摘   要：通过大型冶金企业检测案例，重点描述现代化大型工业企业（冶金）设备管理采用无损检测的效果，提出了对“在役设备”进行无损检测研究的必要性和紧迫性，同时对设备管理中的无损检测方法进行了描述。 
    关键词：设备管理；冶金设备；无损检测；探伤；在役设备；设备安全；

    1. 概述 
    与破坏性实验[1]相对的无损检测（Nondestructive testing，缩写为NDT）被定义为：在不损害被检对象未来的使用性能，或者不影响当前的工作状况（态），应用各种物理原理和化学现象，对性能或者参数进行检验和测试，籍以评价他们的完整性、连续性、安全可靠性及某些理化性能。由此，无损检测的内容非常广泛，在材料科学、机械制造、军工、航天、交通运输、考古等领域广泛存在，甚至医学上的一些检测（CT、B超、红外、X透照等等）亦可包含其中，可以说是一种全领域的技术[2]。
对于工业企业，无损检测在产品质量检测中的应用已广为人知，在设备管理中也是非常重要的手段，其在军工、船舶、航空、核电、压力容器中的应用在文献资料中已广有介绍，本文不再详述。 
    1.1工业应用 
    无损检测在工业生产中的应用与生产力水平以及决策层对产品质量的重视程度密切相关，在生产和生活水平较低，产品供不应求时人们只重产量不求质量，无损检测可有可无；只有随着市场经济的发展，生活水平的提高，产品供大于求时，质量成为产品竞争力的重要因素，无损检测才焕发生命力，广泛用于工业生产。 
    同样，无损检测在设备管理中的应用亦是如此，只有在连续化的大生产以及较高的设备管理模式（如预知维修）时，无损检测才能充分服务于设备管理，保障设备和人身安全，提高设备的有效工时。 
    国际无损检测的发展趋势是从无损探伤、进而到无损检测，然后到无损评价阶段。这个过程不是简单的名称变化，它是随当今的数学、物理、电子科学的发展而发展的，是从单一的检查到综合的测评的一个过渡，它总是同一个国家的工业水平相互适应、相互促进的，代表国家工业水平。 
    1.2宝钢常用无损检测手段列表 
    表1 工业设备管理涉及无损检测方法列表 
 
    2. 无损检测在大型企业设备管理中的应用 
    2.1设备管理中应用无损检测的重要性 
    现代企业的设备管理工作可以定义为：为了减少设备事故和人身伤亡的发生，保持、提高设备的性能、精度，降低维修费用，最大限度提高生产能力和创造经济效益，企业围绕设备所开展的所有工作。国外的大型工业企业以及宝钢通过多年来的实践经验证明，无损检测融入设备的一生管理，是设备管理工作的重要程序和工具。 
    一个现代化的大型钢铁企业，从原料输送、烧结、焦化、炼铁、炼钢、连铸、轧钢的生产能力很大程度依赖于设备的正常运转，所以必须保证在役设备的稳定和备件的可靠性，企业才能安全高效的运转。
宝钢作为世界知名的特大型企业，70年代末，在引进国外先进设备的同时也引进了先进的设备管理模式——“点检定修制”，无损检测和振动诊断、电器检验作为“精密点检”的手段在点检定修制中占有重要地位，经过多年的发展，围绕设备一生管理，逐步建立了预知维修模型，形成了宝钢特色的设备管理体系，为宝钢的安全生产和设备顺行奠定了坚实基础。
    表2 检测技术在设备一生管理中介入的环节 
 
