摘要：目前在我国工业生产中使用的设备主要在于承压特种设备，在这种设备使用之前需要对其自身进行合理的检测。对于这种较为复杂的设备来说，这就需要按照设备自身结构选取合理的检测技术手段。在对承压特种设备进行检验的过程中选取的技术手段主要在于无损检测技术，这项技术手段自身涉及的范围也非常广泛，因此在对设备进行检验的时候需要根据设备自身需求采取适当的检验方法，这对提升设备总体质量起到不可忽视的作用。本文对这项技术进行深入研究，并对其在承特种设备检验过程中的应用进行详细论述。
关键词：无损检测技术；承压特种设备；超声波检测
前沿
我国2013年颁布的《特种设备安全法》规定，特种设备是指对人身和财产安全有较大危险性的锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施、场（厂）内专用机动车辆，以及法律、行政法规规定适用本法的其他特种设备。据统计[1]，截至2015年底，全国在用特种设备有锅炉57.92万台、压力容器340.66万台、气瓶13698万只、压力管道43.63万公里、电梯425.96万台、起重机械210.44万台、客运索道985条、大型游乐设施2.04万台、场（厂）内机动车辆63.02万台。锅炉、压力容器（含气瓶）和压力管道为承压特种设备，它们在运行过程中承受着高温、低温、易燃、易爆、剧毒或腐蚀介质的高压力，具有发生爆炸或泄漏的危险性，一旦发生事故，极易造成群死群伤。
鉴于承压特种设备的上述特点，我国颁布了相关法律、法规、安全技术规范和标准，对承压特种设备的设计、制造（组焊）、安装、使用、检验、修理和改造等环节进行安全监察和严格控制，以确保其安全运行。在承压特种设备各个环节的控制过程中，最被广泛使用的是无损检测技术，因为该技术的最大优点是区别于破坏性试验，可以在保障设备固有性质和原有状态的情况下进行无损伤的检测。以下就针对于这项检测技术和其自身应用做出深入研究。
1承压特种设备无损检测技术
近几年，我国无损检测技术水平有了较快的发展，原有无损检测方法中的新技术层出不穷，新的无损检测技术不断推出和完善。鉴于每种无损检测技术的检测原理不同，其应用也存在很大的差异，因此这就需要对这些检测技术进行全面研究，从而使无损检测技术在承压特种设备检验中得到最佳应用。
1.1射线检测
1.1.1 射线检测的原理
射线(X射线、γ射线和中子射线)能穿透肉眼无法穿透的物质使胶片感光，当射线照射胶片时，与普通光线一样，能使胶片乳剂层中的卤化银产生潜影，由于不同密度的物质对射线的吸收系数不同，照射到胶片各处的射线能量也就会产生差异，便可根据暗室处理后的底片各处黑度差来判别缺陷。
1.1.2 射线检测的能力范围
a）能检测出焊接接头中存在的未焊透、气孔、夹渣、裂纹和坡口未熔合等缺陷；
b）能检验出铸件中存在的缩孔、平杂、气孔和疏松等缺陷；
c）能确定缺陷平面投影的位置、大小以及缺陷的性质；
d）射线检测的穿透厚度，主要由射线能量确定。
1.1.3 射线检测的局限性
a）较难检测出厚锻件、管材和棒材中存在的缺陷；
b）较难检测出T型焊接接头和堆焊层中存在的缺陷；
c）较难检测出焊缝中存在的细小裂纹和层间未熔合；
d）当承压设备直径较大采用γ射线源进行中心曝光法时较难检测出焊缝中存在的面状缺陷；
e）较难确定缺陷的深度位置和自身高度。
1.2超声检测
1.2.1 超声检测的原理
超声检测主要是基于超声波在工件中的传播特性。当对被测物施加超声探头，超声波会由被测物的表面传递到内部，并在内部界面边缘发生反射，利用相关的仪器设备可以采集到反射波数据，并在荧屏上形成脉冲波形，通过反射波形的特点来判定其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。
1.2.2超声检测的能力范围
