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锅炉钢管等压力容器的无损探伤介绍

锅炉钢管压力容器和压力容器构件的内部,常常存在着不易发现的缺陷,如焊缝中的未熔合、未焊透、夹渣、气孔、裂纹等。要想知道这些缺陷的位置、大小、性质,对每一台锅炉或压力容器进行破坏性检查是不可能的,为此要用无损探伤方法。即在不破坏结构物的前提下,利用物理方法检查、测量工件或结构物的物理量变化,以推断工件或结构物内部组织状况和缺陷情况。

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  无损检测的目的是:
  (1)改进制造工艺,保证产品质量。
  (2)在产品制造过程中,可以提前发现缺陷,避免产品报废,从而节约工时和费用,降低产品制造的成本。
  (3)提高产品的可靠性,保证产品的使用安全,避免事故的发生。把无损探伤运用到产品的设计、制造、安装、使用、维修各个环节中;通过一系列的检测,判定设计、原材料、制造工艺和运行的好坏,并找出可能引起破损的因素,随后加以改进,从而提高产品的可靠性。
  常用的无损探伤方法有:射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤五种。另外还有泄漏检测、声发射检测、应力测试、目视检查等。
  射线探伤 利用射线具有穿透金属和其他物质的能力进行检查焊缝质量的方法称为射线探伤。射线探伤的基本原理是投影原理。射线在穿过焊缝金属时,当焊缝金属中存在缺陷(如裂纹、夹渣、气孔、未焊透等)时,射线在金属和缺陷中衰减程度不同,在胶片上感光度也不同。在金属中射线衰减快,在缺陷中射线衰减慢。因此,采用射线探伤可以将焊缝中缺陷的大小、形状和位置判断出来。由于射线探伤是投影原理,这种方法对于体积形缺陷(如夹渣)比较敏感。又由于这种方法可以记录保存,我国锅炉压力容器对此方法较为信任。我国锅炉规程规定,额定蒸汽压力大于等于0.1MPa而小于3.8MPa的锅炉锅筒纵环焊缝、集箱的纵缝和封头的拼接缝,要进行100%射线探伤;大于等于3.8MPa的锅炉则,要进行100%超声波探伤加至少25%的射线探伤。

