高溫環(huán)境、低溫介質(zhì)條件下核電廠管道焊縫滲透檢測(cè)工藝相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

劉恩凱，施建輝，張大勇，方 磊

(陽(yáng)江核電有限公司，陽(yáng)江 529500)

滲透檢測(cè)的基本原理是毛細(xì)作用，其主要檢查非多孔性材料的表面開口性缺陷， 具有顯示直觀、靈敏度高、不受幾何形狀和缺陷方向影響等特點(diǎn)。滲透劑液體分子運(yùn)動(dòng)、潤(rùn)濕程度(表面張力系數(shù))和黏度等性能參數(shù)受溫度變化的影響，主要影響參數(shù)為滲透能力(SPP 靜態(tài)滲透參量)和滲透速度(KPP 動(dòng)態(tài)滲透參量)[1]。

滲透檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測(cè)溫度范圍為 10～50 ℃(個(gè)別標(biāo)準(zhǔn)為5～50 ℃)。 當(dāng)溫度低于標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)(例如10 ℃以下)，滲透液黏度大，分子運(yùn)動(dòng)速度慢，滲透速度慢，表面張力大，導(dǎo)致滲透劑滲入缺陷能力下降，最終影響缺陷的檢出率和檢測(cè)靈敏度。

對(duì)于低溫條件下的滲透檢測(cè)工藝，不同的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)給出了詳細(xì)的對(duì)比鑒定要求。例如ASME(美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì))標(biāo)準(zhǔn)中針對(duì)檢測(cè)溫度低于 10 ℃時(shí)，需要在鋁合金對(duì)比試塊上進(jìn)行檢驗(yàn)技術(shù)的鑒定。

但是在核電系統(tǒng)的無(wú)損檢驗(yàn)工作中，會(huì)遇到因管道冷卻介質(zhì)導(dǎo)致的被檢測(cè)工件表面溫度過(guò)低，且場(chǎng)所環(huán)境溫度過(guò)高、濕度過(guò)大的工況。如 CPR1000電站DEL(電氣廠房冷卻水系統(tǒng))系統(tǒng)電氣廠房冷卻水系統(tǒng)管道焊縫，因其管道內(nèi)部流體溫度低，而外部環(huán)境溫度高，尤其在夏季潮濕的天氣環(huán)境時(shí)，管道上因空氣冷凝始終掛著水珠，影響滲透檢測(cè)的實(shí)施及檢測(cè)靈敏度。

因此，為了研究該工況條件下的滲透檢測(cè)工藝參數(shù)及檢測(cè)注意事項(xiàng)，保證檢測(cè)結(jié)果的可靠性，筆者通過(guò)分析不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)低溫條件下滲透檢測(cè)工藝的詳細(xì)要求，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)擬制定出一套滿足現(xiàn)場(chǎng)工況的滲透檢測(cè)工藝。

1 核電廠常用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)低溫條件下滲透檢測(cè)的規(guī)定

1.1 RCC-M 標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求及試驗(yàn)驗(yàn)證

RCC-M MC 《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則 力學(xué)性能試驗(yàn)方法》 滲透檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的主要參考標(biāo)準(zhǔn)為NF A09-120 《滲透檢測(cè)的一般要求》。但部分內(nèi)容仍然按照RCC-M MC 4200章節(jié)的相關(guān)要求執(zhí)行。

RCC-M MC規(guī)定滲透檢測(cè)過(guò)程中，被檢測(cè)零件和滲透劑系統(tǒng)(包括滲透劑、清洗劑、顯像劑)的溫度應(yīng)始終保持在10～50 ℃。檢測(cè)前需要對(duì)被檢測(cè)工件表面以及滲透劑系統(tǒng)進(jìn)行溫度測(cè)量，而實(shí)際上滲透劑系統(tǒng)的溫度測(cè)量容易被忽略，一般主要進(jìn)行檢測(cè)工件表面的溫度測(cè)量。當(dāng)滲透劑系統(tǒng)溫度低于標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)，可以采用加熱的方式提高其溫度，但是不允許用火焰直接加熱，一般可以放在溫度不超過(guò) 30 ℃的水中進(jìn)行加熱。

