压力管道无损检测1

第四章压力管道无损检测(1)江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作内容提要本章主要介绍压力管道无损检测各种方法的原理、特点、技术要求、应用等。具体内容如下：1、概述各种无损检测方法的原理、特点、技术要求；2、

压力管道元件制造的无损检测3、

压力管道安装的无损检测4、在用压力管道的无损检测5、压力管道无损检测新技术江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作4.1概述无损检测的定义：无损检测是指在不损坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，借助先进的技术和设备器材，对试件的内部及表面的结构，性质，状态进行检查和测试的方法。常用的无损检测方法；有射线检测（简称RT）、超声波检测（简称UT）、磁粉检测（简称MT）和渗透检测（简称PT），称为四大常规检测方法。这四种方法是承压类特种设备制造质量检验和在用检验最常用的无损检测方法。其中RT和UT主要用于探测试件内部缺陷，MT和PT主要用于探测试件表面缺陷。其他用于承压类特种设备的无损检测方法有涡流检测（简称ET）、声发射检测（简称AE）等。江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作4.1.1无损检测目的及应用特点（1）、无损检测目的①保证产品质量②保障使用安全③改进制造工艺④降低生产成本(2)、无损检测应用特点

①无损检测要与破坏性检测相配合②正确选用实施无损检测的时机选用最适当的无损检测方法④综合应用各种无损检测方法江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作4.1.2射线检测

射线的种类很多，其中易于穿透物质的有X射线、γ射线、中子射线三种。其中X射线和γ射线常应用于锅炉压力容器压力管道焊缝和其他工业产品、结构材料的缺陷检测，而中子射线仅用于一些特殊场合。射线检测最主要的应用是探测试件内部的宏观几何缺陷（探伤）。按照不同特征（例如使用的射线种类、记录的器材、工艺和技术特点等）可将射线检测分为射线照相等多种不同方法。射线照相法是指X射线或γ射线穿透试件，以胶片作为记录信息器材的无损检测方法，该方法是应用最广泛的一种最基本的射线检测方法。本节主要介绍射线照相法。江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作(1).射线照相法的原理

X射线和γ射线通过物质时，其强度逐渐减弱。射线强度的衰减由以下公式表示：通过物体后的射线强度减弱主要与物质的衰减系数和物体厚度有关。一般认为是由光电效应引起的吸收、康普顿效应引起的散射和电子对效应引起的吸收三种原因造成的。射线还有一个重要性质，就是能使胶片感光。当X射线或γ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象中心，经过显影和定影后就黑化，接收射线越多的部位黑化程度越高，这个作用叫做射线的照相作用。因为X射线或γ射线使卤化银感光作用比普通光线小得多，所以必须使用特殊的X射线胶片。这种胶片的两面都涂敷了较厚的乳胶。此外，还使用一种能加强感光作用的增感屏。增感屏通常用铅箔做成。了解射线穿过物质的衰减作用和照相作用后，就不难理解射线检测的原理。

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材料中如有缺陷存在会影响射线的吸收，使透过射线强度发生变化，用胶片可测量出这一变化。如图8—5所示，厚度为T厘米的物体中有厚度为△T厘米的缺陷时，射线穿透无缺陷部位，透过射线强度为J，曝光得到的底片的黑度为D，而射线穿透有缺陷部位，透过射线强度为J+△j，曝光得到的底片黑度应为D+△D，把曝过光的胶片在暗室中经过显影、定影、水洗和干燥。再将底片放在观片灯上观察，根据底片上的黑度变化所形成的图像，就可判断出有无缺陷，以及缺陷的种类、数量、大小等，这就是射线照相法的原理。江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作(2)、射线检测设备

射线照相设备可分为：X射线探伤机；γ射线探伤机；高能射线探伤设备三大类。X射线探伤机管电压在450kV以下，可分为携带式，移动式两类。最大穿透钢铁厚度可达100mm。γ射线探伤机的射线能量取决于放射性同位素的种类，常用γ源有C060、Irl92、Se75三种，最大穿透钢铁厚度可达200mm。高能射线探伤设备由电子加速器（包括直线加速器、回旋加速器）产生能量为1～24MeV射线。最大穿透钢铁厚度可达500mm。江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作（3）射线照相工艺要点

