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石油化工设备无损检测技术

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石油 化工设备 无损 检测 技术
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1石油化工设备无损检测技术宁波工程学院机械工程学院徐 岩二油化工装备检测技术含义 对石油化工装备(尤其是锅炉、压力容器、机器的重要零部件等)的原材料、设计、制造、安装、运行、维护等各个环节的检验、测量、试验、监督。目的 在于依据相关法规,经过专职检验人员的判定下结论,提前消除各环节中出现的不安全因素,更可靠地保证安全。检测技术的分类宏观检测检查人员凭感觉器官和工具对装备进行检测,判别缺陷。睛、手触摸板、平直尺、测厚仪、专用焊缝检测尺理化检测用物理和化学方法分别检测装备构件的母材和焊接接头的力学性质、金相组织以及所含化学元素种类和含量,判别材质和焊接接头的缺陷。无损检测3二、无损检测技术概述无损检测的定义无损检测技术无损检测的目的无损检测技术的应用无损检测技术的意义无损检测技术的分类无损检测技术的发展1. 无损检测的定义4以不损坏被检测物体内部结构为前提,应用物理的方法,检测物体内部或表面的物理性能、状态特性以及内部结构,检查其是否存在不连续性(即缺陷),从而判断被检测物体是否合格,评价其使用性。简单地说,是指对材料或工件实施一种不损害或不影响其未来使用性能或用途的检测手段。无损检测又称非破坏检查,其英文表述为简称我国,无损检测一词最早被称之为探伤或无损探伤,其不同的方法也同样被称之为探伤。2. 无损检测技术与每一种无损检测手段有关的专门的规程、方法和仪器设备的整体。涉及物理学、材料科学、电子技术、测量技术以及信息技术等多方面的内容。综合型应用工程技术。53. 无损检测的目的发现材料表面和内部存在的缺陷;测定材料或工件的内部组成或组织、结构、物理性能和状态等;测量工件的几何特性和尺寸。4. 无损检测技术的应用产品设计;材料选择;加工制造过程;成品检验;在用设备检验。破坏;100%检验;保障产品(设备)使用安全:定期检验,发现使用过程中产生的材料劣化、腐蚀和疲劳引起的缺陷;改进制造工艺;降低加工成本。6. 无损检测方法的分类(1)常规无损检测方法超声检测T);射线检测T);磁粉检测T);渗透检验涡流检测T);7(2)非常规无损检测:声发射检测(泄漏检测(超声全息检测;红外热成像检测(漏磁检测;微波检测;磁记忆检测;超声导波检测;红外热成像检测;射线检测; 漏磁检测;磁粉检测; 磁记忆检测;渗透检测; 壁厚测定;涡流检测; 硬度测定;声发射检测; 泄漏检测;87. 无损检测技术的发展线监测;与寿命评价技术的结合——无损评价技术;应用领域不断扩展。7. 无损检测技术的发展9三、常规无损检测方法1. 射线检测技术原理特点应用利用射线穿过材料或工件时的强度衰减,检测其内部结构不连续性的技术称为射线检测技术。10原 理射线源:同密度的物质对射线有不同的吸收系数。成像系统:胶片、电子胶片、荧光成像板、半导体成像板工作过程成内部不连续的图像。线照相法、荧光屏法(发展为工业电视)、干板照相法、层析摄影(工业术、数字显示技术等。12获得缺陷的平面图像,确定缺陷位置、大小;永久性、比较直观的记录结果(照相底片);无需耦合剂;对试件表面光洁度要求不高,但是对试件中的密度变化敏感(适宜探测体积型缺陷)。13特点设备价格较高,检测成本较高;在照相底片上不能反映缺陷的深度位置或高度尺寸,并且缺陷取向与射线投射方向有密切关系而影响检测的可靠性,特别是对于面积型缺陷(例如裂纹)其灵敏度不如超声波检测。射线照相检测有辐射危害。应用适用对象:铸件、焊缝以及小而薄且形状复杂的锻件、电子组件、非金属、固体燃料、复合材料等的内部缺陷及组织结构的变化。