反應堆壓力容器高壓緊固件磁粉檢測技術

摘 要：反應堆壓力容器高壓緊固件作為核設備的重要部件，RCCM標準要求役前及在役進行超聲波檢測或者磁粉檢測。該檢測是個多系統配合的過程，它必須依賴專用超聲波檢查系統、磁粉探傷檢測設備等統一協作才能完成。本文主要介紹了反應堆壓力容器高壓緊固件磁粉檢測部位、檢測方法、檢測儀器以及靈敏度試片的選用及測試。

關鍵詞：高壓緊固件 磁粉檢測 磁軛法

中圖分類號：TG115 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（a）-0097-02

1 磁粉檢測技術概述

反應堆壓力容器是核電廠和核動力裝置中最重要的設備，其質量保證是核電設備和核動力裝置正常安全運行的關鍵。反應堆壓力容器緊固件是連接壓力容器殼體和頂蓋的重要部件見圖1，為防止核放射物質的外溢、保障反應堆壓力容器正常工作有著十分重要的作用。在核電廠和核動力裝置的檢驗規范和大綱中，對反應堆壓力容器緊固件提出了無損檢測的強制性要求，并指定分別在投入前和運行一定時間內對緊固件實施役前檢查和在役檢查。鐵磁性材料工件被磁化后，由于不連續性的存在，使工件表面和近表面的磁力線發生局部畸變 而產生漏磁場，吸附施加在工件表面的磁粉，在合適的光照下形成目視可見的磁痕，從而顯示出不連續性的位置、大小、形狀和嚴重程度。

核反應堆壓力容器的磁粉檢測技術是一個比較復雜的檢測技術。該技術必須綜合考慮不同檢測對象的特征和檢測實施方式來制定磁粉檢測技術。檢查技術具體體現在磁化設備的選擇、磁化方式、探頭和靈敏度試片的選擇、應用實施、磁痕的判斷和分析等方面。在綜合考慮這些因素的情況下，形成有效的核反應堆壓力容器磁粉檢測技術。采用該檢測技術，在對核反應堆壓力容器的檢測中取得了很好的應用。

2 反應堆壓力容器高壓緊固件磁粉檢測技術

磁粉檢測反應堆壓力容器高壓緊固件需重兩方面做起：第一方面是重易于觀察識別缺陷入手；第二方面是重提高檢測能力抓起。

要達到易于觀察識別缺陷的目的，首先是需要合適的工作觀察環境，即要有足夠的光照度，一般光源強度要保證>1000lex，光源強度可以用照度計測量，以適宜為主，不是越亮越好，有助于更好的發現缺陷；其次是增強比對、色差，易于分辨發現細小的缺陷，針對緊固件滾絲部位表面形狀復雜，多凹槽和凸起，選用性能不錯的反差增強劑配合黑色的磁選液能取得極好效果。

提高檢測能力要重以下幾處來控制，一是選用合理的靈敏度試片；二是正確選用合理的磁粉設備、磁化方法，對某些磁化設備來講甚至必須控制合理的磁化區域，才能最大限度的檢出細小的缺陷。一般軸類零件最好的磁粉檢測方法是直接通電法，因為它簡單高效，且靈敏度高比較適合大批量的軸類緊固件，但是對反應堆壓力容器高壓緊固件來說，由于它比起一般民用緊固件來說，往往尺寸巨大，重量偏重，不易于夾頭夾持見圖1，且越大的緊固件，根據周向磁化規范，其磁化電流根據工件直徑有關，對于某些直徑巨大的反應堆壓力容器緊固件來說，所需達到要求的電流值是驚人的，很少有這種設備滿足要求，所以磁軛法是最好的選擇，下面重點介紹的磁化方法和磁化設備都是建立在以磁軛法為前提的基礎上。磁軛法檢測大型的反應堆壓力容器高壓緊固件必須選用合適的磁化探頭，對于表面形狀復雜，多齒紋的緊固件來說，只能選用角焊縫探頭，且合理的控制角焊縫探頭的磁極間距，對能否很好的檢測出工件缺陷起著關鍵作用。便攜式電磁軛，一般做成活動關節，磁極間距一般控制在75～200 mm為宜，但最終不得小于75 mm。因為磁極附近25 mm范圍內，磁通密度過大會產生過度背景有可能掩蓋相關顯示。反之，磁極間距也不是越大越好，在總磁通量一定的情況下，工件表面的磁場強度隨著兩極間距的增大而減小，所以磁極間距不能太大，檢測的有效區域為兩級區域連線兩側。

為了更好地檢測出緊固件的缺陷需要求被檢工件表面不得有油脂、鐵銹、氧化皮或其他粘附磁粉的物質。表面的不規則狀態不得影響檢測結果的正確性和完整性，否則應作適當的修理。如打磨，則打磨后被檢工件的表面粗糙度Ra≤25μm。如果被檢工件表面殘留有涂層，當涂層厚度均與不超過0.05 mm，且不影響檢測結果時，經合同各方同意，可以帶涂層進行檢測。因為交流電具有趨附效應，因此對表面缺陷有較高的靈敏度。ASME也特別強調了除了厚度≤6 mm的材料之外，在相等的提升力條件下，對表面缺陷的檢測使用交流磁軛法。

由于磁粉檢測方法本身所固有的特性，使得檢測可靠性受一些因素的影響，檢測人員還需注意以下幾點。

（1）螺栓表面清潔程度，緊固件主要受力部位在螺紋處，而螺栓在安裝到設備上時該處需涂抹防咬劑，未清洗干凈并殘留在螺紋細牙中的防咬劑可能遮蓋潛在的缺陷，導致漏檢。因此受采用此檢測方法時，加強緊固件的清潔工作非常必要。如使用超聲波清洗，務必最后用干凈無污染的清洗液沖洗一次。未清洗干凈的油污等雜物，在紫外燈下呈現灰色，可與清洗干凈的螺栓對比區分。

