反應(yīng)堆壓力容器高壓緊固件磁粉檢測(cè)技術(shù)

摘 要：反應(yīng)堆壓力容器高壓緊固件作為核設(shè)備的重要部件，RCCM標(biāo)準(zhǔn)要求役前及在役進(jìn)行超聲波檢測(cè)或者磁粉檢測(cè)。該檢測(cè)是個(gè)多系統(tǒng)配合的過(guò)程，它必須依賴專用超聲波檢查系統(tǒng)、磁粉探傷檢測(cè)設(shè)備等統(tǒng)一協(xié)作才能完成。本文主要介紹了反應(yīng)堆壓力容器高壓緊固件磁粉檢測(cè)部位、檢測(cè)方法、檢測(cè)儀器以及靈敏度試片的選用及測(cè)試。

關(guān)鍵詞：高壓緊固件 磁粉檢測(cè) 磁軛法

中圖分類號(hào)：TG115 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（a）-0097-02

1 磁粉檢測(cè)技術(shù)概述

反應(yīng)堆壓力容器是核電廠和核動(dòng)力裝置中最重要的設(shè)備，其質(zhì)量保證是核電設(shè)備和核動(dòng)力裝置正常安全運(yùn)行的關(guān)鍵。反應(yīng)堆壓力容器緊固件是連接壓力容器殼體和頂蓋的重要部件見(jiàn)圖1，為防止核放射物質(zhì)的外溢、保障反應(yīng)堆壓力容器正常工作有著十分重要的作用。在核電廠和核動(dòng)力裝置的檢驗(yàn)規(guī)范和大綱中，對(duì)反應(yīng)堆壓力容器緊固件提出了無(wú)損檢測(cè)的強(qiáng)制性要求，并指定分別在投入前和運(yùn)行一定時(shí)間內(nèi)對(duì)緊固件實(shí)施役前檢查和在役檢查。鐵磁性材料工件被磁化后，由于不連續(xù)性的存在，使工件表面和近表面的磁力線發(fā)生局部畸變 而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，吸附施加在工件表面的磁粉，在合適的光照下形成目視可見(jiàn)的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、大小、形狀和嚴(yán)重程度。

核反應(yīng)堆壓力容器的磁粉檢測(cè)技術(shù)是一個(gè)比較復(fù)雜的檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)必須綜合考慮不同檢測(cè)對(duì)象的特征和檢測(cè)實(shí)施方式來(lái)制定磁粉檢測(cè)技術(shù)。檢查技術(shù)具體體現(xiàn)在磁化設(shè)備的選擇、磁化方式、探頭和靈敏度試片的選擇、應(yīng)用實(shí)施、磁痕的判斷和分析等方面。在綜合考慮這些因素的情況下，形成有效的核反應(yīng)堆壓力容器磁粉檢測(cè)技術(shù)。采用該檢測(cè)技術(shù)，在對(duì)核反應(yīng)堆壓力容器的檢測(cè)中取得了很好的應(yīng)用。

2 反應(yīng)堆壓力容器高壓緊固件磁粉檢測(cè)技術(shù)

磁粉檢測(cè)反應(yīng)堆壓力容器高壓緊固件需重兩方面做起：第一方面是重易于觀察識(shí)別缺陷入手；第二方面是重提高檢測(cè)能力抓起。

要達(dá)到易于觀察識(shí)別缺陷的目的，首先是需要合適的工作觀察環(huán)境，即要有足夠的光照度，一般光源強(qiáng)度要保證>1000lex，光源強(qiáng)度可以用照度計(jì)測(cè)量，以適宜為主，不是越亮越好，有助于更好的發(fā)現(xiàn)缺陷；其次是增強(qiáng)比對(duì)、色差，易于分辨發(fā)現(xiàn)細(xì)小的缺陷，針對(duì)緊固件滾絲部位表面形狀復(fù)雜，多凹槽和凸起，選用性能不錯(cuò)的反差增強(qiáng)劑配合黑色的磁選液能取得極好效果。

