压力容器检测论文

发表科技论文170余篇，被SCI、EI和ISTP收录80余篇次，申请国家专利30项，获得国家软件著作权7项。先后主持国家自然科学基金、“十一五”863计划、霍英东青年教师基金、国家“十五”重大科技攻关项目子专题、上海市自然科学基金、上海市科教兴市重大产业化攻关项目、美国John Deere公司国际合作项目等20余项。参加了国家标准GB/T19624-2004《在役含缺陷压力容器安全评定》的编制及科研工作。获国家和省部级科研奖励3项。2004年入选上海高校优秀青年教师后备人选培养计划，2005年入选上海市青年科技启明星人才奖励计划，2005年获第十届霍英东教育基金会高等院校青年教师基金资助，2006年获教育部新世纪优秀人才支持计划资助，2008年上海市优秀教师，2009年获上海市曙光学者称号。先后获2001－2006年度中国机械工程学会先进工作者称号，中国机械工程学会优秀论文奖，上海市优秀博士论文奖和全国百篇优秀博士论文提名奖等奖项。 跨学科经历奠定扎实根基从成长经历和履历上看，70后的轩福贞跟许多同龄的优秀新上海人无太大差别：出生于孔孟之乡的他凭着优异学习成绩考进山东工业大学，本科毕业后保送攻读研究生，硕士毕业后留校在化工系任教，两年后如愿进入华东理工大学的化工工程机械专业攻读博士学位。说起专业，轩福贞本科时念的是化工机械，硕士时则从事固体力学专业研究，博士又回到了情有独钟的化工机械。正是这样一种对工程和工业有一定了解，同时又有理科基础的跨专业经历，为他今后在学术上的发展奠定了坚实基础。 博士毕业后，轩福贞在企业发展、政府部门还是留校工作的抉择中选择了后者。采访交流中，轩福贞告诉我，他把科学研究和教书育人作为毕生事业的追求始于博士毕业后的日子，尤其是真正对做科研产生感觉，则源于博士毕业后的艰苦努力。“当时做科研成了生活中的唯一要事，周末假期很少休息，感到浑身有使不完的劲，印象最深的是那些年有几次的春节都是在实验室里度过。打理家务和照顾小孩都是太太一人默默承担，每天晚上12点后回到家里，既有工作中取得阶段成果的愉悦，但更多是对太太和孩子的愧疚”。上海市自然科学基金是轩福贞博士毕业一年后独立负责的第一个科研项目，其后，他又相继获得了上海市科技启明星计划、国家自然科学基金青年基金、教育部霍英东青年教师基金等一系列人才计划和科研课题资助。更值得强调的是，这期间他开始了与上海汽轮机厂的合作研究，围绕超超临界汽轮机——这一被誉为“制造业皇冠上明珠”的重大装备国产化瓶颈技术，开展了寿命分析和设计方法难题攻关，启动了华理工和上海汽轮机厂延续至今的产学研合作历程，也成为其学术研究从石油化工跨入电力装备的触发剂。谈及这段经历，轩福贞感慨地说，这不仅是其科研事业的启动与转型期，而且提升了对科学与技术的品味和鉴赏力。笔者认为，这或许可以作为天道酬勤的又一个案例。磨剑十年敢摘皇冠明珠“汽轮机关键部件的寿命设计这个项目从立项程序上先是企业提出，但最初形成合作意向则源于我们的聊天”。目前国内的先进汽轮机技术，如百万千瓦级超超临界汽轮机组和核电设备等均是由日本三菱、东芝和德国西门子等国外公司引进，这些产品的核心技术如寿命设计与考核不属于转让范畴。这不仅限制了产品的国产化进程，而且也长期困扰了企业技术人员：高参数新型汽轮机关键部件寿命设计的依据是什么？长期使用和服役工况改变会对寿命产生如何影响？在设计中又该如何控制？一次偶然机会，轩福贞等人了解到企业技术人员挂念的这些问题，正是博士期间他跟着导师和课题组承接和参与过的课题涉及的方向，于是说服企业开始了这一难题的合作。 轩福贞当时不可能想到，他和汽轮机厂技术员们一次偶然聊天所确定下来的研究方向——大型汽轮机关键部件的寿命分析技术——实际上是触及到了现代制造业中的共性难题，是被誉为“制造业皇冠上的明珠”超超临界汽轮机国产化的关键技术之一。采访中，轩福贞给我介绍的这方面信息让我长了见识：目前国内正在开发的世界上最大核电汽轮机焊接转子，是汽轮机设备里最难也最值钱的部分，要保证其顺利运转，寿命和工艺可靠性的核校技术居于核心地位。譬如标明其设计寿命30年，寿命分析的核心内容就是弄清楚怎么来控制寿命，它何时会到达临界点？这其中不仅仅涉及到多种新工艺，而且需要考虑新材料等诸多因素。 这些年来，轩福贞教授及其团队的研究方向，经历了从化工设备的安全评价、失效分析到先进能源装备的寿命分析和安全控制。去年，轩福贞教授获得的启明星（跟踪）计划支持项目，就涉及了核电压力容器的安全评价与检测技术。谈及这些，轩福贞教授自信地说，压力容器技术研究是我们专业的本行，与民用设备相比，核电压力容器的安全性要求更高，尤其是需要考虑辐射的影响，通过进一步修正和补充，我们目前提出的全寿命分析技术完全可移植于核电设备。这次日本福岛核电厂的泄漏事故，不幸中的万幸是压力容器经受住了考验，如果这个设备一出事情，就真正的不可收拾了。“先进的寿命设计技术应该体现在，讲60年寿命就应该是60年，这对设备的制造技术要求极高，需要从设计、制造和运行维护等全寿命过程来保证”。（有关设备全寿命设计技术的相关介绍请见本期轩福贞撰写的综述“机械结构的全寿命预测与安全保障”。）学会从工程中提炼科学问题近年来，华东理工大学在解决工程技术问题和基础理论研究方面均取得了令人瞩目的成果，这也可从2010年度上海市49项科学技术一等奖中，华理占据七分之一席位可见一斑。轩福贞教授这些年的工作业绩，也体现了华东理工大学的这一特色。他的研究不仅获得国家自然科学基金和上海市自然科学基金重点项目资助，而且承担了863计划、国家科技支撑计划、启明星计划和一大批企业研究课题。从副教授到破格博士生导师和教授，轩福贞把这些一律归结为“运气好”。如果要总结这几年的发展有哪些诀窍，轩福贞说，这应该受益于在“从工程项目中提炼出科学问题”方面做的比较好。“比如压力容器的安全评价，其本身是一个工程技术问题，我们团队搞了一个针对压力容器的失效评定图，这是一个工具方法，用于解决工程实际问题。进一步，科学上的要素就是对压力容器不同破坏模式和机理认识，利用力学的、材料的等多学科交叉的方法，获取其破坏过程和原理的系统知识，提出根本解决安全问题的方案。”轩福贞坦言，要真正从工程中提炼出科学问题其实是很不容易的，“研究选题需要关注‘顶天立地’，但应用基础研究则是位于‘天’、‘地’之间，我们也是在朝这个方向努力，这是困扰大家的难点之一”。教授的要务还是培养学生 在跟轩福贞教授交流的过程中，我觉得他对科研评价、学生培养等当下的热门话题都有不俗的见解，比如尽管他所在的机械与动力工程学院这10年来科研经费翻了10倍。但他清醒地认识到高校教师的第一要务还是学生培养，科研也要为这一目标服务，“做科研仅仅是高校教师的职责之一，更重要的通过高水平科学研究带出一批好学生。大学做研究需要从对学生的培养出发，让学生能顶天立地，顶天就是指理论上的建树，立地是扎根实际，解决工程问题，形成创新的思维和能力。” 对于当前热议的SCI论文考核标准问题，轩福贞教授认为，论文发表是科研成果体现的重要途径，但不是唯一途径，不同领域和方向研究人员的评价需要区别对待。谈及学生的培养，轩福贞教授说，“我不鼓励研究生有一点创新就发论文，而是要把问题搞清楚了，形成一个系统再写论文更有价值”。培养创新能力仅仅是研究生教育的一方面，品德与文化素养同样重要，另一方面，交流与表达能力也是高层次人才的必备要素。 最近发表论文如下：1. Zheng XT, Xuan FZ*. Shakedown analysis of multilayered beams coupled with ductile damage, Nuclear Engineering and Design, In Press, Available online 6 June 20122. Jia YF, Xuan FZ*. Anisotropic wear behavior of human enamel at the rod level in terms of nanoscratching, Wear, 2012, 290–291: 124–1323. Xiang YX, Deng MX, Xuan FZ*, Liu CJ. Effect of precipitate-dislocation interactions on generation of nonlinear Lamb waves in creep-damaged metallic alloys, Journal Applied Physics, 111,104905(2012)4. Zheng Y-T, Xuan FZ*, Wang ZD. In-situ Raman monitoring of stress evaluation and reaction in Cu2O oxide layer, Materials Letters, 78(1): 11-13, 20125. Zhu ML, Xuan FZ*, Chen J. Influence of microstructure and microdefects on long-term fatigue behavior of a Cr-Mo-V steel, Materials Science and Engineering: A, 546(1): 90-96, 20126. Zhu M-L, Xuan F-Z*, Du Y-N, Tu S-T. Very high cycle fatigue behavior of a low strength welded joint at moderate temperature. International Journal of Fatigue, 2012, 40: 74-837. Liu ZD, Zhang XC, Xuan FZ, Wang ZD, Tu ST. In situ synthesis of TiN/Ti3Al intermetallic matrix composite coatings on Ti6Al4V alloy. Materials and Design, 2012, 37: 268-2738. Wang WZ, Liang JC, Guo XP, Xuan FZ, Hong HX. Mechanical properties and dissolution behavior of plasma sprayed wollastonite coatings deposited at different substrate temperatures, Journal of Thermal Spray Technology, . Zhao P, Xuan FZ*. Ratchetting behavior of advanced 9-12% chromium ferrite steel under creep-fatigue loadings: fracture modes and dislocation patterns. Mater. Sci. Eng