高溫環(huán)境、低溫介質(zhì)條件下核電廠管道焊縫滲透檢測工藝解析

現(xiàn)場滲透檢測時，往往會遇到焊縫溫度低于標(biāo)準(zhǔn)溫度范圍(低溫條件)，且環(huán)境溫度較高、環(huán)境濕度較大的特殊檢測情況。對于這類高溫環(huán)境、低溫介質(zhì)條件下的滲透檢測，不僅要考慮低溫條件對檢測工藝及操作方法的影響，同時還要考慮外部高溫環(huán)境對焊縫表面狀態(tài)的影響。滲透檢測是利用毛細(xì)作用檢查非多孔性材料的表面開口性缺陷，所使用的滲透劑性能受溫度變化的影響較大。滲透檢測標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測溫度范圍為10~50℃（個別標(biāo)準(zhǔn)為5~50℃）。當(dāng)溫度低于標(biāo)準(zhǔn)溫度時（例如10℃以下），滲透液黏度大，分子運(yùn)動速度慢，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靈敏度。對于低溫條件下的滲透檢測工藝，不同的檢測標(biāo)準(zhǔn)給出了詳細(xì)的對比鑒定要求。例如ASME標(biāo)準(zhǔn)中針對檢測溫度低于10℃時，需要在鋁合金對比試塊上進(jìn)行檢驗(yàn)技術(shù)的鑒定。但是在核電系統(tǒng)的無損檢驗(yàn)工作中，會遇到因管道冷卻介質(zhì)導(dǎo)致的被檢測工件表面溫度過低，且場所環(huán)境溫度過高、濕度過大的工況。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，管道上因空氣冷凝始終掛著水珠，影響滲透檢測的實(shí)施及檢測靈敏度。為了研究該工況條件下的滲透檢測工藝參數(shù)及檢測注意事項(xiàng)，保證檢測結(jié)果的可靠性，陽江核電有限公司的檢測人員通過分析不同標(biāo)準(zhǔn)對低溫條件下滲透檢測工藝的詳細(xì)要求，同時結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際工況，通過相關(guān)試驗(yàn)擬制定出一套滿足現(xiàn)場工況的滲透檢測工藝。核電廠常用標(biāo)準(zhǔn)對低溫條件下滲透檢測的規(guī)定01RCC-M標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求及試驗(yàn)驗(yàn)證RCC-MMC《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計和建造規(guī)則力學(xué)性能試驗(yàn)方法》滲透檢測標(biāo)準(zhǔn)的主要參考標(biāo)準(zhǔn)為NFA09-120《滲透檢測的一般要求》。但部分內(nèi)容仍然按照RCC-MMC4200章節(jié)的相關(guān)要求執(zhí)行。RCC-MMC規(guī)定滲透檢測過程中，被檢測零件和滲透劑系統(tǒng)（包括滲透劑、清洗劑、顯像劑）的溫度應(yīng)始終保持在10~50℃。檢測前需要對被檢測工件表面以及滲透劑系統(tǒng)進(jìn)行溫度測量，而實(shí)際上滲透劑系統(tǒng)的溫度測量容易被忽略，一般主要進(jìn)行檢測工件表面的溫度測量。當(dāng)滲透劑系統(tǒng)溫度低于標(biāo)準(zhǔn)溫度時，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30℃的水中進(jìn)行加熱。在低溫條件下，RCC-MMC標(biāo)準(zhǔn)允許的最低檢測溫度為5℃。當(dāng)檢驗(yàn)溫度為5~10℃時，特殊檢驗(yàn)情況（RCC-MMC定義為低溫下的滲透檢測）必須滿足以下操作要求：施加顯示劑時，應(yīng)使用噴霧罐進(jìn)行施加；在使用時，顯像劑的溫度大約為20℃。此外，干燥過程應(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50℃。1RCC-M標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對于低溫下的檢測不需要進(jìn)行對比鑒定試驗(yàn)，對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，滲透時間至少為20min，不區(qū)分低溫和常溫條件下滲透時間的差異。3檢測溫度低于5℃時，不允許進(jìn)行檢測。4對顯像劑的干燥過程，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)行檢測工藝驗(yàn)證，其檢測結(jié)果如表1所示。表1RCC-MMC標(biāo)準(zhǔn)下滲透檢測對比試驗(yàn)條件02ASME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卷無損檢測》（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)和被檢測零件的表面溫度在整個檢測過程中都為10~52℃。檢測過程中允許進(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，則需要對其他溫度檢驗(yàn)方法進(jìn)行鑒定，即利用對比試塊進(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間。對于非標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下，當(dāng)檢驗(yàn)溫度低于10℃時，其檢測工藝參數(shù)（滲透時間、干燥時間、顯像時間等）需要在低溫條件下用對比試塊進(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)時的痕跡基本相同，則可認(rèn)為該低溫條件下的滲透檢測工藝是經(jīng)過鑒定且可行的，允許現(xiàn)場應(yīng)用。1ASME標(biāo)準(zhǔn)第V卷標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，非標(biāo)準(zhǔn)溫度范圍下的檢測需要進(jìn)行對比鑒定試驗(yàn)。2滲透檢測工藝參數(shù)（滲透時間、干燥時間、顯像時間等）的要求應(yīng)同時滿足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)溫度下檢測工藝鑒定的結(jié)果。3非標(biāo)準(zhǔn)溫度下的滲透檢測需要滿足技術(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工藝檢測結(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)行檢測工藝驗(yàn)證，其檢測結(jié)果如表2所示。表2ASME標(biāo)準(zhǔn)不同溫度下的滲透檢測對比試驗(yàn)結(jié)果為了進(jìn)一步對3，9，15℃溫度條件下的滲透檢測工藝操作方法進(jìn)行鑒定，在鋁合金對比試塊上按照ASME標(biāo)準(zhǔn)低溫條件下滲透檢測操作的鑒定要求，按照上述滲透檢測工藝，在9℃和3℃兩種低溫條件下進(jìn)行對比試驗(yàn)，試塊的檢測溫度為15℃。