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摘 要：介绍有色金属的超声、射线、目视、渗透、声发射、泄漏等无损探伤技术，并具体说明其使用范围和检测实例。
关键词：有色金属 压力容器 无损检测技术
中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-071-02
有色金属压力容器在当今时代的前沿科技中发挥着巨大作用，它的质量直接影响了我国相关尖端科技的质量与稳定。基于此，本文对其无损检测技术进行具体的分析与说明。
1 有色金属压力容器简介
有色金属是以铁、锰、铬之外的所有金属及其合金的总称，并因为其各类优良性能而得到广泛使用，比如卫星、运载火箭、核潜艇、电子计算机、雷达等尖端科技产物。在压力容器中，比如航天领域的飞行器燃料贮箱、高压贮箱以及低温高能火箭推进室内壁、增压气瓶等环境恶劣、壁薄、安全性低，其质量问题直接关系到整体飞行器的性能安全，有色金属的耐腐蚀性和良好的化学稳定性、相容性等优良性能就为这些部位的质量稳定创造了条件。
压力容器里最常用的有色金属就是铝合金以及钛合金，因为它们低廉的价格和较优良的特性，可是它们在锻造、冶炼、压制成型、焊接以及热处理等步骤中却很容易出现气孔、氧化、夹杂渣滓、焊接不彻底、裂纹等瑕疵。另外在一些电铸步骤中，由于工艺条件及锆铜材料本身质量限制，有时会出现针孔、脱粘等现象。这些情况都存在于较精细部位且有些不易察觉，因此需要采用无损检测要对整体的采购、制造、成型、验收等一系列过程进行检测，来保障压力容器的质量。
2 无损检测技术简介及其应用
所谓无损检测技术也就是利用光、磁、声、电等物理学特性，在不损伤被检对象的条件下，检测其制造过程中的缺陷情况，并列出缺陷存在的具体参数以对其技术环境进行判定的全部技术总称。无损检测技术具有非破坏性、全面和全程性的特点，可对压力容器的内腔、焊缝表面、以及其生产制造的技术条件、验收过程等进行检测和评定，一般会涉及到超声、激光、射线、发射、渗透、泄漏等检测技术，在复查时候还有涡流、射线层析等手段。下面将针对其中较为常用的技术应用做具体介绍。
2.1 超声检测技术
这种技术主要针对铝合金和钛合金材质的压力容器锻件与板材检测。实际操作时候需要根据材料的尺寸以及金属特性选择合适的方法，比如对于厚锻件一般用直探头纵波脉冲反射检测，对于较薄（小于5mm）的材料一般用兰姆波法。
例如在对钛合金的压力容器锻件检测时候，考虑到其高熔点性以及化学性质活泼，因此常常出现偏析和空洞类别缺陷，考虑到这种缺陷延展走向与金属流动走向相同，可使用纵波，脉冲反射来进行超声检测。检测时需要注意被检对象的表面清洁，另外，要先在试块上面选择好检测条件，才可以对被检件进行测试。在脉冲检测之后，如果有不连续点的发射信号不小于同深度参照平底孔的反射信号，或者底反射信号对比同类大于一半非饱和底波损失且入射截面与地面间信号比标准增强2倍及以上时，判定为报废。
2.2 射线检测技术
有些压力容器部位采用的是高密度难溶有色金属，这些金属的制造中常出现随机遍布且形状不规则的缺陷，对于这种情况可以采用X射线扫描检测，那就能够看到高分辨率的材料缺陷图片，从而准确的判定其瑕疵状况。
在航空航天用的压力容器制造中，通常使用手工氩弧焊及真空电子束进行对接焊接，这样焊接处常常会出现夹渣、气孔、未焊透等问题，据笔者分析得出，这些问题中最常出现的就是气孔与夹渣。在进行射线透视的时候，对于较大型的压力容器比如燃料贮箱等的焊缝一般用单壁单影方式。
