浅谈压力容器无损检测

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1.前言

随着时代的发展、科学技术的进步，对产品的安全状况和产品质量以及使用的性能都提出了越来越高的要求，由于无损检测技术自身的优越性，在压力容器产品制造和使用中得到广泛应用。

2. 压力容器常用的无损检测技术

2.1射线检测

目前射线检测按照美国材料试验学会的定义可分为：照相检测、实时成像检测、层析检测和其它射线检测技术四类，其中射线照相法是在压力容器中应用最广泛的一种射线检测方法。

射线照相法是指用X射线或γ射线穿透试件，试件中因缺陷存在影响射线的吸收而产生强度差异，通过测量这种差异来探测缺陷，并以胶片作为记录信息的器材的无损检测方法。射线照相设备可分为：X射线检测机、高能射线检测设备、γ射线检测机。

射线照相法的特点：

⑴ 可以获得缺陷的直观图像，定位准确。

⑵ 检测结果可直接记录，可长期保存。

⑶ 对体积型缺陷（如气孔、夹渣等）检出率很高，对面积型缺陷（如裂纹、未熔合等）如照相角度不适当，容易漏检。

⑷ 适宜检验对接焊缝，检验角焊缝效果较差，不适宜检验板材、棒材、锻件等。

2.2超声检测

超声检测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，也用于压力容器锻件和高压螺栓可能出现裂纹的检测。超声检测可分为超声检测、超声测厚以及超声波测晶粒度、测应力等，有根据缺陷的回波和底面的回波进行判断的脉冲反射法；有根据缺陷的阴影来判断缺陷情况的穿透法，还有由被检物产生驻波来判断缺陷情况或者判断板厚的共振法。目前使用最多的是脉冲反射法。

超声检测的特点：

⑴ 面积型缺陷检测率较高，而体积型缺陷检测率较低。

⑵ 适宜检验厚度较厚的工件。

⑶ 适用于各种试件，包括对接焊缝、角焊缝、T形焊缝、板材、管材、棒材、锻件、复合材料等。

⑷ 检验成本低、速度快，检测仪器体积小、重量轻，现场使用比较方便。

⑸ 无法得到缺陷直观图像、定位困难、定量精度不高。

⑹ 检验结果无直接见证记录。

2.3 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。其原理就是铁磁性材料在磁化后内部产生很强的磁感应强度，磁力线密度增大几百倍到几千倍，如果材料中存在不连续（主要包括缺陷造成的不连续性和结构、形状、材质等原因造成的不连续性），磁力线会发生畸变，部分磁力线就有可能溢出材料表面，从空间穿过，形成漏磁场，漏磁场的局部磁极能够吸引铁磁物质。

磁粉检测的特点：

⑴ 适宜铁磁材料检测，不能用于非铁磁材料检测。

⑵ 可以检出表面和近表面缺陷，不能用于检查内部缺陷。

⑶ 检测灵敏度很高，可以发现极细小的裂纹以及其他缺陷。

⑷ 检测成本低，速度快。

⑸ 工件的形状和尺寸有时对检测有影响，因此难以磁化而无法检测。

2.4 渗透检测

元件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透液后，在毛细管作用下，经过一定时间，渗透液可以渗进表面开口的缺陷中；经去除元件表面多余的渗透液后，再在元件表面施涂显像剂，同样，在毛细管作用下，显像剂将吸引缺陷中保留的渗透液，渗透液回渗到显像剂中，在一定的光源下，缺陷处的渗透液痕迹被显示，从而探测出缺陷的形貌及分布状态。

渗透检测的特点：

⑴ 可以用于除了疏松多孔性材料外任何种类的材料。

⑵ 同时存在几个方向的缺陷，用一次操作就可大致做到全面检测。

⑶ 元件表面光洁度影响大，检测结果容易受操作人员水平影响。

⑷ 可以检测出表面开口的缺陷，但对埋藏缺陷或闭合型的表面缺陷无法检出。

(5)检测灵敏度比磁粉检测低。

2.5 衍射时差法超声检测（TOFD）

TOFD检测技术是在不连续缺陷的尖端产生波形的转换，当它转换后产生衍射波，这个衍射波覆盖了较大的角度范围，那么衍射波就会检测出所存在的缺陷，记录信号的飞越时间就可以测量出缺陷的高度，那么就可以对缺陷就行定量，缺陷尺寸通常是被定义为衍射信号的飞越时间差，信号波幅与缺陷定量没关系。

TOFD检测技术是采用一发一收两个脉冲探头进行检测，探头相对于焊缝中心线对称布置。发射探头产生非聚焦纵波波束以一定角度入射到被检工件中，当声波脉冲传送到接收探头一端，第一个信号就到达接收探头的一端，这个就是侧向波，侧向波是在被检工件表面下传播。如果没有缺陷的存在，那么第二个到达接收探头的信号将是底面回波。接收探头通过接收缺陷尖端的衍射信号及其时差来确定缺陷的位置和自身高度。

TOFD检测的特点：

⑴ 一次扫描几乎能够覆盖整个焊缝区域，可以实现非常高的检测速度。

⑵ 检测率很高，容易检出方向性不好的缺陷。

⑶ 能够发现各种类型的缺陷，对缺陷的走向不敏感。

⑷ 可以识别向表面延伸的缺陷。

⑸ 对缺陷垂直方向的定量和定位非常精准，精度误差小于1mm。

⑹ 和脉冲反射法相结合时检测效果更好，覆盖率100％。

3无损检测在压力容器上的应用特点

3.1 无损检测要与破坏性检测相结合

无损检测技术有很多优点，但本身还有一定的局限性，不能代替破坏性检测。在压力容器设备进行评价时，应将无损检测结果与破坏性检测结果进行对比和验证，才能作出正确的判断。例如液化石油气钢瓶除了无损检测外还要进行爆破试验。评价焊接接头质量除了要进行无损检测外还要切取试样进行力学性能分析，有时还要做金相和断口检验。

3.2 正确选择无损检测的实施时机

压力容器无损检测时，应根据检测目的，结合设备工况、材质和制造工艺特点，正确选择无损检测的实施时机。例如，拼接封头应在成形后进行无损检测；有延迟裂纹倾向的材料应在至少焊接完成24小时后进行无损检测；有再热裂纹倾向的材料应在热处理后增加一次无损检测；标准抗拉强度下限值大于或等于540MPa的低合金钢制压力容器，在耐压试验后，还应该对焊接接头进行表面无损检测[1]。

3.3 选择适当的无损检测方法

对压力容器设备进行无损检测时，由于各种检测方法都有一定的特点，不能适用所有工件和所有缺陷，为提高检测结果的可靠性，应根据设备的材质、制造方法、工作介质、失效模式及预计可能产生的缺陷种类、形状、部位和取向，选择最合适的无损检测方法。

3.4 综合应用各种无损检测方法

在无损检测中，必须认识到任何一种无损检测方法都不是万能的，每种方法都有自己的优缺点。因此，在无损检测中，如果可能，不要只采用一种无损检测方法，应尽可能多采用几种检测方法，互相取长补短，取得更多的缺陷信息，从而对实际情况有更清晰的了解，以保证压力容器设备的安全长周期运行。

4.结语

以上简单介绍了压力容器常用无损检测的几种方法及特点，而在实际运用中我们应结合各种无损检测方法的特点，选用适合的无损检测方法，使无损检测技术在压力容器产品上得到更好的应用。

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本文源自压力容器设计交流

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