核电站中的无损检测方法及其选择原则

王丛旭

摘要：无损检测（简称NDT）是指对材料或工件实施一种不损害或不影响其未来使用性能或用途的检测手段。通过使用NDT，能发现材料或工件内部和表面所存在的缺欠，能测量工件的几何特征和尺寸等。NDT能应用于产品设计、材料选择、加工制造、成品检验、在役检查（维修保养）等多方面，在质量控制与降低成本之间能起最优化作用，NDT还有助于保证产品的安全运行和（或）有效使用。

关键词：核电站；无损检测；方法及选择原则

1 无损检测技术的检测方法

利用无损检测技术来进行核电领域检测作业时，是以不损坏被检测对象的使用性能为前提，运用物理、化学及材料等理论为基础，对设备零部件进行有效的检验，主要是对设备的外部进行检测，对设备的表面和外观来进行检测，对设备的体积来进行检测等等。对设备的零件来进行检测，看构成设备的细小零件安全性，看零件和设备是否出现松动和损坏现象，看元件是否出现松动和侵蚀现象，保证设备元件的完整性。对于表面的检验工作来说，可以利用磁粉来与液体渗透结合，保证其渗透率后来进行表面的检测工作。涡流这一检测方法，主要是用来对产生蒸汽的管子来进行检测，其可以对受到侵蚀的管壁的薄厚度来进行检测，对实际安装工程中，由于操作失误带来的弊端进行检测。

2 核电站无损检测要求

无损检测技术作为产品质量及其工艺控制的重要手段，在工业领域实现了广泛应用。结合核电站的材料及其各元件的特征，通过科学可行的无损检测方法，制定合理的检测流程，并选用恰当的检测器材，避免在检测过程中对部件造成不必要的损害。检测过程中，检测人员要严格遵守核电站的各项检查规定，结合检查计划有序开展无损检测工作。

安装过程中要对各系统进行现场检验，从材料的焊缝入手，检验其材料质量，并对各零部件中可能存在的问题进行逐一排查，保证其质量合格。核电设备所使用的检验方法、设备仪器以及检验工艺都要兼备高度的安全性以及灵活的敏感度。相关操作人员只有具备了专业的检查资质以及丰富的现场经验才能担此重任，随着不断的经验积累，以及对新型无损检测技术的学习，才能有效保障我国核电站的安全运行。

3 核电站中无损检测技术的选用原则

3.1 与破坏性检测相互配合

无损检测工作参与范围有限，无法检测、观察到每个生产状态指标，所以除无损检测之外，工程技术人员必须根据现有的工作状态情况，做必要的破坏性检测。为尽可能减少破坏性检测次数，无损检测应与其形成工作配合。

3.2 检测时机选择得当

无损检测应注意、重视检测时机。如时机选择不当，则检测结果很可能无法说明故障问题，不能正确评价被检测设备、装置、元件的产品品质。

3.3 筛选合理的无损检测方法

众所周知，无损检测技术的应用条件很高，无法排查出每个工件的缺陷和问题，因此，为提高无损检测的质量与效果，工程技术人员在引用这项技术时，应根据被检测设备、装置、元件的工作特点选择合适的检测方法，方能提高检测效率和效果。例如：在检测之前，判断被检测物的结构、材质和功能性质，根据相关指标数据，确定被检测物可能出现的故障点和问题，分析缺陷方向和产生原因，最后确定恰当的检测技术。

4 常规NDT方法的特点及局限性

4.1 射线照相探伤

用于被检物内部的体积缺陷检测，如焊缝中的疏松、夹渣、气孔、缩孔等；显示结果直观、人为干扰因素少是它的主要优点，探伤对象基本不受零件材料、形状、外廓尺寸的限制；主要局限是：三维结构二维成像，前后缺陷重叠；射线束夹角与被检裂纹取向不宜超过10°。

4.2 超声探伤

（1）设备：超声探伤仪、探头、耦合剂及标准试块等。（2）用途：检测铸件缩孔、气泡、焊接裂纹、夹渣、末熔合、未焊透等缺陷及厚度测定。（3）原理：超声波检测是利用超声波在被检工件或材料中传播时若遇到缺陷时产生超声波反射、折射和波型的转换而发现缺陷的一种检测方法。（4）优点：①超声波的方向性好：利用超声波可在被检对象中进行有效的探测。②超声波的穿透能力强：对于大多数介质而言，它具有较强的穿透能力。③超声波的能量高：超声检测的工作频率远高于声波的频率，超声波的能量远大于声波的能量。（5）局限性：为耦合传感器，要求被检表面光滑；难于探出细小裂缝；要有参考标准；为解释信号，要求检测人员素质高。