a)能检测出原材料（板材、复合板材、管材、锻件等）和零部件中存在的缺陷；
b）能检测出焊接接头内存在的缺陷，面状缺陷检出率较高；
c）超声波穿透能力强，可用于大厚度（100mm以上）原材料和焊接接头的检测；
d）能确定缺陷的位置和相对尺寸。
1.2.3 超声检测的局限性
a）较难检测粗晶材料和焊接接头中存在的缺陷；
b）缺陷位置、取向和形状对检测结果有一定的影响；
c）A型显示检测不直观，检测记录信息少；
d）较难确定体积状缺陷或面状缺陷的具体性质。
1.3 磁粉检测
1.3.1磁粉检测的原理
铁磁性工件被磁化后，其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。如果工件中存在不连续性（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），磁力线便会发生畸变，有一部分磁力线会逸出工件表面，穿过空间，形成漏磁场。漏磁场吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小。
1.3.2磁粉检测的能力范围
能检测出铁磁性材料中的表面开口缺陷和近表面缺陷。
1.3.3磁粉检测的局限性
a)难以检测几何结构复杂的工件；
b)不能检测非铁磁性材料工件。
1.4 渗透检测
1.4.1渗透检测的原理
毛细作用是渗透检测技术的基本原理，工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，渗透液能够渗进表面开口的缺陷中；经去除零件表面多余的渗透液后，再在零件表面施涂显像剂，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（紫外线或白光），缺陷处的渗透液痕迹被显示（黄绿色荧光或鲜艳红色），从而探测出缺陷的形貌及分布状态。
1.4.2 渗透检测能力范围
能检测出金属材料中的表面开口缺陷，如气孔、夹渣、裂纹、疏松等缺陷。
1.4.3渗透检测的局限性
较难检测表面过于粗糙、多孔材料。
1.5 涡流检测
1.5.1涡流检测的原理
涡流检测是运用电磁感应原理，将载有正弦电流激励线圈，接近金属表面时，线圈周围的交变磁场在金属表面感应电流（此电流称为涡流）。也产生一个与原磁场方向相反的相同频率的磁场。又反射到探头线圈，导致检测线圈阻抗的电阻和电感的变化，改变了线圈的电流大小及相位，因此，探头在金属表面移动，遇到缺陷或材料、尺寸等变化时，使得涡流磁场对线圈的反作用不同，引起线圈阻抗变化，通过涡流检测仪器测量出这种变化量就能鉴别金属表面有无缺陷或其它物理性质变化，涡流检测实质上就是检测线圈阻抗发生变化并加以处理，从而对试件的物理性能作出评价。
1.5.2 涡流检测的能力范围
a）能检测出金属材料对接接头和母材表面、近表面存在的缺陷；
b）能检测出带非金属涂层的金属材料表面、近表面存在的缺陷；
c）能确定缺陷的位置，并给出表面开口缺陷或近表面缺陷埋深的参考值；
d）涡流检测的灵敏度和检测深度，主要由涡流激发能量和频率确定。
1.5.3涡流检测的局限性
a）较难检测出金属材料埋藏缺陷；
b）较难检测出涂层厚度超过3mm的金属材料表面、近表面的缺陷；
c）较难检测出焊缝表面存在的微细裂纹；
d）较难检测出缺陷的自身宽度和准确深度。
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1.6泄漏检测
1.6.1泄漏检测的原理
