至德钢业不锈钢换热管无损检测种类和方法

 不锈钢换热管表面裂纹和单面焊的未焊透等缺陷位于工件的表面，可以使用肉眼观察到。而上一小节中所述的四种缺陷也可能位于工件的内部，此时无法使用肉眼观察，需要使用特定的方法才可以检测到这些缺陷的存在。而无损检测技术正好可以解决奥氏体不锈钢换热管焊缝内部缺陷不容易被发现的难题。与之相对的有损检测是一种破坏性的检验，主要用来测定材料的力学、化学和金相等方面的性能，因此不作为本文的研究对象。

 无损检测的基本要求是不影响被检工件的原始特性，主要依靠热、声、光、电、磁等物理或化学手段，来检测被检不锈钢换热管的材料内部是否含有威胁到使用安全的缺陷。目前常规的无损检测方法主要有五大类型，分别为：超声检测（Ultrasonic Testing,UT）、射线检测（Radiographic Testing,RT）、涡流检测（Eddy current Testing,ET）、渗透检测（Penetrant Testing,PT）和磁粉检测（Magnetic particle Testing,MT）。

  其中渗透检测、涡流检测、磁粉检测这三种技术一般用来检测被检不锈钢换热管的浅层深度区域，而奥氏体不锈钢结构工件的厚度一般较大，因此这三种检测技术都不适用于本课题。

  射线检测是一种利用高能射线具有较强穿透力的特点，来检测被检不锈钢换热管内部是否存在缺陷的无损检测方法，常用的有X和γ两种高能射线。但使用射线检测来评价奥氏体焊缝的安全性时，有如下缺点：一是高能射线属于电离辐射，危险性较大，检测时需要撤离附近的全部人员；二是射线对被检物体的曝光时间较长，尤其是检测大厚度工件时，射线检测的曝光、评片和出具返修通知单等步骤的时间都大于超声检测。在化工和核电领域，长时间的生产暂停会带来巨大的损失。因此无论被检物体是处于制造过程中还是处于在役期间，射线检测的代价都比较大。

  超声检测利用了高频声波具有良好指向性的特点，来评估被检不锈钢换热管内部是否含有缺陷。超声探头与被检工件表面使用耦合剂连接，超声波从探头中发射出，穿过耦合剂，传播到被检工件内部。当被检工件内部含有缺陷时，金属材料与缺陷之间的异质分界面会反射超声波，这个反射波被仪器检测到后，显示为缺陷回波。依据波速与回波声程之间的关系，可以评估出缺陷存在的位置；根据仪器显示屏上缺陷回波的幅值、波形等信息，可以判断缺陷的大小和种类。

  在奥氏体不锈钢换热管的探伤领域，超声检测具有一定的局限性，但相比于其它四种常规无损检测方法，超声检测仍然是最有优势的检测方法。

  使用超声检测技术对奥氏体焊缝进行探伤时，会遇到以下几个问题：

  1. 奥氏体焊缝中的晶粒尺寸粗大，容易使超声波发生散射现象，因此超声回波信号中的结构噪声较大。

  2. 常见探头的面积较小，发射出的超声波能量不足，无法穿透厚度较大的奥氏体焊缝。

  3. 奥氏体焊缝各向异性严重，超声波穿过焊缝时路径扭曲严重，给缺陷的定位、定量带来了困难。经过多年的研究，这些问题虽然得到的一定的解决，但仍有很大的改进空间。因此在使用超声检测技术来评估奥氏体焊缝的质量是否合格时，解决上述的部分或者全部问题，可以提高焊接工件的可靠性，从而提高工业生产中的安全性。

  综上所述，本课题的研究意义为：现行的国家标准NB/T 47013-2015《承压设备无损检测》中，只针80mm及以下厚度的奥氏体不锈钢换热管焊缝作出了明确的超声检测要求，而对80mm以上厚度的焊缝则没有提出明确的检测规范。由于各个工业领域内对大型奥氏体工件的要求越来越高，经常会出现100mm甚至更大厚度的奥氏体焊缝，这种情况下的超声检测没有标准可依。因此本课题深入地研究了超声检测的基本原理，最终为大厚度奥氏体不锈钢换热管焊缝的检测提供了参考依据。