4.3 磁粉探伤

可发现的主要缺陷有：各种裂纹、夹杂、夹渣、折叠、白點、分层、气孔、未焊透、疏松、冷隔等。主要能确定缺陷在被检物表面的形状、大小和位置，磁粉探伤机性能安全可靠，易于操作、对小开口至微米级的裂纹检测灵敏度高。只适用于非铁磁性材料及铁磁性材料的表面和近表面缺陷检测且对缺陷的深度较难定位。

4.4 渗透探伤

（1）材料及设备：荧光或着色渗透液、显象液、清洁剂（溶剂、乳化剂）及清洁装置。如果用荧光着色，则需紫外光源。（2）用途：检测表面不连续性，如裂纹、气孔及缝隙等。（3）原理：渗透检测是一种检测材料（或零件）表面和近表面开口缺陷的无损检测技术。（4）优点：它几乎不受被检部件的形状、大小、组织结构、化学成分和缺陷方位的限制，可广泛适用于锻件、铸件、焊接件等各种加工工艺的质量检测。渗透检测不需要特别复杂的设备，操作简单，缺陷显示直观，检测灵敏度高，检测费用低，对复杂零件可一次检测出各个方向的缺陷。除光源需电源外，其它设备都不需电源，可直观核对显示。（5）局限性：渗透检测受被检物体表面粗糙度的影响较大，不适用于多孔材料及其制品的检测。它只能检测表面缺陷，对内部缺陷无能为力。涂料、污垢及涂覆金属等表面层会掩盖缺陷，孔隙表面的漏洞也能引起假显示，探伤前后必须清洁工件。

4.5 涡流探伤

可用于测量或鉴别电导率、磁导率、晶粒尺寸、热处理状态等；检测折叠、裂纹、孔洞和夹渣等缺陷；测量非铁磁性金属基体上非导电涂层的厚度，或者铁磁性金属基体上非铁磁性覆盖层的厚度；还可用于金属材料分选、并检测其成分、微观结构和其他性能的差别。相对较低的灵敏度且只能检测导电材料限制了它的能力范围。

5 核电站中无损检测新技术

5.1 衍射时差法超声检测

衍射时差法超声检测也是超声波检测的一种，简称TOFD，但从本质上不同于常规的超声波检测。衍射时差法超声检测是一种依靠超声波和缺陷端部相互作用发出的衍射波来检出缺陷并对其进行定量的检测技术。其可发现的缺陷分为表面开口缺陷和埋藏缺陷两大类。其优点：①TOFD技术的可靠好，检出率高达70%-90%；②TOFD技术的定量精度高；③TOFD检测简便快捷。TOFD技术也有一定的局限性，如对近表面缺陷的检测可靠性不够、对缺陷定性比较困难、点状缺陷的尺寸测量不够准确等。但作为一项成熟的检测技术也已经应用到核电站的检测领域。

5.2 相控阵超声检测

相控阵超声波检测的探头是由多个超声探头晶片组合而成，通过延迟激发各个晶片，控制波阵面的形状和方向，实现波束的扫描、偏转和聚焦。其优点：①检测效率高；②检出率较高；③无检测盲区。该技术正逐渐趋于成熟，现已在核电站的安装阶段已得到应用。

6 结语

通过以上比较可见几种方法对缺陷的检出几率均有其局限性和能力范围，无损检测方法常规检测中，被检物内部的缺陷主要用射线照相探伤和超声探伤检测；被检物近表面和表面的缺陷主要用涡流探伤和磁粉探伤检测；被检物开口表面的缺陷主要用渗透探伤检测。

参考文献

[1]刘云，卢威，王羽翀.相控阵超声检测技术核电应用前景展望[J].科技视界，2018（06）：251-253.

[2]陈卫东.试论无损检测技术在核电领域的应用[J].科技视界，2017（04）：275.

（作者单位：中国能源建设集团东北电力第一工程有限公司）