無(wú)損檢測(cè)的種類和作用
談到閥門，“美麗只是表面的”往往是一句真話。由于超人和他的X光眼睛實(shí)際上并不存在，因此無(wú)法僅通過觀察來(lái)驗(yàn)證閥門或閥門組件的質(zhì)量。為了發(fā)現(xiàn)肉眼無(wú)法看到的缺陷，我們必須利用物理和化學(xué)原理深入研究組件質(zhì)量。為此，我們經(jīng)常求助于無(wú)損檢測(cè)（NDE）技術(shù)。美國(guó)無(wú)損檢測(cè)協(xié)會(huì)將NDT定義為：“在不影響物體實(shí)現(xiàn)其預(yù)期功能的能力的情況下，確定物體的物理狀態(tài)。”這使得無(wú)損檢測(cè)方法的使用成為閥門制造商的理想選擇，這些制造
談到閥門，“美麗只是表面的”往往是一句真話。由于超人和他的X光眼睛實(shí)際上并不存在，因此無(wú)法僅通過觀察來(lái)驗(yàn)證閥門或閥門組件的質(zhì)量。為了發(fā)現(xiàn)肉眼無(wú)法看到的缺陷，我們必須利用物理和化學(xué)原理深入研究組件質(zhì)量。為此，我們經(jīng)常求助于無(wú)損檢測(cè)（NDE）技術(shù)。
美國(guó)無(wú)損檢測(cè)協(xié)會(huì)將NDT定義為：
“在不影響物體實(shí)現(xiàn)其預(yù)期功能的能力的情況下，確定物體的物理狀態(tài)。”
這使得無(wú)損檢測(cè)方法的使用成為閥門制造商的理想選擇，這些制造商希望評(píng)估部件，并在確定其符合所需驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)時(shí)仍在生產(chǎn)中使用，而不會(huì)損壞部件。
自20世紀(jì)30年代末以來(lái)，NDE就一直用于閥門部件檢測(cè)。然而，第二次世界大戰(zhàn)和剛剛起步的核工業(yè)推動(dòng)了NDE在閥門行業(yè)的可接受性。
海軍上將海曼·里科弗（Hyman Rickover）在Nautilus（“核海軍”）的建造中制定并實(shí)施了嚴(yán)格的質(zhì)量要求，幾家銷售閥門的制造商將其用于這一關(guān)鍵、高度致命的服務(wù)。20世紀(jì)50年代中期，制造商標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（MSS）開始為閥門制定一系列NDE標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)起源于當(dāng)時(shí)的核閥門計(jì)劃。這些標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)則至今仍在使用。
大多數(shù)MSS委員會(huì)成員還參與了美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ANSI）/美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）B16.34《閥門-法蘭、螺紋和焊接端》的創(chuàng)建工作，該標(biāo)準(zhǔn)于1973年出版。本文件包含（幾乎一字不差）與MSS NDE標(biāo)準(zhǔn)相同的措辭。B16.34文件仍然包含行業(yè)中引用最多的NDE要求，與核工業(yè)早期的一些質(zhì)量要求相呼應(yīng)。
盡管B16.34中NDE要求的目的是允許用戶根據(jù)所需NDE的性能升級(jí)閥門的壓力額定值，但在許多其他需要額外檢查的應(yīng)用中，也參考了類似的要求和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
無(wú)損檢測(cè)方法通常分為兩類：體積法和表面法。體積法能夠檢查零件的整個(gè)穿透厚度。表面方法能夠檢測(cè)暴露在被檢查零件表面的不連續(xù)性。一些常見的無(wú)損檢測(cè)方法包括：
