勝利油田特種設(shè)備檢驗(yàn)所 梁麗華

勝利油田設(shè)備管理處 賀建軍

無(wú)損檢測(cè)的發(fā)展從無(wú)損探傷，進(jìn)而到無(wú)損檢測(cè)，然后到無(wú)損評(píng)價(jià)階段。無(wú)損檢測(cè)融入設(shè)備的一生管理，是設(shè)備管理工作的重要程序和方法。為了保障設(shè)備的安全運(yùn)行，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)充分發(fā)揮了其非破壞性及可靠性并且在許多情況下更可以實(shí)施原位檢測(cè)。本期專題介紹了無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用，闡述了各種無(wú)損檢測(cè)方法的原理、特點(diǎn)、適用范圍和發(fā)展趨勢(shì)，并列舉了應(yīng)用實(shí)例。這充分說(shuō)明了無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在在用設(shè)備與結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)價(jià)中發(fā)揮了重要的作用。同時(shí)，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人身與設(shè)備安全監(jiān)測(cè)中也發(fā)揮著重要作用。現(xiàn)今，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在應(yīng)對(duì)氣候變化、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色再制造產(chǎn)業(yè)中也正起著不可替代的作用。

策劃/執(zhí)行：蔣旭

無(wú)損檢測(cè)是壓力容器檢驗(yàn)中的重要檢驗(yàn)項(xiàng)目，在分析了目前常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)后，顯示出電磁感應(yīng)技術(shù)非常適合壓力容器的在線檢驗(yàn)。對(duì)電磁感應(yīng)技術(shù)在壓力容器在線無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

一、前言

壓力容器是保障油田生產(chǎn)和生活的重要設(shè)施設(shè)備。40年來(lái)，勝利油田的各類壓力容器使用時(shí)間長(zhǎng)，使用環(huán)境惡劣，安全隱患越來(lái)越多。現(xiàn)在使用的壓力容器大都是焊制而成，許多焊縫在長(zhǎng)期作用力下極易受到損傷，最常見缺陷是由疲勞產(chǎn)生的表面裂紋。尖銳的裂紋尖端會(huì)引起應(yīng)力集中，促使裂紋快速擴(kuò)展造成嚴(yán)重事故。檢驗(yàn)時(shí)要對(duì)壓力容器的所有焊縫進(jìn)行不少于20%比例的探傷，有時(shí)甚至需進(jìn)行100%焊縫常規(guī)無(wú)損檢測(cè)，且有些無(wú)損檢測(cè)方法須將容器停用，對(duì)容器表面進(jìn)行打磨，露出金屬本體，工作量大，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，如何解決焊縫裂紋的檢出率與檢驗(yàn)效率之間的矛盾，快速掃查容器上的裂紋，實(shí)現(xiàn)壓力容器的在線無(wú)損檢測(cè)和提高壓力容器檢驗(yàn)質(zhì)量是需解決的主要問(wèn)題之一。

二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

目前已有多種無(wú)損檢測(cè)方法用于焊縫裂紋探傷：磁粉（MP）、滲透 （LP）、超聲波 （UT）、X射線 （RT）、渦流（ET）、聲發(fā)射（AE）和紅外檢測(cè)，它們各自的特點(diǎn)如下。

1.磁粉法

磁粉法是用于探測(cè)鐵磁性材料表面或近表面缺陷的一種簡(jiǎn)單易行的方法。檢測(cè)時(shí)將需檢驗(yàn)部位及周圍磁化。焊縫處如有裂紋等缺陷，由于缺陷處存在空氣或其他物質(zhì)，其磁阻較鐵磁材料本身磁阻大得多，因此在缺陷處磁力線會(huì)產(chǎn)生彎曲繞行現(xiàn)象。當(dāng)缺陷位于管道表面或近表面時(shí)，一部分磁力線繞過(guò)缺陷暴露在空氣中，產(chǎn)生漏磁現(xiàn)象。如果此時(shí)在管道表面噴灑上鐵磁粉或涂上磁粉混濁液，則缺陷處的漏磁場(chǎng)會(huì)吸住部分磁粉而把缺陷顯現(xiàn)出來(lái)。磁粉檢測(cè)所需設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，迅速可靠，對(duì)表面缺陷檢測(cè)靈敏度高，缺陷較直觀，成本低。但缺陷的顯現(xiàn)程度與缺陷同磁力線的相對(duì)位置有關(guān)，且只能檢測(cè)出缺陷的位置和在表面方向上的長(zhǎng)度，不能檢測(cè)出缺陷深度，檢測(cè)靈敏度隨缺陷深度而下降，并且檢測(cè)部位需打磨出金屬本體。