A, 2012, 539(30): 301-30710. Wang GZ, Li BK, Xuan FZ, Tu ST. Numerical investigation on the creep crack-tip constraint induced by loading configuration of specimens. Engineering Fracture Mechanics,2012, 79: 353-36211. Zheng XT, Xuan FZ*, Shakedown of thick cylinders with radial openings under thermo-mechanical loads. ASME, J. Pressure Vessel Technol., 2012, 134(1): 011205112. Zhou G-Y, Tu ST, Xuan FZ, Wang ZD. Viscoelastic model to describe mechanical response of compact heat exchangers with plate-foam structure. International Journal of Mechanical Sciences, 2011, 53(12): 1069-107613. Maharjan S, Zhang X C, Xuan F Z, Wang Z D, Tu S T. Residual stresses within oxide layers due to lateral growth strain and creep strain: analytical modeling. J. Appl. Phys. 110, 063511 (2011) (8 pages)14. Xuan FZ, Shao SS, Chen QQ. Synthesis creep behavior of Sn63Pb37 under the applied stress and electric current, Microelectronics Reliability, 2011, 51(12): 2336-234015. Liu H, Xuan FZ*. A new model of creep rupture data extrapolation based on power processes, Engineering Failure Analysis, 2011, 18(8): 2324-232916. Xiang YX, Deng MX, Xuan FZ*, Liu CJ. Characterization of thermal degradation in ferritic Cr-Ni alloy steel plates using nonlinear Lamb waves, NDT&E International, 2011, 44(8): 768-77417. Shao SS, Xuan FZ*, Wang ZD, Tu ST. Synthesis surface effects on the stress and deformation of film/substrate system. Applied Surface Science, 2011, 257: 9915-992018. Wang WZ, Xuan FZ, Wang ZD, Wang B, Liu CJ. Effect of overheating temperature on the microstructure and creep behavior of HP40Nb alloy. J Mater Design, 2011, 32(7): 4010-401619. Xiang YX, Deng MX, Xuan FZ*, Liu CJ. Cumulative second-harmonic analysis of ultrasonic Lamb waves for ageing behavior study of modified-HP austenite steel. Ultrasonics, 2011, 51: 974-98120. Wang HT, Wang GZ, Xuan FZ, Tu ST. Numerical investigation of ductile crack growth behavior in a dissimilar metal welded joint. Nucl. Eng. Des. 2011, 241: 3234-324321. Jia J H, Hu X Y, An Z L, Xuan F Z, Tu S T. Design and verification of a sensing device for deformation measurement of high temperature pipes. ASME, J. Pressure Vessel Technol., 2011, 133, 04160122. Hu MH, Xuan FZ, Tu ST, et al. Study of an efficient temperature measurement for an industrial bioreactor. Measurement, 2011, 44(5): . Tan JP, Wang GZ, Xuan FZ, Tu ST. Creep crack growth in a Cr-Mo-V type steel: experimental observation and prediction. Acta Metallurgica Sinica, 2011, 24(2): . Zhao P, Xuan FZ*. Study on creep-fatigue damage evaluation for advanced 9%-12% chromium steels under stress controlled cycling. Acta Metallurgica Sinica, 2011, 24(2): . Zheng XT, Xuan FZ*, Zhao P. Ratcheting-creep interaction of advanced 9–12% chromium ferrite steel with anelastic effect. International Journal of Fatigue, 2011, 33: . Zheng XT, Xuan FZ*. Autofrettage and shakedown analysis of strainhardening cylinders under thermo-mechanical loadings. .J. Strain Analysis 2011, 46(1):45-5527. Li YJ, Xuan FZ*, Li SX, Tu ST. Quality Evaluation of Diffusion Bonded Joints by Electrical Resistance Measuring and Microscopic Fatigue Testing. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2011, 24(2):. Zhao P, Xuan FZ*. Ratchetting behavior of advanced 9–12% chromium ferrite steel under creep-fatigue loadings. Mechanics of Materials, 2011, 43(6): . Cao YP, Hui H, Wang GZ, Xuan FZ*. Inferring the temperature dependence of Beremin cleavage model parameters from the Master Curve. Nuclear Engineering and Design 241 (2011) 39-4530. Zhang XC, Xu BS, Xuan FZ, Wang ZD, Tu ST. Failure mode and fatigue mechanism of laser-remelted plasma-sprayed Ni alloy coatings in rolling contact, Surface and Coatings Technology, 2011, 205(10): 3119-312731. Zhang XC, Liu CJ, Xuan FZ, Wang ZD, Tu ST. Effect of NiCr and NiCrAl coatings on the creep resistance of a Ni alloy. Mater. Sci. Eng A 528 (2011) 2282-228732. Zhang XC, Xuan FZ, Xu JS, Tu ST, Xu BS. Stress-dependent fatigue mechanisms of CrC-NiCr coatings in rolling contact, Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures. 2011, 34(6): 438-44733. Zhang XC, Liu CJ, Xuan FZ, Wang ZD, Tu ST, Creep behavior of plasma sprayed NiCr and NiCrAl coating-based systems. Acta Metallurgica Sinica (English Letters), 2011; 24(3): . Huang YH, Xuan FZ*, Tu ST, Itoh T. Effects of hydrogen and surface dislocation on active dissolution of deformed 304 austenitic stainless steel in acid chloride solution A 528 (2011) 1882-188835. Sun PJ, Wang GZ, Xuan FZ*, Tu ST, Wang ZD. Quantitative characterization of creep constraint induced by crack depths in compact tension specimens, Engineering Fracture Mechanics, 2011, 78: 653-665