一般把被检的物体安放在离X射线装置或γ射线装置50cm到1m的位置处，把胶片盒紧贴在试样背后，让射线照射适当的时问（几分钟至几十分钟）进行曝光。把曝光后的胶片在暗室中进行显影、定影、水洗和干燥。将干燥的底片放在观片灯的显示屏上观察，根据片的黑度和图像来判断存在缺陷的种类、大小和数量。随后按通行的标准，对缺陷进行评定和分级。以上就是射线照相探伤的一般步骤。按射线源、工件和胶片之间的相互位置关系，透照方式分为纵缝透照法、环缝外透法、环缝内透法、双壁单影法和双壁双影法五种，见图8—6。其中双壁单影法用于小直径的容器或大口径管子焊缝，双壁双影法用于Φ≤100mm以下管子对接环焊缝。江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作

图8—6焊缝透照方式示意图a）纵缝透照法b）环缝外透法c）环缝内透法d）双壁单影法e）双壁双影法江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作

①照相规范的确定为得到高灵敏度的底片，照相规范的选择应注意以下几点：a.透照方式的选择：有外透法、内透法。外透法的优点是操作比较方便，内透法的优点是透照厚度差小，在满足透照厚度比K值的情况下，一次透照长度较大。

b.K值控制透照厚度比K的含义见图8—8，由图中关系可知射线源到胶片的距离F愈大，射线源尺寸盔越小，工作表面到胶片的距离）越小，半影越小，也就是说工件越薄，胶片贴得越紧，清晰度越好。标准规定，锅炉压力容器压力管道焊缝射线照相，纵缝的K值不得大于1.03，环缝的K值不得大于1.1。限制透照厚度比，也就间接控制了横向裂纹检出角口，使之不致过大。过大的角占有可能导致横向裂纹漏检。采用源在中心的内透法，是最佳透照方式。江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作

c.透照距离的选择焦距在选择透照距离时，应将焦距选得大一些。但是由于射线的强度工与焦距F的平方成反比，所以不能把焦距选得过大，不然透照时，射线强度将不够。焦距应在满足几何不清晰度j要求的前提下合理选择。一般在透照中，焦距选择在600～800mm。

d.曝光量的选择曝光量E为射线强度j与曝光时间t的乘积，即E=jt。曝光量的j大小要能保证足够的底片黑度。如果管电压偏高，那么小的曝光量也能使底片达到规定黑度，但这样的底片灵敏度不够好。所以，一般情况下X射线照相的曝光量选择15mA.min以上。

e.胶片、增感屏的选择与底片黑度控制通常照相时是将厚度为0.03～0.2mm的铅箔增感屏与非增感型胶片一起使用。而且由于铅箔吸收散乱射线，能使散射比减小，从而提高底片的对比度。非增感型胶片有多种，低感光度的胶片有较大的G值，而且粒度细，其底片对比度△D也大。底片黑度D一般规定为1.5～4.0的范围内，黑度D值增大，胶片G值也增大，因此一般来说，应使底片黑度D大些，但黑度大于4.0观片灯有时就不容易看清了，所以底片黑度也不宜太大。

江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作②象质计（透度计）的应用

为了评定底片的灵敏度，需要采用象质计，象质计是用来检查透照技术和胶片处理质量的。衡量该质量的数值是象质指数，它等于底片上能识别出的最细钢丝的线编号。用底片上必须显示的最小钢丝直径与相应的象质指数来表示照相的灵敏度。所谓射线照相的灵敏度是射线照相能发现最小缺陷的能力。射线照相灵敏度分为绝对灵敏度和相对灵敏度。绝对灵敏度是指射线透照某工件时能发现最小缺陷的尺寸，射线照相的相对灵敏度K用透照方向上所能发现缺陷的最小厚度尺寸AD与该处的穿透厚度d的百分比表示，即

目前标准规定的象质指数，换算成相对灵敏度，其值大约在1%～2%之间。江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作(4).底片评定

在底片合格的前提下，再对底片上的缺陷进行定性、定量和定位，对照标准评出工件质量等级，写出探伤报告。对底片的质量要求包括：①底片的黑度应在规定范围内，影像清晰，反差适中，灵敏度符合标准要求，即能识别规定的象质指数。现行的射线检测标准中，底片黑度下限一般规定为1.5～2.O，上限黑度一般为4.0。②标记齐全，摆放正确。必须摆放标记有设备号、焊缝号、底片号、中心标记和边缘标记等。标记应距焊缝边缘5mm。③评定区内无影响评定的伪缺陷。底片上产生的伪缺陷有：划伤、水迹、折痕、压痕、静电感光、显影斑纹、霉点等。江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作(5)射线的安全防护