    众所周知，钢铁企业是一种消耗设备资源的产业，企业包含的设备种类很多，如宝钢就涵盖了港口、运输、化工、能源、冶炼、板带轧钢设备、管线钢设备、机械修造设备等十几个专业的，包括了大型复杂钢结构（高炉/转炉）、大型锻件（轧辊）、铸件（轧机）、减速机、传动装置、压力容器、起重机、重载车辆、汽轮机、风机、机床等，几乎涉及各种机械加工方法。 
    作为检测手段中的一项重要技术，无损检测几乎可以贯穿设备管理的每一个环节。 
    2.2设备前期管理 
    2.2.1设备制造安装阶段的无损检测 
    随着ISO9000族标准的推广，检测技术作为产品的过程控制得到了重视和普及。无损检测作为金属加工领域的重要手段在铸造、锻造、焊接、热处理、喷涂、机械加工中有效控制了加工质量，阻止有缺陷的半成品进入下道工序，降低损失。 
    这个阶段，除了重要设备的驻厂监检，设备管理工作一般介入较少，主要依靠制造厂的质量检测部门。 
    2.2.2重要设备的监检 
    我国的重工业成套加工能力已经得到了世界的认可，但是应当看到，国内相当多的企业在质量体系和质量意识上还待提高。所以在许多合作制造项目中，外方往往采用驻厂监检的方式督促制造厂被动的重视工序检验。 
    宝钢三期设备和十五规划项目普遍采用了重要设备的监督检测，无损检测工程师和焊接工程师对高炉、转炉、钢包、轧机等的全过程监检已经成为正常工作流程。例如98年宝钢300吨转炉国产化过程中的一次监检，派出的无损检测技术人员采用超声波检测，在抽检中发现了焊接超标缺陷。缺陷得以及时返修，从而保证了工程质量和工期。 
    宝钢三期工程据统计共派出680组次的专业检测人员，发现了重大质量隐患142项，其中80项属于铸锻件原材料或者焊接超标缺陷，18项属于制造厂漏检，其他是缺陷处于合格与否的临界值，在让行中执行不严格。 
    与此同时，这种监检方式有利于国内企业对于产品质量的重视，发现问题后，能够引起制造厂的质检人员、加工人员乃至高层领导的重视，从而保证工期和质量，避免了设备发往用户后再返修的工期延误。有时候检测人员还可以利用自己的知识协助制造厂改进制造工艺，从而避免缺陷产生。 
    2.2.3验收检验 
    一些设备（备件）虽然经过了制造厂的自检，但是由于利益的归属不同，检验结果的可靠性也需要进行验证，以便于保证设备质量，同时对供应商进行评价。 
    例1：一些耐磨铸件如炉篦条、抓斗衬板、料仓耐磨板等消耗件，Cr元素的微量下降意味着成本的大幅度降低，同时也降低了耐磨的效果。于是，针对这些高值或者大量消耗的备件我们采用了未损光谱定量分析的手段，在一批RTCr-1.5的炉篦条中，含量应当在1.2~1.9%的Cr实际检测仅为0.049%。依据检测结果，作了退赔处理，确保了用户的利益，对不良的供应商进行降低合作级别的处理。 
    例2：轧辊工作层厚度和轧辊的寿命密切相关，吨钢轧辊的消耗已经成为钢材成本的主要构成。所以采用超声波对复合轧辊进行工作层/复合层进行厚度测试已经成为宝钢的管理程序。 
    例3：2001年新厂区基础建设时，地下工业水管在覆土1个月后进行地下管线防腐检测，经过非开挖检测，发现10余处有外防腐层破损信号。根据结果，定点开挖后，除一处为吊装中将沥青涂层碰伤，其余都是在焊接后的沥青和防腐胶带没按照工艺执行造成的。对这些防腐层破损处进行了及时处理，避免了管道的异常腐蚀，为管道的运行奠定了基础。
   此外，我们通过超声波检测和复型金相在检测过程中，还发现了其他一些问题，如：供货商以铸钢代替锻钢的行为，严重不符合图纸规定，降低了设计要求，埋下了事故隐患；利用修复件冒充新品，这种行为在辊轴类产品中出现较多，供货商利用堆焊、喷涂等手段进行翻新，然后隐瞒修复过程，利用最终质量报告交 付用户，构成不诚信交易。当存在焊接等缺陷时，这种翻新修复件极易产生设备事故。 
    2003年，在拆卸支承辊液压轴承时，在高压状态下，端部一只堵头飞射而出，差点酿成人身事故，后查明属于油孔加工时，钻头断裂后，重新开孔，废孔虽然焊堵，但是与油路仍旧相通导致事故。事后，除了要求供应商注明加工过程的检验记录，还增加超声波检测，是否有多余废孔存在。 
 

