特種設(shè)備無損檢測技術(shù)仿真的探討

沈英杰 李贊 朱旭晨

摘要：特種設(shè)備在我們?nèi)粘Ｉ钪休^為常見，和廣大人民群眾生活有著密切的聯(lián)系。因其使用過程中一旦失效，具有較大的危險性，必須要加強(qiáng)對其進(jìn)行檢驗檢測，以及時發(fā)現(xiàn)運(yùn)行風(fēng)險隱患。常見的特種設(shè)備如鍋爐、壓力容器、壓力管道、電梯、起重機(jī)械、客運(yùn)索道、大型游樂設(shè)施、場內(nèi)專用機(jī)動車輛等，這些設(shè)備的安全運(yùn)行關(guān)系到國家發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)情況，其設(shè)計、制造、安裝、改造、修理、檢驗、檢測、使用等環(huán)節(jié)過程都要得到質(zhì)量監(jiān)督控制，而無損檢測是其中最為有效、最關(guān)鍵的檢驗檢測手段。

關(guān)鍵詞：特征設(shè)備;無損檢測;仿真

1 特種設(shè)備無損檢測技術(shù)仿真的必要性

無損檢測作為特種設(shè)備檢驗中最為關(guān)鍵的技術(shù)，不僅是具有成本低、高效率等優(yōu)勢，其可以在不損壞特種設(shè)備的情況下進(jìn)行檢測，所得到的檢測結(jié)果也較為準(zhǔn)確，值得大范圍推廣。近幾年來，無損檢測新技術(shù)在特種設(shè)備中的應(yīng)用不斷增加，相應(yīng)的問題也逐漸突顯出來，一些技術(shù)細(xì)節(jié)需要得到優(yōu)化，尤其是在先進(jìn)技術(shù)發(fā)展水平上和發(fā)達(dá)國家還存在較大差距。無損檢測技術(shù)主要包括以下幾種：射線檢測、超聲檢測、磁粉檢測、滲透檢測、紅外檢測、渦流檢測等等，需要根據(jù)設(shè)備的實際需求，綜合考慮檢測工況特點，選擇出最合理有效的檢測方法。

無損檢測技術(shù)在承壓特種設(shè)備的檢驗檢測中得到了廣泛應(yīng)用，但每種檢驗檢測方法都有其適用條件，如射線檢測RT對金屬焊接缺陷有較高的檢出率和準(zhǔn)確性，顯示直觀，定性定量準(zhǔn)確，而在較大厚度下超聲檢測UT相對檢出率更高，同時對一些面積性缺陷的定量定位明顯優(yōu)于射線檢測，但定性困難;磁粉檢測MT在鐵磁性材料的表面缺陷和近表面缺陷有較高的檢出率;而滲透檢測PT更適合于非多孔性材料的表面開口缺陷的檢驗檢測;渦流檢測ET則是適用于金屬導(dǎo)電材料型材、比如管材的高效檢測。所以在實際應(yīng)用中，還需要針對具體工件和相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)制定科學(xué)有效的檢驗檢測工藝方法。近幾年來，特種設(shè)備中新型材料應(yīng)用不斷增加、設(shè)備結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜，對無損檢測技術(shù)提出了更高的要求，需要在實施檢測前制定出詳細(xì)的檢測工藝，明確其中的檢測要求。

2 特種設(shè)備無損檢測技術(shù)仿真的應(yīng)用

2.1 射線檢測仿真技術(shù)

射線檢測是特種設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛的一種，可以穿透特種設(shè)備和內(nèi)部物質(zhì)發(fā)生作用，穿透物質(zhì)的射線會將被檢測物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、成分信息傳遞給探測器，檢驗檢測人員根據(jù)接收到信息判斷缺陷情況。比如：射線照相檢測技術(shù)利用膠片的黑度反映射線強(qiáng)弱變化，以此判斷缺陷的具體信息。但在這個過程中需要綜合考慮到射線源類型、電壓、電流以及曝光時間、透照方式、焦距、探測器等。尤其是在一些厚度較大、構(gòu)造復(fù)雜的特種設(shè)備中應(yīng)用，需要調(diào)節(jié)的參數(shù)較多，想要將射線源、照射時間等參數(shù)調(diào)整到最佳狀態(tài)極為困難，但是借助仿真軟件可以讓工作效率得到真正的提高，找到最佳檢測參數(shù)。相應(yīng)的信息內(nèi)容也會被永久保存，為下一次的檢測工作提供參考，射線檢測技術(shù)常用在管道對接焊縫缺陷問題檢測上，先利用CIVA建立檢測過程模型，在完成環(huán)境模擬仿真的基礎(chǔ)上，設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，完善配置相應(yīng)的連續(xù)射線譜。需要設(shè)置的參數(shù)包括：單階、計算焦距、選擇透照方式、設(shè)置曝光時間、添加各類型缺陷等，生成高質(zhì)量仿真圖像，進(jìn)而研究不同檢測參數(shù)下對缺陷結(jié)果的影響，優(yōu)化參數(shù)配置，制定出較完善的檢測工藝，切實降低檢測難度、提高效率。

