压力容器焊缝无损检测方法的比较

吉 嘉

（上海蓝滨石化设备有限责任公司，上海 201518）

压力容器焊缝无损检测方法的比较

吉 嘉

（上海蓝滨石化设备有限责任公司，上海 201518）

压力容器在工业上用途十分广泛，焊缝质量关系到压力容器的质量和安全。通过介绍常用的几种无损检测方法的原理，比较其优缺点，并研究其优化性能，使其优化性能能够应用于合适的工作场合，扬长避短，最终达到高效、准确地检测压力容器焊缝的效果。

压力容器；无损检测；性能比较

压力容器在工业上用途十分广泛，用于完成反应、传质、传热、贮存等工艺流程。因其密闭承压，并且里面介质多为易燃易爆品，一旦发生泄漏会造成很大危害。鉴于压力容器的特殊性，对其生产的每个环节每个部件要求都非常严格，尤其是焊缝焊接质量关系到压力容器的运行安全。

目前对于压力容器焊缝质量无损检测最主要的方式有超声波探伤、射线探伤、磁粉探伤、着色探伤和渗透探伤等，其中超声波探伤、射线探伤和磁粉探伤是无损检测最主要的三种方式，在实践中得到了广泛的应用。

1 常用无损检测方法原理及其比较

压力容器所使用的焊缝技术自身有着很多优点，没有缺陷的焊缝能够有效地保证压力容器的质量与安全，但人们在使用这种技术的过程中也发现了其自身的缺陷，主要分为表面和内部缺陷。其中表面缺陷表现为有气孔、没有焊接充分和具有咬边等，而内部缺陷表现为焊接有夹渣和裂纹等现象[2]。具体影响焊接质量的因素则有很多，如表1。

表1 导致综合焊缝缺陷可能的因素分析Tab1 Analysis of the factors of comprehensive weld defect may cause

焊缝无损检测技术，是指在不损害被检测对象前提下，对其焊缝进行缺陷检测。下面介绍目前广泛应用的几种压力容器无损检测技术：

1.1 射线探伤

射线探伤运用的方法是其穿透性及其直线性而进行探伤检测。射线探伤首先起作用的是射线发生器发出射出穿透金属的构件。这些特殊的射线能够让照相底片具有可感光性能，因为这些射线用肉眼是看不见，所以它用特定的接收器进行接收[3]。射线照相原理见图1。

图1 射线照相原理图Fig1 The principle diagram of radiography

常用探伤的射线有X射线光，及运用同位素的发出的γ射线进行探伤，两种方法分别称为X光探伤和γ射线探伤[4]。当这两种射线在穿过物质时，如果物质密度越大，射线强度受阻度越多，即射线对该物质的穿透性就越小。此时如运用照相底片来接收，则照相底片的感光度就越小，如用接收仪器收获信号，那么接收的信号就越弱。

射线探伤的优点为能够确定缺陷的大小，形状，适合比较精细的内部探测，并且底片易保存。其缺点是对人体有一定伤害，因此应注意防辐射。

1.2 超声波探伤

超声波探伤运用了超声波可探入金属器材的深处这一特点，同时当射线由一截面进入另一截面时，会在两者边缘产生反射的现象从而发现零件缺陷。当超声波束从材料表面的探头到金属内部时，碰到缺陷与零件底面时便可分别发生反射波形，并且在萤光屏上变成脉冲波来，以此波形就可以判断缺陷大小及位置[5]。

超声波探伤的优点有操作周期短、效率高、成本低、对人体无害、方便灵活等，且较X射线探伤更具灵敏度。缺点是需要有做丰富经验的技术人员才能够精确分辨缺陷种类，且对缺陷缺乏直观性，并且要求工作表面保持平滑。超声波探伤对于厚度比较大的零件的检验更合适。

1.3 磁粉探伤

磁粉探伤（流程见图2）是利用铁磁性的材料的磁率大于非铁磁性材料导磁率的一特性，应用工件被磁性化后的磁通密度来分析[5]，在工件单位面积上透过B根磁力线，在缺陷区域里的单位面积上不容允许B根磁力线穿过，就迫使其中部分的磁力线挤到了缺陷里的材料中，其余磁力线就不得不被迫溢出工作的表面以外而形成了漏磁，磁粉则将被这些所引起的漏磁而吸引。如在工件磁化时，有缺陷存在于各种表面，那么缺陷处的磁阻力将加大从而产生漏磁，局部磁场形成，缺陷处便被磁粉所显示。这种探伤的优点是灵敏度较高，对细小裂缝探伤准确，速度快，成本低。缺点是对于内部缺陷探伤不足，且对试件材料要求高，同时受到材料的尺寸与形状影响。