2.滲透法

滲透法是利用某些具有較強(qiáng)滲透性的滲透液，涂在金屬被檢表面上，使之滲入管道表面的微小缺陷中，然后用清洗劑除去表面上的滲透液，在金屬表面涂上一薄層吸附性強(qiáng)的吸附劑，隔一定時(shí)間后，滲透入表面缺陷中的滲透液就會(huì)被吸附劑吸附，在金屬表面顯現(xiàn)出缺陷來(lái)。若缺陷內(nèi)有油、水或其他介質(zhì)存在時(shí)，檢測(cè)靈敏度就顯著下降。滲透法設(shè)備簡(jiǎn)單，并具有檢測(cè)表面裂紋靈敏度高、使用和操作方便，以及適用于無(wú)電源、水源的野外現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是不能檢測(cè)金屬壁板內(nèi)部缺陷，對(duì)金屬板的粗糙度有一定要求，檢測(cè)部位需打磨出金屬本體。

3.超聲檢測(cè)

超聲檢測(cè)法主要用于檢測(cè)焊縫內(nèi)部埋藏缺陷。由于超聲波探傷儀體積小、重量輕，便于攜帶和操作，而且與射線相比對(duì)人無(wú)傷害，因此在在用壓力容器檢驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)是超聲檢測(cè)的效果憑檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)而定，傳統(tǒng)的超聲波探傷儀無(wú)法進(jìn)行缺陷圖像的保存。

4.射線檢測(cè)

射線檢測(cè)是檢查金屬焊接接頭內(nèi)部缺陷的一種準(zhǔn)確可靠的方法，可以顯示出缺陷的形狀、平面位置和大小。其優(yōu)點(diǎn)是利用射線照相獲得的底片分析金屬焊接接頭缺陷，具有直觀性，并且檢測(cè)結(jié)果可記錄下來(lái)作為檔案資料長(zhǎng)期保存。由于檢測(cè)圖象較直觀，所以對(duì)缺陷尺寸和性質(zhì)判斷比較容易。其缺點(diǎn)是當(dāng)裂紋面與射線近于垂直時(shí)就很難檢查出來(lái)，對(duì)微小裂紋的檢測(cè)靈敏度低，生產(chǎn)費(fèi)用大，并且對(duì)人體有害，需要有防護(hù)設(shè)備。

5.聲發(fā)射檢測(cè)

聲發(fā)射又稱應(yīng)力波發(fā)射，當(dāng)材料或零部件受外力作用發(fā)生變形、斷裂或內(nèi)部應(yīng)力超過(guò)屈服極限而進(jìn)入不可逆的塑性變形階段，都會(huì)以瞬態(tài)彈性波形式釋放出應(yīng)變能，這種現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)方法，它可以對(duì)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，且檢測(cè)靈敏度高。此外，幾乎所有材料都具有聲發(fā)射特性，所以聲發(fā)射檢測(cè)不受材料限制，且不受檢測(cè)對(duì)象的尺寸、幾何形狀、工作環(huán)境等因素的影響，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。但該技術(shù)應(yīng)用于壓力容器檢驗(yàn)，由于其對(duì)缺陷不能定性，須用其他常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。

6.紅外檢測(cè)

紅外無(wú)損檢測(cè)是現(xiàn)代無(wú)損檢測(cè)中的一種，它是通過(guò)測(cè)量物體的熱量和熱流的傳遞，進(jìn)而通過(guò)分析實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目的一種檢測(cè)技術(shù)。它是非接觸的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，即連續(xù)對(duì)被測(cè)物作上下、左右非接觸的連續(xù)掃描。試驗(yàn)證明，材料導(dǎo)熱率、缺陷的幾何尺寸、材料的厚度、溫度激勵(lì)方式等因素均為影響檢測(cè)靈敏度的關(guān)鍵因素，對(duì)不同缺陷的準(zhǔn)確評(píng)估需要建立專門的專家數(shù)據(jù)庫(kù)和診斷軟件。

7.渦流檢測(cè)

