承壓設(shè)備內(nèi)部檢驗(yàn)檢測方法的討論.

1、承壓設(shè)備內(nèi)部檢驗(yàn)檢測方法的討論中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 四川綿陽 621000 ） 摘 要：針對承壓類特種設(shè)備內(nèi)部表面缺陷和表面狀況，本文對超聲波檢測、聲發(fā)射檢測、 內(nèi)窺鏡宏觀檢查等方法的適應(yīng)性、可靠性進(jìn)行了分析和討論。 關(guān)鍵詞：承壓設(shè)備；內(nèi)部；檢測；方法；討論0 前言 承壓類特種設(shè)備（以下簡稱：承壓設(shè)備）內(nèi)部通常直接或間接接觸高溫、高壓、深冷、應(yīng) 力循環(huán)、腐蝕等長期作用，使用條件較承受大氣腐蝕為主的外部惡劣，易產(chǎn)生各類新生缺 陷。因此在制造、在役定檢和運(yùn)行中監(jiān)控過程中，針對其內(nèi)部的檢驗(yàn)檢測十分重要。相關(guān) 法規(guī)中的外觀檢查均要求檢查承壓設(shè)備內(nèi)、外部的完好情況。但由于周期、現(xiàn)場條件、結(jié) 構(gòu)以及

2、連續(xù)運(yùn)行時(shí)不能任意停車等原因，很多情況下只能在外部開展適當(dāng)?shù)臋z驗(yàn)檢測。容 檢規(guī) 1 就要求：外觀檢查時(shí)以發(fā)現(xiàn)容器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的缺陷為重點(diǎn)，對于內(nèi)部無法 進(jìn)入的容器應(yīng)當(dāng)采用內(nèi)窺鏡或者其他方法進(jìn)行檢查；對于無法進(jìn)入內(nèi)部檢查的壓力容器， 應(yīng)當(dāng)采用可靠檢測技術(shù)（例如內(nèi)窺鏡、聲發(fā)射、超聲檢測等）從外部檢測內(nèi)表面缺陷。通 常，重點(diǎn)包括：局部、針孔、腐蝕；裂紋、未焊透等內(nèi)表面缺陷；變形、凹坑等表面形狀 缺陷；以及涂層、復(fù)合層等表面狀況等。對于這些表面缺陷和狀況，適用于從外部檢測、 具有一定的適用性和可靠性的方法包括：內(nèi)窺鏡目視檢查，超聲（ UT）、聲發(fā)射（ AET）、 射線（ RT）以及電磁、導(dǎo)波等檢測

3、方法。本文主要針對上述方法進(jìn)行分析、比較和討論。1 內(nèi)窺鏡檢查目視檢測（ VT）是以肉眼或通過適當(dāng)器械觀察被檢件表面來發(fā)現(xiàn)缺陷的檢測方法。內(nèi)窺鏡 檢查屬于 VT，其是利用光學(xué)成像裝置來檢查肉眼無法直接觀察到的試件表面， 其按結(jié)構(gòu)分 為剛性和柔性、按成像方式分為光學(xué)和視頻。其中，剛性內(nèi)窺鏡適用于觀察者和觀察區(qū)之 間是直通道的場合，插入部分可全防水；而視頻內(nèi)窺鏡有分辨力高、景深范圍大、成像質(zhì) 量高、色彩真實(shí)、無蜂房影像和黑白點(diǎn)混成灰色效應(yīng)等特點(diǎn)。其特點(diǎn)是簡單、快速，可進(jìn)行缺陷的定性和定量檢查。但受檢查人員素質(zhì)、被檢對象及表 面狀況、視距視向、光學(xué)儀器和照明等方面的影響。通常，檢查人員應(yīng)擁有適當(dāng)?shù)募?/p>

