无损检测 安全无伤:电磁感应技术在压力容器无损检测中的应用

胜利油田特种设备检验所 梁丽华

胜利油田设备管理处 贺建军

无损检测的发展从无损探伤，进而到无损检测，然后到无损评价阶段。无损检测融入设备的一生管理，是设备管理工作的重要程序和方法。为了保障设备的安全运行，无损检测技术充分发挥了其非破坏性及可靠性并且在许多情况下更可以实施原位检测。本期专题介绍了无损检测技术及其应用，阐述了各种无损检测方法的原理、特点、适用范围和发展趋势，并列举了应用实例。这充分说明了无损检测技术在在用设备与结构的可靠性评价中发挥了重要的作用。同时，无损检测技术在国民经济建设和人身与设备安全监测中也发挥着重要作用。现今，无损检测技术在应对气候变化、发展低碳经济、循环经济和绿色再制造产业中也正起着不可替代的作用。

策划/执行：蒋旭

无损检测是压力容器检验中的重要检验项目，在分析了目前常规无损检测方法的优缺点后，显示出电磁感应技术非常适合压力容器的在线检验。对电磁感应技术在压力容器在线无损检测中的应用进行了分析。

一、前言

压力容器是保障油田生产和生活的重要设施设备。40年来，胜利油田的各类压力容器使用时间长，使用环境恶劣，安全隐患越来越多。现在使用的压力容器大都是焊制而成，许多焊缝在长期作用力下极易受到损伤，最常见缺陷是由疲劳产生的表面裂纹。尖锐的裂纹尖端会引起应力集中，促使裂纹快速扩展造成严重事故。检验时要对压力容器的所有焊缝进行不少于20%比例的探伤，有时甚至需进行100%焊缝常规无损检测，且有些无损检测方法须将容器停用，对容器表面进行打磨，露出金属本体，工作量大，检测时间长，劳动强度大，如何解决焊缝裂纹的检出率与检验效率之间的矛盾，快速扫查容器上的裂纹，实现压力容器的在线无损检测和提高压力容器检验质量是需解决的主要问题之一。

二、国内外研究现状及技术发展趋势

目前已有多种无损检测方法用于焊缝裂纹探伤：磁粉（MP）、渗透 （LP）、超声波 （UT）、X射线 （RT）、涡流（ET）、声发射（AE）和红外检测，它们各自的特点如下。

1.磁粉法

磁粉法是用于探测铁磁性材料表面或近表面缺陷的一种简单易行的方法。检测时将需检验部位及周围磁化。焊缝处如有裂纹等缺陷，由于缺陷处存在空气或其他物质，其磁阻较铁磁材料本身磁阻大得多，因此在缺陷处磁力线会产生弯曲绕行现象。当缺陷位于管道表面或近表面时，一部分磁力线绕过缺陷暴露在空气中，产生漏磁现象。如果此时在管道表面喷洒上铁磁粉或涂上磁粉混浊液，则缺陷处的漏磁场会吸住部分磁粉而把缺陷显现出来。磁粉检测所需设备简单，操作简便，迅速可靠，对表面缺陷检测灵敏度高，缺陷较直观，成本低。但缺陷的显现程度与缺陷同磁力线的相对位置有关，且只能检测出缺陷的位置和在表面方向上的长度，不能检测出缺陷深度，检测灵敏度随缺陷深度而下降，并且检测部位需打磨出金属本体。

2.渗透法

渗透法是利用某些具有较强渗透性的渗透液，涂在金属被检表面上，使之渗入管道表面的微小缺陷中，然后用清洗剂除去表面上的渗透液，在金属表面涂上一薄层吸附性强的吸附剂，隔一定时间后，渗透入表面缺陷中的渗透液就会被吸附剂吸附，在金属表面显现出缺陷来。若缺陷内有油、水或其他介质存在时，检测灵敏度就显著下降。渗透法设备简单，并具有检测表面裂纹灵敏度高、使用和操作方便，以及适用于无电源、水源的野外现场检测等优点。缺点是不能检测金属壁板内部缺陷，对金属板的粗糙度有一定要求，检测部位需打磨出金属本体。

3.超声检测

超声检测法主要用于检测焊缝内部埋藏缺陷。由于超声波探伤仪体积小、重量轻，便于携带和操作，而且与射线相比对人无伤害，因此在在用压力容器检验中得到广泛应用。缺点是超声检测的效果凭检测人员的经验而定，传统的超声波探伤仪无法进行缺陷图像的保存。

