无损检测方法在压力容器检验中的应用研究

2022-10-29

作为一种重要承压设备, 压力容器在钢铁、化工、食品、医药、石油等行业都获得了较广泛的应用。在压力容器使用时, 其经常要在高压、高温、剧毒、易燃等恶劣环境条件下工作, 若压力容器出现泄露或爆炸, 则很容易导致灾难性安全事故的发生。而加强压力容器材料检测、提高容器加工与制造水平是避免容器缺陷问题的重要手段。因此, 加强有关压力容器无损检测方法的研究, 对于改善压力容器的检测质量具有重要的现实意义。

一、无损检测方法的应用原则

(1) 应根据检测材料与缺陷特性选择恰当的检测方法, 具体以材质、部件制造方法、使用条件、工作介质、失效模式及缺陷可能种类、形状、取向、部位等作为依据;

(2) 可综合使用多种无损检测方法, 在部分特殊环境中, 可通过多种检测方法进行结果验证分析, 以提高容器缺陷检测的准确性;

(3) 对无损检测要求相对严格的T型接头或角接接头, 在不能使用超声或射线检测时应开展100%的表面检测;[1]

(4) 对于现场组装焊接的压力容器, 在开展耐压试验前应先对焊接头进行表面无损检测;耐压试验完成后要进行局部表面无损检测;如果发现裂纹等缺陷问题应开展补充检测;

二、压力容器无损检验方法

1、磁粉检测方法

磁粉检测方法, 还可称为磁粉探伤法, 其是一种通过磁性材料的磁化性能进行材料检测的方法, 具备较高的检测灵敏度。磁粉检测方法的工作原理为:在检测过程中, 被磁化的磁性工件材料, 其工件表面形成的磁力线因不连续缺陷存在的影响会出现局部畸变, 由此形成漏磁场;此时漏磁场会吸附工件表面的磁粉, 在恰当光照条件下便能发现磁痕, 由此便能检测出工件表面的缺陷位置、形状、严重程度及大小状况等。

磁粉检测方法的优点有:检测过程中不受工件大小、形状等条件的影响;具有较高的灵敏度, 通常其能检测出的裂纹宽度最小可达到微米级, 长度最低可达0.1mm;可明确显示工件缺陷的位置、形状、大小等信息, 在数据分析基础上可进一步判定缺陷性质;工艺流程简单, 具有较高的检测效率及较低的检测成本。其缺点有:当探测深度只有1~2mm时, 仅能检测出工件近表面和表面表面缺陷, 难以判定缺陷的埋深与高度;对检测工件要求较高的表面条件, 不宜存在油脂或附属黏浊物等;仅能对铁磁性材料进行检测, 且并非所有的铁磁性材料均可检测, 需要求工件内铁素在70%以上, 磁导率在300以下, 磁场强度在2500A/m范围内;只有在缺陷同磁场方向夹角在45~90。范围时才能有效实施检测。[2]

磁粉检测方法适用于: (1) 正常使用的压力容器的检测;可检测出压力容器在工作过程中的应力腐蚀或疲劳裂纹等缺陷; (2) 制造过程中的压力容器检测;如焊接时的检测、焊接坡口的检测、锻钢零件的检测、焊缝表面质量的检测等。

2、射线检测

射线检测的基本原理为:射线在穿透工件时, 因工件介质的阻力影响会逐渐减弱, 其减弱的程度主要由射线穿透的介质厚度及工件的阻力系数决定;当工件含有缺陷问题时, 构造缺陷物质的阻力系数与工件基本物质的阻力系数会存在较大差别, 所以射线在穿过工件完好部位及缺陷部位时会表现出不同的射线强度;安置在工件后部的X光感光胶片的感光程度会因射线强度差异而表现出不同, 待胶片处理后, 完好部位及缺陷部位会形成不同黑度的影响, 根据黑度范围及位置, 即可判别工件中缺陷部位及大小。

射线检测的优点为:经过处理的胶片可提供受检工件材料内部缺陷构造出的直观影像, 定量及定性检测的结果准确性较高;对于夹渣、气孔等体积型缺陷问题具有较高的灵敏度;检测结果可长时间保存。此种方法的缺陷有:检测成本较高, 且射线检测人员要做好防护处理, 否则容易造成人体伤害;对于未熔合、裂纹等面积型缺陷, 若检测角度不恰当则很可能会漏检。

作为压力容器无损检测的重要方法, 射线检测适用于对压力容器制造中的焊缝检测。

3、超声波检测

超声波是指频率在20k Hz以上的声波, 在超声波检测中使用的超射波频率一般控制在0.5~5MHz之间。此种声波可按照稳定的方向及速度在材料中传播, 当遭遇声阻抗不同的缺陷或底部异质界面时会发生反射。此种发射过程可用于对被检工件内部缺陷的判别。[3]

超声检测的优点有:检测设备使用方便, 操作的安全性较高, 可提高无损检验的自动化水平;超声波具有较强的穿透性能, 对于夹层、裂纹等平面型缺陷问题具有较高的灵敏性, 且能诊断出缺陷的尺寸大小及深度。此种方法的缺陷有:对于非直观检验结果的诊断需要操作人员具备较高的专业水平和检测经验;对于检测工件表面的光洁度要求较高;对于形状过于复杂的工件检测检测难度较高。

超声波检测通常适用于: (1) 锻件缺陷检测, 锻件内的缺陷通常呈现为线条型或面积型, 因超声波检测技术对于面积型缺陷具有良好的适用性, 所以锻件是超声检测的主要对象; (2) 焊缝缺陷检测, 超声检测能检测出焊缝中存在的未熔合、气孔、未焊透、夹渣、裂纹等基本焊缝缺陷问题; (3) 铸件缺陷检测, 采用超声波对铸件检测过程中超声波可能会受到杂波的不同干扰, 因此其此种方法通常在铸件缺陷检测较低的情况下使用。