（2）磁化方法的選擇，一般設備廠家推薦使用連續法，但在實際檢測中，連續法并不適用于對螺栓螺紋部分的檢測。相比之下，剩磁法用更顯著的效果。連續法使得假磁痕過多地堆積在螺牙和凹槽中，這樣反而掩蓋了真正的微小裂紋的顯示。而采用剩磁法，非相關顯示較少，裂紋顯示很明顯。將磁痕擦掉后再澆筑磁懸液，磁痕再次顯現，并且更清晰。實際證明，剩磁法比連續法檢測螺栓更有效。

（3）結果的觀察，磁粉檢測時對裂紋的最終判斷仍然是依靠肉眼完成見圖2，檢測結果受個人主觀判斷影響；因此，檢測人員應注意休息，避免眼睛過度疲勞；另外，采用熒光磁粉檢測時，對螺紋的觀察角度也有很大影響；最好是從俯視和仰視兩個角度各看一遍，避免在觀察時視線被螺栓的凸出部位遮擋，使隱藏在螺紋凹槽內的裂紋被漏檢。

（4）根據緊固件的使用條件分析。緊固件主要承受拉應力。在正常荷載狀態下，沒有缺陷的緊固件一般不會發生損壞，只有在嚴重過載或緊固件存在腐蝕、裂紋的情況下才會發生斷裂。歷史數據分析表明由于腐蝕而導致緊固件失效的情況非常少，而有約五成以上的緊固件屬于疲勞失效。由于疲勞使緊固件在螺栓根部、螺紋根部或螺帽與螺栓結合處產生疲勞裂紋，最終使緊固件在使用過程中失效。尤其是螺帽與螺栓配合的第一圈螺紋處，因為載荷的傳遞是通過螺紋來進行，前面幾圈的螺紋承載受力大部分荷載，第一圈螺紋承受的載荷要遠大于其他螺紋，如果這里存在缺陷，如裂紋，就很容易造成緊固件的失效。

3 檢測設備和相關耗材選用原則

3.1 靈敏度試片選用原則

一般選用A型試片，A型標準試片分為A1、A2；A1為退火材料制成，A2為不作熱處理的冷軋材料制成。A1型靈敏度試片主要用于零部件的磁粉探傷，在檢查中，對幾何形狀復雜，不同材質的工作，可以正確地選擇磁化規范，并可檢查探傷設備，磁粉和磁懸液的性能，在磁粉探傷操作過程中，可以避免漏檢，并對顯示缺陷的磁場強度有所估量。其特點在于磁粉顯示，圖象直觀，使用簡便。對各類零件所有方向的磁場，尤其檢查形狀復雜的零件時，表現其獨特的優點。

3.2 靈敏度試片貼片及使用原則

螺栓非螺紋位置 螺紋部分與非螺紋部分是同一材質用于作靈敏度試驗是合適的試片使用前，用柔軟紙或紗布輕輕地把試片表面的油漬擦去，再用膠帶紙緊密地貼在工件上，保證試片與被檢面接觸良好，試片用后請涂防銹油，試片有銹蝕、褶折或磁特性發生改變時不得繼續使用。

3.3 磁懸液選用原則

一般選用罐裝磁懸液，其濃度為廠家定點配置，比較均勻，且攜帶方便，一般分為黑油和黑水磁懸液兩種，黑油磁懸液比起黑水磁懸液對于機械加工件可以起到防銹作用，所以首選黑油磁懸液，但對于不易用油或引起易燃易爆地方處建議用黑水磁懸液。

3.4 反差增強劑選用原則

為增強檢測效果，合理使用反差增強劑可以增加對比度，取得良好的檢測效果，對于表面形狀復雜的緊固件滾絲部位，適量應用反差增強劑，效果十分明顯。

3.5 磁化設備選用原則

反應堆壓力容器高壓緊固件有相當一部分是大直徑螺栓，其份量很重，普通固定式磁化設備難以對其檢測，所以一般選用磁軛法進行檢測，磁軛法設備主要是磁軛探頭提升力的選擇，當使用磁軛最大間距時，對于交流磁軛探頭一般選擇≥45 N提升力，直流磁軛探頭一般選擇≥181 N提升力。

4 結語

被檢的緊固件往往數量龐大，通常無序號區分。建議對緊固件按批號進行區分，這樣做有利于監控其質量，要重視注意目視檢查，并報廢外觀上有缺陷的緊固件，這些缺陷本身就是一個疲勞源，容易形成應力集中并最終導致疲勞斷裂。對于一些非鐵磁性緊固件材料的表面檢測，可以考慮用滲透或者渦流檢測，相比磁粉檢測的方便快捷，滲透檢測對操作者的經驗要求很高。前期對試件表面工作處理麻煩，但顯示缺陷直觀明確，檢測效率低，渦流檢測適用性強，但檢測時受干擾因素太多，需制備對比試樣，受工件尺寸限制較大，靈活性不夠，實際操作麻煩。此外注意收集平時檢測中發現的有典型裂紋的緊固件，作為一般的參考試件，有助于對磁粉探傷設備進行綜合性能校驗。

參考文獻

[1]雷雨.航空器機輪輪轂連接螺的磁粉檢測[J].無損檢測，2007，29（3）：163-167.

[2]美國ASME規范[M].V卷.2004.