在低溫條件下，RCC-M MC標(biāo)準(zhǔn)允許的最低檢測(cè)溫度為5 ℃。當(dāng)檢驗(yàn)溫度為5～10 ℃時(shí),特殊檢驗(yàn)情況(RCC-M MC定義為低溫下的滲透檢測(cè))必須滿足以下操作要求：施加顯示劑時(shí)，應(yīng)使用噴霧罐進(jìn)行施加；在使用時(shí)，顯像劑的溫度大約為20 ℃。此外，干燥過(guò)程應(yīng)使用風(fēng)吹加速干燥；如果可能則吹熱風(fēng)， 但是被檢件表面溫度不得超過(guò)50 ℃。

(1) RCC-M標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)于低溫下的檢測(cè)不需要進(jìn)行對(duì)比鑒定試驗(yàn)， 對(duì)于顯像劑的施加方法和溫度要求提出了詳細(xì)要求。

(2) 在任何溫度條件下，滲透時(shí)間至少為20 min，不區(qū)分低溫和常溫條件下滲透時(shí)間的差異。

(3) 檢測(cè)溫度低于5 ℃時(shí)，不允許進(jìn)行檢測(cè)。

(4) 對(duì)顯像劑的干燥過(guò)程，提出了加速干燥的方法及溫度要求。

為了驗(yàn)證低溫條件下標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測(cè)靈敏度和操作工藝的正確性，擬采用同一缺陷試塊(B型鍍鉻裂紋試塊)分別在低溫條件和標(biāo)準(zhǔn)溫度范圍進(jìn)行檢測(cè)工藝驗(yàn)證，其檢測(cè)結(jié)果如表1 所示。

表1 RCC-M MC標(biāo)準(zhǔn)下滲透檢測(cè)對(duì)比試驗(yàn)條件

1.2 ASME 標(biāo)準(zhǔn)要求及驗(yàn)證試驗(yàn)

在ASME 標(biāo)準(zhǔn)第V卷 《鍋爐及壓力容器規(guī)范 第V卷 無(wú)損檢測(cè)》(2004)標(biāo)準(zhǔn)T-652章節(jié)明確規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下，滲透劑系統(tǒng)和被檢測(cè)零件的表面溫度在整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中都為10～52 ℃。檢測(cè)過(guò)程中允許進(jìn)行局部的加熱或冷卻，但零件的溫度必須保持在10～52 ℃。當(dāng)檢驗(yàn)溫度不在標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下時(shí)，則需要對(duì)其他溫度檢驗(yàn)方法進(jìn)行鑒定， 即利用對(duì)比試塊進(jìn)行鑒定。

在標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下，ASME標(biāo)準(zhǔn)第V卷給出了不同材料、不同成型方式、不同缺陷類型所需要的最小滲透時(shí)間。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下，當(dāng)檢驗(yàn)溫度低于10 ℃時(shí)，其檢測(cè)工藝參數(shù)(滲透時(shí)間、干燥時(shí)間、顯像時(shí)間等)需要在低溫條件下用對(duì)比試塊進(jìn)行鑒定試驗(yàn)。在低溫條件下，試塊上顯示的痕跡和標(biāo)準(zhǔn)溫度范圍檢驗(yàn)時(shí)的痕跡基本相同，則可認(rèn)為該低溫條件下的滲透檢測(cè)工藝是經(jīng)過(guò)鑒定且可行的，允許現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

(1) ASME 標(biāo)準(zhǔn)第V卷標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，非標(biāo)準(zhǔn)溫度范圍下的檢測(cè)需要進(jìn)行對(duì)比鑒定試驗(yàn)。

(2) 滲透檢測(cè)工藝參數(shù)(滲透時(shí)間、干燥時(shí)間、顯像時(shí)間等)的要求應(yīng)同時(shí)滿足ASME第V卷表T-672(標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下的要求)，及非標(biāo)準(zhǔn)溫度下檢測(cè)工藝鑒定的結(jié)果。

(3) 非標(biāo)準(zhǔn)溫度下的滲透檢測(cè)需要滿足技術(shù)鑒定要求，與標(biāo)準(zhǔn)溫度下得到的痕跡顯示基本相同。為了驗(yàn)證不同溫度條件下相同檢測(cè)工藝檢測(cè)結(jié)果的差異，擬采用同一缺陷試塊(B型鍍鉻裂紋試塊)分別在3種不同溫度條件下進(jìn)行檢測(cè)工藝驗(yàn)證，其檢測(cè)結(jié)果如表 2 所示。

