压力容器的射线和超声波检测的可靠性比较

聂洪轩， 王伟

（哈药集团制药总厂，哈尔滨150086）

1 引 言

无损检测是压力容器制造后必须进行的关键步骤，它关系到压力容器的使用安全，是制造结束后质量保障的手段。现阶段，使用比较广泛的是射线检测和超声波检测，超声波检测由于设备较为经济和操作简便等原因，在无损检测应用领域比射线检测更为广泛。由于这两种检测的方法的检测原理完全不同，对不同缺陷的灵敏性各不相同，对不同种类缺陷的检出率也各有优劣，所以在需要检测不同方面的缺陷时，用射线或超声波就要有所选择。

由于无损检测的重要性及无损检测方法的多样性，作为一名压力容器设计人员在选择无损检测方法前，应在充分了解各种无损检测方法的优缺点后做出合适的选择。

2 符合使用要求

无损检测的目的是防止焊缝由于焊接缺陷而引起的压力容器破裂。压力容器破裂的安全性取决于应力、缺陷及材料性能。而无损检测通常只能发现缺陷。对于一条焊缝，如果知道其材料的性能和应力，就可计算出焊缝的临界缺陷尺寸。它是指不降低压力容器安全性的条件下所能允许的最大缺陷尺寸。“符合使用要求”就是指焊缝缺陷尺寸小于临界缺陷尺寸，压力容器就可以说是安全的，这是通常意义上的说法。但从断裂力学的角度来看，临界缺陷尺寸主要取决于实际缺陷的高度，而其长度及其它参数则相对次要。但现在大多数的无损方法均不是测量缺陷的高度而是测量其长度。而对于焊缝中的主要危害—平面型缺陷，射线检测往往不能检测出来，而超声波检测虽然有可能探测出来，但超声波信号的高度和缺陷的实际高度却无明显或简单关系。

3 射线和超声波检测的优缺点比较

3.1 射线检测的优缺点

（1）射线检测有底片的直接记录。（2）可获得缺陷的投影图象，比较直观。（3）体积型缺陷（夹渣、气孔等）检出率很高，而面积型缺陷（未熔合、裂纹）的检出率较低。（4）只适合对薄板的检测。（5）适合检测对接焊缝，但对角焊缝的检测效果较差。（6）检测成本高，检测的速度慢。（7）射线的辐射对人体有害。

3.2 超声波检测的优缺点

（1）超声波检测无直接的见证记录。（2）无法获得缺陷的直观图象，定量困难。（3）对面积型缺陷的检出率较高，而对体积型缺陷的检出率较低。（4）适合对厚板进行检测。（5）应用范围广，适合对各类工件、焊缝进行检测。（6）成本低，检测速度快，设备体积小，重量轻。（7）材质的晶粒度及工件的不规则形状对超声波有影响。

通过上述射线和超声波检测的优缺点可以看出，射线和超声波检测的优缺点都比较明显，但它们在很多方面都能形成互补，所以要根据不同的实际情况做出选择。

4 常规超声波和射线检测的可靠性比较

在超声波检测中，有时不能正确判定缺陷的种类、形状和尺寸。但焊缝的缺陷在沿长度上的位置是容易确定的。而对于超声波检测的可靠性而言，由于无法得到直观的缺陷图象，所以人的主观因素就成为其重要因素之一，而对于超声波检测中不同部位的检测数据，是否便于检测人员发现并判定其缺陷性质是对超声波检测可靠性的重要的评定依据。

对于根部缺陷——在对两个分别长35mm 和30mm的焊缝根部裂纹的超声波检测试验中，约80%的检测人员可以发现这些裂缝，但只有20%的检测人员可以正确判定其性质，单面焊缝如果没有事先采取措施，则根部缺陷检测的准确性不高，它们有时可能被认定为焊缝几何形状引起的伪信号。

对于夹渣缺陷——这里主要是指圆形夹渣。大约1/3的检测人员未能发现某一夹渣。虽然漏检的几率很高，但这种夹渣不危险，问题还不是很大。

对于未熔合缺陷——未熔合属平面型缺陷，其与裂纹类似。几乎所有的检测人员都可检测出大的未熔合缺陷，但只有75%的人员能检测出小的未熔合缺陷。

对于气孔缺陷——密集气孔能比较容易地检测出来，约占60%。而对于单个气孔，检出率却只有25%。但气孔对材料强度的影响不大，故对于现有的检出率已可满意。

对于表面缺陷——只有不足50%的检测人员能检测出焊瘤、咬边和过高的加强层等缺陷，因此焊缝的超声检测需与磁粉检测、表面目测等相结合。

在射线检测中，对于缺陷高度小于材料厚度1%～2%的缺陷是极难发现的，对于取向不良的平面缺陷尤其如此。射线检测也不易判定缺陷的埋藏深度。由于射线检测发现的缺陷比较直观，所以对于用同样摄片工艺获得的射线照片，一般不会出现很大差异。但对于同一缺陷的不同摄片方法，则所呈现的缺陷细节就会有所不同。而对于同一张照片上的缺陷，不同的检测人员却可能得出不同的结果。

综上所述，现阶段，无损检测依然是以射线检测为主，尤其是在薄板（≤38mm）检测中。

因为射线检测照片比较直观，对于人员的经验依赖较小，所以可靠性较高，并有可储存的检测依据（射线照片），但其缺点也较明显，对人体有辐射伤害，使用成本较高。而超声波检测可弥补射线检测的缺点，但无法得到缺陷的直观图象，对人员的经验依赖性很强，所以可靠性相对较低，并且无法储存检测数据。

5 结 语

射线检测和超声波检测是目前使用比较广泛的两种无损检测方法。它们对于不同的焊缝缺陷有着不同的优势，所以在针对不同缺陷时应选择不同的检测方法。就其可靠性而言，射线检测由于检测照片比较直观，所以射线检测比超声波检测的可靠性要高，但其缺点也较为明显。随着技术的发展，超声波检测由于成本经济等原因将在无损检测所占的比重中越来越大，尤其是超声衍射时差（TOFD）检测技术的出现，超声波检测的可靠性也越来越高，其发展前景也越来越可观。