无损检测技术在承压类特种设备检验检测中的应用_彭武强.pdf

2023年6期技术应用科技创新与应用Technology Innovation and Application无损检测技术在承压类特种设备检验检测中的应用彭武强，李昌盛，木贵军，冉龙华，关文政（丽江市质量技术监督综合检测中心，云南 丽江 674100）随着经济社会的不断发展，我国工业技术水平突飞猛进，各种高端装备广泛应用于工业生产和日常生活中，这些高端装备撑起了国民经济发展的脊梁。特种设备作为一类重要设备广泛应用于石油化工、医药、食品、冶金和电力等行业中，在国民经济发展和人们的日常生活中起到了举足轻重的作用。特种设备可按承压类和机电类划分，其中，承压类主要包括锅炉、压力容器（含气瓶）和压力管道。承压类特种设备由于其特殊性和危险性，在使用过程中稍有不慎就会引发安全事故，造成重大人身伤亡和财产损失。为了确保其安全运行，工业发达国家通过颁布极其严格的法律法规对其设计、制造、安装和使用进行了严格的监管1-5。同时，检验检测技术是保证承压类特种设备产品制造质量和安全运行的重要手段，在质检体系中占据重要位置，并得到了广泛应用。大力发展绿色环保、高效便捷及经济实用的检验检测技术有助于预防并降低承压类特种设备安全事故的发生，提高运行的安全经济性，对国民经济和社会的发展具有重要的推动作用。近年来，检验检测新技术和新装备层出不穷，为承压类特种设备的安全经济运行提供了强有力地支撑。本文主要概述了承压类特种设备检验检测中各种无损检测技术的工作原理、特点及适用范围，并对我国无损检测事业的发展提出几点建议。1承压类特种设备检验检测技术的分类承压类特种设备的工作环境较为恶劣，常伴随着高温高压、有毒有害介质的存在，其一旦发生安全事故，将给人们的生命及财产安全造成重大威胁。因此，承压类特种设备工作的安全性和稳定性至关重要。而特种设备摘要：承压类特种设备在国民经济和社会发展过程中具有举足轻重的作用，然而其危险性较高，一旦发生安全事故，后果不堪设想，因此保障承压类特种设备的安全运行至关重要。无损检测技术作为保障特种设备安全运行的重要手段，其发展水平直接关系到承压类特种设备检验检测结果的可靠性，进而关乎经济发展和社会稳定的大局。为此，该文概述承压类特种设备检验检测中各种无损检测技术相关工作原理、适用范围及应用特点，并对我国无损检测事业的发展提出相关建议，希望能够助力我国特种设备检验检测事业的高质量发展。关键词：承压类特种设备；检验检测；无损检测技术；安全事故；工作原理中图分类号：TH49文献标志码：A文章编号：2095-2945（2023）06-0174-05Abstract:Pressure-bearingspecialequipmentplaysanimportantroleintheprocessofnationaleconomicandsocialdevelopment,but its danger is high,once a safety accident occurs,the consequences are unimaginable,so it is very important toensure the safety operation of pressure-bearing special equipment.Non-destructive testing technology is an important means toensure the safety operation of special equipment;its development level is directly related to the reliability of testing results ofpressure-bearing special equipment,and then related to the overall situation of economic development and social stability.Therefore,this paper summarizes the working principle,scope of application and application characteristics of various non-destructive testing technologies in the inspection and testing of pressure-bearing special equipment,and puts forward relevantsuggestions for the development of non-destructive testing in our country,in the hope thatthis study can contribute to the high-quality development of the inspection and testing of special equipment in our country.Keywords:pressure-bearing special equipment;inspection;non-destructive testing technology;safety accident;working principle第一作者简介：彭武强（1990-），男，硕士，助理工程师。研究方向为特种设备检验检测工作。DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.06.041174-技术应用科技创新与应用Technology Innovation and Application2023年6期检测技术是保障其安全运行的重要技术手段。