4.射线检测

射线检测是检查金属焊接接头内部缺陷的一种准确可靠的方法，可以显示出缺陷的形状、平面位置和大小。其优点是利用射线照相获得的底片分析金属焊接接头缺陷，具有直观性，并且检测结果可记录下来作为档案资料长期保存。由于检测图象较直观，所以对缺陷尺寸和性质判断比较容易。其缺点是当裂纹面与射线近于垂直时就很难检查出来，对微小裂纹的检测灵敏度低，生产费用大，并且对人体有害，需要有防护设备。

5.声发射检测

声发射又称应力波发射，当材料或零部件受外力作用发生变形、断裂或内部应力超过屈服极限而进入不可逆的塑性变形阶段，都会以瞬态弹性波形式释放出应变能，这种现象称为声发射。声发射检测技术是一种动态无损检测方法，它可以对检测对象进行实时监测，且检测灵敏度高。此外，几乎所有材料都具有声发射特性，所以声发射检测不受材料限制，且不受检测对象的尺寸、几何形状、工作环境等因素的影响，已经被广泛应用于许多领域。但该技术应用于压力容器检验，由于其对缺陷不能定性，须用其他常规无损检测方法进行复验。

6.红外检测

红外无损检测是现代无损检测中的一种，它是通过测量物体的热量和热流的传递，进而通过分析实现检测目的一种检测技术。它是非接触的无损检测技术，即连续对被测物作上下、左右非接触的连续扫描。试验证明，材料导热率、缺陷的几何尺寸、材料的厚度、温度激励方式等因素均为影响检测灵敏度的关键因素，对不同缺陷的准确评估需要建立专门的专家数据库和诊断软件。

7.涡流检测

常规涡流法可用来检测钢结构件的表面裂纹，并无需清除表面较薄的污垢或漆层，然而这种方法只适用于检查母材上的裂纹，对焊缝上的裂纹却因焊缝在高温熔合时产生的激烈的铁磁性变化而出现的杂乱无序的磁畴干扰而无法实施，并且母材与焊接填充材料的差异，也是困扰检测的原因之一，检测结果的准确性受涡流探头、材料、高温环境中操作人员辐射热的防护及保持操作的稳定性等因素的影响。判伤也与操作者技术水平有关。

电磁感应法很适合探测表面裂纹，而且能穿透工件表面存在数毫米厚的涂层。它不但能在潮湿的条件下使用，甚至能在水下直接使用。

三、电磁感应技术的检测原理

用一交变磁场磁化钢铁试件的局部区域，当缺陷进入交变磁场内，会在表面产生泄漏磁场梯度异常区，采用磁敏元件检测这些磁场的畸变，就能获得缺陷信号，由于试件也是良导体，在交变磁场的感应下，试件也将产生感应电流，并同时生成附加的感应磁场与原有的泄漏磁场合成复合磁场。对铁磁性材料，交流电磁场的畸变，会因磁导率的增加而得到加强，从而提高检测灵敏度，图1为电磁感应技术检测方法原理示意图。

由于电磁感应检测法传感器与试件的耦合是以电磁波的方式传递，所以它们之间无需像超声波法那样要借助耦合剂，可直接穿透非导体涂层，甚至不太厚的不锈钢覆盖层，适合于焊缝的表面裂纹检测。

四、电磁感应法的优点

（1）电磁感应技术应用于压力容器的无损探伤，无须对容器表面进行清理、打磨，且温度及材质对测试的影响较小，能够实现压力容器的在线无损检测。

（2）由于工艺或使用区域的限制，在检验中常常遇到压力容器的某些部位空间狭小，常规的探伤方法无法实施，采用电磁感应技术对容器狭小空间、孔壁以及角焊缝的探伤只需连接合适的探头进行测试，易于操作，适用性强，且不会损伤检验人员的身体健康。

（3）应用电磁感应技术可透过涂层检测出压力容器表面裂纹的深度及长度，并可对裂纹的走向加以判断。

（4）检测结果和检测参数可进行保存，并可通过数据线传输到计算机中，可以随时查验，并能避免检测人员操作中主观性差异。

五、电磁感应法的缺点

通过大量的现场测试结果可见，对表面平整度较好的设备母材及焊缝（如自动焊）的裂纹，检测灵敏度较高，但对于起伏度较大的手工焊焊缝，检测效果有所下降，可用抑制功能消除因焊缝起伏造成的影响，及选择适当的检测参数，如增益、强度等以达到最佳的检测效果。实际上，目前压力容器制造中焊缝基本已消除了人工焊接，焊缝绝大部分为自动焊。

综上所述，电磁感应技术可实现压力容器的在线无损检测，可对焊缝实现快速扫查，无需对焊缝进行打磨清理，检验效率大大提高；可实现检测结果存储，能对检测出的焊缝裂纹作定性和半定量评估。