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壓力容器無損檢測技術(shù)

文檔作者：林立華文檔來源：浙江省玉環(huán)縣質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年08月17日
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機(jī)械 2007 年增刊總第34 卷 ·1·
———————————————
收稿日期：2007－01－19
作者簡介：林立華（1978－），男，主要從事機(jī)械類及理化產(chǎn)品性能、質(zhì)量監(jiān)督檢測。
壓力容器無損檢測技術(shù)
林立華
（浙江省玉環(huán)縣質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測中心，浙江 玉環(huán) 317600 ）
摘要：介紹了當(dāng)前壓力容器使用過程中采用的無損檢測技術(shù)，包括滲透、磁粉與漏磁、渦流、超聲、射線等常規(guī)無損檢
測技術(shù)，并論述了它們的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍。
關(guān)鍵詞：壓力容器；無損檢測；容器
Nondestructive testing techniques for pressure vessels
LIN Li-hua
(Calibration and Testing Center of the Quality and Technology Supervision of yuhuan，Yuhuan 317600，china)
Abstract：This paper systematically introduced some nondestructive testing techniques，such as penetrant testing，magnetic
particle testing &amp;amp; magnetic flux leakage testing，Eddy current testing，ultrasonic testing and radiographic testing in service of
pressure vessel. Also compared their advantage and disadvandges；and reviewed their application.
Key words：pressure vessel；nondestructive testing；vessels
壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)過程中不可缺少的一種設(shè)備，廣
泛地用于化工、煉油、機(jī)械、動力、紡織、冶金、核能及
運(yùn)輸?shù)葒窠?jīng)濟(jì)各部門。在用壓力容器是指正在使用的壓
力容器。壓力容器在運(yùn)行過程中受介質(zhì)、壓力和溫度等因
素影響而產(chǎn)生的腐蝕、沖蝕、腐蝕開裂、疲勞開裂及材料
劣化等缺陷，因此除宏觀檢查外需采用多種無損檢測方法
檢測。由于上述種種因素，即使設(shè)計(jì)、制造和安裝質(zhì)量完
全符合規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的壓力容器，經(jīng)過一段時間使用后，總
會存在或出現(xiàn)某些隱患及安全，如不及時清除將會釀成事
故。為保證在用壓力容器的安全，國內(nèi)外的普遍做法是對
在用壓力容器進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測外，每隔一定時間都應(yīng)進(jìn)行一
