无损检测技术在特种设备检验中的应用与分析

戴西斌，左万君，吴昌玉

（江西省检验检测认证总院特种设备检验检测研究院，江西南昌 330052）

0 引言

随着特种设备需求量快速增加，再加上设备检验过程中的复杂性和特殊性，需采用更加科学合理的检测技术来加强设备检验力度，以精细化、自动化和全面化作为检测技术发展方向，对特种设备安全事故进行有效预防和控制。目前，就检测效果而言，在不破坏检测对象原有的结构、性质和状态的提前下，无损检测技术是一种重要的检验手段，可以实现对设备内部整体状况的全面高精度检测，高效、精准地找出设备存在的缺陷及隐患，从而有效提高检验质量，及时把控设备使用状况，保障特种设备安全运转[1]。

与其他检测技术相比，无损检测技术是利用现代化科学技术手段，非破坏性地对设备进行全面系统性检测，并针对性地对设备表面及内部结构缺陷引发的电、光、热和声等现象进行数据分析与综合性评价，可以多角度地把控特种设备检验质量，具有高可靠性、高精度、高效率等特点[2]。无损检测技术的应用分析，还可以进一步优化和创新特种设备制造技术，因此该检测技术在一定程度上也反映了一个国家的工业现代化发展水平[3]。

1 特种设备无损检测技术的应用特点

1.1 应用无损检测技术的必要性

随着特种设备在各行各业的广泛应用，以及特种设备本身具有的高危性、封闭性、涉及生命安全等特点，经过长期使用设备会有不同程度的损伤，积累到一定程度可能会出现灾难性的安全事故，因此需及时有效地检验出设备存在的缺陷和质量问题，并进一步采取相关措施确保设备安全稳定运行[4]。传统的损伤检测技术是将特种设备完全拆卸，借助物理或化学无损技术对拆卸后的设备缺陷进行探测和发现，不仅会损坏设备，且检测准确性、精度及效率较低，无法达到当前特种设备检验的预期效果。而无损检测技术以非损坏性特点为前提下，采用科学的物化手段，不仅能检测、定位设备的缺陷，还能对设备的整体结构、运行状态进行分析和识别，通过数据分析和图像技术可以全面综合性评价缺陷对设备的影响程度，从而提高检测结果的准确性和时效性[5]。该技术在检测效率、准确率、适用性等方面具有明显优势，因此对提高检验质量和保障特种设备安全稳定运行具有重要意义。

1.2 无损检测技术的优势

与其他类型的检测技术相比，无损检测技术可贯穿于特种设备原材料、制造工艺和使用运行整个环节，具有较为突出的优势，因此在特种设备检验领域获得广泛应用。其优势主要表现在以下4 个方面：

（1）非破坏性。整个检测过程中不会拆卸和损坏特种设备，能够保证被检测对象结构与性能的完整性，从而有效提高检测的准确性和效率[6]。与传统的损伤检测技术相比，非破坏性是该技术极为典型的优势。

（2）全面性。整个检测过程中会严格依照检测规范和标准，科学合理地筛选检测设备、检测技术和检测人员，把定位和分析设备缺陷的需求当作着力点，对于容易被忽视的检测盲区，根据检测对象结构与性能特征，采用多种检测方法进行补充检测，从而达到全方位检测的效果，使检测结果更具参考性[7]。

（3）全程性。在特种设备自身特殊性和复杂性的整体环境下，在不破坏检测对象原有完整性的提前下，该技术不管是针对原材料、制造工艺还是对处于运行状态设备的检测，均呈现较强的适用性，可贯穿特种设备检验的整个过程[8]，检测范围十分广泛，有利于识别设备结构损伤、失效机理，综合分析运行时间对设备质量的累计影响，具有全程保障检测质量的优势。

（4）互容性。对于相同待测物，根据设备结构与性能特征，在整个检测过程中可采用多种技术进行重复检测，互相验证多种技术的检测结果，从而使检测结果更具准确性[9]。

2 特种设备无损检测技术的应用现状

在特种设备检验中广泛应用的无损检测技术有射线检测、磁粉检测、超声波检测、涡流检测、红外线检测、渗透检测等，各有其长处和应用范围。在开展检测之前，需结合被检测设备的属性和应用环境，根据实际需求选择科学合理的检测技术和时机，充分发挥无损检测技术的优势，保障特种设备安全稳定运行[10]。

（1）射线检测技术。射线检测技术在特种设备检测中应用较为广泛，其工作原理是被测物可对不同射线产生差异化吸收和散射，在光量子穿透设备后，借助电子信息技术，以胶片作为记录载体获取光图信息，可直观的通过光图分析判定设备具体缺陷问题[11]。现阶段X 射线检测技术应用最广，适用于各种铸钢件熔化焊的对接、角接焊缝，能有效检测及定位承压类特种设备的内部缺陷。其优点是对材料厚度不大于200 mm 的特种设备气孔、夹渣等缺陷检出率较高，且能直观发现缺陷的数量、尺寸和位置[12]；缺点是检测裂纹类缺陷时，光图数据稳定性差、检测设备成本较高、检测速率也较慢、检测材料具有局限性，检测过程中射线也会对人体有危害和污染环境。