泄漏检测的基本原理是利用示漏介质(气体或液体)来判断有无穿壁缺陷(漏孔)存在，并根据示漏介质的漏率（压强差和温度一定时，单位时间内通过漏孔的示漏介质的数量），可以测定漏孔的大小。泄漏检测包括气泡泄漏检测——直接加压技术、气泡泄漏检测——真空罩技术、卤素二极管泄漏检测技术、氦质谱仪泄漏检测——吸枪技术、氦质谱仪泄漏检测——示踪探头技术、氦质谱仪泄漏检测——护罩技术、氨泄漏检测技术、管道声波泄漏检测技术、压力变化泄漏检测技术、热导泄漏检测技术和超声泄漏检测技术等。
1.6.2 泄漏检测的能力范围
a）能检测出压力管道、压力容器等密闭性设备的泄漏部位；
b）能检测出压力管道、压力容器等密闭性设备的泄漏率；
c）泄漏检测的准确度，主要由所采用的泄漏检测技术和检测人员视力确定。
1.6.3泄漏检测的局限性
a）较难检测埋地管道的泄漏率；
b）埋地管道的内外压差对泄漏检测部位和泄漏率的确定影响较大。
1.7衍射时差法超声检测
1.7.1衍射时差法超声检测的原理
衍射现象是衍射时差法超声检测（TOFD技术）采用的基本物理原理，它是一种利用从待检试件内部结构(主要是指缺陷)的“端角”和“端点”处得到的衍射波信号探测和测定缺陷尺寸的一种超声检测方法，其基本特点是采用一发一收探头对工作模式。它利用缺陷端部的衍射波传播时间差来进行缺陷检测和定量，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。
1.7.2 衍射时差法超声检测的能力范围
a）能检测出对接接头中存在的未焊透、气孔、夹渣、裂纹和未熔合等缺陷且检出率较高；
b）能确定缺陷的深度、长度和自身高度；
c）厚壁工件缺陷检测灵敏度较高；
d）检测结果较直观，检测数据可记录和存储。
1.7.3衍射时差法超声检测的局限性
a）较难检测出扫查面表面和近表面存在的缺陷；
b）较难检测粗晶粒焊接接头中存在的缺陷；
c）较难检测复杂结构工件的焊缝；
d）较难确定缺陷的性质。
2承压特种设备无损检测技术的应用
任何一种无损检测技术都不是万能的，每种检测技术都有自己的能力范围和局限性，应在充分保证安全性和合适风险率的前提下，着重考虑其经济性。只有这样，无损检测技术在承压特种设备检验中的应用才能达到预期目的。
2.1承压特种设备原材料、零部件的无损检测技术
承压特种设备受压元件主要有钢板、钢管、锻件、铸钢件、铸铁、紧固件和拉撑件等，由于材料的制造工艺和几何形状不同，需要采用不同的无损检测技术。
2.1.1 承压特种设备用钢板的检测
板厚6mm～250mm的碳素钢、低合金钢制承压特种设备板材一般采用超声检测方法，主要用于发现其在冶炼和轧制过程中产生的白点、裂纹和分层等缺陷。铝及铝合金板材、钛及钛合金板材、镍及镍合金板材和铜及铜合金板材，以及奥氏体不锈钢和奥氏体—铁素体双相不锈钢板材，也可以采用超声检测方法。
对基材厚度大于或等于6mm的不锈钢—钢、钛—钢、铝—钢、镍—钢及铜—钢复合板一般也采用超声检测方法，用于检测复合板基材与覆材界面结合状态。
2.1.2承压特种设备用锻件的检测
承压设备用锻件一般采用超声检测，以发现其危害性气孔、疏松、偏析和夹杂等冶金缺陷。碳钢和低合金钢锻件应安排在热处理后，孔、台等结构机加工前进行检测，检测面的表面粗糙度Ra≤6.3μm；奥氏体钢锻件、奥氏体—铁素体双相不锈钢锻件及镍合金锻件应在热处理后，加工成适合检测外形时进行检测，检测面粗糙度Ra≤6.3μm，检测面应无氧化皮、漆皮、污物等。
2.1.3承压特种设备用钢螺栓坯件的检测
直径大于等于M36承压设备用碳钢和低合金钢螺栓坯件一般采用超声检测，以发现其气孔、疏松、偏析和夹杂等冶金缺陷。奥氏体不锈钢螺栓坯件也可采用超声检测。检测一般应安排在热处理后进行，检测面的表面粗糙度Ra≤6.3μm。
2.1.4承压特种设备用无缝钢管的检测
外径不小于12mm的承压设备用碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢及奥氏体—铁素体双相不锈钢无缝钢管，一般采用超声检测。除非要求检测横向缺陷时，一般可只对纵向缺陷进行检测。经供需双方协商，纵向或横向缺陷的检测也可只在钢管的一个方向上进行。