射线防护，就是在尽可能的条件下采取各种措施，使操作人员和周围其他人员接受的剂量当量不超过限值。主要的防护措施有以下三种：屏蔽防护、距离防护和时间防护。屏蔽防护就是在射线源与操作人员及其他邻近人员之间加上有效合理的屏蔽物来降低辐射的方法。如射线探伤机体衬铅，现场使用流动铅房和建立固定曝光室等都是屏蔽防护。距离防护是用增大射线源距离的办法来防止射线伤害。因为射线强度P与距离R的平方成反比，即所以在没有屏蔽物或屏蔽物厚度不够时，用增大射线源距离的办法也能达到防护的目江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作

(6).关于射线照相法特点的概括

①.检测结果有直接记录——底片

②可以获得缺陷的投影图像，缺陷定性定量准确

③体积型缺陷检出率很高。而面积型缺陷的检出率受到多种因素影响

④.适宜检验较薄的工件而不适宜较厚的工件

⑤适宜检测对接焊缝。检测角焊缝效果较差，不适宜检测板材、棒材、锻件。

⑥.有些试件结构和现场条件不适合射线照相

⑦对缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸（高度）的确定比较困难

⑧检测成本高。

⑨.射线照相检测速度慢

⑩.射线对人体有伤害江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作4.1.3超声波检测超声波检测主要用于探测试件的内部缺陷，它的应用十分广泛。所谓超声波是指超过人耳听觉，频率大于20kHz的声波。用于检测的超声波，频率为0.4～25MHz，其中用得最多的是1～5MHz。超声波探伤方法很多，通常有穿透法、脉冲反射法、串列法等。但目前用得最多的是脉冲反射法。超声信号显示方面，目前用得最多而且较为成熟的是A型显示。下面主要叙述A型显示脉冲反射超声探伤法。江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作(1)超声波的发生及其性质①超声波的发生和接收声波是一种机械波，机械波是由机械振动产生的。工业探伤用的高频超声波，是通过压电换能器产生的。压电材料可以将电振动转换成机械振动，也能将机械振动转换成电振动。要使压电材料产生超声波，可把它切成能在一定频率下共振的片子，这种片子叫做晶片。将晶片两面都镀上银，作为电极。当高频电压加到这两个电极上时，晶片就在厚度方向产生伸缩（振动），这样就把电振动转换成机械振动了。这种机械振动发生的超声波，可传播到被检物中去。反之，将高频机械振动传到晶片上时，晶片就被振动，在晶片两电极之间就会产生频率与超声波相等、强度与超声波成正比的高频电压。这个高频电压可经放大、检波，并显示在示波屏上。这就是超声波的接收。通常在超声波探伤中只使用一个晶片，这个晶片既作发射又作接收。江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作

②超声波的种类

超声波有许多种类，在介质中传播有不同的方式，波型不同，其振动方式不同，传播速度也不同。，声波的介质质点振动方向与传播方向一致，叫做纵波。质质点振动方向和波传播的方向垂直的波叫横波。纵波可在气、液、固体中传播。可是横波只能在固体介质中传播。此外，还有在固体介质的表面传播的表面波、在固体介质的表面下传播的爬波和在薄板中的传播板波。它们都可用来探伤。

③.声速声波在介质中是以一定的速度传播的，如空气中的声速为340m/s，水中的声速为1500m/s，钢中纵波的声速为5900m/s，横波的声速为3230m/s，表面波的声速3007m/s。横波的声速大约是纵波声速的一半，而表面波声速大约是横波的0.9倍。江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作

④波长

波在一个周期内或者说质点完成一次振动所经过的路程称为波长，用λ表示。

⑤超声场及其特征量

充满超声波的空问叫作超声场，描述超声场的特征量有声压、声强和声阻抗。

⑥.界面的反射和透射

当超声波传到缺陷、被检物底面或者异种金属结合面，即两种不同声阻抗的物质组成的界面时，会发生反射。

⑦.指向性

声束集中向一个方向辐射的性质，叫做声波的指向性。探伤采用高频超声波，其理由之一就是希望它具有指向性。

⑧近场区与远场区

在超声波探头的声场中，按声压变化规律分为近场区和远场区两个区域。靠近探头附近的区域叫近场区。

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(2).超声波检测的原理

超声波检测可以分为超声波探伤和超声波测厚，以及超声波测晶粒度、测应力等。在超声探伤中，有根据缺陷的回波和底面的回波进行判断的脉冲反射法；有根据缺陷的阴影来判断缺陷情况的穿透法；还有根据由被检物产生驻波来判断缺陷情况或者判断板厚的共振法。