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  超声波探伤 超声波探伤是利用声波在介质中传播时,遇到不同介质界面具有反射的特性,进行无损检测的一种方法。由于气体、液体、固体介质弹性差别很大,对超声波的传播影响不同,所以在异质界面上将产生反射、折射和波形转换。当超声波在焊缝传播时,如果焊缝存在缺陷,遇到缺陷的界面便发生反射,被探头接收,在屏幕上形成波形,从而可以判断缺陷的性质、位置和大小。传统的超声波探伤不能将探伤结果记录保存,而且对缺陷的评定依赖人的因素太大,所以目前我国在低压锅炉中基本采用射线探伤。超声波探伤对面积形缺陷(如裂纹、未焊透等)比较敏感。所以在较厚板中超声波探伤的优点较射线探伤多。一旦超声波探伤仪可以将结果进行记录和保存,超声波探伤应用范围将进一步扩大。
  磁粉探伤 磁粉探伤就是利用缺陷处形成的漏磁场来吸引磁粉以显示肉眼难以观察到的缺陷。磁粉探伤首先对被检查焊缝施加外磁场进行磁化,焊缝被磁化后,在焊缝的表面上均匀喷洒颗粒细微的磁粉(磁粉平均粒度为5~10μm)。如被检焊缝近表无缺陷时,磁化后可视为导磁率无变化的均匀体,磁粉在焊缝表面也是均匀分布。当焊缝近表存在缺陷时,缺陷(裂纹、气孔、非金属夹渣物)内含有空气或非金属,其导磁率远远小于焊缝金属的导磁率。由于磁阻的变化,在焊缝表面或近表面的缺陷处产生漏磁场,形成一个小的磁极,磁粉会被小磁极吸引,缺陷处由于堆积较多的磁粉而被显示出来,形成肉眼可以看得到的缺陷图形。焊缝表面或近表缺陷由于其磁导率低而产生漏磁场。当漏磁场强度达到可以吸附磁粉的程度时,就可以观察到焊缝表面或近表缺陷。外加磁场强度大,形成的漏磁场强度也大,磁粉探伤的灵敏度也越高。
  磁粉探伤易于发现表面或近表面的缺陷,尤其是裂纹,但缺陷的显现程度与缺陷同磁力线的相对位置有关,当缺陷与磁力线垂直时显现得最清楚,当缺陷与磁力线平行时则不易显现出来。
  磁粉探伤在锅炉压力容器制造、安装、检验得到了广泛应用,特别是球罐开罐检查中更是不可缺少的检验方法。
  渗透探伤 液体渗透探伤是检查焊缝表面或近表缺陷的一种方法。此方法不受材料的磁性限制,可以用于各种金属与非金属材料、磁性与非磁性材料。液体渗透探伤法是依据物理学中液体对固体的湿润能力和毛细现象为基础的。在进行液体渗透探伤时,首先将被探伤的焊缝表面浸涂具有高度渗透能力的渗透液。由于液体的润湿能力和毛细现象,渗透液便渗入焊缝表面的缺陷中,然后将焊缝外表面的渗透液清洗干净,再涂一层亲和吸附力很强的白色显像剂,将渗入焊缝表面裂纹中的渗透液吸出来,在白色涂层上便显示反映缺陷的形状和位置的鲜明图案。液体渗透探伤按缺陷显示方法不同可分为颜色显示的着色法和荧光显示的荧光法。
  着色探伤法是利用染料颜色来显示缺陷,溶于渗透液中的染色物质应有鲜明易见的颜色。荧光显示探伤法是利用荧光物质的发光来显示缺陷的。在探伤中,被吸附在缺陷中的荧光物质,受到紫外线的照射,因吸收光能而达到受激状态,进入不稳定状态,势必从这一不稳定状态回到稳定状态,降低势能,放出光量子,即发出了荧光。
  涡流探伤 即用激磁线圈使导电工件内产生涡流,通过检测线圈测量被检物涡流的变化量来进行的工件探伤方法。
  涡流探伤的检测线圈按形状可分为穿过式线圈、探头式线圈和插入式线圈三种。穿过式线圈用来检测线材、棒材和管材,它的内径正好套在圆棒和管子上。探头式线圈放在工件表面上做局部检测。插入式线圈也叫内部探头,放在管内和孔内做内壁检测。

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  涡流探伤适用于由钢铁、有色金属以及石墨等导电材料制成的工件,对玻璃、合成树脂等非导电材料不适用。
  它的优点是:
  (1)由于探伤结果可以直接用电信号输出,所以可以进行自动化检测。
  (2)由于采用非接触方法(探头不与被检工件直接接触),检测速度可以很快。
  (3)适用于表面或近表面缺陷检测。
  (4)适用范围广,除供探伤外,还能检测材质的变化、尺寸形状的变化等。
  声发射检测 用探头探测固体在外加应力的作用下,由于变形或裂纹的萌生、发展而发出的声波,以推断缺陷的位置、大小的方法。
  超声波探伤方法是由探头所发出的超声信号遇到缺陷后被反射回来,被接收。缺陷在这个过程中所起的作用只是被动地把超声信号反射回去,而声发射检测是使被检测对象(缺陷)能动地参加到检测过程中,因缺陷产生发展,才有声发射,故声发射检测是一种动态无损探伤方法。根据所发射声波的特点以及引起声发射的外部条件,能够检查发声的地点(缺陷所在部位)以及声发射源的微观结构特点,这种检测方法不但能了解缺陷的目前状态,而且能够了解缺陷的形成过程和在实际使用条件下发展和增大的趋势。
  声发射检测按检测探头的数目可分为单通道检测、双通道检测和多通道检测。单通道检测只能检测被检物内有无缺陷存在,不能确定缺陷位置,而双通道检测只能作线性定位,一般用作已知条件焊缝的检测。多通道检测一般是4通道、8通道、16通道、32通道声发射检测,主要用于大型构件的声发射检测,不但可以检测声发射源的存在,还能进行声发射源的定位。

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