提高檢測(cè)能力要重以下幾處來(lái)控制，一是選用合理的靈敏度試片；二是正確選用合理的磁粉設(shè)備、磁化方法，對(duì)某些磁化設(shè)備來(lái)講甚至必須控制合理的磁化區(qū)域，才能最大限度的檢出細(xì)小的缺陷。一般軸類零件最好的磁粉檢測(cè)方法是直接通電法，因?yàn)樗?jiǎn)單高效，且靈敏度高比較適合大批量的軸類緊固件，但是對(duì)反應(yīng)堆壓力容器高壓緊固件來(lái)說(shuō)，由于它比起一般民用緊固件來(lái)說(shuō)，往往尺寸巨大，重量偏重，不易于夾頭夾持見(jiàn)圖1，且越大的緊固件，根據(jù)周向磁化規(guī)范，其磁化電流根據(jù)工件直徑有關(guān)，對(duì)于某些直徑巨大的反應(yīng)堆壓力容器緊固件來(lái)說(shuō)，所需達(dá)到要求的電流值是驚人的，很少有這種設(shè)備滿足要求，所以磁軛法是最好的選擇，下面重點(diǎn)介紹的磁化方法和磁化設(shè)備都是建立在以磁軛法為前提的基礎(chǔ)上。磁軛法檢測(cè)大型的反應(yīng)堆壓力容器高壓緊固件必須選用合適的磁化探頭，對(duì)于表面形狀復(fù)雜，多齒紋的緊固件來(lái)說(shuō)，只能選用角焊縫探頭，且合理的控制角焊縫探頭的磁極間距，對(duì)能否很好的檢測(cè)出工件缺陷起著關(guān)鍵作用。便攜式電磁軛，一般做成活動(dòng)關(guān)節(jié)，磁極間距一般控制在75～200 mm為宜，但最終不得小于75 mm。因?yàn)榇艠O附近25 mm范圍內(nèi)，磁通密度過(guò)大會(huì)產(chǎn)生過(guò)度背景有可能掩蓋相關(guān)顯示。反之，磁極間距也不是越大越好，在總磁通量一定的情況下，工件表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度隨著兩極間距的增大而減小，所以磁極間距不能太大，檢測(cè)的有效區(qū)域?yàn)閮杉?jí)區(qū)域連線兩側(cè)。

為了更好地檢測(cè)出緊固件的缺陷需要求被檢工件表面不得有油脂、鐵銹、氧化皮或其他粘附磁粉的物質(zhì)。表面的不規(guī)則狀態(tài)不得影響檢測(cè)結(jié)果的正確性和完整性，否則應(yīng)作適當(dāng)?shù)男蘩?。如打磨，則打磨后被檢工件的表面粗糙度Ra≤25μm。如果被檢工件表面殘留有涂層，當(dāng)涂層厚度均與不超過(guò)0.05 mm，且不影響檢測(cè)結(jié)果時(shí)，經(jīng)合同各方同意，可以帶涂層進(jìn)行檢測(cè)。因?yàn)榻涣麟娋哂汹吀叫?yīng)，因此對(duì)表面缺陷有較高的靈敏度。ASME也特別強(qiáng)調(diào)了除了厚度≤6 mm的材料之外，在相等的提升力條件下，對(duì)表面缺陷的檢測(cè)使用交流磁軛法。

由于磁粉檢測(cè)方法本身所固有的特性，使得檢測(cè)可靠性受一些因素的影響，檢測(cè)人員還需注意以下幾點(diǎn)。

（1）螺栓表面清潔程度，緊固件主要受力部位在螺紋處，而螺栓在安裝到設(shè)備上時(shí)該處需涂抹防咬劑，未清洗干凈并殘留在螺紋細(xì)牙中的防咬劑可能遮蓋潛在的缺陷，導(dǎo)致漏檢。因此受采用此檢測(cè)方法時(shí)，加強(qiáng)緊固件的清潔工作非常必要。如使用超聲波清洗，務(wù)必最后用干凈無(wú)污染的清洗液沖洗一次。未清洗干凈的油污等雜物，在紫外燈下呈現(xiàn)灰色，可與清洗干凈的螺栓對(duì)比區(qū)分。

（2）磁化方法的選擇，一般設(shè)備廠家推薦使用連續(xù)法，但在實(shí)際檢測(cè)中，連續(xù)法并不適用于對(duì)螺栓螺紋部分的檢測(cè)。相比之下，剩磁法用更顯著的效果。連續(xù)法使得假磁痕過(guò)多地堆積在螺牙和凹槽中，這樣反而掩蓋了真正的微小裂紋的顯示。而采用剩磁法，非相關(guān)顯示較少，裂紋顯示很明顯。將磁痕擦掉后再澆筑磁懸液，磁痕再次顯現(xiàn)，并且更清晰。實(shí)際證明，剩磁法比連續(xù)法檢測(cè)螺栓更有效。

（3）結(jié)果的觀察，磁粉檢測(cè)時(shí)對(duì)裂紋的最終判斷仍然是依靠肉眼完成見(jiàn)圖2，檢測(cè)結(jié)果受個(gè)人主觀判斷影響；因此，檢測(cè)人員應(yīng)注意休息，避免眼睛過(guò)度疲勞；另外，采用熒光磁粉檢測(cè)時(shí)，對(duì)螺紋的觀察角度也有很大影響；最好是從俯視和仰視兩個(gè)角度各看一遍，避免在觀察時(shí)視線被螺栓的凸出部位遮擋，使隱藏在螺紋凹槽內(nèi)的裂紋被漏檢。

