核电站无损检测方法

刘杰

摘要：随着我国社会经济的快速发展，我国核电厂发展规模也逐渐扩大，本文介绍了核电站无损检查的概论、分类、检查方法及在电站的一些应用

关键词：核电站；无损；检测

一、无损检测概论

无损检测：Non-destructive Testing（NDT）不损害被检对象未来用途和功能，应用各种技术方法对被检件表面和内部质量做出评价所进行的检测。

无损检测的分类

目视检测（VT）；渗透检测（PT）；磁粉检测（MT）；

射线检测（RT）；超声波检测（UT）；涡流检测（ET）；声发射检测（AE）

二、目视检测

目视检测是指用人的眼睛或借助于光学仪器对工业产品表面观察或测量的一种无损检测方法。

目视检测的分类：

VT-1缺陷检查：探测部件表面的不连续性和瑕疵，包括裂纹、磨损、腐蚀等；可以采用直接目视检查技术，也可采用间接目视检查技术；

VT-2泄漏检查：用于在系统压力试验或系统功能试验时检查带压设备的漏迹位置，或检查带有或不带有泄漏收集系统的设备上的异常漏迹位置；一般采用直接目视检查技术；

VT-3完整性检查：用于检验部件和其支承件的机械或结构状况，如是否有零件松动、丢失、碎片、腐蚀以及螺栓连接处或焊接连接处的完整性是否受到损伤；可以采用直接目视检查技术，也可采用间接目视检查技术；

目视检查在核电站的应用：压力容器的外部检查、内部检查；压力管道的外部检查；汽机部件的检查；其它金属部件的检查。注意事项：法规以外的设备目视（内窥镜）检查由专业自主实施，无需取得目视资格证书。

三、渗透检测

渗透检测的原理：零件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透液后，在毛细管作用下，经过一定时间，渗透液能够渗进表面开口的缺陷中；去除零件表面多余的渗透液后，再在零件表面施涂显像剂，同样，在毛细管作用下，显像剂将吸引缺陷中保留的渗透液，渗透液回渗到显像剂中；在一定的光源下（紫外线光或白光），缺陷处的渗透液痕迹被显示（成黄绿色荧光或鲜艳红色），从而探测出缺陷的形貌及分布状态。

渗透检测的步骤：渗透－－清洗－－显像－－观察

渗透检测的适用范围：可用于除疏松多孔性材料外的任何材料。工程材料中，疏松多孔性材料很少。大部分材料，包括钢铁、有色金属 、陶瓷、塑料等都是非多孔性材料。所以渗透检测的适应性是最广泛的。

渗透检测的局限性：受试件表面粗糙度影响大，表面粗糙度值越低，渗透检测效果越好；只可以检测出表面开口的缺陷，对埋藏缺陷或闭合的缺陷无法检出；检测工序多，速度慢。即使很小的部件，全部工序也需20～30分钟 ；检测灵敏度比磁粉检测低；检测剂大多易燃有毒，必须采取有效措施保证安全，应做好防火、通风，及对眼睛和皮肤的保护。

四、磁粉检测

磁粉检测的原理：铁磁性材料的工件被磁化后，如果存在缺陷（不连续性），则使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，同时在磁化的工件表面施加磁粉，漏磁场会吸附工件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出缺陷的位置、形状和大小。

磁粉探伤适用于铁磁性材料（各种碳钢、低合金钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、镍及镍合金）表面和近表面尺寸很小、间隙极窄的缺陷。不适用奥氏体不锈钢、钛及钛合金、铝及铝合金、铜及铜合金。由于磁粉探伤对铁磁性材料工件的表面和近表面有很高的检测灵敏度，可发现微米级宽度的小缺陷，所以对铁磁性材料工件的表面和近表面缺陷的检测，优先选用磁粉检测，确因工件结构形状等原因不能使用磁粉检测时，方可使用其它方法。

磁粉检测的局限性：只能检测铁磁性材料。不能检测奥氏体不锈钢材料及非铁磁性材料；只可以检测出表面和近表面缺陷，不能检测内部缺陷；工件的形状尺寸对探伤有影响，有时因难以磁化而无法探伤，有时受几何形状影响，易产生非相关显示。磁粉检查需要现场使用磁悬液（磁粉膏加入水中混合），现场使用时存在一定的不便。

