压力容器无损检测技术探讨

宋玉霞

（牡丹江市特种设备检验研究所，黑龙江 牡丹江 157000）

压力容器检验的目的就是防止压力容器发生失效事故,特别是预防危害最严重的破裂事故发生。因此,压力容器检验的实质就是失效的预测和预防。其中表面无损检测主要分为磁粉检测和渗透检测。对于铁磁性材料,《压力容器无损检测》(B4730-2005)标准规定,应优先选用磁粉检测。这是由于磁粉检测相对于渗透检测具有灵敏度高、效率高、成本低、缺陷显示直观的优点。同时在实际检验中大量缺陷几乎都是由磁粉检测首先发现的,由此可见,磁粉检测方法是在用压力容器定期检验首选的无损检测方法。

1 无损检测技术

无损检测在承压设备上应用时,应在遵循承压设备安全技术法规和相关产品标准及有关技术文件和图样规定的基础,根据承压设备结构、材质、制造方法、介质、使用条件和失效模式,选择最合适的无损检测方法。射线和超声检测适用于检测承压设备的内部缺陷;磁粉检测适用于检测铁磁性材料制承压设备表面和近表面缺陷;渗透检侧适用于检测非多孔性金属材料和非金属材料制承压设备表面开口缺陷;涡流检测适用于检测导电金属材料制承压设备表面和近表面缺陷。

凡铁磁性材料制作的承压设备和零部件,应采用磁粉检测方法检测表面或近表面缺陷,确因结构形状等原因不能采用磁粉检测时,方可采用渗透检测。

当采用两种或两种以上的检测方法对承压设备的同一部位进行检测时,应符合各自的合格级别,如采用同种检测方法的不同检测工艺进行检测,当检测结果不一致时,应以危险度大的评定级别为准。

2 磁粉检测技术

磁粉检测,又称磁粉检验或磁粉探伤,属于无损检测五大常规方法之一。磁粉检测是利用铁磁性材料被磁化后,由于不连续的存在,使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场(即磁感应线离开和进入表面时形成的磁场)吸附施加在工件表面的磁粉,形成在合适光照下目视可见的磁痕,从而显示出不连续性的位置、形状、大小和严重程度。可检出铁磁性材料中裂纹、发纹、白点、折叠、夹杂物等缺陷,具有很高的检测灵敏度。

2.1 磁粉法的优点

磁粉法的优点有:(1)能直观显示缺陷的形状、位置、大小,并可大致确定其性质;(2)具有高的灵敏度,可检出最小长度为0.1mm,宽度为微米级的裂纹;(3)几乎不受试件大小和形状的限制;(4)检测速度快,工艺简单,费用低廉。

2.2 局限性

局限性有:(1)只能用于铁磁性材料;(2)只能发现表面和近表面缺陷,可探测的深度一般在1～2mm;(3)磁化场的方向应与缺陷的主平面相交,夹角应在 45°～90°,有时还需从不同方向进行多次磁化;(4)不能确定缺陷的埋深和自身高度;(5)宽而浅的缺陷也难以检出;(6)也不是所有铁磁性材料都能采用,铁素体钢当磁场强度H≤2500A/m时,相对磁导率应是μr>300,不锈钢的铁素体含量应大于>70%;(7)检测后常需退磁和清洗;(8)试件表面不得有油脂或其他能粘附磁粉的物质。

磁粉检测、渗透检测和涡流检测都属于表面无损检测方法,但其原理和适用范围区别很大,并且有各自的优点和局限性。作为容器检测人员应熟练掌握这3种检测方法,并能根据工件材料、状态和检测要求,选择合理的方法进行检测。例如磁粉检测对铁磁性材料工件的表面和近表面缺陷具有很高的检测灵敏度,可发现微米级宽度的小缺陷,所以在容器检验中对于铁磁性材料工件表面和近表面缺陷的检测宜优先选择磁粉检测方法,确因工件结构形状等原因不能使用磁粉检测时,方可使用渗透检测或涡流检测。

