在用压力容器无损检测技术的原理和应用

杨键冰 高芊 张晓军 黄志辉

摘要：压力容器在生产和生活中的使用越来越广泛，其安全性也受到人们越来越多的关注。压力容器处于高温、高压的工作条件下，一旦出现损伤将会引起严重的后果。定期实行压力容器无损检验是在保证容器正常使用的前提下，提高生产和使用安全水平的必要措施。

关键词：压力容器；无损检测；原理及应用；优缺点

在用压力容器的无损检测是在被检测容器不受损伤的前提下，应用一定的技术和原理，通过科学、先进的检测设备，完成容器性能、结构以及使用状况的检验。目前无损检测技术较为成熟，常用的检测技术包括：磁粉检测、射线检测、超声波检测、渗透检测、涡流检测和磁记忆检测。

1.磁粉检测

1.1.技术原理和应用

磁粉检测是将铁磁性材料的压力容器进行磁化，如果容器内部存在缺陷，将会导致容器表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，在合适的光照下形成目视可见的磁痕，从而显示出缺陷的位置、大小、形状和严重程度。磁粉检测主要应用于检测铁磁性材料做成的容器表面或近表面，可以准确直观地发现裂纹、夹杂等缺陷。

1.2.优缺点分析

磁粉检测对表面和近表面的缺陷检测灵敏度较高，检测成本较低，操作简便。如果在用压力容器可能存在表面缺陷可以首选磁粉检测。它的缺点体现在局限于检测铁磁性材料。检测的范围较小、效率较低。另外，磁粉检测对容器表面的形状要求较高，不适合检测不规则的压力容器。

2.射线检测

2.1.技术原理和应用

射线检测技术是应用放射性元素产生的射线投射入被检测容器上，可以发现压力容器铸件材料中气孔、夹杂物以及焊接中漏焊、未熔合等缺陷。通过射线检测可以将容器材料中缺陷的尺寸准确地反馈到设备的显示屏上，形成生动直观的图像并且能够保存和记录。该技术适用于检测不能直接用人工测量的容器或外包保护层较厚的容器，射线可以准确地检测到这类压力容器是否缺陷以及缺陷的长宽尺寸。

2.2.优缺点分析

射线检测技术的优点体现在可以检测到人体不能进入的容器，实现了无损伤检测，并且获得的缺陷尺寸比较精确。但是该技术也有相应的缺点：射线检测时容易忽略容器上像裂纹这一类的缺陷，射线的照射角度影响这类缺陷的显像程度；比较厚的容器对射线造成的衰减程度较大，过厚的容器会导致检测失效；射线检测使用的放射性元素对人体的危害性较大，必须严格的遵守操作规则并做好防护准备；此外，射线检测的成本较高，不适合出于经济目的的检测。

3.超声波检测

3.1.技术原理和应用

超声波检测是通过制造产生超声波使其在容器介质中进行传播，声波逐渐衰减并且会发生反射，收集反馈回来声波信息经过处理后得出容器中存在缺陷情况。这种检测技术穿透力较强，可用于检测容器材料内部的焊接缺陷，还可用于检测压力容器失效前期内部产生的裂纹状况。

3.2.优缺点分析

超声波检测技术应用比较广泛，其检测灵敏度较好，检测所需时间短，并且超声检测的成本费用较低，既经济又有效。它的优点还体现在其检测设备轻巧便携、操作简单、没有任何危害。但是超声波检测由于声波在平行的方向上不能放生反射，所以无法检测与容器表面平行的裂纹。对于材料不均匀的压力容器，检测能力较低。并且超声波检测对容器中发现的缺陷作定性、定量表征不是十分精确。

4.渗透检测

4.1.技术原理和应用

渗透检测利用了毛细作用和固体染料的发光现象，该技术的检测方法为；将含有染料的渗透剂涂抹在被检测的容器表面，它会渗透进入容器表面的缺陷中，去除表面多余渗透剂，等待干燥后使用显像剂利用毛细作用吸回缺陷中的渗透剂，然后通过特定的光源照射，可以让缺陷上残留的染料发光变色从而显示出缺陷的特征。该技术主要用于检测压力容器表面的裂纹、松散和夹杂等开口缺陷。

4.2.优缺点分析

渗透检测操作简便，检测所需的材料、设备少，成本费用较低。并且该技术可以检测形状复杂的压力容器，单次操作可以发现容器表面多种开口缺陷，检测效率较高。但是检测多孔材料的压力容器时，渗透剂显像不准确，检测能力较低。渗透检测也不适合检测由外部因素造成开口缺陷。

5.涡流检测

5.1.技术原理和应用

涡流检测充分利用了电磁原理，将交流线圈放置在被检测压力容器外，使其产生旋涡状感应交变电流，通过探测线圈可以得到被测容器工件内部涡流的大小和相位变化，进而推知容器表面和近表面的缺陷。这项技术可以广泛用于检测管状、线状、板材类压力容器件，能够很好地发现裂纹、凹洞等缺陷。例如检测热交换器的受腐蚀程度和焊缝表面产生的裂纹等等。

5.2.优缺点分析

涡流检测无需接触容器表面，对表面和近表面的缺陷检测灵敏度和分辨率较高。但是该技术的缺点为只限于检测可导电材料的压力容器，检测区域较小，不适用于大范围、大批量压力容器的检测。如果被检测容器的材料中存在杂质，会影响到磁场所产生的交变电流，进而导致检测结果不准确。

6.磁记忆检测

6.1.技术原理和应用

在工业领域，以上的射线检测、磁粉检测等检验技术，有的使用设备较为复杂，有的会影响在用压力容器的工作运行，所以都不适合工业现场检测。磁记忆检测是利用磁记忆效应，通过检测被磁化的容器的漏磁状态，从而推断出容器受应力较为集中的区域。在高温、高压的作用下，压力容器的应力集中区域容易产生裂纹和损伤。磁粉检测中利用相关设备仪器检测压力容器应力处于峰值状态的部位，在此基础上再利用射线检测、磁粉检测、声波检测技术加以详细地检测，充分地满足了工业领域大型压力容器的检测需要，提高了检测效率。

6.2.优缺点分析

磁记忆检测无需特殊的检验准备，并且灵敏度较高。但是磁记忆检测不能独立准确地表达出容器缺陷的详细数据，需要结合其他检测技术协同完成对压力容器的检验。

结语：

目前，每种压力容器无损检测技术都用其相应的优缺点。不过随着科学技术的进步，新能源、新材料的出现，相信现存的各项检测技术都会得到完善并且将会有更准确、更高效的无损检测技术诞生。

参考文献：

[1]李幸雷. 浅谈压力容器的无损检测[J]. 华章. 2009（16）

[2]梁伟. 压力容器无损检测技术的原理及应用[J]. 黑龙江科技信息. 2009（34）

[3]周运武，骆庆裕. 金属磁记忆方法在压力容器检验中的应用[J]. 无损检测. 2005（05）

作者简介：杨键冰（1985年2月--），男，汉族，籍贯广东潮洲，本科，助理工程师，无损检测 单位：海洋石油工程股份有限公司