对于电铸发动机推力室这一类的压力容器，其构造是由铜锆合金的内层和电铸镍外层组成，在制造中外层很容易出现针孔，这如果不能及时发现，那么将很可能由于高压条件迫使液氢通过针孔进入外层并与镍发生作用而产生氢脆，这后果将不可预计。射线检测对于此类缺陷较为敏感，实际检测时可通过定向式X射线探伤仪器，从推进发动机外垂直于其，进行透射来采集图像，一般可获取小于 1mm的针孔信息，对于大于 1mm的也可由计算得到针孔存在的具体位置。
2.3 渗透探测技术
对于压力容器的LD10型铝合金箱体，常容易出现焊裂现象特别是焊缝表面的微裂纹，这些可以通过着色渗透探测技术来检测。渗透剂的选择十分关键，既要考虑到其规范规定，还要与箱内燃料有一定的相容性，比如BC-1型渗透剂便是其中之一的专用渗透剂，使用时可直接将渗透剂喷涂或者刷涂至箱体外面焊接位置即可。另外铜锆合金电铸镍发动机推动机的上下边处，由于焊接流程复杂，也常常会出现微裂纹，也可用渗透检测技术来探伤。
2.4 声发射检测技术
钛合金压力容器在制造流程里，对于其脆性构造进行探伤时，有些很难用常规技术检出，所以当这些容器处于低压验收状态的时候，很容易被破坏，这时候就需要采用声发射检测技术进行验收无损检测以保障质量。在实际操作中，可用时差定位排列模式，由于被检样壁薄，所以仅要4个传感仪器便可以创造好的平面定位效果，其阈值一般为40dB，带宽100-400千赫之间，速率每秒小于0.2兆帕，保压通常十分钟。在探伤检测时，遇见变形断裂之前，发射的信号一般振幅很低，即使到达屈服强度时候振幅也不超过65dB，只有当遇见严重焊接问题时候，才会信号强烈且伴随高振幅和高计数。现在已经逐渐形成了一套声发射检测标准，根据发声严重程度一般分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，一旦出现Ⅲ级，则会拒绝收纳。
2.5 泄漏检测技术
渗漏检测可分为氦质谱渗漏检测法和气泡渗漏检测技术，在钛合金和铝合金的压力容器经历液压强度检测之后，都要渗漏检测。
气泡渗漏检测也就是将压力容器内部充满工作压力相近的气体介质，然后如果壁上存在缺陷，则器内液体就会在压力作用下向其一侧渗漏，将容器泡在水里或者在漏孔区域抹上肥皂水，则气体会以小气泡的形态渗漏出现，漏孔大小与气泡形成的大小、速率成正相关。较小的容器可以浸泡水里检测，大体积容器则可在表面刷涂肥皂水进行检测，检测时特别要注意分辨实漏和虚漏。
氦质谱检测即采用氦气作为检测气体，它是渗漏无损检测中最常使用的，也是灵敏度最强的一种渗漏技术，分为充压抽真空法和冲压吸枪法两种检测技术。冲压抽真空捡漏常用于小型压力容器或者有总漏率要求的贮箱，一般将被检间置于真空室（真空室连接质谱仪），并设定规定要求的真空条件，然后将容器内部充上氦气，进行检测，流程如图1。
冲压吸枪检测针对的是大型压力容器，比如铝合金低温燃料贮箱。将压力容器外表面清理干净之后，用聚四氟乙烯与胶纸将其所以焊接处封死，对箱体充入规定浓度压力的氦气及干燥空气混合物，然后除掉表面聚四氟乙烯，用吸枪对其焊缝逐一检测。
2.6 激光全息检测技术
电铸过程是压力容器成型的关键步骤，对于工艺操作要求很高，同时也极容易出现各种连接、粘连问题，这些问题如果检测不出，那么压力容器在使用过程中可能会有烧穿乃至爆炸的潜在危险，激光全息技术这一新兴技术可以针对电铸层进行全息检测，这种方法具非直接接触、直观、全面显示等优点，能够灵敏的检测出电铸层特别是薄壁层与近表面缺陷，如图2。
3 结束语
本文着眼于有色金属压力容器常见实用无损检测技术，并对其具体应用和注意要点做了简要说明，希望可以对压力容器无损检测有一定参考意义。
参考文献：
[1] 刘哲军，苗月忠，沈功田，等.压力容器无损检测——有色金属压力容器的无损检测技术[J].无损检测，2005（07）.
[2] 王蕾.在用压力容器无损检测技术的原理和应用[J].化学工程与装备，2011（07）.