图2 磁粉检测流程示意图Fig2 The flow diagram of magnetic particle testing

1.4 渗透探伤

渗透探伤的原理是应用物理学的毛细管的渗透吸附现象中的显像原理，在检测工件的表面加以含着色剂或荧光染料的渗透液，该渗透液在毛细血管的作用下，经过一定的时间，液体渗入表面开口中的缺陷，去除检测工件表面的多余渗液，干燥后再施加显像剂（吸附介质）[7]。同条件，通过毛细血管的作用，显像剂在吸附缺陷中的渗透液，将渗透液重新回渗入显像剂中，达到合适的光照条件可显示出缺陷内的渗透液，从而完成检测工件缺陷的目的。

渗透探伤优点有设备简单、缺陷显示直观、操作容易、判断容易、无材料类别的限制，还可检查各种类型的钢材，甚至包括了奥氏不锈钢、铝、铜等非铁磁性的材料。其渗透探伤缺点是不能用于检测多孔性的材料，只能检测工件表面开口的缺陷，所用的试剂也有一定毒性，并要求被检测工件的表面光洁，使其应用范围在一定程度上受到限制。

1.5 着色探伤

着色（渗透）探伤基本的原理是应用毛细现象，让渗透液渗透入缺陷，经清洗去除表面渗透液，而会有残留在工件缺陷中，然后再用显像剂中的毛细管吸附作用使缺陷中的残留渗透液吸出，从而完成检测缺陷的目的。着色探伤可分为湿粉法检验和干粉法检验[8]。湿粉法检验对于表面细小的缺陷验出能力高，尤其适合不规则形状的微小型零件批量的探伤。干粉法检验则对近表面缺陷检出能力高，尤其适合大面积或者野外探伤。

2 各类探伤方法适合的场合

各类探伤方法适用的具体场合，要根据焊缝具体位置及其结构的形态，以及产品所要求的精确度，按检查人员的经验而选择合适的探伤方法。本文重点介绍射线探伤、超声波探伤和磁粉探伤之间的比较，具体如下：

①射线探伤的优点为能够确定缺陷的大小，形状，适合比较精细的内部探测，效率中等，并且底片易保存。其缺点是对人体有一定伤害，因此应注意防辐射；②超声波探伤的优点有操作周期短、效率高、成本低、对人体无害、方便灵活等，且较X射线探伤更具灵敏度[8]。缺点是需要有做丰富经验的技术人员才能够精确分辨缺陷种类，且对缺陷缺乏直观性；③磁粉探伤的优点是灵敏度较高，对细小裂缝探伤效率中等，速度快，成本低。缺点是对于内部缺陷探伤不足，且对试件材料要求高，同时受到材料的尺寸与形状影响。射线与超声探伤适合于内部缺陷检测，而磁粉、渗透以及着色更适合焊缝表面探伤。

3 结语

本文针对压力容器焊缝质量几种无损检测方法进行详细阐述与比较，深入研究其优化性能，找使其优化性能能够应用于合适的工作场合，扬长避短，最终达到高效、准确地检测压力容器焊缝的效果。得出以下几个结论：

1）射线探伤的优点为能够确定缺陷的大小，形状，适合比较精细的探测，并且底片易保存；超声波探伤的优点有操作周期短、效率高、成本低、对人体无害、方便灵活等，且较X射线探伤更具灵敏度；磁粉探伤的优点是灵敏度较高，对细小裂缝探伤准确，速度快，成本低；

2）射线与超声探伤适合于内部缺陷检测，而磁粉、渗透以及着色更适合焊缝表面探伤。

[1] 张永德，范琴，张瑞华.焊缝X射线实时成像检测系统与应用[J].石油化工设备，2005，12（05）：2-5.

[2] 王嘉玲.焊接质量与焊条使用[M].北京：国防工业出版社，1994.

[3] 张轶.无损检测技术及其应用[N].中国石油报，2003.

[4] 李树军，牛晓光，王志永，等.电站锅炉压力容器焊缝制造质量的无损检测[J].河北电力技术，2009，3（12）：3-6.

[5] 朱明洁.小管道超声波检测方法的研究[D].南京：南京理工大学，2005.

[6] 王陆英，王青山.无损检测技术在建筑压力容器行业中的应用[J].科技情报开发与经济，2009，5（9）：1-7.

[7] 吴贵民.压力容器无损检测技术研究[J].现代商贸工业，2009，13（2）：2-3.

[8] 史永吉，史志强，曾志斌，等.钢桥焊缝的无损检测[J].桥梁，2006，11（5）：5-13.

Comparison of Nondestructive Testing Methods for Welds in Pressure Vessels

Ji Jia
（Shanghai blue Petrochemical Equipment Co.，Ltd.Shanghai 201518）

pressure vessel is widely used in industry.The quality of welding seam is related to the quality and safety of pressure vessel.This paper introduces the principle of several commonly used nondestructive testing methods，and compare their advantages and disadvantages，and to study the optimal performance，the performance optimization can be applied to the workplace，appropriate weaknesses，achieve efficient and accurate detection of the effect of pressure vessel welds.

pressure vessel；nondestructive testing；performance comparison

TH49；TG115.28

B

1003-6490（2017）12-0159-02

2017-10-28

吉嘉（1988—），男，汉，陕西乾县人，本科，助理工程师，现从事石化设备的管理工作。