压力容器焊缝及其附近微裂纹的检测

杨国军

YANG Guo-jun

（新余学院 机电工程系，新余 338000）

压力容器焊缝及其附近微裂纹的检测

The detection of pressure vessels and near the weld cracks

杨国军

YANG Guo-jun

（新余学院 机电工程系，新余 338000）

压力容器安全运行是一项十分重要的安全工作，因此，加强压力容器焊缝及其附近微裂纹的检测就显得尤为重要。无损检测技术的应用在压力容器制造过程中显得十分重要, 常规无损检测技术主要有：射线检测、超声波检测、渗透检测、涡流检测、磁粉检测。本文首先阐述了常用的无损检测方法及应用。其次，对压力容器焊缝及其附近微裂纹检测特点及步骤进行了深入的探讨，得出以下结论：只采用一种无损检测方法来检测压力容器焊缝及其附近微裂纹，无论那种检测方法如何的先进，如何的高效，进检测结果必然会存在很多局限和疏漏，容易造成漏检。压力容器焊缝及其附近微裂纹的检测应该综合运用各种无损检测方法，相互取长补短，做到合理科学地结合检测的压力容器实际情况来运用各种检测手段，确保压力容器安全运行。

压力容器；焊缝；微裂纹；检测

0 引言

压力容器安全运行是一项十分重要的安全工作，因此，加强压力容器焊缝及其附近微裂纹的检测就显得尤为重要。压力容器焊缝及其附近区域产生的微裂纹大多数属于延迟性冷裂纹，虽然裂纹很微小，但是能够到压力容器造成极大的危害，产生破裂、泄露、爆炸等诸多严重后果。尽管压力容器出厂或者在使用单位现场组焊过程中会特别关注到压力容器焊缝及其附近微裂纹，但因为这些微裂纹都具有 “延迟”性，当时没有检测出来，而是在使用一年多之后，才能被大量发现。本文不探讨因为热处理不及时或者局部应力集中等原因所造成的裂纹，而只在这里对那种及其微小、又不一定完全暴露在工件表面，但是产生于压力容器焊缝及其附近区域的微裂纹的检测方法进行研讨。这种微裂纹一般都不能被肉眼所观察到，而要借助于无损检测仪器才能够得以观察。由于压力容器焊缝及其附近区域本来就是极易出现应力集中的地方，也是特别容易出现事故的地方。而这区域类的微裂纹无疑起到了加速危害的作用，它不但可以降低焊缝强度，引起新的应力集中，而且还能够导致压力容器构件破坏。所以我们可以看出，这些微裂纹往往比宏观裂纹更有危险性。对压力容器中，特别是在役压力容器的检验中，如何有效快速高效地检测出压力容器焊缝及其附近区域产生的微裂纹，提高检测的准确性，这是摆在我们面前、值得大家思考的一个很现实的问题。对于压力容器焊缝及其附近微裂纹检测的探讨，无疑可以加强检测检验把关,保证容器的安全运行。本文就压力容器焊缝及其附近微裂纹的检测进行探讨。

1 常用的无损检测方法及应用

无损检测是以不损害被检对象未来用途和功能为前提，为探测、定位、测量和评价缺陷，评估完整性、性能和成分，测量几何特征，而对材料和零（部）件进行的检测。常规无损检测技术主要有：射线检测、超声波检测、渗透检测、涡流检测、磁粉检测。

第一种射线探伤法（RT），能比较直观地对缺陷定性和定量，底片可长期保存。此方法已广泛应用于锅炉压力容器压力管道的检验。但对于微裂纹检测，却受到微裂纹本身取向及其宽度和深度的影响，加之透照、暗室处理等诸多环节因素，其过程处理稍有不当，结果将事倍功半，检测灵敏度降低，甚至无法检出。

第二种超声波探伤法（UT），利用超声波在不同的介质中传播时，将产生反射、折射、散射、绕射和衰减等现象，使我们由接收换能器上接收的超声波信号的声时、振幅、波形或频率发生了相应的变化，测定这些变化就可以判定建筑材料的某些方面的性质和结构内部构造的情况达到测试的目的。

第三种是渗透探伤法（PT），能有效检测非多孔性材料的表面开口裂纹，但对于不开口的近表面缺陷却无能为力，加之成本较高，焊缝的后清洗困难。用于压力容器焊缝及热影响区的大面积检测，是一种低效高耗、不经济、不可取的方法。

第四种是涡流检测，给一个线圈通入交流电，在一定条件下通过的电流是不变的。如果把线圈靠近被测工件，像船在水中那样，工件内会感应出涡流，受涡流影响，线圈电流会发生变化。由于涡流的大小随工件内有没有缺陷而不同，所以线圈电流变化的大小能反映有无缺陷。涡流检测时线圈不需与被测物直接接触，可进行高速检测,易于实现自动化,但不适用于形状复杂的零件,而且只能检测导电材料的表面和近表面缺陷,检测结果也易于受到材料本身及其他因素的干扰。

第五种是磁粉探伤法（MT），它能有效地检测铁磁性材料表面和近表面裂纹，但对于压力容器上的人孔、支柱、接管角焊缝，其探伤作用受到了一定的限制。

2 压力容器焊缝及其附近微裂纹检测特点及步骤

为了保证压力容器制造质量和使用安全,根据《压力容器安全技术监察规程》中的规定,对其焊接的焊缝质量采用无损检测方法进行检查显得极为必要。

2.1 压力容器焊缝及其附近微裂纹检测特点

1） 大型的焊接构件

与一般工件区别的是，压力容器属较大型的焊接构件，其体积、重量都很大，有较多的对接、角接和搭接焊缝，磁粉检测时只能进行局部磁化，要求选用的检测设备与器材能适应局部磁化的同时，又具备较高的检测效率。