表2 ASME標(biāo)準(zhǔn)不同溫度下的滲透檢測(cè)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

為了進(jìn)一步對(duì) 3，9,15 ℃溫度條件下的滲透檢測(cè)工藝操作方法進(jìn)行鑒定， 在鋁合金對(duì)比試塊上按照ASME標(biāo)準(zhǔn)低溫條件下滲透檢測(cè)操作的鑒定要求，按照上述滲透檢測(cè)工藝,在9 ℃和3 ℃兩種低溫條件下進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試塊的檢測(cè)溫度為15 ℃。

(1) 標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下，15 ℃試塊的痕跡顯示清晰可見(jiàn)。

(2) 在9 ℃條件下試塊上痕跡顯示(見(jiàn)圖1)明顯優(yōu)于3 ℃檢測(cè)溫度條件下的(見(jiàn)圖2)。

圖1 9 ℃檢測(cè)溫度條件下的對(duì)比試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

圖2 3 ℃檢測(cè)溫度條件下的對(duì)比試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

1.3 標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)

當(dāng)規(guī)定按照RCC-M MC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通過(guò)上述標(biāo)準(zhǔn)分析及試驗(yàn)結(jié)果，得出以下結(jié)果。

(1) RCC-M MC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的低溫條件下(5～10 ℃)的檢測(cè)工藝參數(shù)(顯像劑施加方法及溫度、干燥要求等)可以滿足檢測(cè)靈敏度要求(都為3處裂紋顯示)。

(2) RCC-M MC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測(cè)工藝更具有可操作性且應(yīng)用靈活，更符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用。

(3) 顯像劑溫度要求在20 ℃左右有利于顯像劑噴出時(shí)呈霧狀，顯像涂層薄而均勻。

當(dāng)規(guī)定按照ASME第V卷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通過(guò)上述標(biāo)準(zhǔn)分析及試驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論。

(1) 同一滲透檢測(cè)工藝條件下，隨著溫度的降低，檢測(cè)靈敏度、缺陷顯示清晰度降低。

(2) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的低溫條件下的鑒定方法往往與實(shí)際檢測(cè)情況不符， 影響低溫鑒定技術(shù)的可操作性。例如，標(biāo)準(zhǔn)要求將試塊及所有滲透材料都冷卻到預(yù)定溫度，但是實(shí)際上面臨的更多情況為被檢工件表面溫度低于標(biāo)準(zhǔn)溫度，而滲透材料表面溫度處于正常溫度范圍(10～52 ℃)內(nèi)。

(3) ASME 標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)行非標(biāo)溫度下檢驗(yàn)工藝的鑒定，可操作性、應(yīng)用靈活性不如RCC-M標(biāo)準(zhǔn)的。但是ASME標(biāo)準(zhǔn)可以對(duì)低于5 ℃條件下的工件進(jìn)行滲透檢測(cè)，而 RCC-M標(biāo)準(zhǔn)則無(wú)相關(guān)規(guī)定。

(4) 溶劑懸浮顯像劑在溫度較低時(shí)的分散性差，噴出的顯像劑呈顆粒狀，難以形成薄而均勻的涂層。

2 表面凝水對(duì)滲透檢測(cè)的影響

試驗(yàn)中采用的滲透檢測(cè)方法為溶劑去除型著色法，常用的著色滲透劑型號(hào)有 DPT-5、DPT-8、核工牌、船牌等。

對(duì)于滲透劑性能來(lái)說(shuō)，一般要求其具有一定的容水量，水的含量不低于5%(體積分?jǐn)?shù))。滲透劑的容水量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致滲透劑出現(xiàn)凝膠、混濁、相對(duì)濃度降低等影響檢測(cè)靈敏度的現(xiàn)象。因此，在實(shí)際檢測(cè)時(shí)，隨著滲透時(shí)間的增加，在檢測(cè)工件表面溫度過(guò)低，且場(chǎng)所環(huán)境溫度過(guò)高、濕度過(guò)大的工況條件下，檢測(cè)工件表面的凝水將影響滲透檢測(cè)的滲透效果。

