探讨锅炉压力容器检验中无损检测技术的应用

张翔兮

（遵义市特种设备检验所，贵州 遵义 563000）

随着时代的发展与科学技术的进步，锅炉压力容器运行工况比以前更加复杂严苛，更容易出现化学腐蚀、环境开裂、材质劣化等损伤模式而导致失效，造成介质泄漏甚至爆炸，危及人民生命财产安全，造成巨大经济损失。因此，对检测工作提出了更高层次的要求，如何准确选用适当的无损检测技术，安全、高效、快捷、低成本进行检测，从而准确评估容器安全状况，最大限度地避免安全事故，是整个特种设备检验检测行业具有重要意义的研究课题。

1 概念简介

1.1 锅炉压力容器的使用特性

作为承压类特种设备，锅炉压力容器的运行稳定性较高，且能够长期承受高温高压的负荷，维持稳定运行状态。但就锅炉压力容器检验过程中发现的各种失效情况，结合其损伤模式综合显示的情况来看，锅炉压力容器在超温、超压、腐蚀等环境运行中易发生材质开裂、劣化等安全隐患，若在检验检测过程中未及时发现和解决设备存在的缺陷，使其带着较高的风险隐患运行，很有可能造成锅炉压力容器的安全事故，对人民的人身安全和使用单位的生产安全造成极大危害。比如，锅炉压力容器若长期处于高温高压等服役环境下，材料会发生应力腐蚀开裂、材质劣化等损伤，在其焊缝、热影响区及母材表面都有可能产生裂纹等缺陷，随着时间的推移，细小的损伤会逐渐扩大，导致设备的承载力下降，从而引发安全生产事故。因此，在检验过程中，必须对其损伤模式进行分析，重点对易产生缺陷的部位，进行无损检测，发现安全隐患并及时消除，杜绝安全事故的发生。

1.2 无损检测技术

无损检测是通过对被测物体使用超声波、射线等各种特性，在不损害或不影响被检设备使用性能的前提下，检测被检设备中是否存在损伤或缺陷，以达到检测目的的手段和方法。与传统检测技术不同，无损检测技术的最主要特征就是不会对被测设备造成损害或影响，能够在不破坏本体的情况下实现对设备本体和其他不同部位的检测和探伤工作，具有传统检测技术所不可比拟的优势。目前，通常用于锅炉压力容器检验中的无损检测技术有超声波检测（UT）、渗透检测(PT)、磁粉检测(MT)、射线照相检测（RT）、声发射检测（AT）以及脉冲涡流检测(ET)等检测方法，每种无损检测技术都有相应的适用范围和工作特点，都能在检测过程中进一步发现潜在的缺陷，提升被检测锅炉压力容器的稳定性和安全性，为检测人员和操作人员的日常工作提供安全保障与支撑。

2 锅炉压力容器检测前的准备工作以及要点分析

2.1 无损检测技术的应用原则

（1）要在检测工作开始前对目标锅炉压力容器设备的基础特征、具体性能及使用参数进行充分了解和研究，包括但不限于规格、温度、压力、介质、内部结构等，从而分析识别设备的损伤模式，这些都是能够对检测工作提供重要数据支撑的因素。

（2）要对被测锅炉压力容器的材料性能和质量进行明确。这是因为锅炉压力容器材质的不同对各种检测方法信号的输出大小和稳定性有着不同影响，因此，要将这种负面影响降到最低。

（3）要在明确相应设备参数信息的基础上选择最适配的无损检测技术。在技术手段的选择上，还应考量检测时间节点、经济等多方面因素，必要时，还可采用综合检测手段。

2.2 锅炉压力容器无损检测的准备要点

（1）被测表面处理。被测表面处理工作的完成质量会对后续锅炉压力容器无损检测的效果产生重要影响，因此，该工作是检验检测的前提和基础。这里的被测表面是指被测锅炉压力容器母材表面、其焊缝及热影响区处。在长期使用和运行过程中，锅炉压力容器的被测表面会堆积大量灰尘污垢，且易产生氧化或腐蚀情况。因此，被测面应做好除锈、打磨等预处理工作，否则，会对后续检测工作造成不良影响，导致检测结果出现偏差。

检测人员应将检测准备工作的重点放在被测锅炉压力容器的焊接缝及其热影响区处，必要时，需要扩大待测部位检测区域。此外，若采用渗透检测、磁粉检测等表面检测方法，则还应在实际检测工作开展前确定具体检测部位，对该位置进行打磨处理，直至被测表面出现金属光泽。