简要分析化工企业常压容器使用安全与管理论文

化工企业生产中涉及易燃易爆、有毒、腐蚀性介质较多，工作条件有高温、高压等危险工况，因而压力容器事故成为企业的监控重点，而对于常压容器的安全管理成为相对薄弱的环节，部分企业几乎忽略了常压设备的安全管理工作，没有很好的分析常压设备工作的特点，制定相应的安全管理措施，因而潜存了常压设备的安全隐患。

1 事故案例与分析

案例一常压容器超压引发容器爆炸

2006 年2 月25 日，山东省淄博市某化工企业的2，6- 二硝基对甲基苯酚装置在开车时，操作人员在反应釜内加好硝酸后，开始向反应釜内滴加邻硝基对甲基苯酚，滴加过程中，反应釜突然发生爆炸，导致厂房屋顶和生产设施损毁。造成事故的直接原因为该企业的操作工在反应过程中，没有将放空管线阀门彻底打开，导致常压反应釜内憋压，造成爆炸事故。硝化反应釜上安装防止误操作的自动防爆泄压设施;二是该企业没有编制详尽的安全操作规程，没有对放空管阀门的操作作出明确的要求。

案例二易燃易爆介质常压容器混入空气引发爆炸

2015 年11 月17 日，辽宁某石油化工企业碳五分离装置区域内的阻聚剂配制罐发生爆炸致火灾事故，致使装置区部分设备受损，装置内物料部分泄漏，所幸无人员伤亡。造成事故的直接原因为阻聚剂罐液面上形成较大空间，实际操作过程中没有使用充氮设施对负压吸入和使用临时管线带入的空气进行置换和保护，使罐内空间部分形成乙腈蒸气与空气混合的爆炸性混合气体(乙腈的爆炸极限3%～ 16%)。环绕设备的`电伴热带在长期使用过程中，绝缘体出现破损，对罐壁放电，局部形成高温，引发事故发生。