图1 支承辊异常加工废孔

    2.3设备上机前的检测： 
    从现代设备管理看，设备事故损失的不仅仅是直接损失，还包括生产线停机的机会利润损失、人身事故损失、环保损失、企业形象损失等，一次大的设备事故可以让企业股价大跌甚至破产，例如导致恶性人身事故或者严重环境污染。 
    某轧钢生产线统计，一支工作辊剥落事故，将导致3小时的事故处理，轧辊直接损失为25万元，但每小时的机会损失为30.07万元。可见避免设备带隐患上机的代价绝不仅仅是设备价格的简单等号。
由于制造厂的质量保障体系良莠不齐，或者由于制造厂的疏漏，一些设备或者备件可能残留一些制造缺陷。其次，在运输过程中会出现机械损伤，一些备件由于时效原因也会出现延迟裂纹。所以有必要针对重要的备件或者设备进行检测。 
    现在，宝钢针对轧机主传动轴、联轴器、风机转子、行车车轮、卷筒、轧辊等已经实行了经常检验或者上机前检验，将这种制度列入宝钢的设备采购和备件管理制度，并且正在筹建备件检测中心。 
    综合检测数据表明，超出设计要求的数据占到了检测数据总量的10%，以2003年计算，重要备件不合格需要修整后或者监控使用的占抽检数的1.8%，进口产品也有不合格退赔的现象。 
    2.4设备运行过程中的无损检测： 
    通过设备的失效分析表明，疲劳裂纹、磨损/腐蚀、变形是机械构件失效的三大原因，其中疲劳裂纹以及腐蚀均可以通过周期性的无损检测来发现，从而合理安排检修时间，达到状态维修的目的。 
    例一：一批进口的100吨重型牵引卡车，服役10年后，一辆车在行驶途中主传动轴断裂，所幸未发生交通事故，但突发事故严重影响了物流的调配。经过分析，发现系焊缝部位疲劳断裂。随即陆续对剩余的29辆卡车的传动轴进行荧光磁粉检测，发现8辆车存在不同程度的表面疲劳裂纹，据此有针对性地进行了修复，消除了事故隐患。在运输机械的检修时，在疲劳裂纹的发展初期，采用常规的目视检查和敲击听音往往无法察觉，采用无损检测才是一种有效的办法。 
    例二：某轧机电机的输出扁头，在98年的检测中发现了一条20mm长的疲劳裂纹，由于该备件价值较高，一边准备备件订购，一边经过分析采取止裂孔的处理办法，由于是带伤运行，所以每半年进行一次检测，一直未见扩展。在2001年的检测中发现，裂纹越过止裂孔延伸了2mm，于是再次进行止裂孔处理，在周期监护下沿用至今，阻止了裂纹扩展，同时节约了新备件的采购费用。 
    例三：理论分析表明，冷轧工作辊辊面如果存在0.2mm深度的残余损伤性裂纹，在下一个轧制周期中将可能酿成带状剥落事故。为了有效防止轧辊事故导致的异常停机，宝钢针对性地采用了涡流、表面波、荧光磁粉等检测方法对磨削后的轧辊进行监控，大大降低了轧辊事故，结合良好的轧辊磨削技术，辊耗已经接近世界先进水平，取得了良好的经济效益。 
    除了国家对压力容器等特种设备强制性地进行无损检测外，象大型风机、减速机、涡轮、转炉设备、皮带输送辊轴、厂房钢结构、钢质烟囱、港口机械、重型卡车轴和钢圈、起重钢丝绳等都列入了周期检测的范畴，近年来，机械设备的突发事故有了明显的下降，一些设备疲劳断裂、腐蚀、磨损、材质劣化等重大隐患通过无损检测和几何量检测、金相分析得到了提前解决。 
    同时，针对地下管线的腐蚀状况检测和评价也周期性在逐步开展，对于防止突发性的爆管事故起到了有效的遏制作用。 
    2.5设备修复后的无损检测 
    设备的定期维修或预知维修效果需要通过必要的检测以确认修理效果。对于裂纹的修补、磨损的补焊等都可以通过超声波、射线等手段加以控制，对于止裂孔处理的裂纹，必须利用超声波等方法查找裂纹的末端，在开孔后进行确认，以保证裂纹处理干净不会进一步扩展。
此外，设备外协维修之后，重要的设备也应当按照新设备的标准进行验收，以确保上机质量。 
    2.6设备管理中的其他应用 
    此外，无损检测作为失效分析中的重要技术，在失效工件的缺陷状况、残留裂纹深度等方面也有较大的应用。在一些非常规检测中，例如石墨电极中金属颗粒的检测、铜铝电极爆炸焊的结合强度检测等都是利用常规手段经过设计，解决一些特殊的设备管理问题。 
    3. 无损检测在大型企业设备管理中运用的阻碍 
    但是,在近10年的推广过程中，也存在一些阻碍和不足，这主要有赖于国内设备管理水平的整体提升，在此就不做探讨。 
    3.1落后的设备管理模式制约了无损检测的发展 
    3.2设备管理人员对无损检测的作用不够了解； 
    3.3无损检测技术人员知识面缺少广度； 
    3.4设备管理的无损检测缺乏标准和专业理论支持； 
    3.5无损检测行业某些不规范运作影响了设备管理无损检测的良性循环； 
    4. 结束语 
    随着宝钢设备管理模式的进步，无损检测已经融入到了设备管理体系中，并且成为了有力的管理工具。经过多年的运行，重要设备也形成了周期检测模式，对于提高设备的工作效率，减少设备事故起到了较好的效果。 
    但是应该看到，无损检测同时是一种耗费技术资源的工作，在设备管理中应用的广度和深度将直接影响整体设备管理效率，但是目前还无法对直接价值进行量化和评价，这也是我们下一步对于20年来无损检测数据进行分析整理所要进行的工作。 
    总之，随着国内整体设备管理水平的提高，各种有效工具的利用，可以预期，无损检测将在设备管理中焕发光彩。

    [1] 破坏性实验：指灯泡寿命实验、金属疲劳实验、取样化学分析、力学冲击实验、样品解剖实验等 
    [2] 李家伟、陈积懋 . 概论 《无损检测手册》。 
    作者简介：罗云东 无损检测工程师 中国无损检测学会委员 上海市无损检测委员 无损检测III高级人员 13301606306 021-56190442