对于金属管材一般采用涡流检测方法，以发现其表面和近表现缺陷，而无缝钢管也可采用液浸法或接触法超声波检测来发现纵向缺陷；对于铸铁件通常采用射线检测，以发现其气孔和疏松缺陷；
2.2承压特种设备生产过程无损检测技术
特种设备制造过程中应用无损检测技术的主要目的是控制加工成型和焊接的质量。采用的无损检测方法为对材料坡口进行磁粉或参透检测以及对焊接接头进行的射线、超声、磁粉或渗透检测。特种设备的焊接接头包括对接焊缝和角焊缝。对接焊缝一般要求进行射线检测或超声检测，根据所用钢板厚度、材料强度、工作介质、工作压力或载荷、焊缝系数和制造工艺等的不同，检测比例分为100%检测和局部抽查。一般对承压类特种设备的对接焊缝采用射线或超声检测方法，角焊缝需按标准规定采用磁粉或渗透方法检测。机电类特种设备一般使用磁粉和渗透表面检测方法，对于一些大轴等重要部件采用超声检测方法，对一重要焊缝采用射线检测方法。目前，由于焊接气瓶和锅炉管的生产采用流水线作业，并且需要大量的射线检测，因此X射线实时成像检测技术在焊接气瓶和电站锅炉制造企业得到大量应用。这些方法使用的无损检测仪器、设备和器材，国内制造商提供的产品基本能够满足要求。
2.3在用承压特种设备无损检测技术
2.3.1在用设备检验用无损检测技术
特种设备在用检验分为不停止运行的外部检验和停止运行后的全面检验，根据不同设备的特点，检验周期也不相同。该过程的检验重点是设备在运行过程中受介质、载荷和温度等因素的影响而产生的腐蚀、冲蚀、应力腐蚀开裂、磨损、疲劳开裂和材料劣化等缺陷，因此除目视检测外需采用多种无损检测方法。由于特种设备的检测多在设备安装使用的现场进行（除移动式特种设备外），受检测条件的限制，故采用的无损检测技术为适用于现场应用的技术，采用的无损检测仪器均为适用于现场检测的便携式仪器。
2.3.2在线检测用无损检测技术
特种设备的在线检测是在不停机情况下进行的，因此设备的表面带有防腐涂层，对于高温设备还有较厚的保温层，对于承压设备内部还有在一定压力和温度下工作的易燃、易爆介质，因此常规无损检测技术一般不适用于特种设备的在线检测。对特种设备进行在线检测的目的主要是发现表面裂纹和内部腐蚀等缺陷，近十年国外的技术引进和国内研究表明，目前已经成熟并采用的技术有声发射检测，基于复平面分析的涡流检测、脉冲涡流检测、漏磁检测、红外检测和磁记忆检测等。
3结语
当前，承压类特种设备无损检测技术已经十分普遍，多样化的无损检测技术对于保证承压类特种设备的安全有着十分重要的意义。但是，各种无损检测技术本身都存在着一定的局限性，在实际使用过程中也会受材料和结构影响，导致检测结果并不能完全准确。所以，在承压类特种设备检测中，需要根据实际情况在最佳时机选用最适当的无损检测技术，通过综合检测的方式，进行全面系统的分析和判断，最大程度地保证检测结果的真实可靠。
参考文献
[1] 质检总局办公厅，质检总局关于2015年全国特种设备安全状况情况的通报，质量监督检验检疫情况通报，2016（21）.
[2]赵毅,张钺.超声波无损检测技术在钢管检测中的应用[J].中国新通信,2012,(17).
[3]瞿涛.承压类特种设备无损检验技术综合论述[J].企业技术开发.2014（01）.
[4]柴子昂.浅析承压类特种设备无损探伤技术及其应用[J].科技视界.2014（20）.
论文作者:詹英
论文发表刊物:《防护工程》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/24
标签：缺陷论文; 检测技术论文; 特种设备论文; 超声论文; 射线论文; 表面论文; 涡流论文; 《防护工程》2017年第7期论文;