核電站中的無(wú)損檢測(cè)方法及其選擇原則

王叢旭

摘要：無(wú)損檢測(cè)（簡(jiǎn)稱NDT）是指對(duì)材料或工件實(shí)施一種不損害或不影響其未來(lái)使用性能或用途的檢測(cè)手段。通過(guò)使用NDT，能發(fā)現(xiàn)材料或工件內(nèi)部和表面所存在的缺欠，能測(cè)量工件的幾何特征和尺寸等。NDT能應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料選擇、加工制造、成品檢驗(yàn)、在役檢查（維修保養(yǎng)）等多方面，在質(zhì)量控制與降低成本之間能起最優(yōu)化作用，NDT還有助于保證產(chǎn)品的安全運(yùn)行和（或）有效使用。

關(guān)鍵詞：核電站；無(wú)損檢測(cè)；方法及選擇原則

1 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)方法

利用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)來(lái)進(jìn)行核電領(lǐng)域檢測(cè)作業(yè)時(shí)，是以不損壞被檢測(cè)對(duì)象的使用性能為前提，運(yùn)用物理、化學(xué)及材料等理論為基礎(chǔ)，對(duì)設(shè)備零部件進(jìn)行有效的檢驗(yàn)，主要是對(duì)設(shè)備的外部進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)設(shè)備的表面和外觀來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)設(shè)備的體積來(lái)進(jìn)行檢測(cè)等等。對(duì)設(shè)備的零件來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，看構(gòu)成設(shè)備的細(xì)小零件安全性，看零件和設(shè)備是否出現(xiàn)松動(dòng)和損壞現(xiàn)象，看元件是否出現(xiàn)松動(dòng)和侵蝕現(xiàn)象，保證設(shè)備元件的完整性。對(duì)于表面的檢驗(yàn)工作來(lái)說(shuō)，可以利用磁粉來(lái)與液體滲透結(jié)合，保證其滲透率后來(lái)進(jìn)行表面的檢測(cè)工作。渦流這一檢測(cè)方法，主要是用來(lái)對(duì)產(chǎn)生蒸汽的管子來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，其可以對(duì)受到侵蝕的管壁的薄厚度來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)實(shí)際安裝工程中，由于操作失誤帶來(lái)的弊端進(jìn)行檢測(cè)。

2 核電站無(wú)損檢測(cè)要求

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)作為產(chǎn)品質(zhì)量及其工藝控制的重要手段，在工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了廣泛應(yīng)用。結(jié)合核電站的材料及其各元件的特征，通過(guò)科學(xué)可行的無(wú)損檢測(cè)方法，制定合理的檢測(cè)流程，并選用恰當(dāng)?shù)臋z測(cè)器材，避免在檢測(cè)過(guò)程中對(duì)部件造成不必要的損害。檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)人員要嚴(yán)格遵守核電站的各項(xiàng)檢查規(guī)定，結(jié)合檢查計(jì)劃有序開展無(wú)損檢測(cè)工作。

安裝過(guò)程中要對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，從材料的焊縫入手，檢驗(yàn)其材料質(zhì)量，并對(duì)各零部件中可能存在的問(wèn)題進(jìn)行逐一排查，保證其質(zhì)量合格。核電設(shè)備所使用的檢驗(yàn)方法、設(shè)備儀器以及檢驗(yàn)工藝都要兼?zhèn)涓叨鹊陌踩砸约办`活的敏感度。相關(guān)操作人員只有具備了專業(yè)的檢查資質(zhì)以及豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)才能擔(dān)此重任，隨著不斷的經(jīng)驗(yàn)積累，以及對(duì)新型無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的學(xué)習(xí)，才能有效保障我國(guó)核電站的安全運(yùn)行。

3 核電站中無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的選用原則

3.1 與破壞性檢測(cè)相互配合

無(wú)損檢測(cè)工作參與范圍有限，無(wú)法檢測(cè)、觀察到每個(gè)生產(chǎn)狀態(tài)指標(biāo)，所以除無(wú)損檢測(cè)之外，工程技術(shù)人員必須根據(jù)現(xiàn)有的工作狀態(tài)情況，做必要的破壞性檢測(cè)。為盡可能減少破壞性檢測(cè)次數(shù)，無(wú)損檢測(cè)應(yīng)與其形成工作配合。