4、能、 經(jīng)驗(yàn)和知識，視力合格；被檢對象的距離、缺陷尺寸、進(jìn)口尺寸、被檢對象形狀尺寸、被 檢對象的景深、視距視向等因素均是應(yīng)充分考慮；被檢對象表面涂層或銹蝕、氧化皮、不 規(guī)則、粗糙度、污染物應(yīng)不影響缺陷指示；儀器類型應(yīng)滿足檢測靈敏度要求；照明光源一 般采用冷光源的鹵素?zé)?、高亮度的氙光源或黑光燈，對可見光照度?yīng)至少在 500 lx 以上2 。其適用范圍為：內(nèi)部表面無涂層、內(nèi)件、堆積物、附著物等影響對表面的觀察時(shí)，結(jié)構(gòu)觀 察孔等能夠允許探頭進(jìn)入的部位；探頭長度、彎度、屈伸可及的觀察區(qū)域和部位；內(nèi)窺鏡 鏡頭、記錄顯示器和肉眼的組合分辨力所能夠分辨的缺陷。 典型應(yīng)用包括： 結(jié)構(gòu)中的異物、 內(nèi)部部件檢查；檢

5、查管道等結(jié)構(gòu)的內(nèi)部狀況檢查；檢查結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的腐蝕和結(jié)垢、凹坑和 裂紋等缺陷及表面狀況檢查；難于或無法接近的部位檢查。其局限性為：僅限于表面檢查；被檢表面要求較高；范圍不寬，某些部位仍難于檢查；漏 檢率較高、準(zhǔn)確性低；缺陷識別較困難。2 聲發(fā)射檢測 AET是指在加載和保載過程中，利用已有缺陷或應(yīng)力集中部位產(chǎn)生塑性變形或裂紋開裂擴(kuò) 展時(shí)應(yīng)變能瞬態(tài)釋放而發(fā)生彈性波的現(xiàn)象，來檢測、推斷與評價(jià)在應(yīng)力作用下聲發(fā)射源的 材料變形與裂紋擴(kuò)展等的性質(zhì)和狀態(tài)的一種無損評價(jià)方法。其特點(diǎn)是：能夠探測到來自被 檢物本身的能量，屬動(dòng)態(tài)檢測；對線性缺陷較為敏感；能夠?qū)Y(jié)構(gòu)整體的缺陷活動(dòng)狀況進(jìn) 行探測和評價(jià)；承載時(shí)能預(yù)防災(zāi)難

6、性失效并限定最高載荷；在役檢驗(yàn)時(shí)能縮短檢驗(yàn)周期。 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種承壓設(shè)備和海洋石油平臺(tái)的檢測和結(jié)構(gòu)完整性評價(jià)；常壓貯罐底部、 各種閥門、埋地管道、高壓蒸汽汽包、管道的泄漏監(jiān)測；設(shè)備運(yùn)行狀況監(jiān)測；變壓器局部 放電檢測；材料性能測試等；大型結(jié)構(gòu)的裂紋開裂擴(kuò)展連續(xù)監(jiān)視等；加工過程的監(jiān)測等領(lǐng) 域3 。承壓設(shè)備 AET適用于：對安全危害性大的缺陷活動(dòng)性監(jiān)測、結(jié)構(gòu)完整性評價(jià)、缺陷在線監(jiān) 控及預(yù)報(bào)、整體或大范圍快速檢測、 難于或不能接近的環(huán)境下的檢測以及形狀復(fù)雜的構(gòu)件。 主要適用范圍有：結(jié)構(gòu)完整性評價(jià)：在加載時(shí)可對整個(gè)設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行 AET監(jiān)測并確定缺陷所在位置，在最大 載荷下如果沒有觀測到聲發(fā)射信號，就

7、可以確定沒有正在發(fā)展的裂紋等，如在最大載荷之 前就出現(xiàn)大量來自裂紋形成或擴(kuò)展的聲發(fā)射信號，則反映結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在危險(xiǎn)缺陷，應(yīng)確定 其位置并采用其它 NDT方法復(fù)查、評定和檢修。通常復(fù)查結(jié)果與聲發(fā)射源有良好對應(yīng)關(guān)系。 如對 P350V50車載無縫氣瓶進(jìn)行了 AET4 ：黃油耦合磁性緊固、線定位、氣壓試驗(yàn)壓力 36.5MPa、門檻電平 40dB。經(jīng)檢測均未發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)聲發(fā)射活動(dòng)源，經(jīng)測厚、外觀、 20%UT抽 查與上述結(jié)果相符，可以繼續(xù)安全使用?？芍?dāng)沒有發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)聲發(fā)射活動(dòng)源時(shí)，AET相對于常規(guī) NDT方法能顯著縮短周期、節(jié)約經(jīng)費(fèi)。 超標(biāo)缺陷活度監(jiān)測與評價(jià)：對局部結(jié)構(gòu)或已知缺陷活度進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，對于平面定位

