广东省特种设备检测研究院云浮检测院
摘要：在工业生产与居民日常生活中，锅炉是必不可少的设备，因而在其实际运行中，必须要重视安全检测，采取行之有效的检测技术，掌握锅炉运行缺陷，进行针对性的处理，在此基础上，确保锅炉安全、稳定的运行，为锅炉运行效率与使用寿命的提升奠定良好的基础
关键词：电站锅炉；无损检测；方法
电站锅炉运行环境极其恶劣，且长期处于高温、高压的工作状态，极易发生爆管等安全事故。因此，在锅炉制造、安装、运行等重要环节需进行金属监督预防事故的发生。无损检测能够在保持被检测对象原有结构、化学属性等前提下，发现承压部件的缺陷，并给予准确描述。
一、无损检测技术
无损检测就是指在检查机械材料内部不损害或不影响被检测对象使用性能,不伤害被检测对象内部组织的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，以物理或化学方法为手段，借助现代化的技术和设备器材。对试件内部及表面的结构、状态及缺陷的类型、数量、形状、性质、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。无损检测是工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平，无损检测的重要性已得到公认。主要有射线检验（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）和渗透检测（PT） 四种。其他无损检测方法有涡流检测（ECT）、声发射检测（AE）、热像/红外（TIR）、泄漏试验（LT）、交流场测量技术（ACFMT）、漏磁检验（MFL）、远场测试检测方法（RFT）、超声波衍射时差法（TOFD）等。
二、无损检测原理
无损检测是利用物质的声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷大小，位置，性质和数量等信息。与破坏性检测相比，无损检测有以下特点。第一是具有非破坏性，因为它在做检测时不会损害被检测对象的使用性能；第二具有全面性，由于检测是非破坏性，因此必要时可对被检测对象进行100%的全面检测，这是破坏性检测办不到的；第三具有全程性，破坏性检测一般只适用于对原材料进行检测，如机械工程中普遍采用的拉伸、压缩、弯曲等，破坏性检验都是针对制造用原材料进行的。对于产成品和在用品，除非不准备让其继续服役，否则是不能进行破坏性检测的，而无损检测因不损坏被检测对象的使用性能。所以，它不仅可对制造用原材料，各中间工艺环节、直至最终产成品进行全程检测，也可对服役中的设备进行检测。
无损检查目视检测范围：1、焊缝表面缺陷检查。检查焊缝表面裂纹、未焊透及焊漏等焊接质量。2、状态检查。检查表面裂纹、起皮、拉线、划痕、凹坑、凸起、斑点、腐蚀等缺陷。3、内腔检查。当某些产品(如蜗轮泵、发动机等)工作后，按技术要求规定的项目进行内窥检测。4、装配检查。当有要求和需要时，使用同三维工业视频内窥镜对装配质量进行检查;装配或某一工序完成后，检查各零部组件装配位置是否符合图样或技术条件的要求;是否存在装配缺陷。5、多余物检查。检查产品内腔残余内屑，外来物等多余物。
三、检测锅炉的主要方法
1.内部检验的主要方式
锅炉检测有几种方法，一是宏观检查。锅炉宏观检查是从大方向上把握锅炉情况，需要相关验测人员进入锅炉内部进行查看，通过目测和放大镜放大对内部情况进行查看，以便及时发现锅炉内外表面是否存在裂纹、起槽、变形和腐蚀等缺陷，形成基本判断。
二是无损检测。不破坏锅炉整体结构的情况下，通过磁粉原理，对锅炉进行检测，磁粉检测较为简便，需要对工件磁化情况进行检测，工件表面存在裂缝或磨损，就会在相应部位逸出磁力线并形成漏磁场。三是超声波检测。锅炉角焊缝熔合程度检测一般采用超声波检测，能够更加精准的掌握破损的情况，使精确度更高。
操作时的技术要求颇为严格，需要专业人员进行操作，这样才能对相关信号反映出的问题进行分析、确认，保证锅炉检测结果的精度。
2.外部检验
锅炉外部检验需要在锅炉运行状态下进行，只有运行中的锅炉才能发现外部问题，主要围绕锅炉操作、管理、运行中的控制与管理做好检测，确保锅炉运行的规范与标准，使管理中出现的问题得以全面解决，达到使用标准相关要求。对锅炉进行外部检测时，需要查看锅炉承压部件是否存在元件形变和泄漏问题，通过运行检测，及时发现问题，解决运行中出现的不良情况，避免出现运行故障，消除不安定因素。
3水压试验
水压试验通过水的压力对锅炉进行检测，确保各个承压部件在水压作用下能够稳定运行，这种方法能检测到锅炉是否严密，大的水压会使锅炉强度不够的地方出现显现。水压试验安全、经济，水泄压膨胀释放能量小，保证热能使元件不被损害。在进行试压状态下，强大的水压能够测试出元件缺陷问题。同时水压试验还具有高度的安全性，水压试验实施不需要借助复杂的仪器或设备，也不需要操作人员拥有什么高深的技术，无论大小企业均可自行完成。
四、工业锅炉常用的无损检测技术
（1）超声波检测（UT）
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超声波检测
原理：通过超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。
适用于金属、非金属和复合材料等多种试件的无损检测；可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。如对金属材料，可检测厚度为几毫米的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件；而且缺陷定位较准确，对面积型缺陷的检出率较高；灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷；并且检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。