3.2 檢測(cè)時(shí)機(jī)選擇得當(dāng)

無(wú)損檢測(cè)應(yīng)注意、重視檢測(cè)時(shí)機(jī)。如時(shí)機(jī)選擇不當(dāng)，則檢測(cè)結(jié)果很可能無(wú)法說(shuō)明故障問(wèn)題，不能正確評(píng)價(jià)被檢測(cè)設(shè)備、裝置、元件的產(chǎn)品品質(zhì)。

3.3 篩選合理的無(wú)損檢測(cè)方法

眾所周知，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用條件很高，無(wú)法排查出每個(gè)工件的缺陷和問(wèn)題，因此，為提高無(wú)損檢測(cè)的質(zhì)量與效果，工程技術(shù)人員在引用這項(xiàng)技術(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)被檢測(cè)設(shè)備、裝置、元件的工作特點(diǎn)選擇合適的檢測(cè)方法，方能提高檢測(cè)效率和效果。例如：在檢測(cè)之前，判斷被檢測(cè)物的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和功能性質(zhì)，根據(jù)相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)，確定被檢測(cè)物可能出現(xiàn)的故障點(diǎn)和問(wèn)題，分析缺陷方向和產(chǎn)生原因，最后確定恰當(dāng)?shù)臋z測(cè)技術(shù)。

4 常規(guī)NDT方法的特點(diǎn)及局限性

4.1 射線照相探傷

用于被檢物內(nèi)部的體積缺陷檢測(cè)，如焊縫中的疏松、夾渣、氣孔、縮孔等；顯示結(jié)果直觀、人為干擾因素少是它的主要優(yōu)點(diǎn)，探傷對(duì)象基本不受零件材料、形狀、外廓尺寸的限制；主要局限是：三維結(jié)構(gòu)二維成像，前后缺陷重疊；射線束夾角與被檢裂紋取向不宜超過(guò)10°。

4.2 超聲探傷

（1）設(shè)備：超聲探傷儀、探頭、耦合劑及標(biāo)準(zhǔn)試塊等。（2）用途：檢測(cè)鑄件縮孔、氣泡、焊接裂紋、夾渣、末熔合、未焊透等缺陷及厚度測(cè)定。（3）原理：超聲波檢測(cè)是利用超聲波在被檢工件或材料中傳播時(shí)若遇到缺陷時(shí)產(chǎn)生超聲波反射、折射和波型的轉(zhuǎn)換而發(fā)現(xiàn)缺陷的一種檢測(cè)方法。（4）優(yōu)點(diǎn)：①超聲波的方向性好：利用超聲波可在被檢對(duì)象中進(jìn)行有效的探測(cè)。②超聲波的穿透能力強(qiáng)：對(duì)于大多數(shù)介質(zhì)而言，它具有較強(qiáng)的穿透能力。③超聲波的能量高：超聲檢測(cè)的工作頻率遠(yuǎn)高于聲波的頻率，超聲波的能量遠(yuǎn)大于聲波的能量。（5）局限性：為耦合傳感器，要求被檢表面光滑；難于探出細(xì)小裂縫；要有參考標(biāo)準(zhǔn)；為解釋信號(hào)，要求檢測(cè)人員素質(zhì)高。

4.3 磁粉探傷

可發(fā)現(xiàn)的主要缺陷有：各種裂紋、夾雜、夾渣、折疊、白點(diǎn)、分層、氣孔、未焊透、疏松、冷隔等。主要能確定缺陷在被檢物表面的形狀、大小和位置，磁粉探傷機(jī)性能安全可靠，易于操作、對(duì)小開口至微米級(jí)的裂紋檢測(cè)靈敏度高。只適用于非鐵磁性材料及鐵磁性材料的表面和近表面缺陷檢測(cè)且對(duì)缺陷的深度較難定位。