8、僅需 4 個(gè)、對于線定位僅需 2 個(gè)探頭布點(diǎn)，儀器要求不高，且因局部結(jié)構(gòu)或已知缺陷狀況明確， 可事先排除大部分噪聲源，并提取適當(dāng)?shù)穆暟l(fā)射信號特征，故檢測結(jié)果具有較高的可靠性 和準(zhǔn)確性。如采用科海恒生公司的 CFAE2001聲發(fā)射檢測儀、 150KHz窄帶探頭，對材質(zhì)為 16Mn的中壓氣罐 AET5 ：真空脂耦合磁性緊固、 4探頭面定位、水壓 3.15MPa、門檻40dB。 經(jīng)特征參數(shù)檢測， 80105#的 D2焊縫缺陷為強(qiáng)活度、弱強(qiáng)度的 D級源，需修復(fù)或進(jìn)行安全 評定后方可使用； 80106#的 C5焊縫缺陷為弱活度、弱強(qiáng)度的 B 級源，需監(jiān)護(hù)使用。上述 缺陷經(jīng)安全評定，剩余壽命均達(dá) 20 年

9、以上?？芍槍ΤＲ?guī)無損檢測已檢出的缺陷， AET 通常具有較高的可靠性和準(zhǔn)確性。缺陷監(jiān)護(hù)控制：對于重要、大型、關(guān)鍵承壓設(shè)備， AET還能夠在運(yùn)行中連續(xù)或斷續(xù)對較為 嚴(yán)重的超標(biāo)危害性缺陷進(jìn)行監(jiān)護(hù)控制和結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位失效的早期預(yù)報(bào)。AET還可對腐蝕等缺陷進(jìn)行監(jiān)測。AET能夠采用線定位、面定位、區(qū)域定位、符合鑒別、位置標(biāo)定等方法確定聲發(fā)射源的部 位。對聲發(fā)射源，通常需用其它無損檢測方法進(jìn)行局部復(fù)檢，以準(zhǔn)確確定缺陷的性質(zhì)與大 小，因此 AET是傳統(tǒng) NDT方法的一種新的補(bǔ)充手段。現(xiàn)有 AET標(biāo)準(zhǔn)相互配套，基本上滿足 了工程實(shí)際需要， 主要有： GB/T18182-2000金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結(jié)果評

10、價(jià)方法 、 GJB2044-1994鈦合金壓力容器檢測方法、 JB/T6916-1993 在役高壓氣瓶聲發(fā)射檢測 和評定方法等。AET的局限性包括：干擾因素眾多，聲發(fā)射特性對材料甚為敏感，又易受到機(jī)電噪聲的干 擾，其它影響（如內(nèi)件、附著層等）也十分明顯，因而對檢測數(shù)據(jù)的正確解釋要有相當(dāng)豐 富的現(xiàn)場檢測經(jīng)驗(yàn)；因 Kaiser 效應(yīng)，需對結(jié)構(gòu)適當(dāng)加載，一般結(jié)合耐壓試驗(yàn)進(jìn)行；所發(fā) 現(xiàn)聲發(fā)射源，仍需依賴于 UT、RT、 MT等其它無損檢測方法進(jìn)行定量定性。3 超聲檢測廣義地講， UT一般是指超聲波與試件相互作用，就反射、透射和散射的波進(jìn)行研究，對試 件進(jìn)行宏觀缺陷檢測、幾何特征測量、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能

