2.9　無損檢測

2.9.1　原材料無損檢測

2.9.1.1　鋼板超聲檢測

板材是制造板焊結構壓力容器的主要材料，板材的質量直接影響壓力容器的質量。鋼板的質量與冶煉過程和軋制工藝有關。外部缺陷主要有重皮、折疊、裂縫等，內部缺陷主要有分層、夾層、層狀非金屬夾雜物、白點（氫裂紋）等。由于鋼錠頭部在凝固時收縮產生縮孔，在成材過程中如果未切除干凈，軋成鋼板后就會形成夾層或分層。如鋼錠中含有非金屬夾雜物、金屬氧化物、硫化物以及夾渣等缺陷，在軋制過程中也會形成夾層。白點是在軋制后發生的缺陷，它是由溶解在鋼中的氫原子在非金屬夾雜物交界處作為氫分子析出所致。一般在含Mn、Ni、Cr元素的合金鋼板中存在。上述幾種缺陷的延伸方向與軋制方向一致，分層與夾層大都與鋼板表面平行或基本平行。故用超聲波直探頭在軋制面上探測最為有效。

（1）中厚板的超聲檢測

板材的檢測方法以板的厚度來分。對于壓力容器用薄板（小于6mm）采用橫波進行檢測，中厚板（6～60mm）和厚板（大于60mm）則采用縱波垂直檢測。中厚板材檢測常用方法有：①單探頭直接接觸多次反射法；②單探頭直接接觸一次或二次反射波法；③雙晶探頭直接接觸法和間隙法；④單探頭水浸法等。鋼板檢測頻率一般選用2～5MHz，探頭直徑10～30mm。按照JB/T 4730.3—2005標準中規定，試塊采用ф5mm平底孔。不同鋼板厚度范圍選用的試塊厚度和孔深也不同。掃查方式為垂直于壓延方向，以100mm間距平行線移動。發現缺陷、測定缺陷面積有下列三種情況：無底波，只有缺陷波的多次反射；缺陷波和底波同時存在；無底波，只有多個紊亂的缺陷波。該標準還規定了有關質量評定標準。

（2）復合鋼板的超聲檢測

復合板由基層和復層材料組合而成。組合方式有軋制、焊接和爆炸結合三種。復層材料一般使用不銹鋼、鈦、銅合金等材料，以提高材質的耐腐蝕或耐磨性能。復合板材中的缺陷主要是基層和復層交界面上貼合不良或脫層。復合鋼板超聲檢測主要檢查有無脫層。由于基層和復層之間交界面上貼合不良或脫層是與板面平行的，所以用直探頭縱波檢測最為有效。探測頻率一般為2～5MHz，探頭直徑10～30mm。檢測可以選在復層面，也可選在基層面，采用垂直檢測法。檢測面選在復層時，用充水探頭可以獲得較好的檢測效果。對于用不銹鋼作復合材料的復合鋼板，由于基層與復層材料的聲阻抗相差甚微，如果結合良好，基本上沒有界面回波。檢測靈敏度是把完好區的底波調到熒光屏滿幅度的50％以上，以225mm垂直格子線或以垂直于鋼板主軸線的間距為100mm平行線（亦可沿平行于鋼板主軸線間距為75mm平行線）進行掃查，并在鋼板所有邊緣50mm內進行全面積掃查，發現缺陷時，在其周圍探測確定缺陷面積。缺陷評定等級按JB/T 4730.3—2005標準規定。美國ASTM A578《復合鋼板超聲波直射波檢驗標準規范》的驗收標準為：“當底波完全消失，并有復合層和基層的復合面回波時，說明未結合”，“未結合面積的直徑大于3英寸時，應予拒收?！?/p>

2.9.1.2　鍛件超聲檢測

壓力容器鍛件主要用于頂蓋、底蓋、接管、法蘭、封頭和筒體。Ⅲ級以上鍛件均要求進行超聲檢測。鍛件原材料中常見的缺陷有縮孔、疏松、夾雜物、裂紋。加工過程中的缺陷主要有裂紋、白點、折疊。熱處理缺陷主要有裂縫。