[3] 吴燕.压力容器无损检测技术的选择与应用探究[J].科技资讯，2011（22）.
关键词：有色金属 压力容器 无损检测技术
中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-071-02
有色金属压力容器在当今时代的前沿科技中发挥着巨大作用，它的质量直接影响了我国相关尖端科技的质量与稳定。基于此，本文对其无损检测技术进行具体的分析与说明。
1 有色金属压力容器简介
有色金属是以铁、锰、铬之外的所有金属及其合金的总称，并因为其各类优良性能而得到广泛使用，比如卫星、运载火箭、核潜艇、电子计算机、雷达等尖端科技产物。在压力容器中，比如航天领域的飞行器燃料贮箱、高压贮箱以及低温高能火箭推进室内壁、增压气瓶等环境恶劣、壁薄、安全性低，其质量问题直接关系到整体飞行器的性能安全，有色金属的耐腐蚀性和良好的化学稳定性、相容性等优良性能就为这些部位的质量稳定创造了条件。
压力容器里最常用的有色金属就是铝合金以及钛合金，因为它们低廉的价格和较优良的特性，可是它们在锻造、冶炼、压制成型、焊接以及热处理等步骤中却很容易出现气孔、氧化、夹杂渣滓、焊接不彻底、裂纹等瑕疵。另外在一些电铸步骤中，由于工艺条件及锆铜材料本身质量限制，有时会出现针孔、脱粘等现象。这些情况都存在于较精细部位且有些不易察觉，因此需要采用无损检测要对整体的采购、制造、成型、验收等一系列过程进行检测，来保障压力容器的质量。
2 无损检测技术简介及其应用
所谓无损检测技术也就是利用光、磁、声、电等物理学特性，在不损伤被检对象的条件下，检测其制造过程中的缺陷情况，并列出缺陷存在的具体参数以对其技术环境进行判定的全部技术总称。无损检测技术具有非破坏性、全面和全程性的特点，可对压力容器的内腔、焊缝表面、以及其生产制造的技术条件、验收过程等进行检测和评定，一般会涉及到超声、激光、射线、发射、渗透、泄漏等检测技术，在复查时候还有涡流、射线层析等手段。下面将针对其中较为常用的技术应用做具体介绍。
2.1 超声检测技术
这种技术主要针对铝合金和钛合金材质的压力容器锻件与板材检测。实际操作时候需要根据材料的尺寸以及金属特性选择合适的方法，比如对于厚锻件一般用直探头纵波脉冲反射检测，对于较薄（小于5mm）的材料一般用兰姆波法。
例如在对钛合金的压力容器锻件检测时候，考虑到其高熔点性以及化学性质活泼，因此常常出现偏析和空洞类别缺陷，考虑到这种缺陷延展走向与金属流动走向相同，可使用纵波，脉冲反射来进行超声检测。检测时需要注意被检对象的表面清洁，另外，要先在试块上面选择好检测条件，才可以对被检件进行测试。在脉冲检测之后，如果有不连续点的发射信号不小于同深度参照平底孔的反射信号，或者底反射信号对比同类大于一半非饱和底波损失且入射截面与地面间信号比标准增强2倍及以上时，判定为报废。
2.2 射线检测技术
有些压力容器部位采用的是高密度难溶有色金属，这些金属的制造中常出现随机遍布且形状不规则的缺陷，对于这种情况可以采用X射线扫描检测，那就能够看到高分辨率的材料缺陷图片，从而准确的判定其瑕疵状况。
在航空航天用的压力容器制造中，通常使用手工氩弧焊及真空电子束进行对接焊接，这样焊接处常常会出现夹渣、气孔、未焊透等问题，据笔者分析得出，这些问题中最常出现的就是气孔与夹渣。在进行射线透视的时候，对于较大型的压力容器比如燃料贮箱等的焊缝一般用单壁单影方式。
对于电铸发动机推力室这一类的压力容器，其构造是由铜锆合金的内层和电铸镍外层组成，在制造中外层很容易出现针孔，这如果不能及时发现，那么将很可能由于高压条件迫使液氢通过针孔进入外层并与镍发生作用而产生氢脆，这后果将不可预计。射线检测对于此类缺陷较为敏感，实际检测时可通过定向式X射线探伤仪器，从推进发动机外垂直于其，进行透射来采集图像，一般可获取小于 1mm的针孔信息，对于大于 1mm的也可由计算得到针孔存在的具体位置。