射線照相術(shù)（RT）是一種對(duì)部件進(jìn)行體積檢查的技術(shù)。射線照相術(shù)對(duì)于檢測(cè)鑄件中的缺陷非常有效，但不適合在使用超聲波檢測(cè)的鍛件中定位缺陷。近20年來(lái)，無(wú)損檢測(cè)方法應(yīng)用于數(shù)百個(gè)低成本制造公司的鑄件，因此射線檢測(cè)結(jié)果備受爭(zhēng)議。對(duì)于未經(jīng)訓(xùn)練的人來(lái)說，輕度到中度缺陷的射線照片很難分級(jí)。即使是訓(xùn)練有素的放射技師有時(shí)也難以解釋膠片結(jié)果，尤其是如果他們不定期“拍攝”鑄件或評(píng)估鑄件射線照片。射線探傷缺陷分為缺陷類型和嚴(yán)重程度。這些都顯示在ASME出版的實(shí)際參考射線照片書籍上。嚴(yán)重性級(jí)別從一級(jí)（無(wú)缺陷）到五級(jí)（大量缺陷）。所有這些都在規(guī)定的幾何區(qū)域內(nèi)。此外，B16.34列出了閥門部件上應(yīng)進(jìn)行射線照相和分級(jí)的位置；這些被稱為關(guān)鍵區(qū)域。當(dāng)在射線照片上觀察到這些區(qū)域外的缺陷時(shí)，只對(duì)這些關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行分級(jí)會(huì)出現(xiàn)問題。從技術(shù)上講，該區(qū)域無(wú)法進(jìn)行評(píng)估，因?yàn)樗挥陉P(guān)鍵區(qū)域之外，即使缺陷非常嚴(yán)重。為了減少可能接受的范圍外缺陷，許多最終用戶要求對(duì)承壓元件（即閥體和閥蓋）進(jìn)行100%的RT。這消除了忽略或遺漏關(guān)鍵區(qū)域以外的缺陷的可能性。幾十年來(lái)，當(dāng)需要進(jìn)行射線檢測(cè)時(shí)，規(guī)定了嚴(yán)格的B16.34驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，盡管該標(biāo)準(zhǔn)最初設(shè)計(jì)用于提供鑄件完整性水平，從而可以提高閥門的壓力額定值。其目的絕不是使用標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)閥門的合格性。當(dāng)要求RT評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)應(yīng)用中的閥門時(shí)，目前許多最終用戶的政策是逐步降低大多數(shù)缺陷B16.34的驗(yàn)收水平。例如，不要求收縮缺陷超過二級(jí)，而可以指定三級(jí)。氫和氫氟酸等苛刻介質(zhì)應(yīng)用需要最高質(zhì)量的鑄件。這些閥門部件的射線照相膠片通常被解釋為更高的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)水平。RT也是評(píng)估焊接件的常用檢查方法。它對(duì)于發(fā)現(xiàn)焊件中的夾雜物或空隙以及焊縫中的未焊透（焊件和母材之間的未熔合）特別有用。
超聲波檢測(cè)（UT）是另一種主要的體積無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。它主要用于檢查鍛造和鍛造部件以及焊接件。工業(yè)超聲檢測(cè)過程與醫(yī)學(xué)超聲檢測(cè)類似，在檢測(cè)人員在屏幕上實(shí)時(shí)查看結(jié)果時(shí)，輕輕移動(dòng)與待檢測(cè)耦合劑涂層區(qū)域接觸的探頭。在某些情況下，UT不適合用于鑄件，因?yàn)槌暡ㄊ鴷?huì)反射出晶界（鑄件固有的），從而提供一個(gè)充滿虛假（非相關(guān)）圖像的屏幕。當(dāng)需要檢查鍛造閥門部件的內(nèi)部時(shí)，UT是明確的選擇。然而，必須注意，不檢查具有尖銳加工角的部件，因?yàn)檫@些部件也可能會(huì)給出錯(cuò)誤的讀數(shù)。基于UT的尺寸單位，通常稱為“D米”，用于確定各種組件的厚度。