2 常压容器的工况特点分析与安全措施

常压容器区分于压力容器, 通常说的常压容器为容器内无压力，有管道或容器开孔与大气相通，如水罐，低浓度酸、碱罐等。在化工行业，由于所涉及物料大部分为易燃易爆、有毒、腐蚀性介质，这些介质泄漏或以气体形式散发，会导致人员中毒、环境污染、引发火灾爆炸等事故，所以很多储存容器虽为常压容器，但处于密封状态，反应设备多与其他设备连通工作，这些容器内部为微正压(<)或负压(真空)状态。当容器内压力超压时可能发生容器爆炸事故，如果负压设备内介质易燃易爆，密封不严，容器混入空气，可能形成爆炸性混合气体，引发火灾爆炸事故。发生容器爆炸可能发生次生事故，如火灾爆炸、人员中毒、人员灼伤、环境污染等。

现针对几种常压容器举例进行典型的安全隐患分析如下(以下分析主要基于工作压力情况的分析，未针对其他工艺操作、反应温度变化、物料性质变化等因素进行分析)。

常压反应釜

一般工作条件：常压工作，常温或低、中温工况，排空管道与后续冷凝器或尾气吸收装置连接，或有导热油加热，或循环水(冷冻水)冷却系统。可能发生的问题及安全措施：(1)反应釜排空管道阀门未开或管道堵塞;操作失误，导致反应失控。其结果是容器内压力升高，设备密封破坏，发生泄漏;压力超过设备承受极限，导致容器爆炸。安全措施：反应釜排空管道上的阀门悬挂常开标示牌;反应釜安装安全阀或爆破片;对设备进行定期检查、维护，保持管道畅通;反应釜的选型、设计应考虑反应釜能承受反应过程可能出现的最高压力。(2)涉及易燃易爆介质的反应釜工作状态为负压，误操作或密封不良，导致空气吸入反应系统。其结果是空气与反应釜内可燃介质可能形成爆炸性混合物，遇火花或高能可能发生火灾爆炸。安全措施：对设备进行定期检查、维护，保持设备及管道法兰密封良好;使用易燃易爆物料的容器排空口、备用口应根据工艺需要悬挂“禁止开启”、“常闭”等警示标志。(3)有密闭保温阶段的反应，反应不彻底即进行关闭排空阀门保温。其结果是容器内压力升高;设备密封破坏，发生泄漏;压力超超过设备承受极限，导致容器爆炸。安全措施：严格执行工艺规程操作;反应釜安装安全阀或爆破片;安装压力报警器，连锁压力释放阀。

易燃易爆物料常压储罐

一般工作条件：常压、常温储存，排空管道安装阻火器与大气相通，或氮封储存。

可能发生的问题及安全措施：(1)与大气相通储罐未安阻火器或阻火器损坏。其结果是空气与储罐内可燃介质可能形成爆炸性混合物，有明火或火花可能引入储罐内部发生火灾爆炸。安全措施：储罐通气管安装阻火器，并定期检查维护;备用口应加盲板并密封完好。(2)氮封储罐氮气泄漏，氮封失效。其结果是空气与反应釜内可燃介质可能形成爆炸性混合物，发生火灾爆炸。安全措施：储罐顶部安装压力监测报警装置;氮气补充系统应为自动补充系统;对设备进行定期检查、维护，保持设备及管道法兰密封良好。(3)氮封储罐氮气减压阀损坏、氮气压力失控;容器内压力升高(此情况一般出现在小型氮封储罐，大型氮封储罐安装有呼吸阀)。结果是设备密封破坏，发生泄漏;压力超超过设备承受极限，导致容器爆炸。安全措施：严格执行工艺规程，控制氮气系统压力;氮封储罐安装安全阀;氮气缓冲罐安装安全阀;对设备、安全阀等进行定期检查、维护，保持设备及管道法兰密封良好。

短时间压力操作的常压罐

一般工作条件：正常工艺操作条件为常压，因气体压送转料、连接设备转换等特定工艺操作而短时间承受一定压力。

可能发生的问题及安全措施：(1)设备选型和设计未考虑短时间压力升高情况。结果是密封泄漏;储罐变形或破裂;发生容器爆炸;有易燃易爆物料可引发火灾爆炸。安全措施：根据工艺操作条件进行储罐选型和设计;加强设备管理，定期检测设备腐蚀情况，容器壁厚小于设计壁厚条件下禁止使用。(2)使用增压气体压力超过设计值;增压气体压控制失效。结果是密封泄漏;储罐变形或破裂;发生容器爆炸;有易燃易爆物料可引发火灾爆炸。安全措施：选用增压气体气源应符合设计工况要求;增压气体进入设备前设置缓冲罐，安装安全阀，安全阀的设定压力不超过用气的常压容器的设计压力。(3)对于易燃易爆物料，使用增压气体压送物料停气后，容器开口或降温后设备处于负压状态，空气可能进入容器;使用真空抽料，设备密封不严，空气可能进入容器内;使用真空抽料完毕，误操作空气可能进入容器内。结果是空气与容器内可燃介质可能形成爆炸性混合物，发生火灾爆炸。安全措施：根据工艺条件制订完善的安全操作规程，并严格执行;对于易燃易爆物料使用氮气等惰性气体作为增压气体，并严禁混入空气;对真空抽料的设备应选用惰性气体破坏真空;进行定期检查、维护，保持设备及管道法兰密封良好;使用易燃易爆物料的容器排空口、备用口应根据工艺需要悬挂“禁止开启”、“常闭”等警示标志。以上分析是对某种设备的典型操作隐患分析，实际生产过程中一套容器可能同时存在几种典型操作工况，企业应根据设备类型及用途、工艺条件、物料性质等多方面分析。