3 检测方法应用

由于压力容器用材料大多为Q235、16MnR等碳素钢或低合金钢,具低剩磁、低矫顽力的特点,故在用压力容器磁粉探伤只能采用连续法,即在外加磁场磁化的同时,将磁粉或磁悬液施加到工件上进行磁粉探伤。尽管磁粉探伤方法多种多样,但由于压力容器定检磁粉探伤主要是针对焊缝,包括对接焊缝、角焊缝等,一般无法使用固定式设备,只能用便携式设备分段探伤,致使压力容器定检对磁粉探伤方法的选择受到局限,目前常用的方法有以下几种:

3.1 磁轭法

应用较为广泛,该方法设备简单,操作方便,活动关节磁轭可检角焊缝,使用中为检出各个方向的缺陷,必须在同一部位至少作两次互相垂直的探伤,且应将焊缝划分为若干个受检段,检测操作时应有一定的重叠,此方法效率低,操作不当可能造成漏检。

3.2 交叉磁轭法

目前容器定检中应用最广的一种方法,可产生旋转磁场,探伤效率高,灵敏度高,操作简单,一次磁化可检出各方向的缺陷,适于长的对接焊缝探伤,对角焊缝则不适用。但由于需使用380V电源,在石化行业容器内部使用受到了一些限制。

3.3 触头法

属单方向磁化方法,电极间距可以调节,可根据探伤部位情况及灵敏度要求确定电极间距和电流大小,对于角焊缝可灵活调节,该方法和磁轭法一样,同一部位也要进行两次互相交叉垂直的探伤。

3.4 线圈法

对于管道圆周及管角接焊缝可以用绕电缆法探伤,属纵向磁化,可发现焊缝及热影响区的纵向裂纹。

在实际的压力容器定检中我所主要使用的只有磁轭法和交叉磁法两种。对于容器对接的纵、环焊缝,此两种方法操作方便、灵敏度高、效率高处于无可替代的地位;对于接管角焊缝,交叉磁法无法检验;活动关节磁轭能较好的解决与容器筒体垂直的接管角焊缝探伤,但对于成一定角度的接管角焊缝则存在一定的困难;而触头法和线圈法则能较好的解决此问题。

4 检测时的注意事项

尽管磁粉探伤灵敏度高,但如果操作不当也会造成漏检,不但发挥不出磁粉探伤的优势,反而会因漏检而给压力容器的安全运行带来隐患,对检验单位的声誉造成不良影响。根据我在压力容器定检中对磁粉探伤的体会,认为容器定检中磁粉探伤应注意以下几个问题:

4.1 检测前充分了解容器材料、制造、使用情况

在用压力容器表面检测的目的主要是检查疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹。如制造时采用高强度钢及对裂纹敏感的钢材,在一定的使用条件下非常有可能产生裂纹,导致容器的失效。因此,在容器检验前一定要认真查阅制造、使用资料,弄清容器的材料、焊接工艺及使用情况后方可进行磁粉检测。

4.2 检测面的清理打磨应符合要求

一般容器内部与介质接触面大多有锈、氧化皮,有的还有防腐层,容器外部有漆,检测时一定要对焊缝及两侧适当宽度进行认真清理、打磨,以彻底去除覆盖物,露出金属光泽为合格,否则会掩盖缺陷,影响缺陷显示,造成漏检。

4.3 操作方法应正确

在被探面上任意方向的裂纹都有与有效磁场最大幅值正交的机会,从而得到最大限度的缺陷漏磁场;相反,如果使交叉磁轭固定分段对焊缝探伤,就会使被探工件表面各点处于不同幅值和椭圆度的旋转磁场作用下,结果将造成各点探伤灵敏度的不一致,对某些地方裂纹的探伤灵敏度降低。

4.4 磁极端面与工件表面的间隙

磁极端面与工件表面之间保持一定间隙是为了交叉磁轭能在被探工件上移动行走。如果间隙过大,将会在间隙处产生较大的漏磁场。

4.5 交叉磁轭的磁化行走方向与磁悬液喷洒方向的配合

为了避免磁悬液的流动而冲刷掉缺陷上已经形成的磁痕,并使磁粉有足够的时间聚集到缺陷处。

[1]王芳咏.压力容器无损检测的探讨[J].锅炉制造,2003,(4).

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