压力容器无损检测新技术

浅谈压力容器无损检测新技术

摘要：介绍压力容器无损检测方面的六种新技术，它们是声发射检测、金属磁记忆检测、红外热波检测、超声相控阵技术检测、激光检测和微波检测技术，并进一步说明这几种检测新技术的在压力容器上的应用以及它们的优缺点。

关键词：压力容器无损检测新技术

中图分类号：tg115.28 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2013）002-036-02

压力容器是在现代化工业生产中不可缺少的承压类特种设备，广泛应用于各行各业诸如石油化工、机械、纺织、冶金、制药、核能及运输等。随着经济的迅速发展，压力容器的在用数量和应用范围也日益增大，现代工业正朝着“三高”（高温、高速、高载）方向发展。压力容器在”三高”运行状态下往往未到下一个常规检测周期就已发生腐蚀和开裂等缺陷以致造成严重事故。为保证压力容器在使用过程中安全运行，就需要对压力容器所存在的缺陷早发现早消除。如今，压力容器的制造和运行检验中所采用的无损检测方法多种多样，除了常规无损检测方法（如超声、磁粉、渗透、涡流、射线等）外，还产生了一些无损检测的新技术、新方法、新仪器，接下来就介绍一下声发射、磁记忆、红外热波成相、超声相控阵技术、激光和微波无损检测新技术。

1 无损检测新技术

1.1 声发射检测

20世纪60年代，creen 等人首先开始了声发射技术在无损检测领域方面的应用，dunegan 首次将声发射技术应用于压力容器方面的研究。声发射技术应用于压力容器结构完整性检测与评价可分为三个方面：新制压力容器的声发射检测与评价、在用压力容器的声发射检测和评定、压力容器的声发射在线监测和评定。压力容器在介质温度和压力作用下容易形成裂纹，在裂纹的形成和扩展直到开裂这一系列情况中都会发射出与之相关的大小不同的声发射能量信号，根据这些能量信号的大小来判断是否有裂纹产生以及裂纹的扩展程度。声发射检测的一个重要特点就是必须在检测时对压力容器进行加载，一般采用的加载方法是对压力容器进行耐压试验，有时也会用工作介质直接进行加载，如果在整个加载过程中缺陷部位有声发射定位源信号产生，则判定缺陷是活性的；反之则判定缺陷是非活性的。

声发射检测的优点能够检测出活动的缺陷，即材料的断裂和裂纹的扩展，从而为使用安全性评价提供依据；可远距离操作，长期监控设备允许状态和缺陷扩展情况；装置较轻便；其局限性是设备价格昂贵；操作人员素质要求高；检测过程中干扰因素较多；声发射检测完成后，一般需要超声波检测复验。

1.2 金属磁记忆检测

金属磁记忆检测技术是俄罗斯杜波夫教授于20世纪90年代初

提出，并于90年代后期发展起来的一种检测材料应力集中和疲劳损伤的新的无损检测与诊断方法，是一种非破坏检测方法，其基本原理是记录和分析产生在制件和设备应力集中区中的自有漏磁场

的分布情況。

金属磁记忆检测不需要对被检测对象专门磁化和退磁，而是利用构件在地磁场中的自磁化，不需要对构件表面进行专门清理，探头的提离效应影响不大，不需要耦合，特别适合现场使用，快速、可靠而且检测灵敏度高。这种技术不仅可以快速检测出压力容器的应力集中的重点部位从而查出缺陷，还可以根据实际应力变形状况的信息来判断损伤发展的原因，是对压力容器缺陷进行早期检测并诊断的行之有效的无损检测方法。但是由于金属磁记忆检测技术是一门新型的检测技术，因此在仪器使用和实际应用方面还需要解决许多问题。

1.3 红外热波检测

红外热波成像技术就是把目标物体表面辐射或反射的红外波段图像转换成可见光波段人眼可观察图象（灰度图或彩色图）的技术。红外热波无损检测技术是通过接收材料内部或表面因为缺陷或材

料结构不均匀而产生的红外发射形成红外图像表征材料内部缺陷

或结构变化的技术。红外无损检测按其对工件的加热状况和信息处理方式可以分为主动式检测和被动式检测两类，前者是利用外部热源作为激励源对工件加热，利用红外热像仪获得不同时刻工件表面

的温度分布，以检测材料的内部是否存在缺陷；后者则是利用工件自身的温度分布来检测工件内部的缺陷，多用于运行中的压力容器进行检测。

红外热波无损检测常用于压力容器衬套检测和焊接过程检测。当高温压力容器内部保温层出现脱落或裂纹时，就会导致压力容器壳体处于超温状态而产生热损伤，哪怕是早期的疲劳损伤，也会出现热斑迹图象，红外热波无损检测正是利用这些疲劳热斑迹的来确定压力容器的脆弱部位的，这样就可以确定后续的检验检测重点。此检测技术是一门新兴的检测方法，由于它具有能实时检测、检测迅速、远距离非接触无损检测等优点，特别适合是在高速运动、高温、高电压等场合下进行检测；其局限性是检测者由于经验不同对检测结果得出的结论不同；此技术容易受到一些因素的影响如杂散波、界面反射波的干扰等，容易造成对压力容器缺陷的误检、漏检。

1.4 超声相控阵技术

相控阵超声波无损探伤技术（简称超声相控阵技术）是近年来超声无损检测领域领域发展起来的新技术，超声相控阵技术的应用始于20世纪60年代，相控阵超声波的基本概念来源于相控阵雷达技术。超声相控阵技术可以产生和常规超声波相同的声束和角度，但它与常规超声检测不同的是能精确的以电子方式控制声束的角

度和焦点尺寸。超声相控阵技术因为理论复杂和仪器及检测成本高等原因导致这项技术在无损检测中的发展受到限制。但近些年，超

声相控阵技术以其灵活的声束偏转及聚焦性能受到了无损检测行

业的重视。

超声相控阵技术的优点是操作灵活、缺陷定位准确、作业强度小，无辐射、无污物、速度快，例如对压力容器的环焊缝检测只需进行一次简单的线性扫查就能完成全焊缝的检测，并且可检测复杂形面或难以接近的部位，一面扫查一面还可以对焊缝进行分析和评判；检测结果也很直观还能实时显示，并且能打印或者存盘从而对实现对检测结果的长期保存。其局限性是对被检器表面粗糙度要求较高，对温度相对敏感，设备贵，人员素质要求高。

1.5 激光无损检测

激光技术在无损检测领域的应用始于70年代初期，由于激光本身所具有的独特性能，使其在无损检测领域的应用不断扩大，并逐渐形成了激光全息、激光超声等无损检测新技术，这些技术由于其在现代无损检测方面具有独特能力而无可争议地成为无损检测领

域的新成员，近年来发展也比较迅速，工程应用也比较多。

激光无损检测的优点是非接触检测不需要耦合剂，可检测复杂形面或难以接近的部位，同时可以实现远距离的遥控激发和接收，从而实现了压力容器的在线检测，因此激光无损检测可用于高温和高压等恶劣环境下压力容器的无损评估。其局限性是对物体表面有一定的要求，对物体深层缺陷不敏感，设备昂贵，人员素质要求高。

1.6 微波无损检测