3 化工企业常压容器的管理措施

常压容器是化工行业生产系统中不可缺少的组成部分，普遍分散于装置中各部分，放松常压设备的安全管理就会直接导致系统安全性的降低。常压容器在正常工作状态下属于常压，但如果出现误操作或装置、控制系统失灵，就可能产生一定的压力，加之设备本身承压能力较低，一旦超压极易引起爆炸事故。人们一般将精力集中在压力容器的操作和管理上，因此常压容器出现误操作的机率相对较高。要保证企业安全生产，只有在管理上不断加强，消除各种不安全因素，严格规范常压容器的管理。建议企业在常压设备的管理上注意以下几个方面：(1)装置系统内的常压容器，设计和选型应考虑容器可能出现的最高工作压力，确保容器能够承受短时间的压力操作状态。(2)对误操作或相关装置失效可能导致常压容器超压的，常压容器安装安全阀或爆破片等压力释放装置。(3)有化学反应过程的常压容器，应根据工艺情况完善配置反应速度控制系统、冷却降温系统、压力释放系统，并根据工艺特点配置安全联锁系统。(4)氮封等惰性气体保护的常压容器，应配置压力检测和控制系统，确保氮封有效，并有氮气压力自动控制措施。

综上所述，只有加强常压容器的安全管理工作，才能够避免常压容器违章操作、消除容器的潜在危险、避免爆炸事故的发生，保障化工企业安全生产。

钢结构无损检测 摘要：通过对应用于建筑钢结构行业中的几种常规无损检测方法的简述，归纳了被检对象所适用的不同无 损检测方法。为广大工程技术人员和管理人员了解、学习、应用无损检测技术提供参考。 关键词：建筑钢结构；无损检测 1 前言 建筑钢结构由于其强度高、工业化程度高以及综合经济效益好等优点，自上世纪 90 年代，特别是近年来得 到了迅猛发展，广泛应用于工业和民用等领域。由于一些重点工程，建筑钢结构发生了严重的质量事故， 如郑州中原博览中心网架曾发生了崩塌事故，所以建筑钢结构的安全性和可靠性越来越受到重视。 建筑钢结构的安全性和可靠性源于设计，其自身质量则源于原材料、加工制作和现场安装等因素。评价建 筑钢结构的安全性和可靠性一般有三种方式：⑴模拟实验；⑵破坏性实验；⑶无损检测。模拟实验是按一 定比例模拟建筑钢结构的规格、材质、结构形式等，模拟在其运行环境中的工作状态，测试、评价建筑钢 结构的安全性和可靠性。模拟实验能对建筑钢结构的整体性能作出定量评价，但其成本高，周期长，工艺 复杂。破坏性实验是采用破坏的方式对抽样试件的性能指标进行测试和观察。破坏性实验具有检测结果精 确、直观、误差和争议性比较小等优点，但破坏性实验只适用于抽样，而不能对全部工件进行实验，所以 不能得出全面、综合的结论。无损检测则能对原材料和工件进行 100%检测，且经济成本相对较低。 上世纪 50 年代初，无损检测技术通过前苏联进入我国。作为工艺过程控制和产品质量控制的手段，如今在 核电、航空、航天、船舶、电力、建筑钢结构等行业中得到广泛的应用，创造了巨大的经济效益和社会效 益。无损检测技术是建立在众多学科之上的一门新兴的、综合性技术。无损检测技术是以不损伤被检对象 的结构完整性和使用性能为前提，应用物理原理和化学现象，借助先进的设备器材，对各种原材料，零部 件和结构件进行有效的检验和测试，借以评价它们的完整性、连续性、致密性、安全性、可靠性及某些物 理性能。无损检测经历了三个阶段，即无损探伤（Non-destructive Inspection，简称 NDI）、无损检测 （Non-destructive testing，简称 NDT）、无损评价（Non-destructive Evaluation，简称 NDE）、无损 探伤的含义是探测和发现缺陷。无损检测不仅仅要探测和发现缺陷，而且要发现缺陷的大小、位置、当量、 性质和状态。无损评价的含义则更广泛、更深刻， 它不仅要求发现缺陷，探测被检对象的结构、性质、状 态，还要求获得更全面、更准确的，综合的信息，从而评价被检对象的运行状态和使用寿命。应用于钢结 构行业中的常规无损检测方法有磁粉检测（Magnetic Testing 简称 MT）、渗透检测（Penetrate Testing， 简称 PT）、涡流检测（Eddy current Testing 简称 ET）、声发射检测（Acoustic Emission Testing 简称 AET）、超声波检测（Ultrasonic Testing，简称 UT）、射线检测（Radiography Testing，简称 RT）。在 建筑钢结构行业中，按检测缺陷产生的时机，无损检测方法可以按下图分类。 2 检测方法的简述 磁粉检测（MT） 原理 铁磁性材料被磁化后，产生在被检对象上的磁力线均匀分布。由于不连续性的存在，使工件表面和近表面 的磁力线发生了局部畸变而产生了漏磁场，漏磁场吸附施加在被检对象表面的磁粉，形成在合适光照下可 见的磁痕,从而达到检测缺陷的目的。 适用范围 可以对铁磁性原材料，如钢板、钢管、铸钢件等进行检测，也可以对铁磁性结构件进行检测。 局限性 仅适用铁磁性材料及其合金的表面和近表面的缺陷检测，对检测人员的视力、工作场所、被检对象的规格、 形状等有一定的要求。 优点 经济、方便、效率高、灵敏度高、检测结果直观。 渗透检测（PT） 原理 在被检对象表面施加含有荧光染料或着色染料的渗透液，渗透液在毛细血管的作用下，经过一定时间 后，渗透液可以渗透到表面开口的缺陷中去。经过去除被检对象表面多余的渗透液，干燥后，再在被检对 象表面施加吸附介质（显象剂）。同样在毛细血管的作用下，显象剂吸附缺陷中的渗透液，使渗透液回渗 到显象剂中，在一定的光照下，缺陷中的渗透液被显示。从而达到检测缺陷的目的。 适用范围 适用于非多孔状固体表面开口缺陷。 局限性 仅适用于表面开口缺陷的检测，而且对被检对象的表面光洁度要求较高，涂料、铁锈、氧化皮会覆盖表面 缺陷而造成漏检。