钢制压力容器制造中的无损检测技术纲要

在钢制压力容器的整个制造生命周期中，焊接质量是决定其结构完整性与安全性能的最终生命线。因此，实施无损检测（Non-Destructive Testing, NDT）的核心目的，就是对焊接质量进行严格、可靠的控制。其应用贯穿于从备料到最终验收的各个环节，主要包括对材料坡口的表面检查，以及对关键焊接接头的全面检测。

对于特定材料，如标准抗拉强度下限值 σ_b > 540 MPa 的高强钢，以及 Cr-Mo 低合金钢，其经火焰切割形成的坡口表面必须进行磁粉或渗透检测，以杜绝初始缺陷的引入。

压力容器的焊接接头主要分为对接焊缝与角焊缝两大类。其中，承载主要应力的对接焊缝，通常要求进行射线检测（RT）或超声波检测（UT）来探查其内部缺陷。检测比例并非一成不变，而是根据钢板厚度、材料强度、工作介质危害性、设计压力、焊缝系数及制造工艺等多种因素综合评定，分为 100% 全检和局部抽检。

有趣的是，全球主流标准对于局部抽检的比例要求存在显著差异。我国标准规定，每条焊缝的局部抽检比例为 20%；而美国ASME锅炉压力容器规范中，这一比例通常不大于 10%；德国的AD规范对环焊缝的要求则更为精简，抽查比例仅为 2%。至于压力容器的角焊缝，则按标准规定采用磁粉或渗透检测进行表面质量控制。

表面缺陷的“捕手”：磁粉与渗透检测

磁粉检测（MT）与渗透检测（PT）是发现表面及近表面开口缺陷的经典方法。它们不仅广泛用于压力容器制造中钢板坡口、角焊缝和对接焊缝的表面把关，也同样适用于大型锻件等机加工后的表面完整性检查。

在具体操作上，针对钢板和焊缝的磁粉检测，现场常采用便携式磁轭探伤机；而对于圆筒形锻件或无缝气瓶这类规则工件，则通常在车间内使用床式磁粉探伤机进行更高效的批量检测。渗透检测则主要弥补了磁粉检测的局限，专门用于非铁磁性材料，如不锈钢和有色金属的坡口与焊缝检测。

目前，压力容器磁粉检测的主流是湿磁粉法，即利用磁悬液来显示缺陷。磁悬液又分为黑磁粉和荧光磁粉：在车间等照明条件优越的环境下，使用黑磁粉与白反差剂配合，即可获得清晰的缺陷图像；而在容器内部等光线不佳的密闭空间，则需借助荧光磁粉，并在紫外灯的激发下进行观察，其灵敏度更高。渗透检测的耗材选择逻辑与此类似：光照良好时，采用红色着色渗透剂；光照受限时，则采用荧光渗透剂并辅以紫外灯观测。

穿透壁垒：射线检测（RT）洞察内部结构

当我们需要探知焊缝内部的秘密时，射线检测便登上了舞台。它适用于压力容器壳体或接管的对接焊缝内部缺陷探测。根据穿透能力和应用场景的不同，射线源主要分为三类：X射线探伤机、γ射线源以及高能射线加速器。

• X射线探伤机：能量范围通常在 50~450 kV，善于处理中薄壁工件，可对厚度 50mm 以下的钢板进行单壁透照，或对 20mm 以下的钢管进行双壁透照。
• γ射线源：常用的放射性同位素源包括 Se-75（适用于 4~40mm 厚度）、Ir-192（适用于 20~100mm 厚度）和 Co-60（适用于 40~200mm 厚度）。γ源的优势在于其能量高、几何尺寸小，这使得它不仅能进入X射线机无法企及的狭小空间（如小口径管道），还能穿透X射线无法穿透的厚壁材料。在效率方面，γ源表现卓越：对于筒体环缝，一次中心曝光即可完成整条焊缝的检测；对于现场组焊的球罐，一次曝光甚至能覆盖几乎所有的壳体对接焊缝。
• 射线加速器：当壁厚超过 200mm，进入超厚壁容器范畴时，必须动用能量在 2~9 MeV 范围的射线加速器，其检测厚度可达 40~380mm。