常規(guī)渦流法可用來(lái)檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)件的表面裂紋，并無(wú)需清除表面較薄的污垢或漆層，然而這種方法只適用于檢查母材上的裂紋，對(duì)焊縫上的裂紋卻因焊縫在高溫熔合時(shí)產(chǎn)生的激烈的鐵磁性變化而出現(xiàn)的雜亂無(wú)序的磁疇干擾而無(wú)法實(shí)施，并且母材與焊接填充材料的差異，也是困擾檢測(cè)的原因之一，檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性受渦流探頭、材料、高溫環(huán)境中操作人員輻射熱的防護(hù)及保持操作的穩(wěn)定性等因素的影響。判傷也與操作者技術(shù)水平有關(guān)。

電磁感應(yīng)法很適合探測(cè)表面裂紋，而且能穿透工件表面存在數(shù)毫米厚的涂層。它不但能在潮濕的條件下使用，甚至能在水下直接使用。

三、電磁感應(yīng)技術(shù)的檢測(cè)原理

用一交變磁場(chǎng)磁化鋼鐵試件的局部區(qū)域，當(dāng)缺陷進(jìn)入交變磁場(chǎng)內(nèi)，會(huì)在表面產(chǎn)生泄漏磁場(chǎng)梯度異常區(qū)，采用磁敏元件檢測(cè)這些磁場(chǎng)的畸變，就能獲得缺陷信號(hào)，由于試件也是良導(dǎo)體，在交變磁場(chǎng)的感應(yīng)下，試件也將產(chǎn)生感應(yīng)電流，并同時(shí)生成附加的感應(yīng)磁場(chǎng)與原有的泄漏磁場(chǎng)合成復(fù)合磁場(chǎng)。對(duì)鐵磁性材料，交流電磁場(chǎng)的畸變，會(huì)因磁導(dǎo)率的增加而得到加強(qiáng)，從而提高檢測(cè)靈敏度，圖1為電磁感應(yīng)技術(shù)檢測(cè)方法原理示意圖。

由于電磁感應(yīng)檢測(cè)法傳感器與試件的耦合是以電磁波的方式傳遞，所以它們之間無(wú)需像超聲波法那樣要借助耦合劑，可直接穿透非導(dǎo)體涂層，甚至不太厚的不銹鋼覆蓋層，適合于焊縫的表面裂紋檢測(cè)。

四、電磁感應(yīng)法的優(yōu)點(diǎn)

（1）電磁感應(yīng)技術(shù)應(yīng)用于壓力容器的無(wú)損探傷，無(wú)須對(duì)容器表面進(jìn)行清理、打磨，且溫度及材質(zhì)對(duì)測(cè)試的影響較小，能夠?qū)崿F(xiàn)壓力容器的在線無(wú)損檢測(cè)。

（2）由于工藝或使用區(qū)域的限制，在檢驗(yàn)中常常遇到壓力容器的某些部位空間狹小，常規(guī)的探傷方法無(wú)法實(shí)施，采用電磁感應(yīng)技術(shù)對(duì)容器狹小空間、孔壁以及角焊縫的探傷只需連接合適的探頭進(jìn)行測(cè)試，易于操作，適用性強(qiáng)，且不會(huì)損傷檢驗(yàn)人員的身體健康。

（3）應(yīng)用電磁感應(yīng)技術(shù)可透過(guò)涂層檢測(cè)出壓力容器表面裂紋的深度及長(zhǎng)度，并可對(duì)裂紋的走向加以判斷。

（4）檢測(cè)結(jié)果和檢測(cè)參數(shù)可進(jìn)行保存，并可通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，可以隨時(shí)查驗(yàn)，并能避免檢測(cè)人員操作中主觀性差異。

五、電磁感應(yīng)法的缺點(diǎn)

通過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果可見，對(duì)表面平整度較好的設(shè)備母材及焊縫（如自動(dòng)焊）的裂紋，檢測(cè)靈敏度較高，但對(duì)于起伏度較大的手工焊焊縫，檢測(cè)效果有所下降，可用抑制功能消除因焊縫起伏造成的影響，及選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)參數(shù)，如增益、強(qiáng)度等以達(dá)到最佳的檢測(cè)效果。實(shí)際上，目前壓力容器制造中焊縫基本已消除了人工焊接，焊縫絕大部分為自動(dòng)焊。

綜上所述，電磁感應(yīng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)壓力容器的在線無(wú)損檢測(cè)，可對(duì)焊縫實(shí)現(xiàn)快速掃查，無(wú)需對(duì)焊縫進(jìn)行打磨清理，檢驗(yàn)效率大大提高；可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果存儲(chǔ)，能對(duì)檢測(cè)出的焊縫裂紋作定性和半定量評(píng)估。