正常情況下，干燥溫度、干燥時(shí)間不能太長(zhǎng)，否則缺陷中的滲透劑容易被烘干，不能形成缺陷顯示。同時(shí)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中一般規(guī)定采用溶劑去除型著色法，在室溫下進(jìn)行自然干燥，因此為了保證表面干燥狀態(tài)滿足要求，同時(shí)干燥時(shí)間不能太長(zhǎng)，干燥過(guò)程建議增加室溫下壓縮空氣并進(jìn)行吹干。

對(duì)于最后的顯像過(guò)程，溶劑懸浮顯像劑在使用前應(yīng)充分均勻攪拌，壓力噴罐應(yīng)充分搖晃，保證顯像劑粉末處于分散狀態(tài)，最終形成薄而均勻的覆蓋層。顯像劑施加前，表面水分子的存在將會(huì)影響顯像劑的成型，另外，顯像劑可以增加表面水珠的潤(rùn)濕能力(見(jiàn)圖3)，影響顯像質(zhì)量。再者，顯像劑成型后，顯像過(guò)程中，檢測(cè)表面對(duì)水分的吸收對(duì)顯像劑覆蓋層同樣存在影響(見(jiàn)圖4)。

圖3 顯像劑對(duì)表面水珠潤(rùn)濕能力的影響照片

圖4 顯像劑對(duì)表面水珠潤(rùn)濕能力的影響照片

3 檢測(cè)工藝優(yōu)化及注意事項(xiàng)

3.1 檢測(cè)工藝優(yōu)化措施

通過(guò)上述章節(jié)的理論分析及試驗(yàn)可知，為了解決DEL系統(tǒng)電氣廠房冷卻水系統(tǒng)管道焊縫的滲透檢測(cè)問(wèn)題，重點(diǎn)就是減少表面凝水量。

方法一：對(duì)管道內(nèi)部介質(zhì)進(jìn)行排空隔離。

方法二：在不能排空隔離的條件下，應(yīng)提高檢測(cè)表面的溫度，減少與周圍環(huán)境的溫差，同時(shí)盡量降低空氣濕度。

對(duì)于在運(yùn)核電機(jī)組的檢測(cè)，方法二更貼近實(shí)際情況。因此,可以考慮采用局部加熱的方式提高檢測(cè)表面的溫度，降低與周圍環(huán)境的溫度差。應(yīng)在較短時(shí)間內(nèi)盡快完成所有的檢測(cè)過(guò)程，避免溫度降低對(duì)檢測(cè)的影響。此時(shí)的檢測(cè)屬于正常標(biāo)準(zhǔn)溫度范圍內(nèi)的檢測(cè)，不需要進(jìn)行鑒定試驗(yàn)或者有其他特殊要求[2]。

當(dāng)無(wú)法進(jìn)行局部加熱，工件表面的溫度低于10 ℃(低溫檢測(cè)條件)的檢測(cè)狀態(tài)下，檢測(cè)工藝參數(shù)可以參考 RCC-M MC標(biāo)準(zhǔn)的低溫條件工藝要求。但是為了盡量提高表面溫度，降低溫差，建議滲透劑施加時(shí)溶劑溫度保持在30～50 ℃。滲透時(shí)間為20 min左右，在保證檢測(cè)靈敏度的前提條件下，為了避免溫度降低，不建議滲透時(shí)間太長(zhǎng)。

在整個(gè)滲透時(shí)間內(nèi)，檢測(cè)表面的溫度盡量不低于10 ℃，若低于10 ℃則需要提高滲透劑的溫度。干燥過(guò)程要在室溫條件下壓縮空氣進(jìn)行吹干，盡量不要用熱風(fēng)進(jìn)行加熱干燥，避免缺陷內(nèi)滲透劑干涸。施加顯像劑時(shí)，懸浮粉末溫度為20～30 ℃(30 ℃是出于壓力噴罐安全方面的考慮，實(shí)際上懸浮粉末溫度越高越有利于降低溫差)，采用噴罐的方式進(jìn)行施加，并同時(shí)采用壓縮空氣或熱風(fēng)進(jìn)行加速干燥，干燥過(guò)程表面溫度不能超過(guò)50 ℃。顯像劑一干，就持續(xù)觀察表面缺陷的形成并進(jìn)行詳細(xì)記錄。

