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【摘 要】介绍我厂压力容器在役检验过程中所采用的无损检测技术，包括射线、超声、磁粉、渗透等常规技术和红外热像仪、工业视频内窥镜、TEFD等新技术，并论述他们的工作原理、优缺点和应用范围。
【关键词】压力容器检测技术；原理；应用
0.引言
随着现代工业的发展，对产品质量和结构安全性，使用可靠性提出越来越高的要求，由于无损检测技术具有不破坏试件，检测灵敏度高等优点，所以其应用日益广泛。目前对压力容器的检测方法有多种，本文主要介绍在我厂设备检验中采用的无损检测的常用技术如射线、超声、磁粉和渗透及新技术如红外热像仪、工业视频内窥镜、TEFD等。
1.无损检测方法
现代无损检测的定义是：无损检测是在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，采用射线、超声、红外、电磁等原理技术仪器对材料、零件、设备进行缺陷、化学、物理参数的检测技术。
1.1射线检测
射线检测（Radiographic Testing，RT）技术是利用X射线或γ射线在穿透可见光无法穿透的物质使胶片感光，当X射线或r射线照射胶片时，与普通光线一样，能使胶片乳剂层中的卤化银产生潜影，由于不同密度的被检物各部分物质对射线的吸收系数不同，照射到胶片各处的射线能量也就会产生差异，若将受到不同程度吸收的射线投射到X射线胶片上 ，便可根据暗室处理后的底片各处黑度差来判别缺陷。如用荧光屏代替胶片，可直接观察被检物体的内部情况。主要用于检测焊缝和铸件中存在的气孔、密集气孔、夹渣和未融合、未焊透等缺陷。另外，对于人体不能进入的压力容器以及不能采用超声检测的多层包扎压力容器和球形压力容器多采用Ir或Se等同位素进行γ射线照相。但射线检测不适用于锻件、管材、棒材的检测。
总的来说，射线检测方法可获得缺陷的直观图像，对长度、宽度尺寸的定量也比较准确，检测结果有直观纪录，可以长期保存。但该方法对体积型缺陷（气孔、夹渣）检出率高，对体积型缺陷（如裂纹未熔合类），如果照相角度不适当，容易漏检。另外该方法不适宜较厚的工件，且检测成本高、速度慢，同时对人体有害，需做特殊防护。
1.2超声波检测
超声检测（Ultrasonic Testing，UT）利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波传播时产生衰减，遇到界面产生反射的性质来检测缺陷的无损检测方法。在超声检测中常用的超声频率为0.5～5兆赫（MHz）。最常用的超声检测是脉冲探伤。
超声检测主要可探测金属铸锭、坯料、中厚板、大型锻件和形状比较简单的制件中所存在的夹杂物、裂缝、缩管、白点、分层、可探测管材中的周向和轴向裂缝、划伤、焊缝中的气孔、夹渣、裂缝、未焊透、可探测形状简单的制件上的表面缺陷；超声检测具有灵敏度高、指向性好、穿透力强、检测速度快成本低等优点，且超声波探伤仪体积小、重量轻，便于携带和操作，对人体没有危害。但超声检测无法检测表面和近表面的延伸方向平行于表面的缺陷，此外，超声检测对缺陷的定性、定量表征不准确。
1.3磁粉检测
磁粉检测（Magnetic particle testing，MT）是通过磁粉在在表面或近表面缺陷的工件被磁化后，当缺陷方向与磁场方向成一定角度时，由于缺陷处的磁导率的变化，磁力线逸出工件表面，产生漏磁场，吸附磁粉形成磁痕。形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出磁粉检测不连续性的位置、形状和大小。来检测物体表面或近表面处的缺陷的无损检测方法，被检测物体必须具有铁磁性。
磁粉检测的优点在于检测成本低、速度快，检测灵敏度高。缺点在于只适用于铁磁性材料，不能检测奥氏体不锈钢材料和用奥氏体不锈钢焊条焊接的焊缝，也不能检测铜、铝、镁、钛等非磁性材料。对于表面浅的划伤、埋藏较深的孔洞和与工件表面夹角小于20°的分层和折叠难以发现。工件的形状和尺寸有时对探伤有影响。
1.4渗透检测
渗透检测（PenetrantTest，PT）是基于毛细管现象揭示非多孔性固体材料表面开口缺陷，其方法是将含有有色染料或荧光的渗透液渗入工件表面开口缺陷中，零件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透剂后，在毛细管作用下，经过一段时间，渗透液可以渗透进表面开口缺陷中；经去除零件表面多余的渗透液后，再在零件表面施涂显像剂，同样，在毛细管的作用下，显像剂将吸引缺陷中保留的渗透液，渗透液回渗到显像剂中，在一定的光源下（紫外线光或白光），缺陷处的渗透液痕迹被显示，从而探测出缺陷的形貌及分布状态。
