与可以发挥检测方法最大功能的检测技术与规程。

对被检对象的各项参数准确掌握，选择正确的检测方法和时机。焊接电流、焊接电压、焊接速度、气流大小、坡口模式和晶片尺寸、斜率、K值等指标相适应匹配。才能获得精准的无损检测缺陷定位。

3 压力容器中常规无损检测方法应用

3.1 常规无损检测方法应用原则

（1）应当按照检测材料和缺陷特点选择适合的检测方法，具体依据是制造材质和部件方法、应用条件、工作环境、失效模式以及缺陷类型、形状、取向等；

（2）可以对各种无损检测方法综合利用，在一些特殊工作环境中，可以利用各种检测方法验证分析结果，以便提升检测压力容器缺陷的准确性；

（3）针对比较严格的无损检测要求的T型接头与角接接头，在无法利用超声后者射线检测时应当百分之百开展表面检测；

（4）针对需要现场组装焊接的压力容器，在组织耐压试验之前应当首先对焊接头实施表面无损检测；结束耐压试验工作之后实施局部表面无损检测；假如发现裂纹等问题应当立刻补充检测。

3.2 常规无损检测方法应用优缺点

3.2.1 磁粉检测工艺在压力容器中的应用

（1）选择设备材料和综合性能测试。

第一，设备检测。按照便携需求，决定使用旋转磁场探伤仪，将照明灯安装在探头上，确保对磁痕进行观察中的光照度。现场适合利用交流电源。由于交流电的集肤效应，促使被检工件的磁通在表面上集中，有利于检出表面缺陷。

第二，磁粉材料。干粉法检测比湿粉法检测灵敏度要低。并且假如在容器中进行检验，干磁粉容易在空气中漂浮，当人对其吸入时，严重危害健康。在定期检验压力容器过程中，一般利用湿磁粉法。对缝焊接在用设计参数较低的一、二类压力容器，通常选择非荧光黑磁膏配比水形成磁悬液；对于接管角焊缝、搭接焊缝被检测面，应当利用非荧光油磁悬液实行检测；三类容器、装有有害或者易燃易爆介质的容器，需要利用具有综合检测较高灵敏度的磁粉材料。

第三，测试综合性能。由于压力容器内外探伤位置分为处于全位置状态，在工件上利用A型标准试片对综合性能灵敏度积极校核，应当在条件最恶劣、对探头灵敏度影响最不利的位置贴试片，以便对被检工件表面拥有磁场轻度与方向、有效检测区域磁化方法的正确与否充分了解。

（2）检验过程。

第一，准备工件。探伤获得成功的基本前提是清洁工作。被检工件表面状态严重影响了缺陷检测灵敏度。因此必须清理干净工件表面的油污和氧化物等。相关研究表明，利用实验对工件带漆层采取磁轭法探伤造成的影响很小。因此，打磨防腐漆层，应当联系不同容器要求，制定对应方案。（如图1所示）

第二，工件磁化。为了得到很好的磁化效果，进而得到良好的磁痕显示，采用磁轭法探伤，在确保在工件表面上探头行动行走的基础上，磁极断面和被检工件表面接触间隙越小则越好。

相关计算说明，每个磁极和工件之间缝隙是1mm时，磁场强度相当于没有缝隙的26%，缝隙是2mm时，为15%，随着不断增大的缝隙磁场强度也迅速降低，造成工件磁化不符合要求，可能出现漏检问题。因此，通过对磁极方位有效调整，做好接触间隙最小，是对磁化品质有效控制的主要方法。尤其是圆筒形结构的容器，在内部探伤碟型封头拼缝和环缝的丁字接头时，磁极和工件接触缝隙最大，需要及时对滚轮积极拆除，采取分段磁化操作，进一步确保探伤的灵敏性。

磁轭行走速度，影响了检测灵敏度。根据压力容器复杂的现场探伤情况，磁轭行走速度应当和探伤方法、磁悬液润湿功能、被检位置的表面情况的不同而有所差异，最好利用贴标准试片确定测试。

第三，添加磁粉。首先确保同步实行磁化和添加磁悬液。例如在瞬间断电或者断电之后继续添加悬浮液，都有可能导致冲刷磁痕进一步形成漏检。其次确保悬液湿润被检位置。针对湿法探伤，确保磁悬液完全润湿受检位置，这也是检测缺陷的基础。探伤过程中假如磁悬液无法完全对被检部位进行覆盖，而是成斑块分离流淌时，则磁悬液没有对表面完全润湿，应当立刻结束探伤。最后注意喷洒磁悬液的方向。对立式容器纵缝或者卧式容器环缝进行探伤时，磁轭磁化的方向应当是从上至下，喷洒磁悬液应当选择磁化区域的正前方，促使磁悬液在整个被检区域自然流淌。

磁粉检测的优点：工件大小、形状不会影响检测过程；具有极高的灵敏度，一般可以检测出微米级的裂纹宽度，长度最低为0.1mm；对工件缺陷的位置、大小形状等信息有效确定，在分析数据的基础上可以对缺陷性质有效判断；工艺操作简单，拥有极高的检测效率以及廉价的成本。缺点：当仅有1-2mm检测深度时，只能检测出工件近表面与表面缺陷，很难对缺陷深埋和高度实行判断；对于较高要求的检测工件，最好不要产生油污或等；尽可以检测铁磁性材料，并且也不可以检测全部铁磁性材料，需要工件内铁素要求70%，磁导率低于300。