检测厚度范围:14射线防护方法控制照射时间;增加辐射源与人员之间的距离;采用屏蔽措施;主要标准:1989年出台的《医用2002年1月3日出台的《国家放射工作卫生防护管理办法》。2 超声波检测技术超声波检测是指利用超声波在介质中传播时产生衰减,遇到界面产生反射的性质来检测缺陷的一种无损检测方法。15原 理利用超声波反射和衍射特性,通过观察显示在超声检测仪上的超声波在被检材料或工件中发生的传播变化,来判定被检材料和工件的内部和表面是否存在缺陷。16工作过程超声检测面的选择 与缺陷面或延伸方向垂直检测面的制备 光洁度要求耦合方法的确定 耦合方法和耦合介质检测条件的准备 仪器、探头、试块检测扫查 保证超声束覆盖所有被检查区域缺陷评定 定位、定量;必要时对性质或种类进行评定分 类按波源不同可分为:连续波、脉冲波;按波型不同可分为:纵波、横波、表面波、板波、爬波;按接收方式不同可分为:回波(反射)、穿透;按耦合方式不同可分为:接触式、液浸式;按探头数不同可分为:单探头、双探头、多探头。17特 点方向性强,穿透能力较大;对平面型缺陷(裂纹、夹层等)探伤灵敏度较高,并可确定缺陷的位置和相对大小;设备轻便,操作安全,易于实现自动化检验等等。特 点不易检查形状复杂的工件;要求被检查表面有一定的光洁度,并需有耦合剂充填满探头和被检查表面之间的空隙,以保证充分的声耦合;对于有些粗晶粒的铸件和焊缝,因易产生杂乱反射波而较难应用;对操作人员要求较高。18应 用板材、复合板材、碳钢和低合金锻件、管材、棒材、奥氏体不锈钢锻件、轧制件等原材料对接焊缝、焊缝以及堆焊层。焊接接头的检测范围原材料检测范围193、涡流检测技术通过测量被检金属部件的电磁性能变化,了解缺陷或金属特性的检测技术。原 理利用电磁感应原理。20特 点对于表面和近表面的缺陷有较高的灵敏度;检测速度快;可用于异形材和小零件,只能检测导电材料;可在高温下进行检测;难以判断缺陷种类,灵敏度相对较低。应 用能检测和确定导电金属材料表面和近表面缺陷的位置和相对尺寸。适用于导电金属材料和焊接接头表面和近表面缺陷的检测。可发现裂纹、壁厚减薄等缺陷。检测灵敏度214、磁粉检测技术40痕显示照片利用铁磁性材料在磁场中被磁化时,材料表面和近表面的缺陷或组织状态变化会使局部导磁率发生变化,来判别缺陷。原 理铁磁性材料在磁场中被磁化时,材料表面的缺陷或组织状态变化会使局部导磁率发生变化,使磁路中的磁通相应发生畸变。在漏磁场处,由于磁力线出入材料表面而在缺陷两侧形成两极(S、若在此表面上喷洒细小的铁磁性粉末时,表面漏磁场处能吸附磁粉形成磁痕,显示出缺陷形状。22工作过程(1)被检工件的表面制备对检测工件进行预先清洗,并要求工件表面粗糙度一般应≤2)被检工件的磁化(充磁)注意磁化规范参数的选择,磁化种类(3)施加磁性介质干粉法和湿法;磁粉种类(4)磁痕评定判断缺陷性质(5)退磁退磁程度检查38向表面裂纹与外咬边的荧光磁粉检测显示照片分类根据用于磁化的电流类型,续法)作简便、检测成本低,且检测效率高。无法确定缺陷的深度。只适合检查铁磁性材料的表面和近表面缺陷。难以实现真正的自动化检测,检测结果只能通过照相或贴膜等方式处理。应 用铁磁性材料表面和近表面尺寸很小,间隙极窄的裂纹和目视难以看出的缺陷。检测马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢材料,不适用于检测奥氏体不锈钢材料。未加工的原材料、加工的半成品、成品件及在役与使用过的工件。管材、棒材、板材形材和锻钢件铸钢件及焊接件。工件表面和近表面的缺陷,但不适于检测表面浅而宽的缺陷、埋藏较深的内部缺陷和延伸方向与磁力线方向夹角小于20度的缺陷。255、渗透检测技术毛细管作用机理,利用渗透液渗入试件表面上的开口缺陷后,将在试件表面开口缺陷的位置形成可供观察的迹痕,反映出缺陷的状况。