鍛件的檢測應按JB/T 4730.3—2005標準規定，將壓力容器鍛件按形狀分為六種，即筒形鍛件、環形鍛件、餅形鍛件、碗形鍛件、條形鍛件及長頸鍛件。探頭頻率主要為2.5MHz，晶片采用ф20mm的硬保護膜直探頭，各種鍛件規定了主探測面。檢測靈敏度用大平底計算法確定。檢測時記錄單個缺陷、密集缺陷和由缺陷引起底波降低量，并將這三種情況分為五個等級，并對各種鍛件在NB/T 47008～47010標準《承壓設備鋼鍛件》中規定了驗收級別。對內外徑比大于或等于80％的環形和筒形鍛件，還規定了橫波無損檢測方法。

2.9.1.3　管材的超聲檢測或渦流檢測

（1）管材的超聲檢測

需進行超聲檢測的管材，主要是指在高溫、高壓狀態下工作的管材以及在特殊情況下應用的特殊類型的管材。管材有無縫鋼管、電阻焊接管、大口徑厚壁管等。壓力容器使用無縫鋼管為最多。管材中存在缺陷隨原材料中的缺陷不同和制造工藝不同而不同。常見的缺陷有裂紋、夾層、夾渣、重皮等，大口徑管子中存在缺陷與鍛鋼件類似。

①小口徑管檢測　小口徑管一般采用水浸聚焦，以折射橫波進行檢測。應預先按鋼管純橫波檢測條件和保證內壁探測到的條件選定偏心距，聚焦超聲波束的焦點應落在管心上，由此可算出焦距和透鏡曲率半徑。檢測時采用同材質同規格的對比試樣校驗靈敏度，其人工槽多為尖角槽，也有矩形槽和U形槽。檢測時，若反射信號超過對比試樣上槽的反射信號，則管子的缺陷應判廢，反之算合格。

②厚壁管的檢測　當壁厚t和外徑D的比值大于0.23時，橫波波束就掃不到內壁缺陷，這時可用波形轉換來探測內壁缺陷，即折射縱波在管子外壁上發生波形轉換，產生反射橫波，用來探測厚壁管內壁缺陷。

③大口徑焊接管的檢測　這是一種有曲率的平板對接焊縫，有曲率焊縫的定位、定量均需特別考慮。當曲率半徑R大于125mm、小于250mm時，探頭應與工件曲面吻合，可用直接接觸法，但探測條件和檢測需采用特定的方法。當工件曲率半徑R大于250mm，聲程校正系數μ（μ=筒體檢測時的半聲程長度/平板檢測時的半聲程長度）大于1.1時，必須考慮定位修正，此時探測條件可與平面斜探頭相同。當工件曲率半徑R大于250mm，且μ小于1.1時，按JB/T 4730標準規定，可完全按平板對接焊縫處理。

（2）管材的渦流檢測

渦流檢測是以電磁感應理論為基礎，高頻交變電壓發生器供給檢測線圈以激勵電流，在試件周圍形成一個激勵磁場。這個磁場在試件中感應出渦流，渦流又產生自己的磁場，渦流磁場的作用是削弱和抵消激勵磁場的變化，而渦流磁場中就包含了試件好壞的信息。檢測線圈用來檢測試件中渦流磁場的變化，也就是檢測了試件性能的好壞，這個檢測到的信息用指示器指示出來，這就是渦流檢測的基本原理。

渦流檢測與其他檢測方法相比有獨特之處，主要有：①渦流檢測只適用于導電材料（包括石墨等非金屬導電材料）；②渦流檢測特別適用于導電材料的表面和近表面檢測；③渦流檢測不需要耦合劑；④渦流檢測能對在高溫狀態下的工件進行檢測；⑤能檢測工件的各種性能，如電導率、磁導率、硬度、內應力、熱處理情況、不同材料的分選、測量金屬厚度、薄帶厚度、金屬材料上非金屬涂層或鐵磁材料上非鐵磁涂層厚度等。也可用于管棒直徑、橢圓度、金屬之間的距離測量。