（2）磁粉探伤技术。磁粉探伤技术的工作原理是，铁磁性被测物被磁化后，其近表面的夹杂物、裂纹和未焊透等缺陷处会产生漏磁场现象，形成畸变不连续性的磁力线，使施加在设备表面有颜色的磁粉被大量吸附，进而直观呈现出被测物缺陷的具体位置[13]。磁粉探伤技术具有操作简单、设备成本较低、检测效率较快和灵敏度较高等优点，但也具有局限于检测铁磁性材料、检测设备范围较小等缺点，因此仍有进一步发展和扩大的应用范围。

（3）超声波探伤技术。超声波探伤技术的工作原理是，利用超声波在穿透被测物时会产生折射和发射现象，呈现出时间和能量的衰减特性，借助计算机软件载体可获取全面的设备信息，从而实现对设备内外部缺陷位置和大小的精确定位[14]。该技术的适用性极强，能够穿透厚度为8～300 mm 的材料，检测缺陷种类也较齐全，可以全面、有效检测设备，因此有着广泛的应用范围[15]。该技术具有操作简单、设备成本较低、精度高、速度快、无污染和人体危害等优点，但不适用于检测形状不规则、复杂的特种设备。

（4）涡流检测技术。近年来，涡流检测技术作为一门快速发展的新兴技术，受到现代工业的广泛关注。其工作原理是以电磁感应为基础，借助导电线圈带来的磁场，使被测物表面感生涡流变化量，从而快速实现对设备表面缺陷的定位[16]。目前，该技术多应用于检测压力容器缝隙表面的微细孔、腐蚀、磨损等缺陷，具有检测效率高、灵敏度较高、不受温度影响、无环境污染等优点，其局限性有仅适用于检测金属材料、检测精度较低、不适用于检测内部缺陷等。

（5）红外线检测技术。由热力学原理可知，任何物体表面会向周围发射或者吸收辐射能，且辐射能与物体的物理、化学等特性有关。因此，红外线检测技术的工作原理是以红外线的温度敏感效应为基础，借助热像仪和红外探测器，可直观地看到被测物表面的热量分布情况，从而实现准确判定设备表面缺陷的位置、类型、风险危害程度[17]。目前，常用的红外线检测技术有主动和被动两种形式，其中主动式检测需借助人工加热被测物，根据热导率的差异来判断设备该部位是否存在缺陷；被动式检测是利用设备自身温度来实现缺陷检测。该检测技术适用于检验各种特种设备，但因检测精确度较低、可靠性较差、便携性差和设备成本较高，当前主要作为一种辅助检验手段[18]。因此，仍需加强探测传感技术的研发，进一步提高温度分辨力。

（6）渗透检测技术。渗透检测技术以液体的毛细管作用为基础，结合固体燃料发光现象，借助有色渗透液、去除剂和显像剂，从而实现对设备表面开口状缺陷的有效检测。该技术有高便携性、设备成本较低、灵敏度高、检测范围易控、适用于检测复杂结构设备等优点，可有效检测出设备表面开口处裂纹、气孔和氧化斑等缺陷，但具有不适用于检测多孔材料、无法检测设备内部缺陷、污染环境等缺点。因此，仍需结合其他无损检测技术的优势，以不断提高该技术研究、扩大应用领域。

3 特种设备无损检测技术的质量控制

对特种设备运用无损检测技术展开全面检验工作时，既要科学合理的选择无损检测技术，又要综合应用多种无损检测技术，充分发挥无损检测技术的优势，从而保障特种设备安全稳定运行。

（1）针对性。不同种类的无损检测技术存在的长处和应用范围，为了做好检验质量控制，有效提高检测结果的准确性和效率，需明确无损检测技术的适用范围。从实际情况出发，结合被检测设备的属性和使用状况，依据其指标数据对设备潜在的缺陷及问题进行预测，识别分析设备结构损伤、失效机理，合理选择最佳的检测技术。

（2）时效性。在开展特种设备的无损检测时，需结合检测材料、检测目的、检测结果、设备结构、设备使用状况等多个因素，合理安排检测时间，使其符合相关基准规范要求，确保检测结果的可靠性和准确性。例如：有些设备的材料有裂纹延迟倾向，依照相应的规范要求，需将检测时间安排在焊接完成后的24 h 内；对高压密闭反应锅炉进行检测时，将检测时间安排在在锅炉停工或冷却状态，可获取高准确性的检测结果。

（3）综合性。为进一步提高无损检测过程科学性、检测效率、结果准确性，需结合待测设备材料、形状、结构、使用状况等实际情况，综合运用多种无损检测技术，实现各检测技术间的优势互补，有效控制检验质量，保障特种设备安全运转。例如，磁粉检测技术在检测压力容器表面裂纹缺陷方面有着较高的灵敏度，但是无法检测到压力容器内部埋藏缺陷，精确度较差。如果将其与超声波探伤技术综合使用，则可有效提升检测结果的可靠性、精度、效率等，达到严控检验质量的效果。

4 结束语

由于特种设备自身特殊性、制造技术不断创新和需求量不断增加，对无损检测技术水平提出了更高要求，需不断完善和创新检测技术，充分发挥无损检测技术非破坏性、全面性、全程性和互容性等优势，推广检测技术的应用范围，建立健全完整的检测计划，结合特种设备的实际情况，科学合理选择最佳检测技术，制定设备缺陷检测方案，以及预防和解决策略，提升检测效率，使检测结果更具精确性和可靠性，进而有效确保检验质量，保障特种设备安全稳定运行，提升工业生产效益，推动社会经济发展。