原 理通过一定的方法,把渗透力很强的渗透液施加到已清洗干净的试件表面,经一定的渗透时间,渗透液渗入试件表面上的开口缺陷后,将试件表面上多余的渗透液清除干净,在试件表面上用喷撒或涂抹等方法施加显像剂,显像剂能将已渗入缺陷的渗透液吸附引导到试件表面,显像剂本身与渗透液的颜色形成强烈对比的背景衬托,反渗出来的渗透液将在试件表面开口缺陷的位置形成可供观察的迹痕,反映出缺陷的状况。26分 类根据采用的渗透液和显示方式的不同,分为:着色渗透检测和荧光渗透检测。检测过程(1)对试件的预清洗(2)施加渗透液在试件表面并保证充分渗透。(3)中间清洗与干燥27检测过程(5)施加显像剂形成背景衬托和迹痕显示以供观察评定。着色渗透检测裂纹显示照片(6)观察评定检验过程(7)后清洗:28影响渗透检验的因素①试件的表面光洁度②试件的预清洗与渗透后清洗试件预清洗不良时,中间清洗过度。③渗透液的性能④显像剂性能⑤观察评定的环境条件白光强度、紫外线辐射强度及环境黑暗度。⑥操作人员的经验与技术水平、身体状况应 用具有非吸收的光洁表面的金属、非金属,特别是无法采用磁性检测的材料。锻件、铸件、焊缝、陶瓷、玻璃、塑料以及机械零件等的表面开口型缺陷。29特 点灵敏度较高(不受工件材料限制;检测成本低,使用设备与材料简单,操作轻便简易,显示结果直观;检测效率较高;只适于检测表面开口型缺陷。如果缺陷中填塞有较多杂质,将影响其检测灵敏度。三、新型无损检测技术301 数字射线实时成像检测技术原理 采用非晶硅板或非晶硒等材料制成成像平板,通过射线和成像材料的相互作用,产生电信号,通过计算机系统进行图像处理,实时显示射线检测图像。31应 用带保温管道、容器腐蚀检测;管道腐蚀检测;焊缝全景检测。2 可重复使用胶片数字成像射线检测系统组成可重复使用的数字成像板射线源数字射线扫描仪电脑处理器射线图像处理软件32特 点333 衍射波时差法超声检测技术原 理根据缺陷端点反射波来辨认衍射回波,并通过缺陷两端点衍射回波之间的延迟差值来确定缺陷自身高度。34特点探头不需前后移动进行扫查,与缺陷方向无关;是一种非基于波幅的超声检测技术,缺陷定量可靠性高,精确确定缺陷的高度;实时分析缺陷,且检测记录方便保存;检测快速、安全、方便,且可以检测出与检测表面不相垂直的缺陷和裂纹。检测成本低,灵敏度高。特点由于检测速度快,对于板厚超过25本比在200℃以上的表面进行检测;系统易于搬运,可在方便的任何地方进行检测;由于可在产品制造期间进行检测,可节约时间和修复成本;检测率高于常规的超声5特点焊缝的两边必须由足够安放用于检测的发射和接收探头的位置;在检测表面下,存在一个检测不到的死区;对检测人员要求高,需经过专门的训练,并积累相应的经验。应 用压力容器制造;压力管道安装;大型水电机组的安装。364 超声波相控阵检测技术多声束扫描成像技术。使用阵列微型探头产生超声波束。波束形成器(换能器)——电子模块控制阵列单元产生波束。通过单元阵列探头产生许多波束。工作过程使用多个晶片组成的多阵元换能器来产生和接受超声波波束,通过控制换能器阵列中各阵元发射(或接收)脉冲时间的延迟,改变声波到达(来自)物体内某点时的相位关系,实现聚焦点和声束方向的变化;用机械扫描和电子扫描来实现图像成像;37特 点信噪比高;超声束更窄;有效检测范围大,分辨力高;缺陷定量准确性高。功率大,检测速度快;缺陷以图像方式显示,直观可记录;降低作业强度。38应 用适用于大壁厚容器和管道的快速监测;适用于复杂结构工件的检测。5 超声导波检测技术利用某些特定频率的超声波可以在线状材料中长距离传播而衰减较小的特点,来实现检测的目的。39原 理在管道的一端激励频率范围为5~100管道横截面发生变化时,导波就会向传感器发射一个反射信号,通过分析该信号即可探知管道的内外部缺陷位置和腐蚀状况。工作过程低频导波信号的产生。由安装在管道上的环形传感器发出。导波在管体内沿着轴向向管道的两边均匀传播。导波在前进方向上遇到管壁厚度的变化时(无论是增大还是减小),其一部分能量即被反射回传感器这就是检测管道的“不连续”性的机制。40特 点沿传播路径衰减小,可沿管道传播几十米远的距离,并且回波信号包含了管道整体性信息。内部缺陷和表面缺陷均可检测到。