渗透检测可有效用于除疏松多孔性材料外的任何种类的材料，如钢铁材料、有色金属材料、陶瓷材料和塑料等材料的表面开口缺陷。
渗透检测操作简单成本低，缺陷显示直观，检测灵敏度高，可检测的材料和缺陷范围广，对形状复杂的部件一次操作就可大致做到全面检测。但对工件和环境有污染。渗透检测方法在检测表面微细裂纹时往往比射线检测灵敏度高，还可用于磁粉检测无法应用到的部位。
1.5超声波衍射时差法（TOFD）
Time Of Flight Diffraction（TOFD）超声波衍射时差法，是一种依靠从待检试件内部结构（主要是指缺陷）的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法，用于缺陷的检测、定量和定位。TOFD技术与传统脉冲回波技术的最主要的两个区别在于：⑴更加精确的尺寸测量精度（一般为±1mm，当监测状态为±0.3mm），且检测时与缺陷的角度几乎无关。尺寸测量是基于衍射信号的传播时间而不依赖于波幅。⑵TOFD技术不使用简单的波幅阈值作为报告缺陷与否的标准。由于衍射信号的波幅并不依赖于缺陷尺寸，在任何缺陷可能被判不合格之前所有数据必须经过分析，因此培训和经验对于TOFD技术的应用是极为基本的要求。
1.6红外热像仪
红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统（目前先进的焦平面技术则省去了光机扫描系统）接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构（焦平面热像仪无此机构）对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图。这种热像图与物体表面的热分布场相对应；实质上是被测目标物体各部分红外辐射的热像分布图由于信号非常弱，与可见光图像相比，缺少层次和立体感，因此，在实际动作过程中为更有效地判断被测目标的红外热分布场，常采用一些辅助措施来增加仪器的实用功能，如图像亮度、对比度的控制，实标校正，伪色彩描绘等高线和直方进行数学运算、打印等在工业生产中，许多设备常用于高温、高压和高速运转状态，应用红外热成像仪对这些设备进行检测和监控，既能保证设备的安全运转，又能发现异常情况以便及时排除隐患。同时，利用热像仪还可以进行工业产品质量控制和管理。
1.7工业内窥镜
工业视频内窥镜镜头保护罩可拆卸；TFT宽屏液晶显示器带2米连接线可移动；20米检测线，数字记米功能显示器上显示具体数据，系统配备两组电池、电源，系统整体便携式设计，所有部件集成于一个坚固的仪器箱内。工业视频内窥镜，可旋转翻转镜头可提供全方位观察视野。先进摄像系统为黑暗检查现场提供充足照明。彩色旋转镜头带你近距离观察，锅炉、电力、石化等工业压力管道、容器等。检查其中的裂纹、腐蚀、焊缝、堵塞以及内部异物等情况。超亮宽屏TFT监视器呈现高品质图像。直径40mm旋转镜头具有防水功能，镜头可以180°翻转，并以360°旋转， 从而轻松自如地对管道和容器内部情况进行清晰的视频检查。内视镜检测是近年来随着内视镜生产制造技术的发展而逐渐得到广泛应用的一种检测技术。工业内视镜可用于高温、有毒、核辐射及人眼无法直接观察到的场所的检查和观察，主要用于汽车、航空发动机、管道、机械零件等，可在不需拆卸或破坏组装及设备停止运行的情况下实现无损检测，另外一方面工业内视镜还可与照相机、摄像机或电子计算机连接，组成照相、摄像和图象处理系统，从而进行视场目标的监视、记录、贮存和图象分析.为诊断和处理提供很好的保证。
2.展望
作为一种综合性应用技术，无损检测技术经历了从无损探伤（NDI），到无损检测（NDT），再到无损评价（NDE），并且向自动无损评价（ANDE）和定量无损评价（QNDE）发展。相信在不远的将来，新生的纳米材料、微机电器件等行业的无损检测技术将会得到迅速发展。
【参考文献】
[1]魏锋，寿比南等.压力容器检验及无损检测：化学工业出版社，2003.
[2]王自明.无损检测综合知识：机械工业出版社，2005.
[3]沈功田，张万岭等.压力容器无损检测技术综述：无损检测，2004.
[4]林俊明，林春景等.基于磁记忆效应的一种无损检测新技术：无损检测，2000.
