压力容器及管道常见裂纹类型及其无损检测技术

应力腐蚀裂纹是一种常见的裂纹类型，它与内外应力和腐蚀介质的共同作用有关。常见于锅炉汽水管道和容器座，主要绑扎在管道外。根据研究，由于热水介质对管道本身的影响，锅炉系统长期运行后，管道容易受到内部热水的定向腐蚀，流动的水介质具有一定的压力。当管道外表面的压力值超过该区域的应力极限时，必然会引起压力管道的外部变形和开裂。

其一是加强生产资料管控。高压管道长期处于高强度运行状态，因此对自身材料的要求比较高。采购人员必须加强选材及分析，选择可靠的大型供应商，以匹配管材压力。

其次是加强生产制造管控。一方面，要严格核对设计图纸。相应的技术人员应根据具体的设计条件，对压力管道设计图纸的科学性和有效性进行分析。另一方面，要提高生产人员的能力。在制造过程中，必须严格按照制造工艺或制造标准进行。在制造过程中，还需要对出料线中经常出现的裂纹进行分析，以提高出料线的质量，减少裂纹的发生。

超声波检测技术是利用频率高于20KHz的声波进行检测，如果工件中存在缺陷，那么缺陷和金属材料中一定会形成一个不同介质的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射的超声波遇到这个界面之后，就会发生反射，反射回来的能量又被探头接受到，我们根据这个反射信号在屏幕中的位置对被检工件进行评定。

这种检测技术被广泛应用到压力容器和压力管道的裂纹检测。为提升其检测效果，在应用该技术时要掌握以下要点：

(1) 超声波检测受表面耦合好坏限制较大，被检工件表面需处理的平滑光洁，探头表面不能有异物；

(2) 若缺陷在工件中存在的角度与探头释放超声波的角度一致或相近，可能造成回波信号很弱甚至检测不到回波信号，所以检测高温高压高危介质管线容器时尽量在检测过程中选择多角度探头进行检测；

(3) 裂纹反射回波的波峰多尖锐，很多裂纹信号的端角还会产生分叉信号，虽然能从经验上初步判断缺陷性质，但从原理上无法识别缺陷信号是否一定为裂纹信号，在确定缺陷性质时，可采用其他无损检测手段验证缺陷性质，如X射线/γ射线检测。

射线法是检测压力管道焊缝的主要方法之一。其原理是利用缺陷与周围金属对射线的吸收率不同，使X射线或γ射线的透射强度发生变化，从而检测缺陷及其位置。目前主要采用中心透照法对主管路环焊缝进行射线探伤。辐射源安装在自行式履带车上。其主要优点是灵敏度高，工作效率高。外部辐照设备用于焊接接头和弯头，返工和测试小直径焊缝。目前，X射线胶片探伤主要用于高压容器管道的焊接。

这种方法虽然比较直观，但需要大量的胶片。而检测工作很多会在野外或户外完成，这使得拍摄和冲洗胶片变得更加困难，而且对人体有辐射危害，管道建设完成后还需要大量的空间存储这些胶片，导致消耗大量的人力和物力。

伴随DR（X射线数字成像）技术在工业领域应用的成熟，国外已经在部分压力容器管道建设中采用DR技术取代胶片射线检测。国内管道环焊缝检测方面，DR技术还没有在管道工程中大规模应用，仅在一些工程中进行了工业试验和小规模试用，目前在中俄东线工程准备大规模推广DR检测技术，但还存在着设备投资成本高、装备体积大、现场效率低于传统胶片射线检测、检测数据格式不统一、无法现场上传数据等问题。射线法对于裂纹的检测多数是比较直观的，可以解决超声波检测中无法确定缺陷性质的问题。

射线法检测裂纹需要注意以下几点：

(1) X射线检测在保证穿透力的前提下，尽量遵循低电压长时间原则，以保证灵敏度；

(2) γ射线检测中应根据标准采用高质量底片；

(3) 暗室处理中洗片药水应该一定时间或洗一定片数后进行更换，不能为了节约成本，虽然洗片数量不多，但长时间存放后再洗片，影响底片质量。

TOFD（超声波衍射时差法）和相控阵检测也都是超声波检测，但TOFD与传统的超声检测区别是，TOFD是用超声波的衍射波进行检测，超声波检测是用超声波的反射波进行检测。衍射波检测的特点是：灵敏度高，缺陷定位定深定高准，无方向性可在任意位置接收，能在一定程度上确定缺陷性质。

相控阵检测技术和传统手工超声波检测的原理相同，都是利用超声波反射法对被检工件进行检测，不同的是，传统的超声波检测使用单件探头来偏转声束。在某些情况下，双晶片或单元件聚焦探头也用于减少盲点和提高分辨率。但无论如何，超声波场在介质中以一个角度沿轴传播。单角度扫描限制了不同方向的定性和定量超声检测的可能性。因此，最“有效”的标准需要使用多角度光束扫描来提高检测速度。然而，对于复杂的几何形状、大壁厚或有限的探头扫描空间难以实现检测，因此需要多元件相控阵探头和电子聚焦声束来满足上述情况下的检测要求。相控阵探头可实现角度偏转和动态聚焦，这就使超声波检测从二维方向移动变成一维方向移动，可以外置编码器以实现图像存储，经过对A扫、B扫、C扫或D扫图像的分析可有效地检出各种面状缺陷和体积型缺陷。检测结果还可以三维图像显示，为缺陷定位、定量、定性、定级等提供了丰富的信息。与上述TOFD检测技术一样也可实现图像存储，这就为后续的复核与校验提供条件，使得检测结果有效可查询。