無損檢測技術(shù)在特種設(shè)備檢驗中的應(yīng)用與分析

戴西斌，左萬君，吳昌玉

（江西省檢驗檢測認(rèn)證總院特種設(shè)備檢驗檢測研究院，江西南昌 330052）

0 引言

隨著特種設(shè)備需求量快速增加，再加上設(shè)備檢驗過程中的復(fù)雜性和特殊性，需采用更加科學(xué)合理的檢測技術(shù)來加強設(shè)備檢驗力度，以精細(xì)化、自動化和全面化作為檢測技術(shù)發(fā)展方向，對特種設(shè)備安全事故進(jìn)行有效預(yù)防和控制。目前，就檢測效果而言，在不破壞檢測對象原有的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和狀態(tài)的提前下，無損檢測技術(shù)是一種重要的檢驗手段，可以實現(xiàn)對設(shè)備內(nèi)部整體狀況的全面高精度檢測，高效、精準(zhǔn)地找出設(shè)備存在的缺陷及隱患，從而有效提高檢驗質(zhì)量，及時把控設(shè)備使用狀況，保障特種設(shè)備安全運轉(zhuǎn)[1]。

與其他檢測技術(shù)相比，無損檢測技術(shù)是利用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)手段，非破壞性地對設(shè)備進(jìn)行全面系統(tǒng)性檢測，并針對性地對設(shè)備表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷引發(fā)的電、光、熱和聲等現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與綜合性評價，可以多角度地把控特種設(shè)備檢驗質(zhì)量，具有高可靠性、高精度、高效率等特點[2]。無損檢測技術(shù)的應(yīng)用分析，還可以進(jìn)一步優(yōu)化和創(chuàng)新特種設(shè)備制造技術(shù)，因此該檢測技術(shù)在一定程度上也反映了一個國家的工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展水平[3]。

1 特種設(shè)備無損檢測技術(shù)的應(yīng)用特點

1.1 應(yīng)用無損檢測技術(shù)的必要性

隨著特種設(shè)備在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，以及特種設(shè)備本身具有的高危性、封閉性、涉及生命安全等特點，經(jīng)過長期使用設(shè)備會有不同程度的損傷，積累到一定程度可能會出現(xiàn)災(zāi)難性的安全事故，因此需及時有效地檢驗出設(shè)備存在的缺陷和質(zhì)量問題，并進(jìn)一步采取相關(guān)措施確保設(shè)備安全穩(wěn)定運行[4]。傳統(tǒng)的損傷檢測技術(shù)是將特種設(shè)備完全拆卸，借助物理或化學(xué)無損技術(shù)對拆卸后的設(shè)備缺陷進(jìn)行探測和發(fā)現(xiàn)，不僅會損壞設(shè)備，且檢測準(zhǔn)確性、精度及效率較低，無法達(dá)到當(dāng)前特種設(shè)備檢驗的預(yù)期效果。而無損檢測技術(shù)以非損壞性特點為前提下，采用科學(xué)的物化手段，不僅能檢測、定位設(shè)備的缺陷，還能對設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)、運行狀態(tài)進(jìn)行分析和識別，通過數(shù)據(jù)分析和圖像技術(shù)可以全面綜合性評價缺陷對設(shè)備的影響程度，從而提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和時效性[5]。該技術(shù)在檢測效率、準(zhǔn)確率、適用性等方面具有明顯優(yōu)勢，因此對提高檢驗質(zhì)量和保障特種設(shè)備安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

1.2 無損檢測技術(shù)的優(yōu)勢

與其他類型的檢測技術(shù)相比，無損檢測技術(shù)可貫穿于特種設(shè)備原材料、制造工藝和使用運行整個環(huán)節(jié)，具有較為突出的優(yōu)勢，因此在特種設(shè)備檢驗領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下4 個方面：

（1）非破壞性。整個檢測過程中不會拆卸和損壞特種設(shè)備，能夠保證被檢測對象結(jié)構(gòu)與性能的完整性，從而有效提高檢測的準(zhǔn)確性和效率[6]。與傳統(tǒng)的損傷檢測技術(shù)相比，非破壞性是該技術(shù)極為典型的優(yōu)勢。

（2）全面性。整個檢測過程中會嚴(yán)格依照檢測規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)合理地篩選檢測設(shè)備、檢測技術(shù)和檢測人員，把定位和分析設(shè)備缺陷的需求當(dāng)作著力點，對于容易被忽視的檢測盲區(qū)，根據(jù)檢測對象結(jié)構(gòu)與性能特征，采用多種檢測方法進(jìn)行補充檢測，從而達(dá)到全方位檢測的效果，使檢測結(jié)果更具參考性[7]。

（3）全程性。在特種設(shè)備自身特殊性和復(fù)雜性的整體環(huán)境下，在不破壞檢測對象原有完整性的提前下，該技術(shù)不管是針對原材料、制造工藝還是對處于運行狀態(tài)設(shè)備的檢測，均呈現(xiàn)較強的適用性，可貫穿特種設(shè)備檢驗的整個過程[8]，檢測范圍十分廣泛，有利于識別設(shè)備結(jié)構(gòu)損傷、失效機理，綜合分析運行時間對設(shè)備質(zhì)量的累計影響，具有全程保障檢測質(zhì)量的優(yōu)勢。