(1)標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下，15℃試塊的痕跡顯示清晰可見。(2)在9℃條件下試塊上痕跡顯示明顯優(yōu)于3℃檢測溫度條件下的痕跡顯示。圖19℃檢測溫度條件下的對比試驗(yàn)現(xiàn)場圖23℃檢測溫度條件下的對比試驗(yàn)現(xiàn)場03標(biāo)準(zhǔn)比對當(dāng)規(guī)定按照RCC-MMC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測時，通過上述標(biāo)準(zhǔn)分析及試驗(yàn)結(jié)果，得出以下結(jié)果：1RCC-MMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的低溫條件下(5~10℃)的檢測工藝參數(shù)(顯像劑施加方法及溫度、干燥要求等)可以滿足檢測靈敏度要求(都為3處裂紋顯示)。2RCC-MMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測工藝更具有可操作性且應(yīng)用靈活，更符合現(xiàn)場實(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)行檢測時，通過上述標(biāo)準(zhǔn)分析及試驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論：1同一滲透檢測工藝條件下，隨著溫度的降低，檢測靈敏度、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)。3ASME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)。但是ASME標(biāo)準(zhǔn)可以對低于5℃條件下的工件進(jìn)行滲透檢測，而RCC-M標(biāo)準(zhǔn)則無相關(guān)規(guī)定。4溶劑懸浮顯像劑在溫度較低時的分散性差，噴出的顯像劑呈顆粒狀，難以形成薄而均勻的涂層。表面凝水對滲透檢測的影響試驗(yàn)中采用的滲透檢測方法為溶劑去除型著色法，常用的著色滲透劑型號有DPT-5、DPT-8、核工牌、船牌等。對于滲透劑性能來說，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))。滲透劑的容水量過大會導(dǎo)致滲透劑出現(xiàn)凝膠、混濁、相對濃度降低等影響檢測靈敏度的現(xiàn)象。因此，在實(shí)際檢測時，隨著滲透時間的增加，在檢測工件表面溫度過低，且場所環(huán)境溫度過高、濕度過大的工況條件下，檢測工件表面的凝水將影響滲透檢測的滲透效果。正常情況下，干燥溫度、干燥時間不能太長，否則缺陷中的滲透劑容易被烘干，不能形成缺陷顯示。同時，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，同時干燥時間不能太長，干燥過程建議增加室溫下壓縮空氣并進(jìn)行吹干。對于最后的顯像過程，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影響顯像劑的成型，另外，顯像劑可以增加表面水珠的潤濕能力(見圖3)，影響顯像質(zhì)量。再者，顯像劑成型后，顯像過程中，檢測表面對水分的吸收對顯像劑覆蓋層同樣存在影響(見圖4)。圖3顯像劑對表面水珠潤濕能力的影響照片圖4顯像劑對表面水珠潤濕能力的影響照片檢測工藝優(yōu)化及注意事項(xiàng)1檢測工藝優(yōu)化措施通過上述理論分析及試驗(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問題，重點(diǎn)就是減少表面凝水量。方法一：對管道內(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)提高檢測表面的溫度，減少與周圍環(huán)境的溫差，同時盡量降低空氣濕度。對于在運(yùn)核電機(jī)組的檢測，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表面的溫度，降低與周圍環(huán)境的溫度差。應(yīng)在較短時間內(nèi)盡快完成所有的檢測過程，避免溫度降低對檢測的影響。此時的檢測屬于正常標(biāo)準(zhǔn)溫度范圍內(nèi)的檢測，不需要進(jìn)行鑒定試驗(yàn)或者有其他特殊要求。當(dāng)無法進(jìn)行局部加熱，工件表面的溫度低于10℃(低溫檢測條件)的檢測狀態(tài)下，檢測工藝參數(shù)可以參考RCC-MMC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，建議滲透劑施加時溶劑溫度保持在30~50℃。滲透時間為20min左右，在保證檢測靈敏度的前提條件下，為了避免溫度降低，不建議滲透時間太長。在整個滲透時間內(nèi)，檢測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，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，并同時采用壓縮空氣或熱風(fēng)進(jìn)行加速干燥，干燥過程表面溫度不能超過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)場檢測時，檢測工藝靈敏度試驗(yàn)滿足要求，檢測實(shí)施效果良好。2

相關(guān)注意事項(xiàng)現(xiàn)場檢測前，首先要確認(rèn)焊縫的滲透檢測標(biāo)準(zhǔn)，如果要求按照RCC-MMC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，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，對于低溫條件下的檢驗(yàn)技術(shù)鑒定方法，則無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被檢表面進(jìn)行局部加熱來減小溫度差對凝水的影響。

結(jié)語RCC-MMC標(biāo)準(zhǔn)提出5~10℃為低溫下的檢測溫度范圍，并且給出了相關(guān)操作的詳細(xì)工藝要求；而對于ASME標(biāo)準(zhǔn)，凡是低于10℃的檢測溫度，定義為低溫條件，需要在鋁合金對比試塊上進(jìn)行檢測工藝鑒定。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人員對標(biāo)準(zhǔn)理解的要求。通過上述試驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)分析可知，對于低溫條件下的滲透檢測工作，首先應(yīng)確認(rèn)所采用標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定的低溫范圍，同時檢測者應(yīng)清楚，在低溫條件下時除面臨滲透檢測工藝不同以外，對零件進(jìn)行滲透檢測會遇到以下問題：(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，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