11、變化的檢測和表征，并進(jìn)而對 其特定應(yīng)用性能進(jìn)行評價(jià)的技術(shù) 6 。一般認(rèn)為， UT主要包括針對宏觀缺陷檢測的超聲波 探傷，以及針對幾何特征測量的超聲波測量技術(shù)兩類。3.1 超聲波探傷 其特點(diǎn)是：可用于金屬、非金屬、復(fù)合材料制件的無損評價(jià)，應(yīng)用范圍廣；對確定內(nèi)部缺 陷的大小、方位、取向、埋藏深度、性質(zhì)等參數(shù)較其它 NDT方法具有明顯的綜合優(yōu)勢；僅 需從一側(cè)接近試件，適用于外表面檢測結(jié)構(gòu)內(nèi)表面缺陷狀況和幾何特征檢測；對人體及環(huán) 境無害，采用便攜式設(shè)備時(shí)，可方便開展野外、高空、狹小空間等的現(xiàn)場檢測；采用數(shù)字 式設(shè)備時(shí)，所用參數(shù)設(shè)置及有關(guān)波形均可存儲(chǔ)記錄。 由于應(yīng)用條件等的因素，最常用的從外部檢測內(nèi)表面

12、缺陷的可靠NDT是 UT方法。主要有：單探頭、雙斜探頭和多探頭的橫波、縱波、變型橫波斜射法；單直、聯(lián)合雙直和雙直探頭 的一次、二次和多次回波法等。 對于承壓設(shè)備，其適用于：對接、角接焊接接頭檢測；堆焊層檢測；管道環(huán)向?qū)雍附咏?頭檢測；螺柱檢測；在役新生缺陷檢測與監(jiān)護(hù)；缺陷尺寸定量檢測；缺陷類型識別和性質(zhì) 估判等領(lǐng)域。典型應(yīng)用： 內(nèi)部埋藏缺陷檢測： 通常采用單探頭或雙探頭在外焊縫兩側(cè)進(jìn)行一次波或二次波探測縱向 缺陷；采用一種（或二種） K 值探頭在外焊縫兩側(cè)作 10°斜平行掃查探測橫向缺陷；要求 較高時(shí)，應(yīng)磨平焊縫加強(qiáng)高，直接在焊縫上掃查；通常，中厚板焊縫采用深度定位，薄板 焊縫采用

13、水平區(qū)域定位。 內(nèi)表面缺陷檢測：對于裂紋、根部未焊透和未熔合、內(nèi)凹、形狀缺陷、針孔腐蝕、發(fā)紋、 加工損傷以及堆焊層內(nèi)缺陷、未接合和堆焊層下母材再熱裂紋等內(nèi)表面缺陷，可采用橫波 斜探頭、縱波單直探頭進(jìn)行周向和軸向掃查。一般均需要采用與攻堅(jiān)材質(zhì)相同或聲學(xué)特征 相近的材料制作對比試塊。無縫鋼管、水晶斧等的檢測可按照J(rèn)B/T4730.3 、GB/T5777等標(biāo)準(zhǔn)，針孔腐蝕等也可參照檢測。缺陷性質(zhì)的定性檢測： 檢測人員應(yīng)有較為熟練的經(jīng)驗(yàn)， 宜使用數(shù)字儀、 采用兩種以上探頭。 應(yīng)在區(qū)分不同反射特征的回波動(dòng)態(tài)波形的基礎(chǔ)上，根據(jù)前后、左右、轉(zhuǎn)動(dòng)和環(huán)繞多種掃查 方式，對各種超聲信息進(jìn)行綜合評定來識別區(qū)分點(diǎn)狀、線