对检测人员的视力有一定要求，成本相对较高。 优点 设备轻便、操作简单，检测灵敏度高，结果直观、准确。 涡流检测（ET） 原理 金属材料在交变磁场的作用下产生了涡流，根据涡流的分布和大小可以检测出铁磁性材料和非铁磁性材料 的缺陷。 适用范围 适用于各种导电材料的表面和近表面的缺陷检测。 局限性 不适用不导电材料检测，对形状复杂的试件很难应用，比较适合钢管、钢板等形状规则的轧制型材的检测， 而且设备较贵；无法判定缺陷的性质。 优点 检测速度快，生产效率高，自动化程度高。 声发射检测（AET） 原理 材料或结构件受到内力或外力的作用产生形变或断裂时， 以弹性波的形式释放出应变能的现象称为声发射， 也称为应力波发射。声发射检测是通过受力时材料内部释放的应力波判断被检对象内部结构损伤程度的一 种新兴动态无损检测技术。 适用对象 适用于被检对象的动态监测，如对大型桥梁、核电设备的实时动态监测。 局限性 无法监测静态缺陷、干扰检测的因素较多；设备复杂、价格较贵、检测技术不太成熟。 优点 可以远距离监控设备的运行情况和缺陷的扩展情况，对结构的安全性和可靠性评价提供依据。 超声波检测（UT） 原理 超声波是指频率大于 20 千兆赫兹的机械波。根据波动传播时介质的振动方向相对于波的传播方向不同，可 将波动分为纵波、横波、表面波和板波等。用于钢结构检测的主要是纵波和横波。 超声波探伤仪激励探头产生的超声波在被检对象的介质中按一定速度传播，当遇到异面介质（如气孔、夹 渣）时，一部分超声波反射回来，经仪器处理后，放大进入示波屏，显示缺陷的回波。 适用对象 适用于各类焊逢、板材、管材、棒材、锻件、铸件以及复合材料的检测，特别适合厚度较大的工件。 局限性 检测结果可追溯性较差；定性困难，定量不精确，人为因素较多；对被检工件的材质规格，几何形状有一 定要求。 优点 检测成本低、速度快、周期短、效率高；仪器小、操作方便；能对缺陷进行精确定位；对面积型缺陷的检 出率较高（如裂纹、未熔合等） 射线检测（RT） 原理 射线是一种波长短、频率高的电磁波。 射线检测，常规使用×射线机或放射性同位素作为放射源产生射线，射线穿过被检对象，经过吸收和衰减， 由于被检试件中存在厚度差的原因，不同强度的射线到达记录介质（如射线胶片），射线胶片的不同部位 吸收了数量不等的光子，经过暗室处理后，底片上便出现了不同黑度的缺陷影象，从而判定缺陷的大小和 性质。 适用范围 适用较薄而不是较厚（如果工件的厚度超过 80mm 就要使用特殊设备进行检测，如加速器）的工件的内部体 积型缺陷的检测。 局限性 检测成本高、周期长，工作效率低；不适用角焊逢、板材、管材、棒材、锻件的检测；对面状的缺陷检出 率较低；对缺陷的高度和缺陷在被检对象中的深度较难确定；影响人体健康。 优点 检测结果直观、定性定量准确；检测结果有记录，可以长期保存，可追溯性较强。 3 小结 综上所述，每种无损检测方法的原理和特点各不相同，且适用的检测对象也不一样。在建筑钢结构的行业 中应根据结构的整体性能，检测成本及被检对象的规格、材质、缺陷的性质、缺陷产生的位置等诸多因素 合理选择无损检测方法。一般地，选择无损检测方法及合格等级，是设计人员依据相关规范而确定的。有 的工程，业主也有无损检测方法及合格等级的要求，这就需要供需双方相互协商了。 钢结构在加工制作及安装过程中无损检测方法的选择见表 1 被检对象 原材料检验 板材 锻件及棒材 管材 螺栓 焊接检验 坡口部位 清根部位 对接焊逢 角焊逢和 T 型焊逢 UT 检测方法 UT、MT（PT） UT（RT）、MT（PT） UT、MT（PT） UT、PT（MT） PT（MT） RT（UT）、MT（PT） UT（RT）、PT（MT） 被检对象所适用的无损检测方法见表 2 内部缺陷 表面缺陷和近表面 检测方法 UT ● ○ ● ● MT ● ● ● ● PT ● ○ ○ ● ET △ △ ● × AET △ △ △ △ 发生中缺陷检 测 检测方法 RT 被检对象 试 件 分 类 锻件 铸件 压延件（管、板、型材） 焊逢 × ● × ● 分层 疏松 气孔 内部 缩孔 缺陷 未焊透 未熔合 缺陷 分类 夹渣 裂纹 白点 表面裂纹 表面 缺陷 表面气孔 折叠 断口白点 × × ● ● ● △ ● ○ × △ ○ — × ● ○ ○ ○ ● ● ○ ○ ○ △ × — × — — — — — — — — — ● △ ○ ● — — — — — — — — — ● ● ○ ● — — — — — — — — — ● △ ○ — — — — — △ △ △ △ △ △ — — — 注：●很适用；○适用；△有附加条件适用；×不适用；—不相关 参 1. 考 文 献 强天鹏 射线检测 [M] 云南科技出版社 2001 2. 3. 4. 5. 周在杞等 张俊哲等 无损检测技术及其应用 [M] 科学出版社 王小雷 锅炉压力容器无损检测相关知识 [M] 李家伟等 无损检测 冉启芳 2001 1993 [M] 机械工业出版社 2002 无损检测方法的分类及其特征的介绍 [J] 无损检测 1999 2 钢网架结构超声波检测及其质量的分 [J] 无损检测 2001 6 磁粉检测（MT） 磁粉检测（MT） 原理 铁磁性材料被磁化后，产生在被检对象上的磁力线均匀分布。由于不连续性的存在，使工件表面和近表面 的磁力线发生了局部畸变而产生了漏磁场，漏磁场吸附施加在被检对象表面的磁粉，形成在合适光照下可 见的磁痕,从而达到检测缺陷的目的。 磁粉探伤的原理及概述 磁粉探伤的原理 磁粉探伤又称 MT 或者 MPT（Magnetic Particle Testing），适用于钢铁等磁性材料的表面附近进行探伤 的检测方法。