目前用得最多的方法是脉冲反射法。脉冲反射法在垂直探伤时用纵波，在斜入射探伤时大多用横波。把超声波射入被检物的一面，然后在同一面接收从缺陷处反射回来的回波，根据回波情况来判断缺陷的情况。纵波垂直探伤和横波倾斜入射探伤是超声波探伤中两种主要探伤方法。

江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作(3).试块

超声探伤中是以试块作为比较的依据。试块上有各种已知的特征，例如特定的尺寸，规定的人工缺陷，即某一尺寸的平底孔、横通孔、凹槽等。用试块作为调节仪器、定量缺陷的参考依据，是超声探伤的一个特点。

试块在超声探伤中的用途主要有三方面：

①确定合适的探伤方法。在超声探伤中，可以应用在某个部位有某种人工缺陷（平底孔、槽等）的试块来摸索探伤方法。

②确定探伤灵敏度和评价缺陷大小。对于不同种类，不同厚度、不同要求的工件，需要不同的探伤灵敏度。为了确定探伤时的灵敏度，就需要带有各种人工缺陷的试块。用人工缺陷的波高来表示探伤灵敏度，这是试块常用的一种方法。为了评价工件中某处缺陷大小，用试块中同一深度各种尺寸的人工缺陷与之相比较，这就是探伤中应用的缺陷当量法。

③校验仪器和测试探头性能。通过试块可以测试仪器声或探头的性能，以及仪器和探头连接在一起的系统综合性能。

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(4).超声波检测工艺要点

①探伤方法的分类

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②基本操作

A、探伤时机选择根据要达到的检测目的，选择最适当的探伤时机。

B、探伤方法选择根据工件情况，选定探伤方法。例如，对焊缝，选择单斜探头接触法；对钢管，选择聚焦探头水浸法；对轴类锻件，选用单探头垂直探伤法。

C、探伤方向很重要。探伤方向应以能发现缺陷为准，应根据缺陷的种类和方向来决定。

D、频率的选择根据工件的厚度和材料的晶粒大小，合理的选择探伤频率。

E、确定探伤灵敏度用适当的标准试块的人工缺陷或试件无缺陷底面调节到一定的波高，确定探伤灵敏度。

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(5)关于超声波检测特点的概括

①-面积型缺陷的检出率较高，而体积型缺陷的检出率较低从理论上说，反射超声波的缺陷面积越大，回波越高，越容易检出。

②.适合检验厚度较大的工件，不适合检验较薄的工件。

③应用范围广，可用于各种试件包括对接焊缝、角焊缝、T形焊缝、板材、管材、棒材、锻件，以及复合材料等。板材、管材、棒材、锻件，以及复合材料的内部缺陷检测超声波是首选方法。

④检测成本低、速度快，仪器体积小，重量轻，现场使用较方便。

⑤无法得到缺陷直观图像。定性困难。定量精度不高

⑥.检测结果无直接见证记录

⑦.材质、晶粒度对探伤有影响

晶粒粗大的材料，例如铸钢、奥氏体不锈钢焊缝，未经正火处理的电渣焊焊缝等，一般认为不宜用超声波进行探伤。

⑧.工件不规则的外形和一些结构会影响检测

⑨.不平或粗糙的表面会影响耦合和扫查。影响检测精度和可靠性

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4.1.4磁粉检测(1)磁粉检测原理

自然界有些物体具有吸引铁、钴、镍等物质的特性。这些具有磁性的物体称为磁体。使原来不带磁性的物体变得具有磁性叫磁化。能够被磁化的材料称为磁性材料。磁体各处的磁性大小不同，在它的两端最强。这两端称为磁极。每一磁体都有一对磁极即N极和S极。铁磁性材料被磁化后，其内部产生很强的磁感应强度，磁力线密度增大几百倍到几千倍。如果材料中存在不连续性（包括缺陷造成的不连续性和结构、形状、材质等原因造成的不连续性），磁力线便会发生畸变，部分磁力线有可能逸出材料表面，从空间穿过，形成漏磁场。漏磁场的局部磁极能够吸引铁磁物质，如磁粉，通过观察达到检测目的。江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作