2.9.2　焊縫無損檢測

壓力容器的主焊縫基本上由焊條電弧焊、埋弧焊、電渣焊、氣體保護焊等方法完成。常見的缺陷有氣孔、夾渣、裂紋、未焊透。焊接接頭形式有對接、T形、角接、鎖底等接頭，因此所選用的無損檢測方法、標準也各不相同。

2.9.2.1　焊縫射線檢測（RT）

焊縫的射線檢測可按圖2-70～圖2-73所示方法進行。對于大直徑管焊縫可按圖2-74所示方法進行檢測。對于小直徑的對接管焊縫，或已焊好但無法將膠片或射線源放入管中的管子焊縫，可按圖2-75所示的方法，使射線源與管焊縫傾斜一定角度進行照相。將射線源（周向X光機或γ射線源）放在工件圓心位置上，將膠片貼在工件的外表面進行射線照相，稱周向曝光技術（圖2-76）。對于其他的焊縫，可根據實際照相情況，選擇適當的照相方法。

1—射線束；2—工件；3—膠片

1—射線束；2—工件；3—膠片

1—射線束；2—工件；3—膠片

1—射線束；2—工件；3—膠片

1—射線束；2—工件；3—膠片

1—射線束；2—工件；3—膠片

1—射線源；2—射線束；3—工件；4—膠片

射線檢測缺陷等級評定應按照JB/T 4730.2—2005標準執行。

2.9.2.2　焊縫超聲檢測（UT）

①對接焊縫的超聲檢測　由于焊縫有加強余高，表面凹凸不平，焊縫中的危險性缺陷（裂紋、未焊透）大多垂直于板面，所以，對接焊縫的超聲檢測一般都利用斜探頭在焊縫兩側與鋼板直接接觸，以所產生的折射橫波進行檢測。為保證整個焊縫截面都被超聲波束掃查到，探頭必須在焊縫內外表的探測面上左右、前后移動。通常要對探測面進行打磨修整，必要時還需將焊縫余高磨平。檢測前必須在探測面上涂上耦合劑。探測頻率一般在2～5MHz。各種焊縫檢測標準對檢測靈敏度都有具體規定。對于各種缺陷的定位、定量和定性準確度，除遵照超聲檢測的基本要求外，還和操作者的實際檢測水平和經驗有關。超聲檢測的焊縫缺陷評判按JB/T 4730.3—2005標準執行。

②接管角焊縫的超聲檢測　在壓力容器中，常見的是大口徑管座角焊縫。焊縫部位是受力最復雜、強度較薄弱和應力集中的區域。大口徑管座角焊縫一般有兩種類型，如圖2-77所示。按JB/T 4730.3—2005標準規定，可采用2.5MHz的軟保護膜探頭或雙晶探頭。無論使用哪類探頭，其探頭底面必須和探測面接觸良好。

③奧氏體不銹鋼堆焊層超聲檢測　隨著石化工業的發展，以脫硫用反應器為代表的各種壓力容器和塔器類產品，其內表面隨腐蝕條件不同，常襯以各種不銹鋼等耐腐蝕材料。一般熱壁加氫反應器的承壓材料采用低合金高強鋼，成形后在內表面堆焊1～2層奧氏體不銹鋼，厚度為2～7mm。當母材與堆焊層熔合良好時，界面只出現反射聲壓較小的組織反射波，與底波聲壓比較，聲壓差大于30dB。為防止奧氏體鋼晶粒粗大產生林狀波影響，檢測頻率不宜太高，一般為2～2.5MHz。檢測儀的選用應著重考慮儀器與探頭的組合、近場分辨力和檢測靈敏度。其最小探測深度不大于3mm，分辨力至少可將縱向相距1.5mm的兩個回波清晰地區分開。探頭為單直探頭或雙斜縱波分割式探頭，一般以基層面進行檢測，在發現缺陷時，應以堆焊面進行復驗?？捎闷降卓自噳K或橫孔試塊，亦可采用按實際條件制成的AVG曲線圖法。一般，多用平底孔試塊探測堆焊層脫層，多用橫通孔試塊探測堆焊層下裂紋。檢測時，探頭沿100mm×100mm（或200mm×200mm）網格線進行檢測，以發現缺陷，并測定缺陷范圍。目前，國內外各用戶因設備工況不同而驗收標準不一，差別亦較大，除按JB/T 4730.3—2005標準外，還應滿足各用戶的附加要求。