五、射线检测

射线在穿透物体过程中会与物质发生相互作用，因吸收和散射而使强度减弱。强度衰减程度取决于物质的衰减系数和射线在物质中穿越的厚度。如果被透照物体（试件）的局部存在缺陷，则该局部区域的透过射线强度就会与周围产生差异。把胶片放在适当位置使其在透过射线的作用下感光，经过暗室处理后得到底片。底片上各点的黑度变化取决于射线照射量（射线强度×照射时间），由于缺陷部位和完好部位的透射射线强度不同，底片上相应部位就会出现黑度差异（对比度），从而构成不同形状的影像，评片人员据此判断缺陷情况并评价试件质量。

CR检测：入射到成像板的X射线量子被成像板内的荧光体吸收，释放出电子。其中一部分电子散布在荧光体内呈半稳定状态，形成潜影。当用激光照射已形成的潜影时，半稳定状态的电子转变为光量子，即发生光激发发光现象。光量子随即由光电倍增管检测并转换为电信号。这些代表模拟信息的电信号再经A/D转换为数字信号。然后，数字信号被传输到存储与显示单元中作进一步处理。

数字射线检测技术DR：数字射线检测技术是直接用数字式电子元器件获得数字图像的射线检测技术。DR技术－直接利用数字成像器件实现射线透照成像的技术。CT检测技术－计算机层析成像，不同于DR成像，形成物体断面图像，可用于对缺陷精度定位。

常规射线探伤工作涉及底片质量，需要管道排空液体介质；由于射线能量及数字射线成像面板的限制，DR检查只适用于直径168mm及以下的管道及阀门。

六、超声波检测

超声波检测的原理：超声波是指频率大于20000Hz的声波。用于检测的超声波主要是频率为1－5 MHz范围的声波。超声波检测可分为超声波探伤和超声波测厚。超声波探伤用的最多的是脉冲反射法。把超声波射入被检物的一面，如果内部存在缺陷，超声波遇到缺陷后会反射， 然后在同一面接收从缺陷处反射回来的回波，根据回波的情况来判断缺陷。

超声波检测的优点：面积型缺陷的检出率较高。适合检测厚度较大的工件。应用范围广泛检测成本低、速度快、仪器体积小，重量轻，现场使用方便。对缺陷在工件厚度方向上的定位较准确。

超声波检测的局限性：不适宜检测较薄的工件；无法得到缺陷直观图像，定性困难；检测结果无直接见证记录；材质、晶粒度对探伤有影响。晶粒粗大的材料如奥氏体不锈钢不宜用超声波进行探伤；工件不规则的外形和一些结构会影响检测；不平或粗糙的表面会影响耦合和扫查，从而影响检测精度和可靠性。

超声波检测大部分情况无需系统排空介质；基于RCC-M标准压力管道焊缝的超声波检验，必须提前预留制作试块的管材，需要制作带有刻槽缺陷的对比试块方可实施。超声检查对于奥氏体不锈钢和铸件的检查因材料晶粒粗大对小缺陷的检出存在很大的局限性。

七、涡流检测

涡流检测的原理：涡流检测的理论基础是电磁感应原理。金属材料在交变磁场作用下产生涡流（感应生出的交流电）。涡流所产生的交流磁场也产生磁力线，而磁力线又在线圈感生出交流电，如涡流变化了，这部分电流也发生变化。测定电流的变化，就可以测得涡流的变化，就可以取得关于试件材质、缺陷和形状尺寸等信息。

涡流检测的优点：适用于各种导电材质的试件探伤，包括各种钢、钛、镍、铝、铜及其合金；可以检出表面和近表面缺陷；探测结果以电信号输出，容易实现自动化检测；由于采用非接触式检测，所以检测速度很快。

涡流检测的局限性：对形状复杂的工件很难应用；不能显示缺陷图形，因此无法从显示信号判断缺陷性质；检测结果无直接见证记录；检测干扰因素较多，容易引起杂乱信号；由于集肤效应，埋藏较深的缺陷无法检出；不能用于不导电的材料。

涡流检测在核电站的应用：常规岛冷凝器钛管的检查；核岛蒸发器传热管的检查。参考文献

[1]彭志珍，压水堆核电站在役检查常用无损检测方法简介，科技资讯，2012年第8期

[2]宋沁，超声波无损检测新技术在核电领域的未来图景，中国科技纵横，2019年第16期