利用铁受磁石吸引的原理进行检查。在进行磁粉探伤检测时，使被测物收到磁力的作用，将 磁粉（磁性微型粉末）散布在其表面。然后，缺陷的部分表面所泄漏出来泄露磁力会将磁粉吸住，形成指 示图案。指示图案比实际缺陷要大数十倍，因此很容易便能找出缺陷。 磁粉探伤方法 磁粉探伤检测的顺序分为前期处理、磁化、磁粉使用、观察，以及后期处理。 前期处理→磁化→磁粉使用→观察→后期处理 以下分别说明各个步骤的概要。 （1）前期处理 探探伤面如果有油脂、涂料、锈、或其他异物附着的情况下，不仅会妨碍磁粉吸附在伤痕上，而且还会出 现磁粉吸附在伤痕之外的部分形成疑私图像的情况。因此在磁化之前，要采用物理或者化学处理，进行去 除污垢异物的步骤。 （2）磁化 将检测物适当磁化是非常重要的。通常，采用与伤痕方向与磁力线方向垂直的磁化方式。另外为了适当磁 化，根据检测物的形状可以采用多种方法。日本工业规格（JIS G 0565-1992）中规定了以下 7 种磁化方法。 ①轴通电法……在检测物轴方向直接通过电流。 ②直角通电法……在检测物垂直于轴的方向直接通过电流。 ③Prod 法……在检测物局部安置 2 个电极（称为 Prod）通过电流。 ④电流贯通法……在检测物的孔穴中穿过的导电体中通过电流。 ⑤线圈法……在检测物中放入线圈，在线圈中通过电流。 ⑥极间法……把检测物或者要检测的部位放入电磁石或永磁石的磁极间。 ⑦磁力线贯通法……对通过检测物的孔穴的强磁性物体施加交流磁力线，使感应电流通过检测物。 （3）磁粉使用磁粉探伤的原理 ① 磁粉的种类 为了让磁粉吸附在伤痕部的磁极间形成检出图像，使用的磁粉必须容易被伤痕部的微弱磁场磁化，吸附在 磁极上，也就是说需要优秀的吸附性能。另外，要求形成的磁粉图像必须有很高的识别性。 一般，磁粉探伤中使用的磁粉有在可见光下使用的白色、黑色、红色等不同磁粉，以及利用荧光发光的荧 光磁粉。另外，根据磁粉使用的场合，有粉状的干性磁粉以及在水或油中分散使用的湿性磁粉。 ② 磁粉的使用时间 磁粉使用时间分为一边通过磁化电流一边使用磁粉的连续法，以及在切断磁化电流的状态即利用检测物的 残留磁力的残留法两种。 （4）观察 为了便于观察附着在伤痕部位的磁粉图像，必须创造容易观察的环境。普通磁粉需要在尽可能明亮的环境 下观察，荧光磁粉则要使用紫外线照射灯将周围尽量变暗才容易观察。 （5）后期处理 磁粉探伤结束，检测物有可能仍作为产品或是需要送往下一个加工步骤接受机械加工等。这时就需要进行 退磁、去除磁粉、防锈处理等后期处理。 适用范围 可以对铁磁性原材料，如钢板、钢管、铸钢件等进行检测，也可以对铁磁性结构件进行检测。 局限性 仅适用铁磁性材料及其合金的表面和近表面的缺陷检测，对检测人员的视力、工作场所、被检对象的规格、 形状等有一定的要求。 优点 经济、方便、效率高、灵敏度高、检测结果直观。 生产厂家： 生产厂家：济宁联永超声电子有限公司 仪器设备名称： 仪器设备名称：CDX-Ⅲ该机型磁粉探伤仪 Ⅲ 仪器概况：CDX-Ⅲ该机型磁粉探伤仪是具有多种磁化方式的磁粉探 伤仪设备。仪器采用可控硅作无触点开关，噪音小、寿命长、操作简 单、方便、适应性强、工作稳定。是最近推出新产品，它除具有便携 式机种的一切优点，还具有移动机种的某些长处，扩展了用途，简化 了操作，还具有退磁功能。 该设备有四种探头： 1、旋转探头： 型）能对各种焊缝、各种几何形状的曲面、平面、 （E 管道、锅炉、球罐等压力容器进行一次性全方位显示缺陷和伤痕。 2、电磁轭探头： 型）它配有活关节，可以对平面、曲面工件进行 （D 探伤。 3、马蹄探头： 型）它可以对各种角焊缝，大型工件的内外角进行 （A 局部探伤。 4、磁环： 型）它能满足所有能放入工件的周向裂纹的探伤，用它 （O 来检测工件的疲劳痕（疲劳裂痕均垂于轴向）及为方便，用它还可以 对工件进行远离法退磁。 总之，该仪器是多种探伤仪的给合体，功能与适用范围广，尤其应用 于不允许通电起弧破表面零件的探伤。 无损检测概论及新技术应用 无损检测概论及新技术应用 概论 摘要： 摘要：综述了无损检测的定义、方法、特点、要求等基本知识，以及无损检测在 现今社会中的应用实例，其中包括混凝土超声波无损检测技术、涡流无损检测技 术、渗透探伤技术。 关键词： 关键词：无损检测；混凝土缺陷；涡流检测;渗透探伤。 引言： 引言：随着现代工业的发展，对产品的质量和结构的安全性、使用的可靠性提出 了越来越高的要求，无损检测技术由于具有不破坏试件、检测灵敏度高等优点， 所以其应用日益广泛。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，其重要性已得到公认。 1、 无损检测概论 、 无损检测 检测概论 无损检测就是利用声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检对象使用 性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位 置、性质和数量等信息，进而判定被检对象所处技术状态（如合格与否、剩余寿 命等）的所有技术手段的总称。 常用的无损检测方法有射线照相检验(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)和 液体渗透检测(PT) 四种。 其他无损检测方法： 涡流检测(ET)、 声发射检测 （AT） 、 （TIR） 泄漏试验 、 （LT） 交流场测量技术 、 （ACFMT） 漏磁检验 、 （MFL)、 热像/红外 远场测试检测方法（RFT)等。 基于以上方法，无损检测具有一下应用特点： 1>不损坏试件材质、结构 无损检测的最大特点就是能在不损坏试件材质、 结构的前提下进行检测， 所以实施无损检测后，产品的检查率可以达到 100%。