次全面檢測和修補(bǔ)。
目前，對在用壓力容器的檢測方法有很多種，本文主
要介紹當(dāng)前無損檢測領(lǐng)域的常用技術(shù)，包括滲透檢測、渦
流檢測、磁粉和漏磁檢測、超聲檢測、射線檢測的優(yōu)缺點(diǎn)
以及各種檢測方法的應(yīng)用范圍。由于上述方法都各有其局
限性，所以必須綜合使用，才能達(dá)到保證產(chǎn)品質(zhì)量，預(yù)測
容器是否安全的目的。
1 無損檢測方法
無損檢測技術(shù)[1] (Nondestructive Testing，NDT)是一門
新興的綜合性應(yīng)用學(xué)科，它是在不破壞或損壞被檢測對象
的前提下，利用材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常或缺陷存在所引起的對
熱、聲、光、電、磁等反應(yīng)的變化，來探測各種工程材料、
零部件、結(jié)構(gòu)件等內(nèi)部和表面缺陷，并對缺陷的類型、性
質(zhì)、數(shù)量、形狀、位置、尺寸、分布及其變化作出判斷和
評價。
1.1 滲透檢測
滲透檢測(Penetrant Testing，PT)是[2,3]最早使用的無損
檢測方法之一，它基于毛細(xì)管現(xiàn)象揭示非多孔性固體材料
表面開口缺陷，方法是將液體滲透液滲入工件表面開口缺
陷中，用去除劑清除多余滲透液后，用顯像劑表示出缺陷。
滲透檢測可有效地應(yīng)用于檢驗(yàn)非多孔性的金屬與非
金屬材料，如各種鍛件、鑄件、焊接件、機(jī)架工件、陶瓷、
塑料、玻璃制品的表面裂紋、折疊、冷隔、疏松等缺陷的
檢測。對于上釉的陶瓷制品、浸銅處理的石墨制品、致密
的粉末冶金制品一般選擇用常規(guī)滲透檢測方法進(jìn)行檢測。
隨著滲透檢測方法在壓力容器檢測中的廣泛應(yīng)用，必須合
理選擇滲透劑及檢測工藝、標(biāo)準(zhǔn)試塊及受檢壓力容器實(shí)際
缺陷試塊，使用可行的滲透檢測方法標(biāo)準(zhǔn)等來提高滲透檢
測的可靠性。
該方法簡單，成本低廉，缺陷顯示直觀，檢測靈敏度
高，可檢測的材料與缺陷范圍廣，一次操作可檢測多個零
綜述
·2· 機(jī)械 2007 年增刊總第34 卷
件，但只能檢出零件的表面開口的缺陷，不適用于多孔性
材料的檢測，對零件和環(huán)境有污染。該方法在檢測表面微
細(xì)裂紋時，滲透檢測往往比射線檢測靈敏度高；還可用于
檢測磁粉法無法應(yīng)用到的部位。
1.2 磁粉檢測與漏磁檢測
磁粉檢測(Magnetic Particle Testing，MT)[3，4]是基于缺
陷處漏磁場與磁粉的相互作用而顯示鐵磁性材料表面和
近表面缺陷的無損檢測方法。在以鐵磁性材料為主的壓力
容器原材料驗(yàn)收、制造安裝過程質(zhì)量控制與產(chǎn)品質(zhì)量驗(yàn)收
以及使用中的定期檢驗(yàn)與缺陷維修監(jiān)測等幾個階段中，磁
粉檢測技術(shù)用于檢測鐵磁性材料表面及近表面裂紋、折
疊、夾層、夾渣等方面均得到了廣泛應(yīng)用。
而漏磁檢測方法[5]是新開展的一項(xiàng)自動化程度較高
的磁學(xué)檢測技術(shù)，它是利用鐵磁材料被磁化后，其表面和
近表面缺陷在材料表面形成漏磁場，通過檢測漏磁場來發(fā)
現(xiàn)缺陷。從這個意義上講，壓力容器檢測中常用的磁粉檢
測技術(shù)也是一種漏磁檢測，但習(xí)慣上人們把用傳感器測量
漏磁通的方法稱為漏磁檢測，而把用磁粉檢測漏磁通的方
法稱為磁粉檢測， 且將它們并列為兩種檢測方法。
磁粉檢測只能發(fā)現(xiàn)表面和近表面裂紋缺陷，而且檢測
時需要表面打磨，僅適合壓力容器停產(chǎn)的檢測；漏磁檢測
除能發(fā)現(xiàn)表面和近表面裂紋的缺陷外，還可從外部發(fā)現(xiàn)壓
力容器內(nèi)部的腐蝕坑等缺陷，而且不需要對壓力容器表面