只能检测到腐蚀位置。远传、采集数据快。41特点应 用油田管道,城市埋地燃气管道的腐蚀检测。426 远场涡流检测技术远场涡流检测技术(一种能穿透铁磁性金属管壁的低频涡流检测技术。原 理43特 点独具透壁性,能检测整个管壁的缺陷而不受集肤效应的影响。与多频检测结合,能有效分离出支撑板中的干扰信号。在缺陷定位方面不如常规涡流检测技术。被检测钢管表面不必清洗。探头与钢管表面不接触,探头外径与钢管内径之间的间隙变化对检测无影响。44特 点检测钢管内外表面的腐蚀坑灵敏度相同;对均匀减薄、渐变减薄或偏磨减薄的检测,都有极高的检测灵敏度;探头的检测速度是否均匀对检测结果无影响;检测设备体积小,重量轻、便于现场灵活应用;数据可存入探头内,实施长距离检测。应 用管道(特别是铁磁性管道)、石油及天然气输送管、城市煤气管道、核反应堆压力管的检测。457 脉冲涡流检测技术通过测得磁场最大值出现的时间来确定缺陷位置,从而实现缺陷的无损检测和定量化。原 理一个外加电磁脉冲信号在金属内部可以产生一个涡流信号,此涡流随着时间的延长逐渐消失,对于不同厚度的金属材料,其持续时间是不同的,通过测量持续时间可以计算出金属材料的厚度。46特 点无需打磨,对表面粗糙度要求不高。允许设备运行中检测。运行带防腐层进行检测。检测成本低。金属构件表面焊缝检测。应用用于管道、容器等表面有覆盖层设备的腐蚀减薄检测,属于非接触式检测。金属表面裂纹。478 阵列涡流检测技术结合了计算机技术、扫描技术和信号处理技术。涡流阵列由三部分组成:驱动单元,探头,多路复用器。工作时按照设定逻辑程序,对阵列单元进行实时/分时切换以产生信号,将各单元获取的涡流响应信号接入多路复用器,接入仪器的信号处理系统中,完成一个阵列的巡回检测。阵列式涡流检测探头的一次检测过程相当于传统单个探头对部件受检面的往复步进扫描全过程。特 点省时,效率高。能检测任何走向的短小缺陷和纵向长裂纹。适用于大面积、复杂不规则表面。48应 用焊缝检测。(包括焊道中的裂缝;受热影响区金属材质的变化。)平板大面积检测。管、棒、条型材的检测。能检测任何走向的短小缺陷和纵向长裂纹。飞机轮毂的检测。形状复杂,省时可靠。飞机机体的检测。9 漏磁检测技术利用永久磁铁在板材或管壁上产生强的感应磁场,如果存在腐蚀缺陷在其相应表面形成漏磁场,漏磁场的大小与腐蚀坑的深度和面积有关,通过对漏磁场信号的分析和处理,即可得到腐蚀坑的深度。49原 理利用励磁源对被检工件进行局部磁化,若被测工件表面光滑,内部没有缺陷,磁通将全部通过被测工件,若材料表面或近表面存在缺陷,会导致缺陷及其附近磁导率降低,磁阻增加,使缺陷附近磁场发生畸变。50特点可以实现自动化;具有较高的检测可靠性;实现缺陷初步定量(信号和缺陷形状尺寸存在一定的对应关系);高效能,无污染;存在一定提离值(不紧贴在工件表面),降低检测灵敏度。应 用储罐底部检测;管材和棒料检测;长输管道和埋地管道检测;钢丝绳检测;铁轨和车轮检测。5110 金属磁记忆检测技术通过测量构件磁化状态来推断其应力集中区的一种无损检测方法。原 理原理:磁致伸缩效应原理。利用材料自身结构发射信号,通过测量构件磁化状态来推断其应力集中区的一种无损检测方法。在受载工作过程中,在应力和变形区域内产生的磁状态不可逆变化,并与最大作用应力有关系。采用专门的仪器测量工件表面的漏磁场,测量工件表面磁场的法向分量。5253特 点实现对焊缝快速扫描,发现焊缝上存在的应力峰值部位。自带电源,现场无需使用火或电,可以实现在线检测,可总体了解机械设备状态,预测应力发展。磁记忆检测对在用压力容器检测具有重要价值。应 用在用压力容器检测,解决常规检测无法解决的早期诊断问题,为金属失效和寿命评估提供依据。机械构件。5411 声发射检测技术材料受外力或内力作用产生变形或断裂,以弹性波形式释放出应力应变能的现象称为声发射(时也称应力波发射。55采用多通道仪器。加载方式为水压试验,但最高试验压力可根据容器的最高使用压力来确定,不一定达到设计图纸规定的最高试验压力,如首次加压分散性信号过多,须进行第二次加压试验,以发现活性缺陷。