[5]叶琳，张艾萍.声发射技术在设备故障诊断中的应用：新技术新工艺，2000.
[6]JB/T4730-2005，承压设备无损检测，2005.
【关键词】压力容器检测技术；原理；应用
0.引言
随着现代工业的发展，对产品质量和结构安全性，使用可靠性提出越来越高的要求，由于无损检测技术具有不破坏试件，检测灵敏度高等优点，所以其应用日益广泛。目前对压力容器的检测方法有多种，本文主要介绍在我厂设备检验中采用的无损检测的常用技术如射线、超声、磁粉和渗透及新技术如红外热像仪、工业视频内窥镜、TEFD等。
1.无损检测方法
现代无损检测的定义是：无损检测是在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，采用射线、超声、红外、电磁等原理技术仪器对材料、零件、设备进行缺陷、化学、物理参数的检测技术。
1.1射线检测
射线检测（Radiographic Testing，RT）技术是利用X射线或γ射线在穿透可见光无法穿透的物质使胶片感光，当X射线或r射线照射胶片时，与普通光线一样，能使胶片乳剂层中的卤化银产生潜影，由于不同密度的被检物各部分物质对射线的吸收系数不同，照射到胶片各处的射线能量也就会产生差异，若将受到不同程度吸收的射线投射到X射线胶片上 ，便可根据暗室处理后的底片各处黑度差来判别缺陷。如用荧光屏代替胶片，可直接观察被检物体的内部情况。主要用于检测焊缝和铸件中存在的气孔、密集气孔、夹渣和未融合、未焊透等缺陷。另外，对于人体不能进入的压力容器以及不能采用超声检测的多层包扎压力容器和球形压力容器多采用Ir或Se等同位素进行γ射线照相。但射线检测不适用于锻件、管材、棒材的检测。
总的来说，射线检测方法可获得缺陷的直观图像，对长度、宽度尺寸的定量也比较准确，检测结果有直观纪录，可以长期保存。但该方法对体积型缺陷（气孔、夹渣）检出率高，对体积型缺陷（如裂纹未熔合类），如果照相角度不适当，容易漏检。另外该方法不适宜较厚的工件，且检测成本高、速度慢，同时对人体有害，需做特殊防护。
1.2超声波检测
超声检测（Ultrasonic Testing，UT）利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波传播时产生衰减，遇到界面产生反射的性质来检测缺陷的无损检测方法。在超声检测中常用的超声频率为0.5～5兆赫（MHz）。最常用的超声检测是脉冲探伤。
超声检测主要可探测金属铸锭、坯料、中厚板、大型锻件和形状比较简单的制件中所存在的夹杂物、裂缝、缩管、白点、分层、可探测管材中的周向和轴向裂缝、划伤、焊缝中的气孔、夹渣、裂缝、未焊透、可探测形状简单的制件上的表面缺陷；超声检测具有灵敏度高、指向性好、穿透力强、检测速度快成本低等优点，且超声波探伤仪体积小、重量轻，便于携带和操作，对人体没有危害。但超声检测无法检测表面和近表面的延伸方向平行于表面的缺陷，此外，超声检测对缺陷的定性、定量表征不准确。
1.3磁粉检测
磁粉检测（Magnetic particle testing，MT）是通过磁粉在在表面或近表面缺陷的工件被磁化后，当缺陷方向与磁场方向成一定角度时，由于缺陷处的磁导率的变化，磁力线逸出工件表面，产生漏磁场，吸附磁粉形成磁痕。形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出磁粉检测不连续性的位置、形状和大小。来检测物体表面或近表面处的缺陷的无损检测方法，被检测物体必须具有铁磁性。
磁粉检测的优点在于检测成本低、速度快，检测灵敏度高。缺点在于只适用于铁磁性材料，不能检测奥氏体不锈钢材料和用奥氏体不锈钢焊条焊接的焊缝，也不能检测铜、铝、镁、钛等非磁性材料。对于表面浅的划伤、埋藏较深的孔洞和与工件表面夹角小于20°的分层和折叠难以发现。工件的形状和尺寸有时对探伤有影响。
1.4渗透检测
渗透检测（PenetrantTest，PT）是基于毛细管现象揭示非多孔性固体材料表面开口缺陷，其方法是将含有有色染料或荧光的渗透液渗入工件表面开口缺陷中，零件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透剂后，在毛细管作用下，经过一段时间，渗透液可以渗透进表面开口缺陷中；经去除零件表面多余的渗透液后，再在零件表面施涂显像剂，同样，在毛细管的作用下，显像剂将吸引缺陷中保留的渗透液，渗透液回渗到显像剂中，在一定的光源下（紫外线光或白光），缺陷处的渗透液痕迹被显示，从而探测出缺陷的形貌及分布状态。