（2）质量检定与修复。若在该锅炉容器的检测中发现检测缺陷，则应根据缺陷性质及缺陷级别采取等级评定及安全评估等措施，制定修理方案，以消除设备缺陷。若遇到缺陷程度较为严重，且即使修复也无法保证设备的安全运行，则应对该设备采取报废处理，从而避免该被测设备在后续运行中出现更大的风险隐患，降低安全事故的发生概率和可能性。

3 无损检测技术在锅炉压力容器检验中的有效应用

3.1 超声波检测（UT）

超声波检测作为一种常见的无损检测技术，目前已成为锅炉压力容器的有效检验举措之一，检测人员可以使用赫兹频率在0.5 ～10MHz 的超声波对目标锅炉压力容器母材进行检测，从而明确被测部位母材及焊缝是否存在各种缺陷。

超声波检测技术的应用原理为：通过其自身所携带的频率特征，超声波在经过目标锅炉压力容器材质内部时，能够实现介质反射。如发现超声波反射情况出现异常，则说明该锅炉压力容器很可能存在内部缺陷，检测人员在分析此类信号后，就可进一步明确内部缺陷的精确位置及缺陷种类。就目前现实情况来看，由于超声波检测的灵敏度高且穿透力较强，能够在不消耗过多成本的条件下完成对锅炉压力容器材质内部结构的自动化检测，因此，其主要作用对象为锅炉压力容器的母材钢板及焊缝处。但超声波检测技术的实施效果除了受自身技术因素限制外，还在一定程度上受到被测设备表面情况的影响，比如，被测锅炉压力容器的外表锈蚀、凹凸不平、粗糙且光滑度不够，或是内部结构较为复杂，都无法保证检测结果的真实性和精确性。

3.2 射线检测（RT）

射线检测也是目前常被用于锅炉压力容器检测中的一种技术手段之一，主要用于修理、制造后对设备焊缝区域进行检测。若被测锅炉压力容器内部存在故障问题，则X 射线在扫描到该位置时所呈现出来的穿透力会在一定程度上被削弱。这种变化波动会被完全反映到信号接收设备或配套检测仪器中，检测人员能够根据穿透力的变化确定当前锅炉压力容器存在缺陷的具体位置，并在充分考量各种现实因素的情况下，对该缺陷进行评级判断，并对该缺陷制定合理的解决方案。

除了传统X 射线检测技术外，技术人员和检测人员还在原有基础上衍生出其他射线检验方法，如DR 检测、X 射线衍射法等。DR 检测是一种X 射线直接转换技术，它利用X 线检测器作为接收屏转化射线信息，直接在显示器上生成缺陷影像，减少了洗片等成像环节；X 射线衍射法能够实现与其他现代化信息技术手段的紧密联系，不仅能够增强对锅炉压力容器检测的自动化程度，还能在检测工作完全结束后将检测结果以电子文件的形式进行输出，确保检测人员的后续分析与使用。但由于X 射线衍射法的运行成本较高且检测精确度有待提高，因此，目前在锅炉压力容器检验工作中还未得到大范围的推广，这也是无损检测人员在未来一段时间内的主攻研究方向之一。

3.3 渗透检测（PT）

渗透检测是以物理学中的毛细现象为基础，先将具有高渗透能力的渗透剂，喷涂到目标锅炉压力容器的表面。若其表面存在裂缝或缺口，则渗透液将会顺着这一缺口流入容器内部。在经过一段时间的作用和沉淀后，检测人员可以搭配显像剂对该锅炉压力容器进行查看，以便明确其表面缝隙的开裂程度和内部缺陷程度。

3.4 磁粉检测（MT）

由于锅炉压力容器的制造材料磁场具有不连续性，利用合适的磁化力对待检锅炉压力容器进行磁化，然后在其表面待检测区域施加磁粉（干粉或者悬浮液形式）。磁化后，这些材料不连续处的磁场将发生扭曲，形成部分磁通过缺陷处表面形成了漏磁场，从而吸引磁粉形成磁痕迹象，再加上特定光照条件下，通过磁痕显现出缺陷位置和形状，然后根据材料验收标准对这些缺陷的尺寸、形状及性质等进行分析对比，检测人员就可在此基础上进行直观检查和判断，对缺陷位置进行精确定位，并以此对严重程度进行判断评估。磁粉检测方法非常适用于检测铁磁性材料材料的线状缺陷，但也存在一定的局限性，就是只能检测锅炉压力容器材料表面及近表面存在的极小缺陷。