2.3 渗透探测技术
对于压力容器的LD10型铝合金箱体，常容易出现焊裂现象特别是焊缝表面的微裂纹，这些可以通过着色渗透探测技术来检测。渗透剂的选择十分关键，既要考虑到其规范规定，还要与箱内燃料有一定的相容性，比如BC-1型渗透剂便是其中之一的专用渗透剂，使用时可直接将渗透剂喷涂或者刷涂至箱体外面焊接位置即可。另外铜锆合金电铸镍发动机推动机的上下边处，由于焊接流程复杂，也常常会出现微裂纹，也可用渗透检测技术来探伤。
2.4 声发射检测技术
钛合金压力容器在制造流程里，对于其脆性构造进行探伤时，有些很难用常规技术检出，所以当这些容器处于低压验收状态的时候，很容易被破坏，这时候就需要采用声发射检测技术进行验收无损检测以保障质量。在实际操作中，可用时差定位排列模式，由于被检样壁薄，所以仅要4个传感仪器便可以创造好的平面定位效果，其阈值一般为40dB，带宽100-400千赫之间，速率每秒小于0.2兆帕，保压通常十分钟。在探伤检测时，遇见变形断裂之前，发射的信号一般振幅很低，即使到达屈服强度时候振幅也不超过65dB，只有当遇见严重焊接问题时候，才会信号强烈且伴随高振幅和高计数。现在已经逐渐形成了一套声发射检测标准，根据发声严重程度一般分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，一旦出现Ⅲ级，则会拒绝收纳。
2.5 泄漏检测技术
渗漏检测可分为氦质谱渗漏检测法和气泡渗漏检测技术，在钛合金和铝合金的压力容器经历液压强度检测之后，都要渗漏检测。
气泡渗漏检测也就是将压力容器内部充满工作压力相近的气体介质，然后如果壁上存在缺陷，则器内液体就会在压力作用下向其一侧渗漏，将容器泡在水里或者在漏孔区域抹上肥皂水，则气体会以小气泡的形态渗漏出现，漏孔大小与气泡形成的大小、速率成正相关。较小的容器可以浸泡水里检测，大体积容器则可在表面刷涂肥皂水进行检测，检测时特别要注意分辨实漏和虚漏。
氦质谱检测即采用氦气作为检测气体，它是渗漏无损检测中最常使用的，也是灵敏度最强的一种渗漏技术，分为充压抽真空法和冲压吸枪法两种检测技术。冲压抽真空捡漏常用于小型压力容器或者有总漏率要求的贮箱，一般将被检间置于真空室（真空室连接质谱仪），并设定规定要求的真空条件，然后将容器内部充上氦气，进行检测，流程如图1。
冲压吸枪检测针对的是大型压力容器，比如铝合金低温燃料贮箱。将压力容器外表面清理干净之后，用聚四氟乙烯与胶纸将其所以焊接处封死，对箱体充入规定浓度压力的氦气及干燥空气混合物，然后除掉表面聚四氟乙烯，用吸枪对其焊缝逐一检测。
2.6 激光全息检测技术
电铸过程是压力容器成型的关键步骤，对于工艺操作要求很高，同时也极容易出现各种连接、粘连问题，这些问题如果检测不出，那么压力容器在使用过程中可能会有烧穿乃至爆炸的潜在危险，激光全息技术这一新兴技术可以针对电铸层进行全息检测，这种方法具非直接接触、直观、全面显示等优点，能够灵敏的检测出电铸层特别是薄壁层与近表面缺陷，如图2。
3 结束语
本文着眼于有色金属压力容器常见实用无损检测技术，并对其具体应用和注意要点做了简要说明，希望可以对压力容器无损检测有一定参考意义。
参考文献：
[1] 刘哲军，苗月忠，沈功田，等.压力容器无损检测——有色金属压力容器的无损检测技术[J].无损检测，2005（07）.
[2] 王蕾.在用压力容器无损检测技术的原理和应用[J].化学工程与装备，2011（07）.
[3] 吴燕.压力容器无损检测技术的选择与应用探究[J].科技资讯，2011（22）.