按照上述方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)工藝靈敏度試驗(yàn)滿足要求，檢測(cè)實(shí)施效果良好。

3.2 相關(guān)注意事項(xiàng)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)前，首先要確認(rèn)焊縫的滲透檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，如果要求按照RCC-M MC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，則完全可以按照上述操作工藝執(zhí)行。如果要求按照ASME標(biāo)準(zhǔn)第V卷進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于低溫條件下的檢驗(yàn)技術(shù)鑒定方法，則無(wú)法提高被檢表面的溫度，所有滲透劑都處于低溫條件，與上述所闡述的工藝參數(shù)及操作要求嚴(yán)重不符，因此唯一的辦法就是對(duì)被檢表面進(jìn)行局部加熱來(lái)減小溫度差對(duì)凝水的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

RCC-M MC標(biāo)準(zhǔn)提出5～10 ℃為低溫下的檢測(cè)溫度范圍，并且給出了相關(guān)操作的詳細(xì)工藝要求；而對(duì)于ASME標(biāo)準(zhǔn)，凡是低于10 ℃的檢測(cè)溫度,定義為低溫條件，需要在鋁合金對(duì)比試塊上進(jìn)行檢測(cè)工藝鑒定。同樣也看出不同標(biāo)準(zhǔn)的核心思想不同，ASME標(biāo)準(zhǔn)著重以實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果為主，不會(huì)給出經(jīng)驗(yàn)性或者固定的工藝參數(shù)要求，而RCC-M標(biāo)準(zhǔn)是結(jié)合ASME標(biāo)準(zhǔn)+法國(guó)核電運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)綜合形成，具有一定應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，操作性強(qiáng)，在一定程度上降低了檢測(cè)人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)理解的要求。

通過(guò)上述試驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)分析可知，對(duì)于低溫條件下的滲透檢測(cè)工作,首先應(yīng)確認(rèn)所采用標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定的低溫范圍，同時(shí)檢測(cè)者應(yīng)清楚，在低溫條件下時(shí)除面臨滲透檢測(cè)工藝不同以外，對(duì)零件進(jìn)行滲透檢測(cè)會(huì)遇到以下問(wèn)題[3]。

(1) 被檢表面存在濕氣或結(jié)冰。

(2) 溶劑及非水基式顯像劑的揮發(fā)率較低。

(3) 使用顯像劑噴罐時(shí)，噴霧不均，有小水滴，影響顯像質(zhì)量。

(4) 某些滲透劑可能產(chǎn)生沉淀。

因此，檢測(cè)前應(yīng)排除上述存在的障礙。對(duì)于工件表面可以采用局部加熱(火焰、電加熱、熱空氣等)的方式提高表面溫度，蒸發(fā)表面的水分或者使用易揮發(fā)的清洗溶劑，如丙酮等,在施加滲透劑之前用丙酮擦拭檢測(cè)表面。對(duì)于滲透劑、顯像劑應(yīng)進(jìn)行加熱，避免發(fā)生物理和化學(xué)變化，同時(shí)要保證其檢測(cè)劑性能如常溫狀態(tài)的一樣有效。

當(dāng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)不同時(shí)，執(zhí)行的檢測(cè)工藝要求也不同，文中結(jié)合RCC-M標(biāo)準(zhǔn),針對(duì)高溫環(huán)境、低溫介質(zhì)的檢測(cè)條件制定了詳細(xì)的檢測(cè)工藝及處理方法，可以很好地解決現(xiàn)場(chǎng)面臨的實(shí)際困難，具有一定的借鑒意義。

參考文件：

[1] 胡學(xué)知. 滲透檢測(cè)[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007.

[2] 肖仲誼，汪揚(yáng).低溫條件下滲透檢測(cè)工藝改進(jìn)措施[J].安裝，2011(4)：30-31.

[3] 楊志偉.低溫環(huán)境下滲透檢測(cè)靈敏度的提高[J].無(wú)損檢測(cè)，2006,28(8)：423-425.