磁粉检测技术的优势特征为：检验流程简单且所用成本较少，且自身的高灵敏性也会削弱锅炉压力容器检测工中的不利干扰；其劣势特征为：目前磁粉检测技术只能应用在具有铁磁性材料的锅炉压力容器中，对非铁磁性材料无检测能力。

3.5 声发射检测（AT）

在锅炉压力容器中，其内部金属材料若受到较大作用力的影响，可能会发生一种彻底释放应变能的现象，即声发射现象。通常情况下，声发射是通过瞬时弹性波的形式展现出来的，且导致其发生的作用力涵盖了外力和内力两方面。尽管大部分锅炉压力容器内部的金属材料在受到作用力破坏下都会发生不同程度的开裂或形变，但由此导引发的瞬时弹性波能量较弱，因此，若使用精度较低的设备对其进行检测，很可能出现检测不全面或直接漏掉等情况。

与传统无损检测技术不同，针对声发射现象的检测技术具有明显的动态化特性，能够对目标锅炉压力容器受损缺陷本身的声发射信号进行检测，且要想使相应的瞬时弹性波有效释放出来，不仅要确保受损处维持运动变化状态，还应在一定程度上存在形变或延伸拓展。

由于声发射检测技术在具体应用过程中不会受到自身尺寸和规格大小的影响，而是会在进行实时动态检测中受到目标锅炉压力容器开裂部分及危险缺陷的阻碍，因此，如果按照常规的标准试块或试件进行检测试验，则无法区分不同类型的缺陷。正确的分类方式应按照危险程度进行，从而实现更加精准的检测。在这一原理的支撑下，可以通过应力波到达时间来判断裂纹是否产生或扩展并据此判断缺陷性质和大小。基于声发射检测技术的独特性，可以将其适当引入传统无损检测技术中，并根据被检测锅炉压力容器的材料特点、状态、性能和结构形式等选择相应的声发射信号参数。

通过对锅炉压力容器在实际生产中出现的焊缝开裂现象分析可知，焊接热影响区组织粗大及硬度偏高是导致其在后续运行过程中发生焊缝开裂问题的主要原因。而声发射检测技术恰好能通过其自身动态特性对锅炉压力容器缺陷部分所发出的信号进行检测。但由于存在部分干扰信号，可能会出现延迟裂纹检测不及时或不精确等情况，因此，还可使用声发射监测系统对整个过程进行辅助，以此来探测和避免潜在的各类危险因素。

3.6 脉冲涡流检测(ET)

基于脉冲电流作用的锅炉压力容器无损检测被称为脉冲涡流检测技术。在该技术的作用下，相应的脉冲电流在经过激励线圈的同时，会引发磁场变动，此时，被检测的锅炉压力容器会在电磁感应和脉冲磁场的影响下产生相应的脉冲涡流。由于电磁感应的强度大且波及范围广，因此，脉冲电流会在其作用下发生二次磁场变化，并输出特定的电压感应信号。

针对导电金属材料来说，脉冲涡流检测技术能够在无须处理防腐层和包覆层的基础上实现对其表面裂缝破损的检测。由于锅炉压力容器的导电金属材料在长期运行作用下可能会含有大量夹杂物以及焊接残余应力，因此可能存在严重的不均匀温度场与应力场，影响了脉冲涡流检测技术的有效发挥。针对这一问题，相关技术人员已经加大了对该技术的研究力度，并使其能够完成对锅炉压力容器换热管组、流管束等的检测，目前，以借助其使用方便且安全环保等特点被广泛应用于锅炉压力容器检测工作中。

4 结语

综上所述，无损检测技术能够有效提升锅炉压力容器的检验质量，检测人员可在宏观检测基础上加深对锅炉压力容器安全风险的把控。为提高检测结果可靠性，应根据设备材质、制造方法、使用条件，预计可能产生的缺陷种类、形状、部位和取向，选择合适的无损检测方法，更有效地开展检测工作，这样才能进一步增强检验检测能力，最终提升锅炉压力容器的运行稳定性，保证锅炉压力容器的安全运行。