進(jìn)行打磨處理，適用于壓力容器在線檢測。而壓力容器在
線檢測是目前壓力容器用戶最急需的方法，它可以減少不
必要的停車，降低檢驗(yàn)成本。另外，漏磁檢測還能對缺陷
深度和長度等進(jìn)行定量。雖然目前在壓力容器檢測中，漏
磁檢測技術(shù)的應(yīng)用較少，但它具有磁粉檢測所不具備的優(yōu)
點(diǎn)，所以其應(yīng)用前景非常廣闊。
1.3 渦流檢測
渦流檢測(Eddy Current Testing，ET)[6-7]是基于電磁感
應(yīng)原理揭示導(dǎo)電材料表面和近表面缺陷的無損檢測方法。
對于在用壓力容器中的換熱器，由于換熱器的管殼中具有
流動的高溫、高壓、易燃、易爆和有毒等介質(zhì)。因此，常
用渦流檢測法來控制新制換熱管的質(zhì)量和及時檢測換熱
器換熱管的腐蝕狀態(tài)和焊縫表面裂紋。
渦流檢測速度快，對于表面和近表面缺陷有較高的靈
敏度，可對大小不同的缺陷進(jìn)行評價，能在高溫狀態(tài)下進(jìn)
行探傷，可用于異形材和小零件的檢測，而且可檢測材料
的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、熱處理狀況、硬度和幾何尺寸等，使
用廣泛。渦流檢測自動化率較高，但只能檢測導(dǎo)電材料，
難以判斷缺陷種類。
最近，歐洲和我國分別開發(fā)了采用電流擾動磁敏探頭
的渦流檢測技術(shù)來檢測焊縫表面裂紋，用該技術(shù)檢測允許
焊縫表面較為粗糙或帶有一定厚度的防腐層，因此可在壓
力容器運(yùn)行過程中進(jìn)行焊縫外表面裂紋的快速檢測；也可
在壓力容器停產(chǎn)時進(jìn)行內(nèi)外部檢驗(yàn)，先采用該技術(shù)對焊縫
進(jìn)行快速檢測，然后對可疑部位進(jìn)行磁粉或滲透復(fù)驗(yàn)，以
確定表面裂紋的具體部位和大小。
1.4 超聲檢測
超聲檢測(Ultrasonic Testing，UT)[6,8]是利用超聲波在
介質(zhì)中傳播時產(chǎn)生衰減，遇到界面產(chǎn)生反射的性質(zhì)來檢測
缺陷的無損檢測方法。該方法具有靈敏度高、指向性好、
穿透能力強(qiáng)、檢測速度快的優(yōu)點(diǎn)。由于超聲波探傷儀體積
小、重量輕，便于攜帶和操作，而且與射線相比對人無傷
害，因此在在用壓力容器檢驗(yàn)中得到廣泛使用。
超聲檢測法既可以用于檢測接焊縫內(nèi)部埋藏缺陷和
壓力容器焊縫內(nèi)表面裂紋，還可以用于壓力容器鍛件和高
壓螺栓可能出現(xiàn)裂紋的檢測。就物理性能而言，可以檢測
厚度、材料硬度、淬硬層深度、晶粒度、液位和流量、殘
余應(yīng)力和膠接強(qiáng)度等，但無法檢測表面和近表面的延伸方
向平等于表面的缺陷、表面粗糙、形狀復(fù)雜的試件，此外，
該方法對缺陷的定性、定量表征常常不準(zhǔn)確。
1.5 射線檢測
射線檢測（Radiographic Testing，RT）[9,10]是基于被
檢測件對透入射線(無論是電磁輻射還是粒子輻射)的不
同吸收來檢測零件內(nèi)部缺陷的檢測方法。工業(yè)應(yīng)用的射線
檢測技術(shù)主要用Ｘ射線、γ射線和中子射線，使用得最廣
泛的是Ｘ射線照相檢測。
射線檢測技術(shù)一般適用于檢測焊縫和鑄件中存在的
氣孔、夾渣、密集氣孔、冷隔和未焊透、未熔合等缺陷；
而且對于人不能進(jìn)入的壓力容器以及不能采用超聲檢測
的多層包扎壓力容器和球形壓力容器通常采用192Ir 或
75Se 等同位素進(jìn)行γ射線照相。另外，射線檢測也常用于
在用壓力容器檢驗(yàn)中對超聲檢測發(fā)現(xiàn)缺陷的復(fù)驗(yàn)，以進(jìn)一
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機(jī)械 2007 年增刊總第34 卷 ·3·