目前，承压类特种设备的检验检测方法主要分为宏观检查、电阻测定、理化检验和无损检测四大类6-11，其中：宏观检查的主要目的是探测特种设备外表面缺陷，获得设备的基本质量状况，进而为后续的检验项目实施提供依据。宏观检查主要包括目视检查、放大镜检查和内窥镜检查等。电阻测定主要是进行防静电接地电阻和法兰间的接触电阻值的测定。常用的电阻测量方法有万用表测量和绝缘电阻测试仪测量。理化检验项目主要包括化学成分分析、金相检验、硬度测试和力学性能试验。理化检验主要用于判定特种设备长期使用过程中出现的材料、性能等方面的变化。无损检测是以相关物理化学原理为理论基础，通过先进的技术装备对特种设备材质、状态等方面存在的内外部缺陷进行检查及测试，其优势在于检测全过程均不会对被检测部件造成损伤。2承压类特种设备检验检测中各种无损检测技术的工作原理及特点无损检测技术由于具备不损伤被检部件、灵敏度高等诸多优点，在承压类特种设备的各类检验检测过程中得到广泛运用。以下主要对各种无损检测技术的工作原理及特点做简要概述12-23。2.1射线检测射线检测（RT）主要用于探测试件的内部缺陷，其所用射线分为 X 射线、射线和中子射线。在承压类特种设备的焊缝及其他缺陷检测中常使用 X 射线和 射线。射线检测可分为胶片射线检测、射线数字成像检测等多种方法。射线检测的原理：射线在穿透物体过程中会与物质发生相互作用，因吸收和散射而使其强度减弱。当被透照物体的局部存在缺陷时，该局部区域的透过射线强度就会与周围产生差异。通过透过射线的作用使胶片感光，经暗室处理得到底片，然后根据底片上不同形状的影像来判断缺陷情况并评价试件质量。X 射线检测原理如图 1 所示。射线检测的主要特点：检测结果有直接记录底片，检测信息丰富，保存时间长；通过观察缺陷在底片上图像，可对其进行精确地定性及定量分析；对气孔、夹渣等三维型缺陷具有较高的检出率；适宜检测较薄的工件，被检测试件的厚度一般不超过 100 mm；比较适合检测对接焊缝，对锻件及板棒材等型材的缺陷检出率较低。此外，射线检测存在检测成本高、效率低及危害人体健康等缺点。2.2超声波检测超声波检测（UT）主要用于探测试件的内部缺陷，其原理是利用超声波在物体中的多种传播特性（如散射、反射和衍射等）来测知物体的尺寸、表面和内部缺陷、组织变化等。超声波检测根据原理不同可分为脉冲反射法、穿透法及共振法。目前最常用的是脉冲反射法，其原理如图 2 所示。脉冲反射法在探伤过程中所使用的波形分为纵波和横波两种，其中纵波易于检出与检测面平行或倾角较小的缺陷，常用于铸锻件及金属板材的检测，而横波则易于检出与检测面垂直或倾角较大的缺陷，常用于各种焊缝的检测。图1X射线检测原理示意图图2脉冲反射法原理示意图超声波检测的主要特点：易于检出二维型缺陷，对三维型缺陷的检出率不高；适宜检测具有一定厚度的部件，不适宜检测较薄的部件，其原因在于当厚度较小时，上下表面的形状回波易与缺陷波混淆，波形较胶片（前后铅增感屏）金属靶阴极阳极热电子灯丝冷却X 射线缺陷透度计工件背衬（铅板）脉冲振荡器接收器示波管探伤面探头被检物缺陷底面175-2023年6期技术应用科技创新与应用Technology Innovation and Application难区分；可用于检测各种类型的部件；检测效率高、经济性好，现场检测方便；由于得不到缺陷的直观图像，无法进行精确地定性及定量分析；检测结果无直接见证记录；较难检测粗晶粒原材料和焊接接头中存在的缺陷；当表面粗糙度较高时会对耦合及扫查造成影响，降低检测精度。2.3磁粉检测磁粉检测（MT）主要用于探测试件表面开口缺陷和近表面缺陷，其原理是铁磁性材料（铁、钴、镍、钆及其合金等）被磁化后，其内部产生很强的磁感应强度。当磁力线通过材料中的缺陷位置时会产生畸变，形成漏磁场（图 3）。此时在材料表面撒上磁粉，磁粉就会在漏磁场的作用下形成磁痕，从而显示缺陷。（a）表面缺陷（b）近表面缺陷图3缺陷漏磁场示意图磁粉检测的主要特点：只能用于检测铁磁材料；只能用于检测表面及近表面缺陷；检测灵敏度高，可检测出微小裂纹及其他缺陷；检测成本低，速度快；难以检测几何结构复杂的工件。2.4渗透检测渗透检测（PT）的原理：试件表面被施涂含有染料的渗透液后，通过毛细作用，渗透液会进入试件表面开口缺陷中，再经过清洗、显像等工序，可将缺陷处的渗透液痕迹显示出来，从而探测出缺陷的形貌及分布状态。渗透检测的主要特点：无法检测疏松多孔性材料；可用于检测形状复杂的试件；可同时检测不同方向的缺陷；通常表面粗糙度值越低，检测效果越好；适用于检测表面开口缺陷，无法检测埋藏缺陷及闭合型的表面缺陷；检测效率低、成本较高；检测剂大部分易燃有毒，检测人员必须做好安全防护。2.5涡流检测概述涡流检测（ET）的理论基础为电磁感应原理。当金属试件位于交变磁场中时，在试件中会形成涡流，根据检测到的试件中的涡流，就可以取得关于试件材质、缺陷和形状尺寸等信息。涡流检测的主要特点：可用于检测各种类型的导电材质；可检出试件表面和近表面缺陷；易实现自动化检测，检测效率高；不适宜检测形状复杂的部件，常用于检测管材和板材；无法显示缺陷图像，因而不能判定缺陷性质；深埋缺陷检出率低（受集肤效应的影响）；不适用于非导电的材料。2.6其他无损检测技术随着科学技术的不断进步，各种新型无损检测方法不断涌现并在承压类特种设备检验检测中得到应用。以下主要对承压类特种设备检验检测中几种先进的无损检测技术做简单介绍。2.6.1衍射时差法超声检测衍射时差法超声检测（TOFD）技术最初是被开发用作缺陷自身高度的测定工具。由于具有缺陷检出率高、检测结果可靠等优点，近年来在特种设备检验检测行业中得到了广泛认可和运用。TOFD 是利用缺陷端点的衍射波信号进行检测，其采用一发一收探头的工作模式。当试件中存在缺陷时，到达接收探头的超声波信号依次为表面直通波、缺陷衍射波和底面反射回波。2.6.2声发射检测声发射检测技术是通过探测受力时材料内部发出的应力波判断承压设备内部损伤程度，其主要用于在用承压设备整个系统安全性评价。基本原理：材料在应力作用下发生裂纹产生与扩展、塑性变形和位错运动时，其内部从不稳定的