渗透检测可有效用于除疏松多孔性材料外的任何种类的材料，如钢铁材料、有色金属材料、陶瓷材料和塑料等材料的表面开口缺陷。
渗透检测操作简单成本低，缺陷显示直观，检测灵敏度高，可检测的材料和缺陷范围广，对形状复杂的部件一次操作就可大致做到全面检测。但对工件和环境有污染。渗透检测方法在检测表面微细裂纹时往往比射线检测灵敏度高，还可用于磁粉检测无法应用到的部位。
1.5超声波衍射时差法（TOFD）
Time Of Flight Diffraction（TOFD）超声波衍射时差法，是一种依靠从待检试件内部结构（主要是指缺陷）的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法，用于缺陷的检测、定量和定位。TOFD技术与传统脉冲回波技术的最主要的两个区别在于：⑴更加精确的尺寸测量精度（一般为±1mm，当监测状态为±0.3mm），且检测时与缺陷的角度几乎无关。尺寸测量是基于衍射信号的传播时间而不依赖于波幅。⑵TOFD技术不使用简单的波幅阈值作为报告缺陷与否的标准。由于衍射信号的波幅并不依赖于缺陷尺寸，在任何缺陷可能被判不合格之前所有数据必须经过分析，因此培训和经验对于TOFD技术的应用是极为基本的要求。
1.6红外热像仪
红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统（目前先进的焦平面技术则省去了光机扫描系统）接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构（焦平面热像仪无此机构）对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图。这种热像图与物体表面的热分布场相对应；实质上是被测目标物体各部分红外辐射的热像分布图由于信号非常弱，与可见光图像相比，缺少层次和立体感，因此，在实际动作过程中为更有效地判断被测目标的红外热分布场，常采用一些辅助措施来增加仪器的实用功能，如图像亮度、对比度的控制，实标校正，伪色彩描绘等高线和直方进行数学运算、打印等在工业生产中，许多设备常用于高温、高压和高速运转状态，应用红外热成像仪对这些设备进行检测和监控，既能保证设备的安全运转，又能发现异常情况以便及时排除隐患。同时，利用热像仪还可以进行工业产品质量控制和管理。
1.7工业内窥镜
工业视频内窥镜镜头保护罩可拆卸；TFT宽屏液晶显示器带2米连接线可移动；20米检测线，数字记米功能显示器上显示具体数据，系统配备两组电池、电源，系统整体便携式设计，所有部件集成于一个坚固的仪器箱内。工业视频内窥镜，可旋转翻转镜头可提供全方位观察视野。先进摄像系统为黑暗检查现场提供充足照明。彩色旋转镜头带你近距离观察，锅炉、电力、石化等工业压力管道、容器等。检查其中的裂纹、腐蚀、焊缝、堵塞以及内部异物等情况。超亮宽屏TFT监视器呈现高品质图像。直径40mm旋转镜头具有防水功能，镜头可以180°翻转，并以360°旋转， 从而轻松自如地对管道和容器内部情况进行清晰的视频检查。内视镜检测是近年来随着内视镜生产制造技术的发展而逐渐得到广泛应用的一种检测技术。工业内视镜可用于高温、有毒、核辐射及人眼无法直接观察到的场所的检查和观察，主要用于汽车、航空发动机、管道、机械零件等，可在不需拆卸或破坏组装及设备停止运行的情况下实现无损检测，另外一方面工业内视镜还可与照相机、摄像机或电子计算机连接，组成照相、摄像和图象处理系统，从而进行视场目标的监视、记录、贮存和图象分析.为诊断和处理提供很好的保证。
2.展望
作为一种综合性应用技术，无损检测技术经历了从无损探伤（NDI），到无损检测（NDT），再到无损评价（NDE），并且向自动无损评价（ANDE）和定量无损评价（QNDE）发展。相信在不远的将来，新生的纳米材料、微机电器件等行业的无损检测技术将会得到迅速发展。
【参考文献】
[1]魏锋，寿比南等.压力容器检验及无损检测：化学工业出版社，2003.
[2]王自明.无损检测综合知识：机械工业出版社，2005.
[3]沈功田，张万岭等.压力容器无损检测技术综述：无损检测，2004.
[4]林俊明，林春景等.基于磁记忆效应的一种无损检测新技术：无损检测，2000.
[5]叶琳，张艾萍.声发射技术在设备故障诊断中的应用：新技术新工艺，2000.
[6]JB/T4730-2005，承压设备无损检测，2005.