2.9.2.3　焊縫表面磁粉檢測（MT）

磁粉檢測是利用有表面或近表面缺陷的工件被磁化后，當缺陷方向與磁場方向成一定角度時，由于缺陷處磁導率的變化，磁力線逸出工件表面，產生泄漏磁場，吸附磁粉而產生磁痕顯示。磁粉檢測廣泛地應用于探測鐵磁材料（如鋼鐵）的表面和近表面缺陷（如裂紋、折疊、夾層、夾雜物及氣孔）。磁粉檢測對工件表面的缺陷檢測靈敏度高，隨著缺陷埋藏深度的增加，其檢測靈敏度迅速降低。另外，對于非鐵磁材料的奧氏體化不銹鋼、鋁鎂合金等有色金屬不能應用磁粉檢測進行檢測。

磁粉檢測材料（磁粉和懸浮液）的作用在于能夠被缺陷部位的微弱磁場所吸附，顯示出肉眼可見的缺陷圖像，達到檢出缺陷的目的。按施加時不同的分散媒介，磁粉檢測中所使用的磁粉可分為干法磁粉和濕法磁粉；按顏色不同，可分為黑磁粉、紅磁粉、白磁粉、熒光磁粉等。

磁粉檢測的方法很多，按施加磁粉的磁化時機，分為連續法、剩磁法；按磁化電流的種類，分為交流、直流、脈動直流、沖擊電流；按磁化方法，分為軸向通電法、觸頭法、線圈法、磁軛法、穿棒法、感應電流法；按磁化方向，分為同向磁化法、縱向磁化法、旋轉磁場法、復合磁化法。磁粉檢測的操作程序一般為：①表面準備；②磁化；③施加磁粉；④檢查；⑤退磁；⑥清洗。隨被檢工件的材質、形狀、表面狀況、缺陷性質不同，具體檢測工序也有不同。要對被檢工件進行具體分析，制定出切實可行的檢測操作工序。

磁粉檢測缺陷評定按JB/T 4730.4—2005標準執行。

2.9.2.4　焊縫表面滲透檢測（PT）

焊縫表面著色檢測與熒光檢測一起組成了焊縫表面的滲透檢測。滲透檢測的基本原理是利用黃綠色的熒光滲透液或紅色的著色滲透液對狹窄縫隙滲透，經過滲透、清洗、顯示處理后，顯示放大了的檢測顯示痕跡，用目視觀察，其中熒光檢測必須在暗室中在紫外線燈照下觀察。對缺陷的性質和尺寸可按照JB/T 4730.5—2005標準做出適當的評價。滲透檢測可以檢測工件表面開口的裂紋、疏松、針孔等缺陷。它不受材料磁性的限制，可應用于除表面多孔材料外的各種金屬、非金屬、磁性、非磁性材料。但對埋藏在工件表面以下的缺陷不能有效地檢測出來。

滲透檢測的優點是：工作原理簡明易懂，對于操作者技術要求不高；不受零件幾何形狀、尺寸大小的限制；一次可探出不同方向的缺陷；設備簡單、成本低廉、使用方便。缺點是：檢測程序較煩瑣；化學試劑易燃、易揮發，有的對人體有害；檢測靈敏度受人為因素影響較大。