但其对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难；并且缺陷的位置、取向和形状以及材质和晶粒度都对检测结果有一定影响，检测结果也无直接见证记录。
（2）磁粉检测（MT）
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磁粉检测
原理：铁磁性材料和工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小。
适用性和局限性：
磁粉探伤适用于检测铁磁性材料表面和近表面尺寸很小、间隙极窄（如可检测出长0.1mm、宽为微米级的裂纹）目视难以看出的不连续性；也可对原材料、半成品、成品工件和在役的零部件检测，还可对板材、型材、管材、棒材、焊接件、铸钢件及锻钢件进行检测，可发现裂纹、夹杂、发纹、白点、折叠、冷隔和疏松等缺陷。
但磁粉检测不能检测奥氏体不锈钢材料和用奥氏体不锈钢焊条焊接的焊缝，也不能检测铜、铝、镁、钛等非磁性材料。对于表面浅的划伤、埋藏较深的孔洞和与工件表面夹角小于20°的分层和折叠难以发现。
（3）渗透检测（PT）
原理：零件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透剂后，在毛细管作用下，经过一段时间，渗透液可以渗透进表面开口缺陷中；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，在毛细管的作用下，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现实，（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。
优点及局限性：
渗透检测可检测各种材料，金属、非金属材料；磁性、非磁性材料；焊接、锻造、轧制等加工方式；具有较高的灵敏度（可发现0.1μm宽缺陷），同时显示直观、操作方便、检测费用低。
但它只能检出表面开口的缺陷，不适于检查多孔性疏松材料制成的工件和表面粗糙的工件；只能检出缺陷的表面分布，难以确定缺陷的实际深度，因而很难对缺陷做出定量评价，检出结果受操作者的影响也较大。
（4）涡流检测（ECT）
原理：将通有交流电的线圈置于待测的金属板上或套在待测的金属管外。这时线圈内及其附近将产生交变磁场，使试件中产生呈旋涡状的感应交变电流，称为涡流。涡流的分布和大小，除与线圈的形状和尺寸、交流电流的大小和频率等有关外，还取决于试件的电导率、磁导率、形状和尺寸、与线圈的距离以及表面有无裂纹缺陷等。因而，在保持其他因素相对不变的条件下，用一探测线圈测量涡流所引起的磁场变化，可推知试件中涡流的大小和相位变化，进而获得有关电导率、缺陷、材质状况和其他物理量（如形状、尺寸等)的变化或缺陷存在等信息。但由于涡流是交变电流，具有集肤效应，所检测到的信息仅能反映试件表面或近表面处的情况。
应用：按试件的形状和检测目的的不同，可采用不同形式的线圈，通常有穿过式、探头式和插入式线圈3种。穿过式线圈用来检测管材、棒材和线材，它的内径略大于被检物件，使用时使被检物体以一定的速度在线圈内通过，可发现裂纹、夹杂、凹坑等缺陷。探头式线圈适用于对试件进行局部探测。应用时线圈置于金属板、管或其他零件上，可检查飞机起落撑杆内筒上和涡轮发动机叶片上的疲劳裂纹等。插入式线圈也称内部探头，放在管子或零件的孔内用来作内壁检测，可用于检查各种管道内壁的腐蚀程度等。为了提高检测灵敏度，探头式和插入式线圈大多装有磁芯。涡流法主要用于生产线上的金属管、棒、线的快速检测以及大批量零件如轴承钢球、汽门等的探伤（这时除涡流仪器外尚须配备自动装卸和传送的机械装置）、材质分选和硬度测量，也可用来测量镀层和涂膜的厚度。
优缺点：涡流检测时线圈不需与被测物直接接触，可进行高速检测，易于实现自动化，但不适用于形状复杂的零件，而且只能检测导电材料的表面和近表面缺陷，检测结果也易于受到材料本身及其他因素的干扰。
（5）超声波衍射时差法（TOFD）
TOFD技术于20世纪70年代由英国哈威尔的国家无损检测中心Silk博士首先提出，其原理源于silk博士对裂纹尖端衍射信号的研究。在同一时期我国中科院也检测出了裂纹尖端衍射信号，发展出一套裂纹测高的工艺方法，但并未发展出现在通行的TOFD检测技术。TOFD技术首先是一种检测方法，但能满足这种检测方法要求的仪器却迟迟未能问世。详细情况在下一部分内容进行讲解。TOFD要求探头接收微弱的衍射波时达到足够的信噪比，仪器可全程记录A扫波形、形成D扫描图谱，并且可用解三角形的方法将A扫时间值换算成深度值。而同一时期工业探伤的技术水平没能达到可满足这些技术要求的水平。直到20世纪90年代，计算机技术的发展使得数字化超声探伤仪发展成熟后，研制便携、成本可接受的TOFD检测仪才成为可能。但即便如此，TOFD仪器与普通A超仪器之间还是存在很大技术差别。是一种依靠从待检试件内部结构（主要是指缺陷）的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法，用于缺陷的检测、定量和定位。
结语：
服役期的电站锅炉，应定期停炉监督检验。定检主要关注对象也是高温高压管道、压力容器、汽机本体等重要部位的原材料及焊接接头。但是对锅炉受热面小径管而言仍以射线检测为宜。在实际工作中，需要综合考虑各种因素，在满足相关标准的前提下，应选择效率高、成本低易于实施的检测方法。
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