磁粉（MT）檢測(cè)是一種檢查鐵部件（如碳鋼或馬氏體不銹鋼）表面（或輕微亞表面）的技術(shù)。操作從將鐵粉（通常為紅色）涂敷到待檢查零件的表面開始。然后，通過便攜式磁軛或通過感應(yīng)整個(gè)組件的磁化電流，向該區(qū)域施加低壓大電流電荷。磁化后的粉末被吸引到不連續(xù)的地方，例如表面或稍下方的裂縫。MT技術(shù)有時(shí)還與射線照相結(jié)合使用，以確認(rèn)亞表面（體積）缺陷是否非常接近表面。
染色滲透（PT）檢查也用于檢測(cè)部件表面的缺陷。與MT測(cè)試不同，PT測(cè)試可以在任何金屬表面上進(jìn)行，無(wú)論其化學(xué)性質(zhì)如何。PT在發(fā)現(xiàn)表面裂紋或其他不連續(xù)性方面表現(xiàn)出色，包括整體表面光潔度較差。PT檢查首先在部件的預(yù)清潔表面上施加滲透劑。允許滲透劑滲透到任何不連續(xù)處（停留時(shí)間），然后仔細(xì)清除多余的表面滲透劑。去除所有滲透劑后，在零件上涂上顯影劑。根據(jù)不連續(xù)的形狀和深度，任何問題都會(huì)顯示為紅色指示或不同幾何形狀的斑點(diǎn)。通過觀察滲透劑流出的總量，可以確定缺陷深度的大致概念。與UT和RT不同，MT和PT測(cè)試技術(shù)可以相對(duì)快速地學(xué)習(xí)。這兩種表面缺陷指標(biāo)測(cè)試都是制造過程中質(zhì)量保證的有效方法。
雖然硬度測(cè)試在技術(shù)上并不總是一種無(wú)損檢測(cè)方法，但它與RT、UT、MT和PT的檢測(cè)技術(shù)略有不同，因?yàn)闇y(cè)試結(jié)果不能直接識(shí)別缺陷。相反，它們用于確認(rèn)組件的機(jī)械性能。例如，硬度測(cè)試可以確認(rèn)特定熱處理是否已正確執(zhí)行，例如退火或應(yīng)力消除。有多種類型的硬度計(jì)和設(shè)備以及幾種硬度計(jì)。閥門行業(yè)最流行的硬度計(jì)是洛氏C（RC）和布氏硬度計(jì)（BHN）。硬度測(cè)試也可用于評(píng)估普通碳鋼的強(qiáng)度。已公布的圖表顯示了碳鋼材料硬度和抗拉強(qiáng)度之間的相關(guān)性。然而，這種相關(guān)性不適用于除普通碳鋼以外的任何金屬材料。閥門部件的硬度測(cè)試通常在酸性氣體（H2S）環(huán)境中使用的部件上進(jìn)行。這種服務(wù)中的碳鋼通常限制在RC22最大硬度。
PMI是一種測(cè)試方法，使用通常含有放射性同位素的電子設(shè)備來(lái)確定組件的近似化學(xué)性質(zhì)或確認(rèn)材料的可能身份。最流行的技術(shù)是X射線熒光（XRF）。XRF分析儀通過測(cè)量受X射線源激發(fā)時(shí)試樣發(fā)出的熒光X射線來(lái)確定試樣的化學(xué)性質(zhì)。XRF是確認(rèn)或驗(yàn)證樣品化學(xué)性質(zhì)的有用工具。然而，當(dāng)PMI結(jié)果用于覆蓋之前的實(shí)驗(yàn)室分析時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)沖突。便攜式X射線熒光光譜儀不像現(xiàn)在使用的現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室方法那樣準(zhǔn)確，但它非常接近。激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）是一種新的PMI技術(shù)，它比XRF更準(zhǔn)確，提供更多的分析能力。便攜式LIBS分析儀甚至可以檢測(cè)碳含量并驗(yàn)證普通碳鋼，而XRF無(wú)法做到這一點(diǎn)。第三種PMI技術(shù)是光學(xué)發(fā)射光譜（OES）。OES用電激勵(lì)樣本進(jìn)行讀數(shù)。這項(xiàng)技術(shù)也有點(diǎn)破壞性，因?yàn)樗鼤?huì)略微熔化樣品的表面。與KIBS一樣，OES可以檢測(cè)碳，但與LIBS和XRF不同，不提供易于使用的手持儀器版本。OES通常安裝在一個(gè)可以放在大背包或手推車中的大型系統(tǒng)中，但它最適合室內(nèi)應(yīng)用。