磁粉检测使用范围：正常应用的压力容器；能够检测出压力容易工作过程的应力腐蚀或者疲劳裂纹等；制造中的压力容器；例如焊接检测、锻钢零件检测等。

3.2.2 射线检测方法

（1）布置透照。根据射线源、工件与胶片排列位置与射线照射方向，具体的透照方式为源外片内、源内外片、双壁单影与双壁双影等。通常选择布置透照的原则为其一得到符合要求的影像质量。其二是提高透照效率，缩短透照时间。一般容器焊缝的透照，其几何形状基本分为三种情况，在相同的壁厚与焦距情况下获得的影像质量根据图2从低向高变化。

在制造容器中可能形成的三种封头，分别是椭圆、锥形和管板封头，在封头冲压成形时检出拼接焊缝的危害性缺陷，根据图3确定主要部位的射线照射方向及贴片方式。

（2）透照距离。透照距离是指射线源和工件表面距离，一般符合两个要求，其一是和像质级别对应的几何不清晰度。其二是和像质级别对应的透照厚度比例。

选择射源内透法对凹面焊缝进行透照时，应当首先考虑符合相关要求；选择射源外透法对凸面焊缝透照时，应当首先考虑厚度比例。

（3）曝光条件。利用射线进行检验时，通过预先通过相关曝光试验形成的曝光曲线确定最便利的曝光条件。按照曝光曲线在准备的透照设备、几何条件和暗室处理条件下，帮助底片得到一定黑度以及像质灵敏度需要的X射线管电压与曝光时间。

射线检测的优点：胶片通过处理之后可以为受检工件内部缺陷提供直接的影像，拥有较高准确性的定量和定性检测结果；在检测夹渣、气孔等体积型缺陷问题形成了极高的灵敏度；可以长期保存检测结果。射线检测不足：检测成本偏高，并且需要对检测人员积极防护，反之容易伤害人体健康。

射线检测主要针对的制造容器中的焊缝。

3.2.3 超声波检测法

超声波是指超过20kHz频率的声波，在超声波检测中应用超声波频率通常控制在0.5-5MHz之间。根据稳定的方向和速度这一声波在材料中进行传播，当出现不同声阻抗的缺陷或者底部异质界面时形成反射。在被检测工件内部缺陷判断中可以采取这一发射过程。

超声检测的优点：使用检测设备便捷，拥有极高的操作安全性，能够提升自动化无损检测水平；超声波的穿透性极强，对于夹层、裂纹等平面缺陷产生了极高的灵敏度，并且有效对缺陷大小尺寸和深度有效判断。不足：对于诊断非直观检验结果需要工作人员具有极高的专业素质经验；需要工件检测形成极高的光洁度。

超声波检测应用：检测锻件缺陷，锻件内部缺陷一般表现为线条型或者面积型，由于超声波检测技术可以很好的适用面积型缺陷，所以超声检测的重要对象为锻件。检测焊缝缺陷，针对焊缝中出现的未熔合、气孔、夹渣等缺陷问题有效检测。

3.3 常规无损检测方法应用相辅相成

（1）无损检测应当有效结合破坏性检测。无损检测最重要的特点是对材料、工件和结构不损伤的情况下实行检测。但是无损检测技术本身存在着不足。一些试验仅能应用破坏性检测，因此，当前无损检测还无法对破坏性检测完全代替。

（2）科学设计无损检测顺序。按照无损检测目标科学选择实施无损检测的机会是非常关键的。非百分之百检测产品应当制造一段以后迅速实行检查，避免技术、人员问题导致更加严重的质量问题，有利于对制造质量科学研究。此外要对高强钢焊缝积极检查，应当在结束焊接24h或者更长的时间内实行。只有科学选择无损检测的应用时机，才能顺利开展检测。

（3）应用最适合的无损检测方法。每一种检测方法自身都有局限性，不能在全部工作与缺陷中应用，为了有效提升检测结果的可靠程度，在选择过程中按照检测实际对象考虑每个检测方法特点科学考虑。例如，我们对焊缝内部缺陷积极检测，应当首先选择射线或者超声波这样与检测内部缺陷相适合的方法。

（4）综合利用各种无损检测方法。在应用无损检测过程中，为了充分保证产品内外部质量，仅利用某一无损检测方法有时无法达到实际需求，应当尽量综合使用几种检测方法，进而得到大量的信息。例如，衍射时差法超声检测拥有极高的灵敏度，但是定性不够准确，而射线的优点是准确进行缺陷定位，近表面检测形成了较高的灵敏度，二者搭配应用可以获得可靠和准确的结果。

4 结语

压力容器作为一种主要承压设备，广泛应用在化工、石油、钢铁行业中。在应用压力容器过程中，由于其工作环境比较恶劣，假如压力容器形成的泄漏或者爆炸，十分容易造成灾难性安全事故。无损检测技术的应用水平与压力容器的检测质量和使用功能形成了直接关系，因此，有关技术研究人员应当在压力容器检测中加强无损检测方法的应用，对比无损检测方法应用的优缺点，以便可以有效提升压力容器无损检测水平。

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