压力容器无损检测技术分析与对策研究

姚遥，陈贤洮，刘昆鹏，周先勤

（合肥通用机械研究院有限公司，安徽 合肥 230031）

1 压力容器概述

在我国的工业领域以及人们的日常生产和生活中所使用的压力容器种类较多，主要有以下几种特点。

（1）压力容器的结构较为复杂。针对不同行业和用途具有不同的种类和型号，所以使得压力容器本身就呈现出多样化的特点。

（2）压力容器的设计具有较强的专业性特点。需要根据其功能要求和使用环境特点对其制造工艺进行综合考虑和确定，以确保其使用的安全性和稳定性。

（3）制造压力容器的技术较为复杂。在机械加工过程中需要对加工精度和准确性进行严格控制，从而确保压力容器的加工质量。

（4）压力容器具有较高的整体安全性要求。在压力容器的使用过程中通常需要处在高温、高压、高腐蚀性等极其恶劣的工作环境中，而且所盛放的介质通常也具有较高的酸碱性甚至是有毒、有害、易燃、易爆等物质，所以一旦压力容器发生泄漏问题，不仅会造成物质泄漏而且会产生经济损失，甚至发生火灾以及爆炸等严重的安全事故，因此对压力容器制造过程中的安全性提出了较高的要求，我国也出台了相应的规范和标准来对压力容器制造、安装、使用过程中一系列的环节进行了严格规定。

2 压力容器无损检测技术分析方法

2.1 射线检测技术

射线检测是利用X射线或γ射线作为探测能量，用胶片、磷光成像板或其他数字成像器件作为信息载体，对结构或材料进行检测，发现其内部或表面宏观缺陷并确定其性质、尺寸、数量、位置的一种无损检测技术。

在压力容器检测中，其主要应用于碳素钢、低合金钢、不锈钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金、镍及镍合金等金属材料制受压元件对接焊接接头的检测。在使用射线技术进行压力容器检测时，可以通过直观的图像来对所检测对象的缺陷位置、数量、尺寸和性质等进行判断，但是由于此技术在检测时会受到透照角度的影响，所以裂纹类型的缺陷不一定能检测出来。

2.2 超声检测技术

超声检测即通过超声波与被检工件相互作用，利用其反射、透射、散射及波形转换等声波特性对被检工件不连续性的检测、几何特性的测量、组织结构或力学性能变化的测定和表征，进而对其特定应用性进行评价的技术。

压力容器的检验主要是对压力容器钢板、锻件等原材料或零部件及焊接接头中的内部埋藏缺陷等进行检测。超声检测设备体积小、重量轻，便于携带和操作，与射线检测技术相比，其对裂纹类缺陷比较敏感，而且对人体也没有危害。

2.3 磁粉检测技术

磁粉检测是指使用微粒状磁性材料（磁粉）为介质，利用其聚集形成的磁痕来显示磁化材料表面或近表面不连续的位置、大小、形状和密集程度的一种无损检测方法。

2.4 渗透检测技术

渗透检测是以毛细管作用原理为基础，利用黄绿色的荧光渗透液或红色的着色渗透液对窄缝隙的渗透性进行检测，经渗透、清洗、显像来显示放大的缺陷图像痕迹，观察工件表面开口缺陷的性质和尺寸并作出评价的检测方法。

2.5 TOFD检测技术

TOFD（Time of Flight Diffraction）即衍射时差法，是一种较新的无损检测技术，采用一发一收探头的工作模式，主要利用缺陷端点的衍射波信号来测定缺陷位置及尺寸的一种超声检测方法。

TOFD技术与常规脉冲反射法超声检测相比，其缺陷检出率往往更高；在缺陷定量方面，TOFD主要基于衍射信号的传播时间而不依赖于波幅，从而避免了缺陷方向性不同带来的影响，同时具有更好的测量精度；能以图像的方式更直观的呈现工件缺陷状况，信息量大，可记录并长期保存；可以采用半自动和全自动方式采集数据，人为因素影响小，检测重复性好；检测厚度范围大，大于12mm的工件对接接头均可采用TOFD进行检测。近年来，应用TOFD技术替代射线来检测压力容器，特别是厚壁容器的焊接接头已相当普遍。

