核電站中的無損檢測方法及其選擇原則

王叢旭

摘要：無損檢測（簡稱NDT）是指對材料或工件實施一種不損害或不影響其未來使用性能或用途的檢測手段。通過使用NDT，能發現材料或工件內部和表面所存在的缺欠，能測量工件的幾何特征和尺寸等。NDT能應用于產品設計、材料選擇、加工制造、成品檢驗、在役檢查（維修保養）等多方面，在質量控制與降低成本之間能起最優化作用，NDT還有助于保證產品的安全運行和（或）有效使用。

關鍵詞：核電站；無損檢測；方法及選擇原則

1 無損檢測技術的檢測方法

利用無損檢測技術來進行核電領域檢測作業時，是以不損壞被檢測對象的使用性能為前提，運用物理、化學及材料等理論為基礎，對設備零部件進行有效的檢驗，主要是對設備的外部進行檢測，對設備的表面和外觀來進行檢測，對設備的體積來進行檢測等等。對設備的零件來進行檢測，看構成設備的細小零件安全性，看零件和設備是否出現松動和損壞現象，看元件是否出現松動和侵蝕現象，保證設備元件的完整性。對于表面的檢驗工作來說，可以利用磁粉來與液體滲透結合，保證其滲透率后來進行表面的檢測工作。渦流這一檢測方法，主要是用來對產生蒸汽的管子來進行檢測，其可以對受到侵蝕的管壁的薄厚度來進行檢測，對實際安裝工程中，由于操作失誤帶來的弊端進行檢測。

2 核電站無損檢測要求

無損檢測技術作為產品質量及其工藝控制的重要手段，在工業領域實現了廣泛應用。結合核電站的材料及其各元件的特征，通過科學可行的無損檢測方法，制定合理的檢測流程，并選用恰當的檢測器材，避免在檢測過程中對部件造成不必要的損害。檢測過程中，檢測人員要嚴格遵守核電站的各項檢查規定，結合檢查計劃有序開展無損檢測工作。

安裝過程中要對各系統進行現場檢驗，從材料的焊縫入手，檢驗其材料質量，并對各零部件中可能存在的問題進行逐一排查，保證其質量合格。核電設備所使用的檢驗方法、設備儀器以及檢驗工藝都要兼備高度的安全性以及靈活的敏感度。相關操作人員只有具備了專業的檢查資質以及豐富的現場經驗才能擔此重任，隨著不斷的經驗積累，以及對新型無損檢測技術的學習，才能有效保障我國核電站的安全運行。

3 核電站中無損檢測技術的選用原則

3.1 與破壞性檢測相互配合

無損檢測工作參與范圍有限，無法檢測、觀察到每個生產狀態指標，所以除無損檢測之外，工程技術人員必須根據現有的工作狀態情況，做必要的破壞性檢測。為盡可能減少破壞性檢測次數，無損檢測應與其形成工作配合。

3.2 檢測時機選擇得當

無損檢測應注意、重視檢測時機。如時機選擇不當，則檢測結果很可能無法說明故障問題，不能正確評價被檢測設備、裝置、元件的產品品質。

3.3 篩選合理的無損檢測方法

眾所周知，無損檢測技術的應用條件很高，無法排查出每個工件的缺陷和問題，因此，為提高無損檢測的質量與效果，工程技術人員在引用這項技術時，應根據被檢測設備、裝置、元件的工作特點選擇合適的檢測方法，方能提高檢測效率和效果。例如：在檢測之前，判斷被檢測物的結構、材質和功能性質，根據相關指標數據，確定被檢測物可能出現的故障點和問題，分析缺陷方向和產生原因，最后確定恰當的檢測技術。

4 常規NDT方法的特點及局限性

4.1 射線照相探傷

用于被檢物內部的體積缺陷檢測，如焊縫中的疏松、夾渣、氣孔、縮孔等；顯示結果直觀、人為干擾因素少是它的主要優點，探傷對象基本不受零件材料、形狀、外廓尺寸的限制；主要局限是：三維結構二維成像，前后缺陷重疊；射線束夾角與被檢裂紋取向不宜超過10°。

4.2 超聲探傷

（1）設備：超聲探傷儀、探頭、耦合劑及標準試塊等。（2）用途：檢測鑄件縮孔、氣泡、焊接裂紋、夾渣、末熔合、未焊透等缺陷及厚度測定。（3）原理：超聲波檢測是利用超聲波在被檢工件或材料中傳播時若遇到缺陷時產生超聲波反射、折射和波型的轉換而發現缺陷的一種檢測方法。（4）優點：①超聲波的方向性好：利用超聲波可在被檢對象中進行有效的探測。②超聲波的穿透能力強：對于大多數介質而言，它具有較強的穿透能力。③超聲波的能量高：超聲檢測的工作頻率遠高于聲波的頻率，超聲波的能量遠大于聲波的能量。（5）局限性：為耦合傳感器，要求被檢表面光滑；難于探出細小裂縫；要有參考標準；為解釋信號，要求檢測人員素質高。