（4）互容性。對于相同待測物，根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)與性能特征，在整個檢測過程中可采用多種技術(shù)進(jìn)行重復(fù)檢測，互相驗證多種技術(shù)的檢測結(jié)果，從而使檢測結(jié)果更具準(zhǔn)確性[9]。

2 特種設(shè)備無損檢測技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

在特種設(shè)備檢驗中廣泛應(yīng)用的無損檢測技術(shù)有射線檢測、磁粉檢測、超聲波檢測、渦流檢測、紅外線檢測、滲透檢測等，各有其長處和應(yīng)用范圍。在開展檢測之前，需結(jié)合被檢測設(shè)備的屬性和應(yīng)用環(huán)境，根據(jù)實際需求選擇科學(xué)合理的檢測技術(shù)和時機，充分發(fā)揮無損檢測技術(shù)的優(yōu)勢，保障特種設(shè)備安全穩(wěn)定運行[10]。

（1）射線檢測技術(shù)。射線檢測技術(shù)在特種設(shè)備檢測中應(yīng)用較為廣泛，其工作原理是被測物可對不同射線產(chǎn)生差異化吸收和散射，在光量子穿透設(shè)備后，借助電子信息技術(shù)，以膠片作為記錄載體獲取光圖信息，可直觀的通過光圖分析判定設(shè)備具體缺陷問題[11]。現(xiàn)階段X 射線檢測技術(shù)應(yīng)用最廣，適用于各種鑄鋼件熔化焊的對接、角接焊縫，能有效檢測及定位承壓類特種設(shè)備的內(nèi)部缺陷。其優(yōu)點是對材料厚度不大于200 mm 的特種設(shè)備氣孔、夾渣等缺陷檢出率較高，且能直觀發(fā)現(xiàn)缺陷的數(shù)量、尺寸和位置[12]；缺點是檢測裂紋類缺陷時，光圖數(shù)據(jù)穩(wěn)定性差、檢測設(shè)備成本較高、檢測速率也較慢、檢測材料具有局限性，檢測過程中射線也會對人體有危害和污染環(huán)境。

（2）磁粉探傷技術(shù)。磁粉探傷技術(shù)的工作原理是，鐵磁性被測物被磁化后，其近表面的夾雜物、裂紋和未焊透等缺陷處會產(chǎn)生漏磁場現(xiàn)象，形成畸變不連續(xù)性的磁力線，使施加在設(shè)備表面有顏色的磁粉被大量吸附，進(jìn)而直觀呈現(xiàn)出被測物缺陷的具體位置[13]。磁粉探傷技術(shù)具有操作簡單、設(shè)備成本較低、檢測效率較快和靈敏度較高等優(yōu)點，但也具有局限于檢測鐵磁性材料、檢測設(shè)備范圍較小等缺點，因此仍有進(jìn)一步發(fā)展和擴大的應(yīng)用范圍。

（3）超聲波探傷技術(shù)。超聲波探傷技術(shù)的工作原理是，利用超聲波在穿透被測物時會產(chǎn)生折射和發(fā)射現(xiàn)象，呈現(xiàn)出時間和能量的衰減特性，借助計算機軟件載體可獲取全面的設(shè)備信息，從而實現(xiàn)對設(shè)備內(nèi)外部缺陷位置和大小的精確定位[14]。該技術(shù)的適用性極強，能夠穿透厚度為8～300 mm 的材料，檢測缺陷種類也較齊全，可以全面、有效檢測設(shè)備，因此有著廣泛的應(yīng)用范圍[15]。該技術(shù)具有操作簡單、設(shè)備成本較低、精度高、速度快、無污染和人體危害等優(yōu)點，但不適用于檢測形狀不規(guī)則、復(fù)雜的特種設(shè)備。

（4）渦流檢測技術(shù)。近年來，渦流檢測技術(shù)作為一門快速發(fā)展的新興技術(shù)，受到現(xiàn)代工業(yè)的廣泛關(guān)注。其工作原理是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)，借助導(dǎo)電線圈帶來的磁場，使被測物表面感生渦流變化量，從而快速實現(xiàn)對設(shè)備表面缺陷的定位[16]。目前，該技術(shù)多應(yīng)用于檢測壓力容器縫隙表面的微細(xì)孔、腐蝕、磨損等缺陷，具有檢測效率高、靈敏度較高、不受溫度影響、無環(huán)境污染等優(yōu)點，其局限性有僅適用于檢測金屬材料、檢測精度較低、不適用于檢測內(nèi)部缺陷等。