3 提高压力容器无损检测技术对策

3.1 对无损检测应用时机的正确选择

压力容器的无损检测应用，主要可分为3个阶段。

（1）原材料的无损检测复验。其目的在于保证原材料的质量，其中钢板、钢锻件等原材料主要采用超声检测。

（2）制造过程中的无损检测。制造过程各工序间的无损检测在于发现超标缺陷，保证后续工序的顺利实施。例如对标准抗拉强度下限值Rm≥540MPa的低合金钢材及Cr—Mo低合金钢材用火焰热切割的坡口表面，或容器的缺陷修磨表面应进行磁粉检测，以保证坡口表面不得有裂纹、分层、夹杂等缺陷存在。

（3）产品的无损检测。①容器的焊接接头，应在形状尺寸检查、外观目视检查合格后，再进行无损检测。②拼接封头应当在成形后进行无损检测。③有延迟裂纹倾向的材料应当至少在焊接完成24h后进行无损检测；有再热裂纹倾向的材料应当在热处理后增加一次无损检测，特别是对于加钒钢，最好进行再热裂纹检测。

3.2 对无损检测方法进行合理选择

在压力容器无损检测技术的应用中，射线、超声波及TOFD主要用于埋藏缺陷的检测，而磁粉和渗透则适用于表面缺陷的检测。每种检测方法各有特点，但一种无损检测方法不可能完全取代另一种。对一台具体产品而言其无损检测方法不可任意选择，例如射线、超声波及TOFD适宜的检测厚度范围不同：射线的最小检测厚度为2mm，厚度上限虽无规定，但往往受射线透照能力的限制；超声检测一般适用厚度范围则为6～500mm；TOFD检测的一般适宜厚度范围则为12～400mm，实际可以适用的检测厚度上限可以更大。

3.3 对无损检测方法进行组合应用

在压力容器检验的无损检测应用中，没有任何一种检测方法是万能的，每一种检测方法都有其适用范围和应用特点，所检测的内容也各不相同，比如超声波对裂纹缺陷探测灵敏度较高，但定性不准，而射线的优点之一是对缺陷定性比较准确，两者配合使用，就能保证检测结果既可靠又准确。这就需要在对压力容器进行无损检测时，根据容器的特点和检测的要求来综合应用多种无损检测方法，充分发挥不同方法的优点来做到优缺互补。

3.4 无损检测与破坏性检测的结合

众所周知，采用破坏性检测，在检测完成的同时试件也被破坏了，因此破坏性检测只能进行抽样检验。在对压力容器进行检测时，无损检测技术最大的优点就是可以不对压力容器的材料和结构等造成损伤，这样就可以做到对压力容器100%的检验。但是无损检测技术并不是对压力容器所有的缺陷都可以进行检测，因此在必要时还需要与破坏性检测进行结合，综合起来进行评价，就是将两种检测结果进行互相对比和配合来确保最终评价的准确性。

3.5 提高检测人员的专业素质和能力

正是由于压力容器的无损检测是一项专业技术性比较强且比较危险的工作，这就对检测人员的专业素质和能力提出了较高的要求。不仅需要吸收和引进专业人才，而且需要不断的加强对在职检测人员的技术培训，通过专家讲座以及岗位实践和专业型培训等方式来提高检测人员的实践能力和专业知识水平。并且要制定和实施合理的技术规范和有效的激励政策来提高检测人员的责任意识、安全意识。

3.6 完善检测工作管理制度

压力容器的无损检测技术应用关系到检测质量和安全等多个方面，这就需要在进行检测工作管理制度的建立和实施中，基于明确的压力容器行业生产标准和使用规范，来对压力容器无损检测的原则、对象和质量要求进行确定，对不同检测方法的流程进行明确和规范，对检测岗位职责进行细化，完善无损检测工作安全和质量管理制度。

4 结语

目前石化领域中应用到压力容器的数量不断增多且质量和安全要求也在不断增高，由于压力容器具有结构比较复杂、设计水平要求比较高、整体安全性要求也比较高等特点，为了确保满足其使用要求，需要通过射线、超声波、磁粉、渗透和TOFD等技术来进行质量检测。为了提高无损检测技水平，不仅要选择合适的检测时机及合理的检测方法，组合应用多种无损检测技术，而且必要时要与其他的破坏性检测技术进行结合，提高检测人员的专业素质和能力，完善检测工作管理制度，确保压力容器的质量和安全。