14、狀、體積狀、平面狀、多重缺陷 的性質(zhì)，并依據(jù)工件結(jié)構(gòu)與坡口形式、 母材與焊材、 焊接方法和焊接工藝、 缺陷幾何位置、 缺陷最大反射回波高度、缺陷定向反射特性、缺陷回波靜態(tài)波形、缺陷回波動(dòng)態(tài)波形等進(jìn) 行缺陷性質(zhì)估判。定性檢測方法可參照 JB/T4730.3 附錄 L。UT還能夠應(yīng)用于氫損傷檢測 6,P1024 ：對在高溫下暴露在高壓氫氣環(huán)境下的鋼，氫損傷 發(fā)生在設(shè)備內(nèi)壁表面。由于氫損傷造成縱波、橫波速度下降，對10MHz的超聲縱波，速度下降 10%，衰減約增加 42dB/ mm，反向散射幅度增加 21dB?？刹捎盟p法探測氫損傷，而 速度變化測量能夠反映氫損傷程度信息。 對于厚壁部位宜采用直射法

15、測量速度比和反向散 射，對于管道，宜檢測其縱波或橫波的速度減小。UT的局限性包括：對材料及制件缺陷作精確的定性、定量表征仍需作深入研究；通常需要 通過耦合來實(shí)現(xiàn)換能器與試件的聲學(xué)接觸；對形狀復(fù)雜試件的應(yīng)用有限制。3.2 超聲測量技術(shù) 針對幾何特征測量的超聲測量技術(shù)適用于： 剩余壁厚檢測：一般采用數(shù)字式測厚儀，其精度一般為，k 為通常取 0.5 或 1.0 的系數(shù)；T為壁厚； 為數(shù)字儀讀數(shù)誤差，一般為 0.1mm。對于采用超聲探傷儀測厚，需要校準(zhǔn)始 波偏移和比例，其精度較低。測厚時(shí)，均應(yīng)對大于和小于 T 的兩點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)。 缺陷尺寸的定量檢測：針對缺陷沿壁厚方向上的自身高度或其它尺寸進(jìn)行，常采用端

16、點(diǎn)反 射法、端點(diǎn)衍射法、半波高度法、 20dB 降低法、當(dāng)量面積法等。其中，端點(diǎn)反射法和端點(diǎn) 衍射法檢測數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，精度約達(dá)到± 1mm量級；半波高度法等適應(yīng)面廣，但有系統(tǒng)誤 差，應(yīng)修正。定量檢測人員應(yīng)有較為熟練的經(jīng)驗(yàn)；檢測面應(yīng)平整以便耦合良好；宜用數(shù)字 儀、深度定位、直射波、球面點(diǎn)聚焦、小前沿斜探頭；應(yīng)采用與工件相同或相近材料制作 的對比試塊進(jìn)行精度校驗(yàn)。要求可參照 JB/T4730.3 附錄 Ik 。 超聲測量技術(shù)還能夠進(jìn)行內(nèi)表面復(fù)合層測厚、內(nèi)部介質(zhì)流速測定、液位測定等。4 其它方法的應(yīng)用4.1 RTRT是利用 X 射線、射線等在穿透物體過程中受到吸收和散射而衰減的性質(zhì)， 在感

17、光材料上 獲得與材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷相對應(yīng)的黑度不通的圖像，從而檢測出物體內(nèi)部缺陷的種類、 大小、分布狀況并做出評價(jià)的檢測方法。其特點(diǎn)是檢測結(jié)果顯示直觀、可以長期保存；檢 測技術(shù)和檢驗(yàn)工作質(zhì)量可以監(jiān)測。其應(yīng)用范圍包括質(zhì)量檢驗(yàn)、測量厚度、物品檢查、動(dòng)態(tài) 研究等領(lǐng)域，適用于所有金屬或非金屬材料。其局限性包括：檢測成本較高；對體積性缺 陷敏感，對線性缺陷有方向性限制；需考慮安全防護(hù)問題；受所使用的射線源和最大可行 的曝光時(shí)間的限制，檢測厚度受到一定限制。典型應(yīng)用： RT作為針對工件內(nèi)部埋藏缺陷的檢測方法， 對于壁厚滿足射線檢測儀器穿透能 力、直徑等要求的承壓設(shè)備，如管道、中小直徑容器等，當(dāng)采用雙壁透照