步確定這些缺陷的性質(zhì)，為缺陷返修提供依據(jù)。
該方法能直觀地顯示缺陷影像，便于對缺陷進(jìn)行定
性、定量分析，射線底片可長期保存，對體積型缺陷比較
靈敏，但難于發(fā)現(xiàn)垂直射線方向的薄層缺陷，檢測費(fèi)用較
高，同時射線對人體模型有害，需作特殊防護(hù)。
1.6 聲發(fā)射檢測
所謂聲發(fā)射 (Acoustic Emission，簡稱AE) [11]是指物
體在受到形變或外界作用時，因迅速釋放彈性能量而產(chǎn)生
瞬態(tài)應(yīng)力波的物理現(xiàn)象。隨著聲發(fā)射研究領(lǐng)域的擴(kuò)大，聲
發(fā)射的含義也已廣義化，如泄漏、軸承的滑動、齒輪轉(zhuǎn)動
和木材干燥時發(fā)出的聲音等也被稱為AE。而彈性波可以
反映出材料的一些性質(zhì)，故聲發(fā)射技術(shù)就是用儀器檢測、
分析聲發(fā)射信號和利用聲發(fā)射信號診斷故障的一種方法。
壓力容器在高溫高壓下由于材料疲勞、腐蝕等產(chǎn)生裂
紋。在裂紋成核、擴(kuò)展直至開裂之前的應(yīng)力集中階段，產(chǎn)
生微弱聲發(fā)射信號；當(dāng)金屬應(yīng)力集中達(dá)到一定程度時，會
產(chǎn)生很大的聲發(fā)射信號(大約在毫伏級)；此后，容器的高
壓流體由裂縫處向外噴射，形成高速射流，高速流體對壁
面產(chǎn)生激勵作用和摩擦，產(chǎn)生聲發(fā)射波，此彈性波沿金屬
表面?zhèn)鞑?，遇到界面后發(fā)生反射和折射。根據(jù)上述聲發(fā)射
信號的大小可判斷是否有裂紋產(chǎn)生、是否有泄漏，并獲知
泄漏程度。
聲發(fā)射檢測是[12,13]一種動態(tài)無損檢測方法，但它與其
他無損檢測方法有所不同，聲發(fā)射信號是在外部條件作用
下產(chǎn)生的，對缺陷的變化極為敏感，可以檢測到微米數(shù)量
級的顯微裂紋發(fā)生、擴(kuò)展的有關(guān)信息，檢測靈敏度很高。
但得不到關(guān)于剝離出現(xiàn)的信息，這種限制是由源發(fā)生機(jī)制
引起的。此外，因?yàn)榻^大多數(shù)材料都具有聲發(fā)射特性，所
以聲發(fā)射檢測不受材料限制，可以長期連續(xù)地監(jiān)視缺陷的
安全性和超限報警，這是聲發(fā)射檢測優(yōu)于其他無損檢測的
地方。但大多數(shù)聲發(fā)射信號很弱，人們不能直接聽到，需
要借助于靈敏的電子儀器才能檢測出來。因而，關(guān)于AE
測量法的應(yīng)用，除最大限度有效地使用AE 測量法的優(yōu)點(diǎn)
外，應(yīng)與其它測量方法聯(lián)合使用，收集必要的信息。
聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于在用壓力容器的檢測和評定方面
已經(jīng)取得較理想的效果。我國有關(guān)單位[14]已采用這種方
法，檢測和評定在用壓力容器數(shù)千臺，保證了壓力容器的
安全運(yùn)行，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，并已制定國
家標(biāo)準(zhǔn)。
2 展望
近年來，無損檢測技術(shù)的發(fā)展比以往任何時候都更
快、更新，一些無損檢測新技術(shù)，如磁記憶無損檢測、紅
外熱波成相檢測、超聲相控陣技術(shù)、激光無損檢測、微波
無損檢測等也得到了應(yīng)用；同時無損檢測已經(jīng)更深入、更
廣泛地參與到國計(jì)民生的各個領(lǐng)域。相信在不遠(yuǎn)的將來，
象納米材料、微機(jī)電器件等行業(yè)的無損檢測技術(shù)將會得到
迅速發(fā)展。
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