焊接结构无损检测技术背景多数焊接结构都是巨大工业财富的组成部分，并兼有环保对象的特点按照 美国90年代的估算，因焊接接头失效引起的经济损失高达国民生产总值的5% 因此，保证含有焊接构件装置的安全运行就成为一个富有挑战性的课题，而且要 从制造、投产进而走向退役的整个工程链条中的每一个环节做起，分析影响失效 的各种因素，开发出有效与可靠的检测与监控技术，实现潜在事故的早期预报， 以提高焊接工程构件运行的安全性1. 焊接产品制造过程中引起的缺陷焊接产品在焊接制造过程中因焊接工艺与设备条件的偏差，残余应力状态和 冶金因素变化的影响，以及接头组织与性能不均匀等往往在焊缝中产生不同程度 与数量的气孔、夹渣、未熔合、未焊透以及裂纹等缺陷，对其使用性能产生不 利的影响缺陷产生的几率与材料性能、焊接方法、熔池大小、工件形状和施工 现场等因素有关1.1车间与现场施焊接头的缺陷一般情况下，车间的生产条件比野外现场施焊条件要好得多，因此缺陷出现 的几率也比较小在车间焊接的压力容器与管焊缝的缺陷发生率的统计值见表 1现场施焊的钢结构与球形储罐和管道缺陷的发生率的统计值见表2与表3 从表中的统计结果可以看出，现场施焊比车间焊接的焊缝缺陷发生率高，容器和 钢结构等比管道焊缝的缺陷发生率低，这与各自的焊接施工条件大体上是对应 的。
另外也应当看到，上述结果基本上是按着质量控制标准对焊缝中的超标缺陷 进行统计的由于受到各个时期检验技术水平的限制，因此可以预见，焊缝中会 含有不少所谓合格缺陷随着产品一起投入运行表1在车间焊接的压力容器与管焊缝缺陷发生率的统计值（%）压力容器焊缝裂纹未熔合气孔夹渣总计管焊缝总计环埋弧焊0.250.110.111.892.36厚壁管—缝焊条电弧焊0.440.500.691.362.99热丝TIG2埋弧焊0.690.220.400.601.91气体保护焊4纵焊条电弧焊——0.080.110.19蛇形管—缝窄间隙埋弧焊————2.0全位置TIG4注：1.缺陷发生率的统计值是按缺陷区或含缺陷底片长度与焊缝总长之比计算的2. TIG为钨极氩弧焊表2现场施焊的钢结构与球形储罐缺陷发生率的统计值项目球罐钢结构船壳体近海采油平台节点焊条电弧焊埋弧焊焊条电弧焊埋弧焊缺陷发生率（%）6.391.594.853.424.925.94y 白 0 L 1表3湖I场施焊管道:缺陷发生率（%）项目°毗疆饵胃罐缺圈 颂3 At缝缺陷发生率的统计值5.4油田管道T 封IG焊 禁电弧焊盖100 京辨油田管道气体保护建筑安装管道气体保护电厂蒸汽给水厚壁管焊 道6.9Q9 R* e s io I)1.2除了缺陷数量外，其尺寸与分布也是影响产品安全的重要参数。
缺陷的尺寸 与焊接方法和熔池大小有关，采用埋孤焊与电渣焊工艺焊成的焊缝，缺陷尺寸的统计结果见图I,%可，，电渣焊缝的熔池大，缺陷尺寸也大成关系『检曹时缺陷的当窟平底孔大小统计计算的，叩AVG法）M.G.Silk曾经对大型化工容器焊缝中缺陷自身高度的分布状况作过统计， 结果见表4表4大型化工容器焊缝中缺陷自身高度的分布缺陷高度/mm>2.5>5>7.5>10>15>20>25内部缺陷11040166.51.00.20.03表面缺陷141.00.060.005———注：表中数字为第km焊缝的缺陷数在焊接结构制造过程中焊缝的缺陷可分为两种情况：一类属于超过标准规定 的缺陷，按照技术条件的规定应对缺陷处的焊缝进行返修；另一类是不超过标准 规定的缺陷，这样的缝属于合格焊缝但是，目前焊接件的检测技术还不足以完 全检出所有的缺陷，特别是细小的裂纹，于是这就给焊接件以后的运行带来了潜 在的危害表5是美国1981年统计139台运行容器事故的起因，其中制造过程 中漏检裂纹约占35.3%由此可见，不断提高焊缝的无损检测技术与设备功能 是很必要的表5容器制造时漏检的裂纹缺陷类型裂 纹其它缺陷引起原因蠕变等不明原因制造遗留维护不当蠕变制造遗留破坏台数271848101112. 焊接结构服役过程中引起的裂纹投产后的焊接结构在服役过程中有的处于高温、高压和兼有介质腐蚀的环 境，有的承受疲劳、冲击及辐照等工况条件，这往往会引起材质恶化、应力变动， 并产生新的裂纹，给焊接结构的安全运行带来不利影响。
例如：1）温度与压力 温度在465〜570°C之间的常规电厂，其主蒸汽管线中T、Y、 L形接头会出现蠕变裂纹以及焊缝区的石墨化现象工作温度在350〜450C之间 的热壁加氢容器要经受母材与焊缝回火脆化倾向的影响2） 应力腐蚀在尿素生产装置中，液氨贮罐会出现应力腐蚀裂纹，特别是 液氨的含水量（质量分数）＜0.08%时更加严重在石油加工系统中硫化氢体积 分数大于5 X 10-%，焊缝硬度大于240HV时也会引起应力腐蚀裂纹3） 中子幅照脆化在反应堆压力容器的活性区，焊缝金属会呈现中子幅照 脆化现象，特别是焊缝中含铜高时更加严重4） 焊接结构的疲劳 焊接结构的疲劳裂纹是常见的，特别是低周疲劳裂纹 常发生在桥梁构件、采油平台节点与高层钢结构建筑物上裂纹的萌生与扩展是导致焊接结构最终破坏的主要原因之一因此，加强焊 接产品运行过程中的在役检查是防止裂纹发展到临界尺寸的有效措施3. 焊接产品运行中的失效焊接产品制造过程中遗留的缺陷与运行中发生的裂纹都在不同程度上对其 失效产生影响以压力容器和管道为例，众所周知，在石油化工与电力工业中运 行的压力容器和管道是具有开裂、泄漏和爆炸危险的设备一旦发生破裂或泄漏， 往往会并发为火灾或中毒，从而导致灾难性事故。