在成像技术上，传统的胶片成像系统虽然经典，但实时成像系统（数字射线照相，DR）凭借其检测速度快、成本低的巨大优势，正在国内外气瓶制造和标准化压力容器的批量生产检测中迅速普及。

声波的“回声定位”：超声波检测（UT）

超声波检测是另一种探测内部缺陷的强大工具，其常规适用范围是母材厚度在 8~300mm 的全焊透对接焊缝。

最普及的方法是A型扫描脉冲反射式检测。检测人员使用工作频率在 0.5~15 MHz 的超声波探伤仪，配以频率为 2~5 MHz 的K值（斜角）探头，通过一次反射法在焊缝的单面两侧对整个焊接接头进行扫查。当母材厚度超过 46mm 时，为了保证声束能覆盖整个截面，则需采用双面双侧的直射波检测。对于一些高质量要求的焊缝，甚至会磨平焊缝余高，直接在焊缝表面进行扫查，以排除几何形状的干扰。检测区域不仅要覆盖焊缝本身，还应包括焊缝两侧各相当于母材厚度 30% 的区域（且最小不小于 10mm）。

近年来，一种名为“超声波端点衍射时差法”（Time of Flight Diffraction, TOFD）的新技术在厚壁压力容器检测中崭露头角。其原理颇为巧妙：在焊缝两侧分别放置一个发射探头和一个接收探头。当超声波穿过焊缝时，若遇到内部缺陷，波束会在缺陷的上下两端发生衍射。通过精确测量衍射波到达接收探头的时间差，就可以准确计算出缺陷的埋藏深度和自身高度。配合自动扫查架，TOFD能够实现对焊缝快速、精准的定量评估。

选择合适的探伤方法并准确解读检测信号，对于确保压力容器的质量至关重要。这不仅需要精良的设备，更依赖于深厚的理论知识和丰富的实践经验。这正是专业检测实验室的核心价值所在。

精工博研测试技术（河南）有限公司（原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心），央企，国字头检测机构，专业的权威第三方检测机构，专业检测焊缝无损检测，可靠准确。欢迎沟通交流，电话19939716636

整体结构的“听诊器”：声发射（AE）监检测

压力容器制造的收官之作，是进行耐压试验。通过水、油或空气等介质加压，全面考核容器的安全质量。对于一些结构复杂或要求特殊的压力容器，在进行水压试验的同时，还会引入声发射监测技术。这相当于为容器装上了“听诊器”，实时捕捉压力作用下可能出现的缺陷开裂、裂纹萌生与扩展等动态过程，从而对容器的整体结构完整性做出评价。

声发射检测通常采用多通道声发射仪，通过在容器壳体上布置探头阵列，利用三角时差定位原理对声发射源进行实时定位。探头间的间距一般为 3~5m。例如，一个 100 m³ 的石油液化气卧罐大约需要 17 个通道，而一个 400 m³ 的球罐则需要 18 个通道，1000 m³ 的大型球罐更是需要多达 26 个通道。

在新制设备首次水压试验加载时，由于焊接和组装过程中产生的残余应力会得到逐步释放，声发射信号会非常丰富，定位源也可能较均匀地分布在壳体各处。但在人孔、支座角焊缝、结构错边处以及热处理不均等应力集中区域，声发射定位源则容易形成集团。

那么，如何区分这些信号是无害的应力释放还是危险的缺陷活动呢？答案在于利用金属材料的“凯泽效应”（Kaiser Effect）。具体操作是：将压力加载至试验压力后，降压至设计压力，随即进行第二次升压。根据凯泽效应，那些由残余应力释放引起的声发射源，在第二次升压过程中几乎不会再产生信号。相反，如果某个部位存在活动性缺陷（如裂纹扩展），它在第二次升压时通常会重复出现声发射信号。

声发射技术能够高效地识别出潜在的风险区域，但要最终确定声发射源内部缺陷的具体性质、尺寸和形态，还必须依赖于射线或超声波等常规无损检测方法进行复验。