當(dāng)涉及閥門部件的無(wú)損檢測(cè)時(shí)，兩個(gè)測(cè)試領(lǐng)域最受關(guān)注——鑄件質(zhì)量和焊接質(zhì)量。由于兩者在閥門制造和安裝中都很常見，因此需要額外關(guān)注。最麻煩的鑄造問題是體積問題，可分為兩個(gè)方面——與工藝有關(guān)的方面和與性能有關(guān)的方面。雖然工藝缺陷可以作為鑄造廠質(zhì)量文化的標(biāo)志，但缺陷本身通常不會(huì)對(duì)組件造成威脅。性能缺陷是另一種情況，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行更多的審查。工藝缺陷可能包括較低水平的收縮（1-3）或夾砂（1-3）。雖然這些在核或氫服務(wù)中使用的閥門中可能很麻煩，但在一般應(yīng)用中通常不是問題。不幸的是，過去許多好的閥門都因工藝缺陷而被丟棄，盡管這種拒收沒有科學(xué)依據(jù)。對(duì)鑄件質(zhì)量的許多誤解都源于B16.34的歷史、其關(guān)鍵區(qū)域及其驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。這里有一個(gè)重要的注意事項(xiàng)，就是要記住該文件的起源——核閥計(jì)劃。由于該文件來(lái)源于該項(xiàng)目，幾十年來(lái)，行業(yè)一直假設(shè)鑄鋼閥門組件的體積質(zhì)量必須（事實(shí)上）與之相當(dāng)。盡管如此，有些缺陷對(duì)任何應(yīng)用來(lái)說都是不合適的。其中包括大量的五級(jí)，以及較高的收縮和熱裂（收縮到表面）。
焊接通常用于制造閥門，從密封面的堆焊層到承壓部件的連接。NDE通常用于確認(rèn)這些焊接件的質(zhì)量。良好焊縫的最重要特征之一是填充材料如何與所連接的部件混合。用焊接術(shù)語(yǔ)來(lái)說，這稱為熔化和滲透。使用超聲波和射線照相技術(shù)來(lái)確認(rèn)已滿足這些標(biāo)準(zhǔn)。在這兩種技術(shù)中，射線照相在某種程度上更容易確認(rèn)結(jié)果。使用PT和MT測(cè)試方法驗(yàn)證表面不規(guī)則性，包括未穿透。然而，MT測(cè)試協(xié)議只能用于鐵質(zhì)材料。（可以磁化的材料）。兩種方法都可以檢測(cè)焊接件中的裂紋，但PT提供了裂紋深度的相對(duì)指示。
存在許多無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。閥門無(wú)損檢測(cè)工作中最常引用的文件是ANSI/ASME B16.34。本文件列出了“特殊等級(jí)”閥門的要求，這些閥門符合特定NDE標(biāo)準(zhǔn)，因此可以重新評(píng)定為更高的壓力/溫度等級(jí)。多年來(lái)，這些特殊等級(jí)的要求已由要求更高質(zhì)量產(chǎn)品的最終用戶指定。B16.34列出了RT、MT、PT和UT驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。為了提高外包產(chǎn)品和服務(wù)的采購(gòu)和質(zhì)量，美國(guó)石油協(xié)會(huì)（API）制定了標(biāo)準(zhǔn)20D，石油和天然氣行業(yè)所用設(shè)備的無(wú)損檢測(cè)服務(wù)。此文件提供了大量詳細(xì)信息和要求，以幫助需要對(duì)其閥門部件進(jìn)行NDE檢查的采購(gòu)商。只要在制造閥門時(shí)使用鑄件、鍛件和焊接，就需要簡(jiǎn)單的NDE標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。此外，在保證所有閥門部件的美觀不僅僅是表面的美觀之前，標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)組織將繼續(xù)創(chuàng)建和更新其閥門NDE標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范庫(kù)。?關(guān)注公眾號(hào)帶你學(xué)習(xí)更多閥門知識(shí)
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