（4）根據(jù)緊固件的使用條件分析。緊固件主要承受拉應(yīng)力。在正常荷載狀態(tài)下，沒(méi)有缺陷的緊固件一般不會(huì)發(fā)生損壞，只有在嚴(yán)重過(guò)載或緊固件存在腐蝕、裂紋的情況下才會(huì)發(fā)生斷裂。歷史數(shù)據(jù)分析表明由于腐蝕而導(dǎo)致緊固件失效的情況非常少，而有約五成以上的緊固件屬于疲勞失效。由于疲勞使緊固件在螺栓根部、螺紋根部或螺帽與螺栓結(jié)合處產(chǎn)生疲勞裂紋，最終使緊固件在使用過(guò)程中失效。尤其是螺帽與螺栓配合的第一圈螺紋處，因?yàn)檩d荷的傳遞是通過(guò)螺紋來(lái)進(jìn)行，前面幾圈的螺紋承載受力大部分荷載，第一圈螺紋承受的載荷要遠(yuǎn)大于其他螺紋，如果這里存在缺陷，如裂紋，就很容易造成緊固件的失效。

3 檢測(cè)設(shè)備和相關(guān)耗材選用原則

3.1 靈敏度試片選用原則

一般選用A型試片，A型標(biāo)準(zhǔn)試片分為A1、A2；A1為退火材料制成，A2為不作熱處理的冷軋材料制成。A1型靈敏度試片主要用于零部件的磁粉探傷，在檢查中，對(duì)幾何形狀復(fù)雜，不同材質(zhì)的工作，可以正確地選擇磁化規(guī)范，并可檢查探傷設(shè)備，磁粉和磁懸液的性能，在磁粉探傷操作過(guò)程中，可以避免漏檢，并對(duì)顯示缺陷的磁場(chǎng)強(qiáng)度有所估量。其特點(diǎn)在于磁粉顯示，圖象直觀，使用簡(jiǎn)便。對(duì)各類零件所有方向的磁場(chǎng)，尤其檢查形狀復(fù)雜的零件時(shí)，表現(xiàn)其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

3.2 靈敏度試片貼片及使用原則

螺栓非螺紋位置 螺紋部分與非螺紋部分是同一材質(zhì)用于作靈敏度試驗(yàn)是合適的試片使用前，用柔軟紙或紗布輕輕地把試片表面的油漬擦去，再用膠帶紙緊密地貼在工件上，保證試片與被檢面接觸良好，試片用后請(qǐng)涂防銹油，試片有銹蝕、褶折或磁特性發(fā)生改變時(shí)不得繼續(xù)使用。

3.3 磁懸液選用原則

一般選用罐裝磁懸液，其濃度為廠家定點(diǎn)配置，比較均勻，且攜帶方便，一般分為黑油和黑水磁懸液兩種，黑油磁懸液比起黑水磁懸液對(duì)于機(jī)械加工件可以起到防銹作用，所以首選黑油磁懸液，但對(duì)于不易用油或引起易燃易爆地方處建議用黑水磁懸液。

3.4 反差增強(qiáng)劑選用原則

為增強(qiáng)檢測(cè)效果，合理使用反差增強(qiáng)劑可以增加對(duì)比度，取得良好的檢測(cè)效果，對(duì)于表面形狀復(fù)雜的緊固件滾絲部位，適量應(yīng)用反差增強(qiáng)劑，效果十分明顯。

3.5 磁化設(shè)備選用原則

反應(yīng)堆壓力容器高壓緊固件有相當(dāng)一部分是大直徑螺栓，其份量很重，普通固定式磁化設(shè)備難以對(duì)其檢測(cè)，所以一般選用磁軛法進(jìn)行檢測(cè)，磁軛法設(shè)備主要是磁軛探頭提升力的選擇，當(dāng)使用磁軛最大間距時(shí)，對(duì)于交流磁軛探頭一般選擇≥45 N提升力，直流磁軛探頭一般選擇≥181 N提升力。

4 結(jié)語(yǔ)

被檢的緊固件往往數(shù)量龐大，通常無(wú)序號(hào)區(qū)分。建議對(duì)緊固件按批號(hào)進(jìn)行區(qū)分，這樣做有利于監(jiān)控其質(zhì)量，要重視注意目視檢查，并報(bào)廢外觀上有缺陷的緊固件，這些缺陷本身就是一個(gè)疲勞源，容易形成應(yīng)力集中并最終導(dǎo)致疲勞斷裂。對(duì)于一些非鐵磁性緊固件材料的表面檢測(cè)，可以考慮用滲透或者渦流檢測(cè)，相比磁粉檢測(cè)的方便快捷，滲透檢測(cè)對(duì)操作者的經(jīng)驗(yàn)要求很高。前期對(duì)試件表面工作處理麻煩，但顯示缺陷直觀明確，檢測(cè)效率低，渦流檢測(cè)適用性強(qiáng)，但檢測(cè)時(shí)受干擾因素太多，需制備對(duì)比試樣，受工件尺寸限制較大，靈活性不夠，實(shí)際操作麻煩。此外注意收集平時(shí)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的有典型裂紋的緊固件，作為一般的參考試件，有助于對(duì)磁粉探傷設(shè)備進(jìn)行綜合性能校驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]雷雨.航空器機(jī)輪輪轂連接螺的磁粉檢測(cè)[J].無(wú)損檢測(cè)，2007，29（3）：163-167.

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