检测过程将容器工作压力调整到工艺所允许的最低工作压力,然后采用工作介质逐步提高容器的工作压力并同时进行声发射检测,直到介质的压力达到工艺所允许的最高工作压力;对采集到的声发射信号进行分析和解释。如存在活性缺陷的信号,应给出其具体部位,如可以采用常规无损检测方法复检,则应进行磁粉和超声波检测,如不能进行复检,则可根据出现声发射信号的压力给出容器可以使用的安全工作压力,并确定下次进行声发射检测的时间。5657特 点声发射是一种动态检测方法;声发射检测方法对线性缺陷较为敏感,稳定的缺陷不产生声发射信号;在一次试验过程中,能整体探测和评价整个被监测结构中缺陷活动状态;对于在用压力容器的定期检验,声发射检测方法可以缩短检验的停车时间或不需停产。对于压力容器的耐压试验,声发射检测方法可以预测由未知缺陷引起的灾难性失效和限定压力容器的最高工作压力。特 点可提供活性缺陷随载荷、时间、温度等外变量变化的实时或连续信息,适用于在线监测及早期或临近破坏预报;对被检件的接近要求不高,适于难于或不能接近环境下的检测;对构件几何形状不敏感,适于检测其他方法受到限制的形状复杂的构件;灵敏度高;不受材料限制及位置限制。58应 用容器、管道、海洋平台检测;储罐罐底、阀门、埋地管线泄漏检测;材料性能、腐蚀、断裂、疲劳、摩擦检测;楼房、桥梁、大坝、隧道等水泥裂纹的检测;航空器壳体和主要构件的检测与完整性评价;金属加工全过程检测。拖车、公路和铁路槽车及船舶检测与缺陷定位。12 红外热成像检测技术利用红外辐射原理,通过扫描或观察被检测工件表面上由于缺陷所引起的温度变化来检测的技术。59原 理通过获取目标物体表面的红外辐射能,将物体表面的温度分布转换为形象直观的热图像(灰度图或彩色图)。特 点响应速度快,可达到毫秒或微秒级;测量温度范围宽,5000~6000℃;非接触测量,不干扰被测物体的温度场,适于测量运动物体,危险物体,不易接触物体;测量结果直观形象。60应 用压力管道和压力容器的腐蚀、结焦和减薄。五、格控制质量。板材:采用超声波检测。目的发现冶炼、轧制中产生的缺陷,比如白点、裂纹、分层等。管材:涡流检测,表面和近表面缺陷。超声波检测,检测无缝钢管的纵向裂纹。钢锻件:超声波检测,气孔、夹渣、偏析、疏松铸铁件:射线检测,气孔、疏松钢丝绳:漏磁检测,断丝螺栓:超声波检测,气孔、制加工成型,保证焊接质量材料坡口:磁粉、渗透焊接接头:对接接头,射线、超声波角焊缝,磁粉、渗透流水线作业:采用射线实时成像检测机电类设备:磁粉、)不停止运行外部检验考虑介质、载荷、温度等因素影响而产生的腐蚀、冲蚀、应力腐蚀开裂、磨损、疲劳开裂、材料劣化方式:目测 鼓包、裂纹、泄漏现场采用便携式仪器。对象:对接焊缝,角焊缝,高强度螺栓,焊疤部位62(2)停止运行全面检验对象:对接焊缝,角焊缝,高强度螺栓,焊疤部位铁磁性材料:磁粉检测(内部采用荧光磁粉)非铁磁性材料:渗透检测(内部荧光渗透检测,外部着色渗透检测)对接焊缝内部埋藏缺陷和人员不能进入内部,焊缝内表面裂纹:采用超声波检测锻件、高强度螺栓可能出现裂纹:采用超声波检测板厚<12线检测人员不能进入,不能采用超声波检测的多层包扎压力容器和球形压力容器:γ射线检测。射线检测通常用于对缺陷的复检,确定缺陷的性质。换热器换热管的腐蚀检测:涡流检测分:铁磁性:内穿式探头(远场涡流检测),穿孔、蚀坑、壁厚均匀减薄。非铁磁性:常规涡流检测。特种设备可能存在活动性缺陷及评价:声发射注意:加载。水压或气压或直接采用工况加载,目的发现表面内部缺陷。如果无声发射定位源产生,则缺陷为非活性;如果有大量声发射定位源产生,则缺陷为活性。面有防腐层、保温层,在一定压力温度下,存在易燃易爆介质。目的:表面裂纹、内部腐蚀等缺陷。方法:声发射,基于复平面分析的涡流检测、脉冲涡流检测、漏磁检测、红外检测、磁记忆检测。E—
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