4.4 滲透探傷

（1）材料及設(shè)備：熒光或著色滲透液、顯象液、清潔劑（溶劑、乳化劑）及清潔裝置。如果用熒光著色，則需紫外光源。（2）用途：檢測(cè)表面不連續(xù)性，如裂紋、氣孔及縫隙等。（3）原理：滲透檢測(cè)是一種檢測(cè)材料（或零件）表面和近表面開口缺陷的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。（4）優(yōu)點(diǎn)：它幾乎不受被檢部件的形狀、大小、組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和缺陷方位的限制，可廣泛適用于鍛件、鑄件、焊接件等各種加工工藝的質(zhì)量檢測(cè)。滲透檢測(cè)不需要特別復(fù)雜的設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，缺陷顯示直觀，檢測(cè)靈敏度高，檢測(cè)費(fèi)用低，對(duì)復(fù)雜零件可一次檢測(cè)出各個(gè)方向的缺陷。除光源需電源外，其它設(shè)備都不需電源，可直觀核對(duì)顯示。（5）局限性：滲透檢測(cè)受被檢物體表面粗糙度的影響較大，不適用于多孔材料及其制品的檢測(cè)。它只能檢測(cè)表面缺陷，對(duì)內(nèi)部缺陷無(wú)能為力。涂料、污垢及涂覆金屬等表面層會(huì)掩蓋缺陷，孔隙表面的漏洞也能引起假顯示，探傷前后必須清潔工件。

4.5 渦流探傷

可用于測(cè)量或鑒別電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、晶粒尺寸、熱處理狀態(tài)等；檢測(cè)折疊、裂紋、孔洞和夾渣等缺陷；測(cè)量非鐵磁性金屬基體上非導(dǎo)電涂層的厚度，或者鐵磁性金屬基體上非鐵磁性覆蓋層的厚度；還可用于金屬材料分選、并檢測(cè)其成分、微觀結(jié)構(gòu)和其他性能的差別。相對(duì)較低的靈敏度且只能檢測(cè)導(dǎo)電材料限制了它的能力范圍。

5 核電站中無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

5.1 衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)

衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)也是超聲波檢測(cè)的一種，簡(jiǎn)稱TOFD，但從本質(zhì)上不同于常規(guī)的超聲波檢測(cè)。衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)是一種依靠超聲波和缺陷端部相互作用發(fā)出的衍射波來(lái)檢出缺陷并對(duì)其進(jìn)行定量的檢測(cè)技術(shù)。其可發(fā)現(xiàn)的缺陷分為表面開口缺陷和埋藏缺陷兩大類。其優(yōu)點(diǎn)：①TOFD技術(shù)的可靠好，檢出率高達(dá)70%-90%；②TOFD技術(shù)的定量精度高；③TOFD檢測(cè)簡(jiǎn)便快捷。TOFD技術(shù)也有一定的局限性，如對(duì)近表面缺陷的檢測(cè)可靠性不夠、對(duì)缺陷定性比較困難、點(diǎn)狀缺陷的尺寸測(cè)量不夠準(zhǔn)確等。但作為一項(xiàng)成熟的檢測(cè)技術(shù)也已經(jīng)應(yīng)用到核電站的檢測(cè)領(lǐng)域。

5.2 相控陣超聲檢測(cè)

相控陣超聲波檢測(cè)的探頭是由多個(gè)超聲探頭晶片組合而成，通過(guò)延遲激發(fā)各個(gè)晶片，控制波陣面的形狀和方向，實(shí)現(xiàn)波束的掃描、偏轉(zhuǎn)和聚焦。其優(yōu)點(diǎn)：①檢測(cè)效率高；②檢出率較高；③無(wú)檢測(cè)盲區(qū)。該技術(shù)正逐漸趨于成熟，現(xiàn)已在核電站的安裝階段已得到應(yīng)用。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上比較可見幾種方法對(duì)缺陷的檢出幾率均有其局限性和能力范圍，無(wú)損檢測(cè)方法常規(guī)檢測(cè)中，被檢物內(nèi)部的缺陷主要用射線照相探傷和超聲探傷檢測(cè)；被檢物近表面和表面的缺陷主要用渦流探傷和磁粉探傷檢測(cè)；被檢物開口表面的缺陷主要用滲透探傷檢測(cè)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉云，盧威，王羽翀.相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)核電應(yīng)用前景展望[J].科技視界，2018（06）：251-253.

[2]陳衛(wèi)東.試論無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在核電領(lǐng)域的應(yīng)用[J].科技視界，2017（04）：275.

（作者單位：中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)東北電力第一工程有限公司）