4.3 磁粉探傷

可發現的主要缺陷有：各種裂紋、夾雜、夾渣、折疊、白點、分層、氣孔、未焊透、疏松、冷隔等。主要能確定缺陷在被檢物表面的形狀、大小和位置，磁粉探傷機性能安全可靠，易于操作、對小開口至微米級的裂紋檢測靈敏度高。只適用于非鐵磁性材料及鐵磁性材料的表面和近表面缺陷檢測且對缺陷的深度較難定位。

4.4 滲透探傷

（1）材料及設備：熒光或著色滲透液、顯象液、清潔劑（溶劑、乳化劑）及清潔裝置。如果用熒光著色，則需紫外光源。（2）用途：檢測表面不連續性，如裂紋、氣孔及縫隙等。（3）原理：滲透檢測是一種檢測材料（或零件）表面和近表面開口缺陷的無損檢測技術。（4）優點：它幾乎不受被檢部件的形狀、大小、組織結構、化學成分和缺陷方位的限制，可廣泛適用于鍛件、鑄件、焊接件等各種加工工藝的質量檢測。滲透檢測不需要特別復雜的設備，操作簡單，缺陷顯示直觀，檢測靈敏度高，檢測費用低，對復雜零件可一次檢測出各個方向的缺陷。除光源需電源外，其它設備都不需電源，可直觀核對顯示。（5）局限性：滲透檢測受被檢物體表面粗糙度的影響較大，不適用于多孔材料及其制品的檢測。它只能檢測表面缺陷，對內部缺陷無能為力。涂料、污垢及涂覆金屬等表面層會掩蓋缺陷，孔隙表面的漏洞也能引起假顯示，探傷前后必須清潔工件。

4.5 渦流探傷

可用于測量或鑒別電導率、磁導率、晶粒尺寸、熱處理狀態等；檢測折疊、裂紋、孔洞和夾渣等缺陷；測量非鐵磁性金屬基體上非導電涂層的厚度，或者鐵磁性金屬基體上非鐵磁性覆蓋層的厚度；還可用于金屬材料分選、并檢測其成分、微觀結構和其他性能的差別。相對較低的靈敏度且只能檢測導電材料限制了它的能力范圍。

5 核電站中無損檢測新技術

5.1 衍射時差法超聲檢測

衍射時差法超聲檢測也是超聲波檢測的一種，簡稱TOFD，但從本質上不同于常規的超聲波檢測。衍射時差法超聲檢測是一種依靠超聲波和缺陷端部相互作用發出的衍射波來檢出缺陷并對其進行定量的檢測技術。其可發現的缺陷分為表面開口缺陷和埋藏缺陷兩大類。其優點：①TOFD技術的可靠好，檢出率高達70%-90%；②TOFD技術的定量精度高；③TOFD檢測簡便快捷。TOFD技術也有一定的局限性，如對近表面缺陷的檢測可靠性不夠、對缺陷定性比較困難、點狀缺陷的尺寸測量不夠準確等。但作為一項成熟的檢測技術也已經應用到核電站的檢測領域。

5.2 相控陣超聲檢測

相控陣超聲波檢測的探頭是由多個超聲探頭晶片組合而成，通過延遲激發各個晶片，控制波陣面的形狀和方向，實現波束的掃描、偏轉和聚焦。其優點：①檢測效率高；②檢出率較高；③無檢測盲區。該技術正逐漸趨于成熟，現已在核電站的安裝階段已得到應用。

6 結語

通過以上比較可見幾種方法對缺陷的檢出幾率均有其局限性和能力范圍，無損檢測方法常規檢測中，被檢物內部的缺陷主要用射線照相探傷和超聲探傷檢測；被檢物近表面和表面的缺陷主要用渦流探傷和磁粉探傷檢測；被檢物開口表面的缺陷主要用滲透探傷檢測。

參考文獻

[1]劉云，盧威，王羽翀.相控陣超聲檢測技術核電應用前景展望[J].科技視界，2018（06）：251-253.

[2]陳衛東.試論無損檢測技術在核電領域的應用[J].科技視界，2017（04）：275.

（作者單位：中國能源建設集團東北電力第一工程有限公司）