但是，并不是所有需要测 试的项目和指标都能进行无损检测，无损检测技术也有自身的局限性。某些试验 只能采用破坏性试验， 因此， 在目前无损检测还不能代替破坏性检测。 也就是说， 对一个工件、材料、机器设备的评价，必须把无损检测的结果与破坏性试验的结 果互相对比和配合，才能作出准确的评定。 2>正确选用实施无损检测的时机 在无损检测时， 必须根据无损检测的目的,正确选择无损检测的时机,从而顺利 地完成检测预定目的,正确评价产品质量。 3>正确选用最适当的无损检测方法 由于各种检测方法都具有一定的特点，为提高检测结果可靠性，应根据设备 材质、制造方法、工作介质、使用条件和失效模式，预计可能产生的缺陷种类、 形状、部位和取向，选择合适的无损检测方法。 4>综合应用各种无损检测方法 任何一种无损检测方法都不是万能的，每种方法都有自己的优点和缺点。应 尽可能多用几种检测方法，互相取长补短，以保障承压设备安全运行。此外在无 损检测的应用中，还应充分认识到，检测的目的不是片面追求过高要求的“高质 量”，而是应在充分保证安全性和合适风险率的前提下，着重考虑其经济性。只 有这样，无损检测在承压设备的应用才能达到预期目的。[1] 通过各种检测方法，最终对于无损检测的要求是：不仅要发现缺陷，探测试 件的结构、状态、性质，还要获取更全面、准确和综合的信息，辅以成象技术、 自动化技术、计算机数据分析和处理技术等，与材料力学、断裂力学等学科综合 应用，以期对试件和产品的质量和性能作出全面、准确的评价。 2、 无损检测在各领域的应用 、 无损检测基于以上优点,在现今社会受到广泛关注和应用,为实际生产工作减 少了废料成本,提供了极大的方便。其中超声波检测技术、涡流检测、渗透探伤 技术、霍尔效应无损探伤技术应用极为出色。 混凝土超声无损检测 混凝土是我国建筑结构工程最为重要的材料之一，它的质量直接关系到结构 的安全。多年来，结构混凝土质量的传统检测方法是以按规定的取样方法，制作 立方体试件，在规定的温度环境下，养护 28d 时按标准实验方法测得的试件抗压 强度来评定结构构件的混凝土强度。用试件实验测得的混凝土性能指标，往往是 与结构物中的混凝土性能有一定差别。因此，直接在结构物上检测混凝土质量的 现场检测技术，已成为混凝土质量管理的重要手段。 所谓混凝土“无损检测”技术，就是要在不破坏结构构件的情况下，利用测 试仪器获取有关混凝土质量等受力功能的物理量。 因该物理量与混凝土质量之间 有较好的相互关系，可采用获取的物理量去推定混凝土质量。[2] 混凝土超声检测是用超声波探头中的压电陶瓷或其他类型的压电晶体加载某 频率的交流电压后激发出固定频率的弹性波， 在材料或结构内部传播后再由超声 波换能器接收，通过对采集的超声波信号的声速、振幅、频率以及波形等声学参 数进行分析，以此推断混凝土结构的力学特性、内部结构及其组成情况。超声波 检测可用于混凝土结构的测厚、探伤、混凝土的弹性模量测定以及混凝土力学强 度评定等方面. [3] 涡流无损检测 涡流检测的基本原理：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。[4] 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。[5] 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。 渗透探伤技术 液体渗透检测的基本原理：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。[6] 渗透检测适用于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，例如铝合金、镁合金、钛合金、铜合金、奥氏体钢等的制品，可 检验锻件、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。 渗透检测的优点是灵敏度较高（已能达到检测开口宽度达 的裂缝） ，检测 成本低，使用设备与材料简单，操作轻便简易，显示结果直观并可进一步作直观 验证（例如使用放大镜或显微镜观察） ，其结果也容易判断和解释，检测效率较 高。缺点是受试件表面状态影响很大并只能适用于检查表面开口型缺陷，如果缺 陷中填塞有较多杂质时将影响其检出的灵敏度。[7] 3、 结语 、 随着现代科学技术的发展，激光、红外、微波、液晶等技术都被应用于无损 检测领域，而传统的常规无损检测技术也因为现代科技的发展，大大丰富了应用 方法，如射线照相就可细分为 X 射线、γ射线、中子射线、高能 X 射线、射线 实时照相、层析照相……等多种方法。 无损检测作为一种综合性应用技术，无损检测技术经历了从无损探伤，到无 损检测，再到无损评价，并且向自动无损评价、定量无损评价发展。相信在不远 的将来， 新生的纳米材料、 微机电器件等行业的无损检测技术将会得到迅速发展。 参考文献【1】李喜孟.无损检测.机械工业出版社.2011 】 【2】父新漩. 混凝土无损检测手册.人民交通出版社.2003 】 【 3】 冯子蒙.超声波无损检测于评价的关键技术问题及其解决方案.煤矿机 】 械.2009(9) 【4】唐继强.无损检测实验.机械工业出版社.2011 】 【5】李丽茹.表面检测.机械工业出版社.2009 】 【6】国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证培训教材编审委员会.机械工业 出版社.2004 【7】胡学知主编. 中国劳动社会保障出版社.2007 】