无损检测技术在工业锅炉压力容器检验中运用分析

引言：

锅炉压力容器是指在工业生产中广泛使用的承压装置，由于该设备长期处于高温、高压环境中，容易受介质侵蚀，产生材质劣化，引发安全事故。而无损检测技术，可在不损伤被测对象的基础上，根据材料内部结构异常引发的物理特性变化，准确探查其缺陷问题，为锅炉压力容器的安全运行提供技术保障。为此，文章将以典型的射线检测技术、超声波检测技术为例，阐述二者的主要原理与应用路径。

1 射线检测的原理与应用路径

1.1 技术原理

射线检测的原理表现为：基于不同物质对射线的衰减差异，完成缺陷检测。当 X 射线或 γ 射线穿透容器金属构件时，若缺陷区域存在气孔或夹渣，则势必会与正常材质存在显著密度差异，进而造成射线能量衰减程度不统一，该差异可依靠胶片感光或数字探测器，将其转化为可视化影像。影像中缺陷位置与周围区域会形成强烈的灰度对比形态，比如气孔通常表现为圆形黑影，至于未焊透缺陷则表现为深色线条，检测人员可凭借影像规格、形态，准确判断缺陷性质及危害程度。

1.2 制造阶段的运用路径

在容器制造环节，可采用射线检测，把控焊缝质量，具体路径为：筛选检测对象，包括锅筒纵环焊缝、封头与筒体连接焊缝等应力集中区域，此类区域的焊接质量将直接决定设备承压效果；工艺参数设定，结合构件厚度，选择适合的射线源，一般情况下， 20mm 以下钢板更适合采用 X 射线， 50mm 以上厚壁构件可采用 γ 射线。究其原因在于， x 射线能量较低，衰减适中，若采用高能量的 γ 射线进行低厚度钢板检测，可能因过强的穿透力，造成射线衰减不足，缺陷影像过于模糊，无法识别微小缺陷。而在曝光参数设定时，还需通过试片校准，确保焦距、曝光时间与胶片感光度匹配；影像评定，在检测结束后，应优先通过观片灯观察胶片灰度，再对缺陷进行定量评级。

1.3 在役检验的运用路径

设备运行过程中，应将射线检测重点放在，监测长期受力位置的缺陷扩展上，运用路径表现为：检测周期设定，需衡量设备使用年限，明确介质腐蚀性，比如对于盛装腐蚀性介质的容器，应做到每2 年检测1 次，而对于高温高压锅炉，则要做到每年 1 次焊缝复查；区域定位，需要依靠数字射线成像技术，对历史检测中识别的微小缺陷开展定位跟踪，对比不同周期的影像，计算缺陷规格的变化速率，计算剩余寿命。同时，在现场检测期间，应凭借铅防护屏，构建50m 安全警戒区，要求检测人员佩戴个人剂量计，保证单次照射剂量低于 0.1mSv ，避免受到辐射危害。

2 超声波检测的原理与应用路径

2.1 技术原理

超声波检测技术简单来说，是利用高频声波在介质中的传播特性，完成缺陷检测。由探头发出的超声波，在金属内部传播过程中，当遇到缺陷界面，会迅速发生反射，反射波被探头接收后进一步转化成电信号，经示波器呈现为波形图谱。此时，由检测人员结合反射波的声程、波幅以及波形形态，判断缺陷状况。比如裂纹的反射波，主要表现为尖锐高耸的单峰，而夹层缺陷，则反映为平行于探测面的等距离反射。

