无损检测技术在承压类特种设备检验检测中的应用

无损检测技术在承压类特种设备检验检测中的应用

姜尚恒

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摘要：承压类特种设备广泛应用于人们的日常生产生活中，是我国经济社会可持续发展的重要支撑力量。承压类特种设备能否安全运行直接关系到国家财产安全和人民的生命健康。无损检测技术作为保障特种设备安全运行的重要技术手段，近年来得到了长足的发展。随着改革开放不断深化，我国的无损检测技术水平突飞猛进，与科技发达国家之间的差距不断缩小，特种设备的检测能力和装备水平得到了空前的发展。但也应该清楚地认识到，随着承压类特种设备技术水平的不断提升，特种设备正朝着大型化、复杂化和智能化发展，其测试和检测方法越来越复杂，检验检测工作的难度也越来越大，而我国目前的无损检测技术水平已不能满足日趋严峻的特种设备检验检测状况。因此，大力发展无损检测技术，解决相关“卡脖子”问题，实现无损检测技术的高质量快速发展迫在眉睫。

关键词：无损检测技术；承压类；特种设备；检验检测

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，其中：①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。②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。③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。④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

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、γ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γ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。射线检测的主要特点：①检测结果有直接记录——底片，检测信息丰富，保存时间长；②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；③对气孔、夹渣等三维型缺陷具有较高的检出率；④适宜检测较薄的工件，被检测试件的厚度一般不超过100mm；⑤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。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。

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。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。磁粉检测的主要特点：①只能用于检测铁磁材料；②只能用于检测表面及近表面缺陷；③检测灵敏度高，可检测出微小裂纹及其他缺陷；④检测成本低，速度快；⑤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：①无法检测疏松多孔性材料；②可用于检测形状复杂的试件；③可同时检测不同方向的缺陷；④通常表面粗糙度值越低，检测效果越好；⑤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；⑥检测效率低、成本较高；⑦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：①可用于检测各种类型的导电材质；②可检出试件表面和近表面缺陷；③易实现自动化检测，检测效率高；④不适宜检测形状复杂的部件，常用于检测管材和板材；⑤无法显示缺陷图像，因而不能判定缺陷性质；⑥深埋缺陷检出率低（受集肤效应的影响）；⑦不适用于非导电的材料。

2.6其他无损检测技术

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，其内部从不稳定的高能量应力集中状态快速过渡到稳定的低能量状态，在此平衡过程中释放出来的多余能量会以弹性应力波形式表现，从而产生声发射现象，通过分析接收到的声发射信号对声发射源作出评价和判断，其主要用于检测活动性缺陷。

结语：

综上所述，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。

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