2）特种设备

很多压力容器是在高温高压的介质环境下使用，一旦发生爆破事故，将对国家财产和人民的生命安全带来重大损失，因此不允许焊缝存在裂纹之类的危害性缺陷，要求采用的检测工艺和操作方法具有较高检测效率的同时，又必须具有较高的综合检测灵敏度；以确保检出危害性缺陷，保证其运行安全。

3）恶劣的现场检测条件

有些待检测的压力容器属于在役状态，被检焊缝的表面结构复杂且不可移动和转动，被检测焊缝部位大多数处于立面和仰面，有的要处于高空或阴暗的环境下操作。要求检测设备器材必须轻便耐用，检测工艺和操作方法能适应在恶劣的现场。

2.2 压力容器焊缝及其附近微裂纹检测步骤

压力容器焊缝及其附近微裂纹的检测主要是检验焊缝的外观成型质量,检验内容一般为焊脚高度,咬边,焊接变形,焊瘤,弧坑,焊缝直度等 当然还有焊缝的内在质量,如夹渣,气孔,未焊透,裂纹,未熔合等。

压力容器焊缝及其附近微裂纹检测步骤主要是以下一些方面。

1）对有压力容器内外表面和焊缝及热影响区用肉眼普查一遍，大致对哪些地方存在裂纹有一定的了解，对检测人员有怀疑的部位用进行仔细观察，必要时可以采用放大镜，发现确实可能出现微裂纹的地方，应该加以标志做好记录。

2）由于压力容器被检表面状态对缺陷检出灵敏度影响很大，清洁的工件表面是检测取得成效的前提。从诸多容器发生破坏事故的教训表明，使用中产生的危险性缺陷大多位于与介质接触的内表面，因此容器内部的介质污迹、锈蚀和氧化皮必须清理干净并经检测人员检查合格。待检查合格之后，就可以对压力容器焊缝及其附近微裂纹进行无损检测，例如我们可以采用百分之百磁粉探伤的方法，由于容器内外表面需检测的焊缝部位分别处于平、横、立、仰的全位置状态，检测前须用A1－30/100型标准试片校验仪器及磁粉的系统灵敏度，试片应贴于操作条件最为恶劣、对检测灵敏度影响最不利的仰立部位（如球形容器内上极板焊缝，卧式容器内表面顶端焊缝）来校核综合性能灵敏度，才能保证不会发生缺陷漏检。值得注意的是：对一般介质的容器焊缝磁粉检测，通常选用磁膏配制的水基磁悬液，磁粉颜色须与被检表面有较大反差。用磁膏配制水基磁悬液时必须注意：先把磁膏与少量的水混合研磨成糊状，再按规定加入规定量的水剂，这样配置的磁悬液浓度比较均匀，悬液中磁粉不结团，检测灵敏度较高。在对盛装油性介质的容器磁粉检测，如果被检内表面焊缝的油膜难以处理干净、或者作水断试验不合格时，则必须选用油基磁悬液，即使用高闪点、低浓度的无臭味煤油载液配制的油基磁悬液，亦可选用50 %煤油 + 50 %变压器油配制。用磁膏配制油基磁悬液时也同样注意先把磁膏与少量的油混合研磨成糊状，再按规定加入规定量的油剂。对比较光滑的被检表面或是位于仰立部位焊缝的检测，宜用粘性较大的油载液（比如用30 %煤油 + 70 %机油）来配制磁悬液，以防止磁化检测时，磁悬液流淌速度太快造成磁粉无法在缺陷表面聚积而发生漏检。

同时，我们知道，压力容器出现问题的地方通常是在人孔、支柱、接管角的焊缝区，在这些关键地方我们要进行着色探伤。重点是我们第一步通过肉眼观察确定可能出现裂纹的地方。

3）对压力容器对接焊缝进行百分之百的超声探伤或者百分之百渗透探伤等方法。

4）对前面利用百分之百磁粉探伤、着色探伤、百分之百的超声探伤或者百分之百渗透探伤等方法发现出现问题的地方（压力容器焊缝及其附近微裂纹区域内），再次利用射线探伤复查，以保证检测结果的准确性。我们在检测中要树立一个思想，就是对于任何一种检测方法所发现的可疑裂纹，要持慎重的态度，不要急于下结论，而是采用会诊的方式，利用各种检测方法再进行重点复查，我们还可以为了保证更加准确，可以让检测人员畅所欲言、对检测结果发表意见。通过这些工作，我们就可以确定压力容器微裂纹的位置、走向、埋藏深度，从而确定修复方案，确保压力容器安全运行。

3 结束语

总之，在前面的探讨中，我们可以发现，只采用一种无损检测方法来检测压力容器焊缝及其附近微裂纹，无论那种检测方法如何的先进，如何的高效，进检测结果必然会存在很多局限和疏漏，容易造成漏检。我们认为：压力容器焊缝及其附近微裂纹的检测应该综合运用各种无损检测方法，相互取长补短，做到合理科学地结合检测的压力容器实际情况来运用各种检测手段，确保压力容器安全运行。

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2010-07-20

杨国军（1973 -），男，江西丰城人，副教授，硕士，主要从事机械设计与制造。