滲透檢測材料有著色檢測液和熒光檢測液兩大類，每類分別由滲透劑、乳化劑（或清洗劑）、顯像劑等組成。

在對不銹鋼焊縫做滲透檢測時，如圖樣表明有應力腐蝕傾向者，則對滲透液的氯根（Cl-）含量應做嚴格限定。

這些滲透檢測法的顯像方式又分干式、濕式、速干式三種，可根據生產的要求進行選擇。滲透檢測的操作程序為：①清洗被檢工件；②烘干清洗后的工件；③在被檢測工件表面施加滲透劑；④去除多余滲透劑；⑤施加顯像劑；⑥判傷檢查。圖2-78表示了滲透檢測過程。

2.9.3　特殊零部件的無損檢測

2.9.3.1　高壓厚壁容器的焊縫檢測

隨著我國工業現代化的發展，煉油化工容器的大型化也日趨明顯。近年來大直徑高壓厚壁容器的需求量也逐年遞增，成形、焊接、檢測等技術也得到較大發展。為適應高壓容器焊縫無損檢測的要求，國內一些大型壓力容器制造廠引進了一些高性能的檢測設備。其中有420kV X光機、4～12MeV加速器。直線加速器屬高能射線檢測，可探測厚度在250～400mm之間。國外直線加速器最大能量已達14MeV。直線加速器有以下優點：①加速器機頭尺寸較小，適宜各方向運動，可用于大型工件的射線檢測；②效率高，射線輸出劑量大（透照厚度可達500mm）；③焦點直徑小，有較高的檢測靈敏度（焦點直徑可達1mm，靈敏度達1％）。直線加速器是高能X射線檢測中應用最多、效果較好的一種設備。

為提高厚壁焊縫無損檢測的可靠性，在我國射線檢測與超聲檢測是交替使用的。為克服超聲檢測無原始記錄的缺憾，近年來，超聲波自動檢測系統（自行機械掃查、檢測數據計算機處理或微機處理與記錄、三維圖像自動顯示系統等）已得到應用，從而也避免了漏探或誤判。

2.9.3.2　聲發射檢測

聲發射檢驗是根據結構內部發出的應力波判斷損傷程度的一種新的無損檢測方法。它是一種動態無損檢測方法，即使構件或材料的內部缺陷或潛在缺陷處于運動變化的過程中，也能進行無損檢測。

材料或結構受外力或內力的作用，產生變形或斷裂，以彈性波的形式釋放出應變能，形成聲源。從聲源發出的信號經介質傳播后到達換能器。由換能器接收，輸出電信號，然后根據這些電信號對聲發射源做出正確的評定。

聲發射檢測的特點是：①聲發射可判斷缺陷的嚴重性，明確來自缺陷的聲發射信號，就可以長期連續地監視缺陷的安全性，這是其他無損檢測方法難以實現的；②除少數材料外，金屬和非金屬材料在一定條件下都有聲發射發生，所以聲發射檢測不受材料的限制；③由于聲發射有不可逆性，進行聲發射檢驗時，必須知道材料受力的歷史，或在構件第一次受力時檢測；④利用多通道聲發射裝置，可以確定缺陷所在的位置，在利用聲發射檢測出缺陷后，還可以用其他無損檢測方法加以驗證；⑤聲發射檢測到的是一些電信號，根據這些電信號來解釋結構內部缺陷變化往往比較復雜，要有豐富的知識和其他試驗手段配合；⑥聲發射檢測環境常常有強的干涉，雖然聲發射技術中已有許多排除噪聲的方法，但在某些情況下，還會使聲發射檢驗的應用受到限制。

聲發射的應用范圍：①材料研究中的應用——可用于斷裂分析、監視疲勞斷裂、評價表面滲碳層脆性、監視應力腐蝕和氫脆，檢測馬氏體相變；②焊接質量監視——焊接過程、焊后裂紋監視；③監視壓力容器的結構完整性——監視壓力容器的操作程序、監視壓力容器的水壓試驗、監視壓力容器疲勞裂紋的擴展及在壓力容器定期檢查和核反應堆壓力容器中的應用；④評價其他構件的完整性——監視飛機結構的完整性、評價海洋采油設備結構的完整性及在巖石力學中應用。