(2)磁粉检测设备器材

①.磁力探伤机分类

磁力探伤机可分为固定式、移动式、携带式三类。

②灵敏度试片

灵敏度试片用于检查磁粉探伤设备、磁粉、

磁悬液的综合性能。使用时，如果磁化方法、

规范选择得当，在试片表面上应能看到与人工

刻槽相对应的清晰显示。

③.磁粉与磁悬液

磁粉是具有高磁导率和低剩磁的四氧化三铁或三氧化二铁粉末。按加入的染料可将磁粉分为荧光磁粉和非荧光磁粉，非荧光磁粉有黑、红、白几种不同颜色供选用。由于荧光磁粉的显示对比度比非荧光磁粉高得多，所以采用荧光磁粉进行检测具有磁痕观察容易，检测速度快，灵敏度高的优点。但荧光磁粉检测需一些附加条件：暗环境和黑光灯。江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作(3)磁粉检测工艺要点①.磁化方法常用的磁化方法如图10一8所示，②磁粉探伤方法分类磁粉探伤方法有多种分类方法。按检验时机可分为连续法和剩磁法。磁化、施加磁粉和观察同时进行的方法称为连续法。先磁化，后施加磁粉和检验的方法称为剩磁法。后者只适用于剩磁很大的硬磁材料。按使用的电流种类可分为交流法、直流法两大类。江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作③.磁粉探伤的一般程序

探伤操作包括以下几个步骤：预处理、磁化和施加磁粉、观察、记录以及后处理（包括退磁）等。

(4).关于磁粉检测特点的概括如下：

a.适宜铁磁材料探伤。不能用于非铁磁材料检验

b.可以检出表面和近表面缺陷，不能用于检查内部缺陷。

一般可检出深度为1～2mm的近表面缺陷，采用强直流磁场可检出深度达3～5mm近表面缺陷。

c.检测灵敏度很高，可以发现极细小的裂纹以及其他缺陷

在RT、UT、MT、PT四种无损检测方法中，对表面裂纹检测灵敏度最高的仍是MT。

d.检测成本很低，速度快

e.工件的形状和尺寸对探伤有影响，有时因其难以磁化而无法探伤江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作

4.1.5渗透检测

(1)渗透检测基本原理

渗透检测的原理是：零件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透液后，在毛细管作用下，经过一定时间，渗透液能够渗进表面开口的缺陷中；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，（黄绿色荧光或鲜艳红色），从而探测出缺陷的形貌及分布状态。江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作②渗透检测的分类

a.根据渗透液所含染料成分分类

根据渗透液所含染料成分，可分为荧光法、着色法两大类。

b.根据渗透液去除方法分类

根据渗透液去除方法，可分为水洗型、后乳化型和溶剂去除型三大类。

c.在渗透探伤中，显像的方法有湿式显像、快干式显像、干式显像和无显像剂式显像四种。江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作（2）各种渗透检测方法的优缺点和应用选择

着色法只需在白光或日光下进行，在没有电源的场合下也能使用。荧光法需要配备黑光灯和暗室，无法在没有电源及暗室的场合下使用。

水洗着色法适于检查表面较粗糙的零件，该法灵敏度较低，不易发现细微缺陷。

后乳化型着色法具有较高灵敏度，适宜检查较精密零件，但对螺栓，有孔、槽零件，以及表面粗糙零件不适用。

溶剂去除型着色法应用较广，特别是使用喷罐，可简化操作，适宜于大型零件的局部检验。

水洗型荧光法成本较低，有明亮的荧光，易于水洗，检查速度快，适用于表面较粗髓零件，带有螺纹、键槽的零件及大批量小零件的检查。

后乳化型荧光法具有极明亮的荧光，对细小缺陷检验灵敏度高，能检出宽而浅的缺陷，不适用有螺纹、键槽及盲孔零件的检查，也不适用于表面粗糙零件的检验。

江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作(3)关于渗透检测特点的概括如下：

a.渗透探伤可以用于除了疏松多孔性材料外任何种类的材料。

b.形状复杂的部件也可用渗透探伤，并一次操作就可大致做到全面检测。

c.同时存在几个方向的缺陷，用一次探伤操作就可完成检测。

d..不需要大型的设备，可不用水、电。

e.试件表面粗糙度影响大，探伤结果往往容易受操作人员水平的影响。

f.可以检出表面开口的缺陷，但对埋藏缺陷或闭合型的表面缺陷无法检出。

g.检测工序多，速度慢。

h..检测灵敏度比磁粉探伤低。

i.材料较贵、成本较高。

江苏省锅炉压力容器安全检测中心所制作4.1.6涡流检测

（1）涡流检测的理论基础是电磁感应原理。金属材料在交变磁场作用下产生涡流。根据涡流的大小和分布，可检出铁磁性和非铁磁