为探索失效的宏观规律，国内 外都进行了很多统计研究，借以得出防止容器失效的重点部位和有效途径，结果 摘要如下3.1欧美对压力容器和管道失效的统计统计结果表明，容器投产初期失效率偏高这是由于制造过程误差引起的 在其寿命的末期也会因材质恶化与裂纹的扩展等因素促成失效率再次升高按照 事故引起的后果，通常可把失效的类型划分为以下三种：1） 非危险性失效容器的压力边界局部恶化或有裂纹，也可能产生少量泄 漏但最终不会导致临界裂纹尺寸的出现2） 潜在性灾难失效容器上的裂纹可能扩展到临界尺寸，如果不采取补救 措施就可能发展成为灾难性失效3） 灾难性失效容器壳体、封头、接管等破裂，并伴随有大量介质外流按照上述分类，各国对容器与管道失效的统计结果如下：（1）英国对压力容器失效的统计英国压力容器规范不是强制执行的，是由用户和业主之间的规定体现的英 国的Smith等人对1962〜1978年间229起压力容器与管道的失效原因与工况条 件的统计分析结果见表6表6英国压力容器与管道失效的原因、数量、检验方法与相关参数失效原因缺陷类型数量比例 （%）失效原因相关参数潜在失效 数量比例（%）灾难失效数量比例（%）按 缺 陷 原 因 划 分疲劳裂纹5224按材料划分碳素钢128 55.97 3.0腐蚀裂纹3014合金钢80 35.86 1.8制造中漏检裂纹6329材料不明8 3.5—原因不明裂纹6128按压力划分N3.45MPa<3.45MPa145 64.266 28.811 4.01 0.4其它裂纹106压力不明5 2.21 0.4运行前遗留缺陷按温度划分腐蚀误操作蠕变原因不明总计目测229100按运行年限划分8838N315°CV515°C温度不明划分<5年>5—10 年〉10〜15年〉15〜20年>20—25 年101 44.144 19.271 31.9894458213 1.35 2.25 2.2按检验方法划分泄漏7633原因不明无损检测水压试验运行时灾难性失效总计4921气体介质31 13.61 0.413229100按介质划分蒸汽蒸汽+水__水—化学介质107 47.048 21.010 4.420 8.78 3.53 1.31 0.4分析表6可以得出：①压力与温度较高，碳素钢件投产初期失效比例较高； ②在229起的压力容器失效中裂纹占216起（94.3%），成为压力容器失效的主 要原因；③无损检测方法发现的裂纹仅点49起（21.4%），其原因可能是早期采 用射线检测对裂纹的检出率较低的结果。
容器的失效率：潜在性失效率为6.9X 10-4/容器年，灾难性失效率为4.2X 10-5/容器年2）德国对压力容器失效的统计德国IRS-TUV对压力容器失效的统计数据相当完整表7列出了 1958〜196 5年间30万台容器各种因素引起失效的比例表 7 Kellermenn 统计 1958〜1965 年间德国压力容器失效率（每容器年）的数据潜在失效总计制造过程缺陷运行过程缺陷水压过程失效灾难失效总计因制造过程缺陷2.1X10-41.4X10-45.6X10-51.9X10-69.0X10-53.8X10-5进一步分析1959〜1976年间TUV的检验数据可以发现，在7435年压力容器 失效数据中有135起属于灾难性失效选出其中40起有代表性的自然性失效（纯 属于材料缺陷、制造偏差和部件维修引起的，并且不包括初期水压试验失效）进 行分析得出，失效率从1960年前的1.83X10-5/容器年降到1970年的0.56X10- 5/容器年和1976年的0.21X10 /容器年这反映出随着压力容器制造和检验技 术的进步，其失效率相应地减小3）美国对锅炉与压力容器失效的统计美国锅炉压力容器检验师协会（NBBPVI）对1971〜1982年间近2百万台锅 筒与非火压力容器进行了统计，取得如下两点结果：•容器的平均设计寿命为25年，失效容器数量见表8。
•容器的潜在或非灾难性失效率为2.4X10-4/容器年；灾难性失效为2.6X1 0-5/容器年分析欧美的统计数据得出以下几点结论：•压力容器灾难性失效率的上限近似小于2X10-5/容器年，潜在性失效率一 般在（2〜5）X10-4/容器年左右•周期性检验是提高压力了压力容器制造过程缺陷•焊缝是压力容器失效元素时，应力释放处理引•水压试验是一种有’缺的检查...*检测与超声检测促进作进一步的研究与提高特别应当注意当钢材含有碳化物形成起焊缝金属 用的但并非很 3.2国内外压力容器事故率的对比凝响区出勺原因我国压力容器和管道分布很广，据90年代的统计，.固定式压力容器近112 万台，年增长率约为10%由于超期服役和技术与管理等因素，使压力容器事 故率较高据1984年与1991年两次不完全统计，万台锅炉压力容器年爆炸事故 率是发达国家的10倍以上，如图2。