18、法時(shí)，能夠有效 檢測其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)表面的體積性和部分面狀缺陷，如內(nèi)部凹坑、根部咬邊、局部針孔腐 蝕、未焊透等。為了確定缺陷深度尺寸，可采用槽型對比試塊通過黑度比較檢測出深度尺 寸。4.2 壓力試驗(yàn) 壓力試驗(yàn)是用水或其它適宜的液體(或氣體)作為加壓介質(zhì)，在設(shè)備內(nèi)施加一個(gè)高于其最 高工作壓力的試驗(yàn)壓力，檢查其有無泄漏、明顯的塑性變形或其它缺陷。其目的是：檢驗(yàn) 受壓部件的強(qiáng)度、改善存在的缺陷處的受力狀況、消除應(yīng)力集中、發(fā)現(xiàn)某些潛在的缺陷以 保證設(shè)備的安全使用。 但一次薄膜應(yīng)力應(yīng)不得超過試驗(yàn)溫度下材料屈服極限的 90%(液壓， 氣壓時(shí)為 80)，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行溫度修正、 加壓介質(zhì)溫度、 Cl 量的控制。

19、 對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 不允許進(jìn)入、 常規(guī)檢驗(yàn)檢測無法開展時(shí)， 如氣瓶、壓力管道、小型壓力容器、鍋爐等領(lǐng)域， 壓力試驗(yàn)得到廣泛應(yīng)用。實(shí)際上，在所有承壓設(shè)備的檢驗(yàn)中，壓力試驗(yàn)也是傳統(tǒng)的、十分 重要的內(nèi)部檢驗(yàn)手段。4.3 漏磁和低頻磁軛磁粉檢測 漏磁場檢測可應(yīng)用于地埋油氣管線、鋼絲繩、螺紋檢測等的檢測，采用漏磁技術(shù)的" 管道豬" 能夠可靠的檢測出為壁厚 510的缺陷，檢測的壁厚范圍可達(dá) 30mm。低頻磁軛磁粉檢 測采用可控硅控制等獲得低于工頻的低頻交變磁場，既有針對一定的穿透能力，又有利于 磁粉的有效遷移，能夠有效檢測出埋藏深度達(dá) 68mm的未焊透缺陷 6,P494 。4.4 帶保溫

20、層承壓設(shè)備的檢測 能源與化工部門的承壓設(shè)備涂裝有防腐層與保溫層，帶防腐層與保溫層的檢測技術(shù)包括： 采用非接觸式的可檢出 100mm厚保溫層下腐蝕狀況的脈沖或低頻渦流檢測技術(shù)；可檢測帶 保溫層小管的鐵磁性材料磁伸縮聲發(fā)射檢測技術(shù)； 用于檢測直徑 300mm以下管道的腐蝕與 裂紋的低頻( 50500kHz)超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)；鋼管與焊縫腐蝕或裂紋的漏磁檢測技術(shù)等 7 。5 綜述 針對承壓設(shè)備內(nèi)部缺陷、表面狀況和結(jié)構(gòu)：1) 內(nèi)窺鏡檢查簡單、快速，但受表面狀況、觀查范圍等的限制；2) AET能對結(jié)構(gòu)整體、缺陷進(jìn)行評價(jià)、監(jiān)測，但不適用于內(nèi)部表面狀況、結(jié)構(gòu)的檢測，需 加載，干擾眾多，技術(shù)經(jīng)驗(yàn)要求較高，發(fā)現(xiàn)源時(shí)還需常規(guī)無損檢測復(fù)驗(yàn)；3) UT 具有最廣泛的適應(yīng)性，但定量定性有難度，結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)應(yīng)用受限；4) RT具有一定的適應(yīng)性，但不適用于內(nèi)部表面狀況、線性缺陷檢測，且受結(jié)構(gòu)、厚度、 成本等的影響；5）耐壓試驗(yàn)適應(yīng)范圍廣，是十分重要的內(nèi)部檢驗(yàn)手段；6）在某些情況下，也可采用漏磁、低頻磁軛、導(dǎo)波等檢測技術(shù)進(jìn)行內(nèi)部檢測。參考文獻(xiàn)1 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局 .TSGR7001-2004壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則， 20042 李家偉等編 . 無損檢測手冊，北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2002.1 ，P5853 沈功田等