（5）紅外線檢測技術(shù)。由熱力學(xué)原理可知，任何物體表面會向周圍發(fā)射或者吸收輻射能，且輻射能與物體的物理、化學(xué)等特性有關(guān)。因此，紅外線檢測技術(shù)的工作原理是以紅外線的溫度敏感效應(yīng)為基礎(chǔ)，借助熱像儀和紅外探測器，可直觀地看到被測物表面的熱量分布情況，從而實現(xiàn)準(zhǔn)確判定設(shè)備表面缺陷的位置、類型、風(fēng)險危害程度[17]。目前，常用的紅外線檢測技術(shù)有主動和被動兩種形式，其中主動式檢測需借助人工加熱被測物，根據(jù)熱導(dǎo)率的差異來判斷設(shè)備該部位是否存在缺陷；被動式檢測是利用設(shè)備自身溫度來實現(xiàn)缺陷檢測。該檢測技術(shù)適用于檢驗各種特種設(shè)備，但因檢測精確度較低、可靠性較差、便攜性差和設(shè)備成本較高，當(dāng)前主要作為一種輔助檢驗手段[18]。因此，仍需加強探測傳感技術(shù)的研發(fā)，進(jìn)一步提高溫度分辨力。

（6）滲透檢測技術(shù)。滲透檢測技術(shù)以液體的毛細(xì)管作用為基礎(chǔ)，結(jié)合固體燃料發(fā)光現(xiàn)象，借助有色滲透液、去除劑和顯像劑，從而實現(xiàn)對設(shè)備表面開口狀缺陷的有效檢測。該技術(shù)有高便攜性、設(shè)備成本較低、靈敏度高、檢測范圍易控、適用于檢測復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)備等優(yōu)點，可有效檢測出設(shè)備表面開口處裂紋、氣孔和氧化斑等缺陷，但具有不適用于檢測多孔材料、無法檢測設(shè)備內(nèi)部缺陷、污染環(huán)境等缺點。因此，仍需結(jié)合其他無損檢測技術(shù)的優(yōu)勢，以不斷提高該技術(shù)研究、擴大應(yīng)用領(lǐng)域。

3 特種設(shè)備無損檢測技術(shù)的質(zhì)量控制

對特種設(shè)備運用無損檢測技術(shù)展開全面檢驗工作時，既要科學(xué)合理的選擇無損檢測技術(shù)，又要綜合應(yīng)用多種無損檢測技術(shù)，充分發(fā)揮無損檢測技術(shù)的優(yōu)勢，從而保障特種設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

（1）針對性。不同種類的無損檢測技術(shù)存在的長處和應(yīng)用范圍，為了做好檢驗質(zhì)量控制，有效提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和效率，需明確無損檢測技術(shù)的適用范圍。從實際情況出發(fā)，結(jié)合被檢測設(shè)備的屬性和使用狀況，依據(jù)其指標(biāo)數(shù)據(jù)對設(shè)備潛在的缺陷及問題進(jìn)行預(yù)測，識別分析設(shè)備結(jié)構(gòu)損傷、失效機理，合理選擇最佳的檢測技術(shù)。

（2）時效性。在開展特種設(shè)備的無損檢測時，需結(jié)合檢測材料、檢測目的、檢測結(jié)果、設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)備使用狀況等多個因素，合理安排檢測時間，使其符合相關(guān)基準(zhǔn)規(guī)范要求，確保檢測結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。例如：有些設(shè)備的材料有裂紋延遲傾向，依照相應(yīng)的規(guī)范要求，需將檢測時間安排在焊接完成后的24 h 內(nèi)；對高壓密閉反應(yīng)鍋爐進(jìn)行檢測時，將檢測時間安排在在鍋爐停工或冷卻狀態(tài)，可獲取高準(zhǔn)確性的檢測結(jié)果。

（3）綜合性。為進(jìn)一步提高無損檢測過程科學(xué)性、檢測效率、結(jié)果準(zhǔn)確性，需結(jié)合待測設(shè)備材料、形狀、結(jié)構(gòu)、使用狀況等實際情況，綜合運用多種無損檢測技術(shù)，實現(xiàn)各檢測技術(shù)間的優(yōu)勢互補，有效控制檢驗質(zhì)量，保障特種設(shè)備安全運轉(zhuǎn)。例如，磁粉檢測技術(shù)在檢測壓力容器表面裂紋缺陷方面有著較高的靈敏度，但是無法檢測到壓力容器內(nèi)部埋藏缺陷，精確度較差。如果將其與超聲波探傷技術(shù)綜合使用，則可有效提升檢測結(jié)果的可靠性、精度、效率等，達(dá)到嚴(yán)控檢驗質(zhì)量的效果。

4 結(jié)束語

由于特種設(shè)備自身特殊性、制造技術(shù)不斷創(chuàng)新和需求量不斷增加，對無損檢測技術(shù)水平提出了更高要求，需不斷完善和創(chuàng)新檢測技術(shù)，充分發(fā)揮無損檢測技術(shù)非破壞性、全面性、全程性和互容性等優(yōu)勢，推廣檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍，建立健全完整的檢測計劃，結(jié)合特種設(shè)備的實際情況，科學(xué)合理選擇最佳檢測技術(shù)，制定設(shè)備缺陷檢測方案，以及預(yù)防和解決策略，提升檢測效率，使檢測結(jié)果更具精確性和可靠性，進(jìn)而有效確保檢驗質(zhì)量，保障特種設(shè)備安全穩(wěn)定運行，提升工業(yè)生產(chǎn)效益，推動社會經(jīng)濟發(fā)展。