2.2 材料检测的运用路径

在原材料验收环节，可通过超声波检测排查板材、管材的内部缺陷，具体方法如下：探头选择，在钢板检测时，主要目标在于识别其内部是否存在气孔、夹层，考虑到钢板大多为平面结构，厚度相对均匀，因此应保证超声波频率较高，且波长较短，从而对微小缺陷具有良好的分辨率。并搭配直探头，其产生的纵波，可垂直入射钢板表面，减少能量损失，高效穿透钢板厚度，保证缺陷反射信号更清晰。而在管材缺陷检测方面，则要将频率提升至 5MHz，究其原因在于管材壁厚较薄，无需高强穿透力，但对缺陷的灵敏度要求偏高，而 5MHz 的频率波长更短，即便对于 0.5mm 的微裂纹也能产生发射信号。搭配斜探头，以折射角45°入射在管材表面，使超声波沿管材轴向传播，覆盖整个管壁截面；耦剂应用，是指用于填充探头与待测物间缝隙的介质，用于消除空气间隙，促进超声波传递。常温环境可使用机油，高温构件则适合采用高温耦合剂（耐温达 150°C ）；

扫查方式，网格扫查法，是指将检测区域分为规则网格，用探头按照网格路径逐点扫查，当发现可疑信号后，用 40dB 增益确认缺陷边界，记录缺陷埋藏深度与面积 [1]。

2.3 焊缝与壁厚检测的运用路径

在焊缝检测方面，首先要做好探头角度校准，对于 V 型坡口焊缝来说，可采用 K2 斜探头，将折射角控制在 63^∘ ，通过试块校准前沿距离，确保缺陷定位误差不超过 1mm。之后，采用锯齿形扫查，是指探头在平行移动的基础上，每移动一段距离，便向一侧做微小角度摆动，使相邻扫查切面部分重叠，保证扫查范围覆盖焊缝及热影响区。并对发现的缺陷波开展动态波形分析，若存在裂纹，则在左右移动探头过程中，会产生波幅突变，而气孔缺陷波则相对稳定。最后利用波形曲线计算缺陷当量，若波幅超过 Φ2mm 平底孔当量的缺陷，则可将其标记为超标缺陷。

在壁厚检测方面，需使用标准试块校准声速与零点，将厚度测量误差控制在 0.1mm 以内。在容器筒体依照圆周方向每 120^∘ 设置一个检测截面，每个截面选取 6 个以上的测点，测量液位波动区的壁厚。借助超声测厚仪自带程序，生成壁厚变化趋势图，若局部壁厚减薄量高于设计厚度的 10% ，则可将其判定为重点关注区域。

3 两种技术的协同运用与案例分析

在复杂检测场景中，可将射线检测与超声波检测结合使用，实现两者的优势互补，打造“RT 定位 +UT 定量”的协同路径。比如：对于射线检测发现的线性缺陷，可再次采用超声波检测，进一步确定其埋藏深度，旨在规避裂纹漏判；对于超声波检测的疑似缺陷，可凭借射线检测，验证缺陷性质，从而准确区分气孔与夹渣，提高判断的准确性。

以某化肥厂作为研究对象，通过对氨合成塔进行定期检验，优先利用超声波检测，探明筒体焊缝，发现存在一处反射波幅较高的缺陷，初步确认为裂纹，之后利用射线检测，拍摄区域影像，发现缺陷为长度5mm 的未熔合。由此可见，将上述两种无损检测技术融合，根据两种检测结果，可切实提高缺陷的检出率与判断准确率，并为后续打磨补焊维修方案提供参考依据，在提高修复质量的同时，也能省略不必要的大面积开挖 [2]。

结论：

综上所述，通过对无损检测技术在工业锅炉压力容器检验中的运用路径开展分析讨论，并以射线检测、超声波检测作为研究对象，依靠二者的协同应用案例，验证无损检测技术的有效性与适用性。最终发现，该技术可准确识别设备缺陷，提高检测效率，具有一定的推广价值。

参考文献：

[1] 马宏忠 . 锅炉压力容器压力管道的安装监督检验对策研究 [J]. 中国设备工程 ,2023,(10):191-193.

[2] 洪树云 . 压力容器检验方案与对应失效模式标准的研究 [J]. 中国质量监管 ,2023,(02):80-81.

作者简介：姓名：郭忠杰；性别：男；出生年月：1975.12 ；籍贯：山东省招远市；民族：汉族；最高学历：大学本科；目前职称：工程师；研究方向：特种设备检验检测