2.2 超聲檢測仿真技術(shù)

超聲檢測也是特種設(shè)備中常見的檢測方式，在檢測焊縫內(nèi)部缺陷和的人力無法接觸的內(nèi)表面裂紋，被檢測材料會將超聲波反射、折射、衍射、散射出去，根據(jù)接收換能器對超聲波信號的處理分析、確定相應(yīng)的缺陷材料信息。作為特種設(shè)備無損檢測技術(shù)中最為成熟的一種，其應(yīng)用較為廣泛，A型超聲波掃描脈沖最為常見。CIVA仿真可以對整個過程進(jìn)行模擬，包括探頭、工件、缺陷。以特種設(shè)備中T型管道焊縫為例，其極容易出現(xiàn)未熔合、未焊透等危險性缺陷，嚴(yán)重威脅著特種設(shè)備運(yùn)行安全。如果想要盡早發(fā)現(xiàn)缺陷，就要根據(jù)檢測面、探頭等參數(shù)進(jìn)行確定，從以往的應(yīng)用經(jīng)驗來看，聲束應(yīng)盡可能與焊縫接頭中的主要缺陷向垂直。這種要求在無形之中增加了工藝難度。但是借助CIVA仿真平臺中可以模擬特殊幾何構(gòu)建內(nèi)超聲波傳播聲場的功能，就可以得到T型管焊縫超聲探頭掃查路徑模擬圖，包括探頭類型、掃查方式，從而及時發(fā)現(xiàn)其中存在的問題。

2.3 電磁檢測仿真技術(shù)

磁粉檢測也是無損方法的一種，其和渦流檢測統(tǒng)稱為電磁檢測，渦流檢測主要是基于電磁感應(yīng)完成的，非常適合導(dǎo)電材料，導(dǎo)體自身各種變化都會引起渦流變化，繼而幫助工作人員更好的判定導(dǎo)體性質(zhì)和狀態(tài)CIVA仿真軟件不僅可以實現(xiàn)內(nèi)部電場仿真，也能夠完成單探頭或者是陣列探頭檢測缺陷的仿真。常見的渦流仿真模塊主要有Field Computation模塊和Defect Response模塊兩種，前者常用于內(nèi)部電磁場進(jìn)行仿真，后者則可以對缺陷響應(yīng)進(jìn)行模擬仿真。但無論是渦流還是磁粉檢測都會受到客觀因素的影響，因此并沒有得到普遍推廣，但是在材料表層或者表面涂層上的檢測時，電磁檢測技術(shù)效果較優(yōu)。目前，在很多管狀材料中應(yīng)用廣泛。但不同特種設(shè)備上管道存在較大差異，因需要根據(jù)不同類型的情況，確定具體的檢測工藝。借助CIVA先建立仿真模型，設(shè)置探頭類型、擺放路徑、掃查路徑、激勵頻率等參數(shù)，進(jìn)而分析缺陷長度、深度等數(shù)據(jù)指標(biāo)，對比分析仿真結(jié)果和實際檢測，找出最佳檢測工藝。隨著陣列探頭技術(shù)不斷成熟，遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)，會在特種設(shè)備檢驗檢測中進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

3 總結(jié)

綜上所述，特種設(shè)備在中國工業(yè)發(fā)展進(jìn)程上發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，加強(qiáng)對這些設(shè)備的質(zhì)量控制，能夠讓工業(yè)得到更好的發(fā)展，強(qiáng)化國民經(jīng)濟(jì)?，F(xiàn)階段，國家特種設(shè)備無損檢測技術(shù)取得了重大進(jìn)展，在此基礎(chǔ)上借助仿真軟件對檢測工藝進(jìn)行指導(dǎo)優(yōu)化開發(fā)，讓各類檢驗檢測標(biāo)準(zhǔn)得到進(jìn)一步完善。CIVA仿真軟件在多種無損檢測方法中都可以得到應(yīng)用，和實際檢測的結(jié)果差異不大，這對完善無損檢測技術(shù)，提高檢測技術(shù)水平具有深厚應(yīng)用價值和助推意義。

參考文獻(xiàn)

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