液体渗透检验在核电厂不锈钢管道焊缝无损检验中的应用

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【摘 要】液体渗透检验在核电厂役前和在役检查时应用广泛。它是一种探测非多孔性的金属或其它材料的表面开口缺陷的有效方法，探测的典型缺陷有：裂缝、裂纹、折迭、冷隔、分层及气孔等。液体渗透检验适用于检验材料表面尺寸很小，间隙极窄（微米级）的表面开口缺陷（不连续性），而大多数失效是从表面损坏开始的。由于不锈钢管道焊缝表面裂纹方向的不确定性，裂纹开口宽度和深度的有限性，液体渗透检验方法与其它的无损检验方法相比，在检验非铁磁性材料方面具有显著的优点。

【关键词】液体渗透检验；不锈钢管道；焊缝；无损检验

0 引言

核电厂应用无损检验方法以确证其设备或系统的完整性与安全状况，无损检验是执行过程控制和质量验收的重要手段之一，也是对运行设备或系统作周期检查的最好办法。

核电厂役前和在役检查依据已批准的检查大纲，对有代表性的设备、部件进行包括目视、渗透、磁粉、泄漏、超声、射线和涡流等检验，其中液体渗透检验在核电厂无损检验中应用广泛并受到重视，因为液体渗透检验适用于检验受检表面上尺寸很小，间隙极窄（微米级）的不连续性，而大多数设备、部件的失效是从表面损坏开始的。

奥氏体不锈钢耐腐蚀，焊接性能良好，在核电厂中广泛使用，核电厂系统中有大量的奥氏体不锈钢管道，管道中有大量的对接焊缝、接管焊缝，管道与支承件之间的连接焊缝、防泄漏密封焊缝、异种金属焊缝等，焊缝的完整性直接影响核电厂的安全运行。本文介绍了核电厂役前和在役检查时，奥氏体不锈钢管道焊缝的液体渗透检验方法、检验工艺要点以及焊缝缺陷在返修处理时的液体渗透检验，并对奥氏体不锈钢管道焊缝缺陷案例进行了初步分析。

1 液体渗透检验的原理

受检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，渗透液可以渗入表面开口缺陷中；去除受检表面多余的渗透液，经干燥后，再在受检表面施涂显像剂；同样在毛细管作用下，渗透液回渗到显像剂中；在一定的光源下（黑光或白光），缺陷处的渗透液痕迹被显示（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[1]。

2 奥氏体不锈钢管道焊缝的液体渗透检验

2.1 奥氏体不锈钢管道焊缝缺陷产生的原因

由于焊缝自身的力学、化学成分和组织的不均匀性，以及焊缝设计、焊接质量控制等多种因素的影响，焊缝容易产生缺陷，并在随后的电厂运行过程中，在诸如应力、温度、辐照、氢吸附、腐蚀、振动和磨损等单一或组合因素的作用下，引起焊缝材料性能的变化，甚至造成裂纹的萌生和扩展，这些裂纹通常从表面开始产生，即首先在表面产生一个细微的开口性缺陷，然后再逐步扩展，最后产生破裂或断裂引起设备或部件失效。造成不可挽回的经济损失和社会影响。

2.2 检验方法的选择

奥氏体不锈钢管道焊缝中，产生的裂纹往往存在于受检区域的表面，由于表面裂纹方向的不确定性，裂纹开口宽度和深度的有限性，以及奥氏体不锈钢的各向异性。导致常规射线和超声检验较难发现奥氏体不锈钢管道焊缝表面的细微裂纹，而液体渗透检验对于该类缺陷的检验具有特有的优越性。

役前和在役检查时的液体渗透检验，通常选用溶剂去除型着色法，因为溶剂去除型着色法的灵敏度高，可发现表面开口极窄（微米级）的不连续性，使用核工业级液体着色渗透探伤剂，可检出开口宽度为0.1μm的裂纹缺陷。另外，检验在现场进行，受检对象分布在核电厂不同区域，检查位置复杂多变，而该检验方法使用喷灌装探伤剂便于携带，不需暗室、电源和其它专用处理设备。

2.3 检验技术分析

液体渗透检验有已下技术特点：

（1）液体渗透检验对于表面开口缺陷的检验灵敏度高，检验效率高，过程控制性强，检验较小缺陷的一致性好，检验结果显示直观肉眼可见。

（2）液体渗透检验适用于检验材料表面上尺寸很小，宽度极窄，目视检验难以发现的缺陷。

（3）液体渗透检验不受工件形状和尺寸大小的限制，可以有效地检验形状复杂的零部件。如：接管焊缝、支撑焊缝等，而这些受检焊缝恰恰是射线、超声检验的死角。

（4）由于奥氏体不锈钢材料的非铁磁性，使磁粉检验受到了限制，而液体渗透检验可对不同材质的表面进行检验。

（5）根据统计结果，在奥氏体不锈钢管道焊缝的役前和在役检查中，液体渗透检验发现的缺陷最多。

（6）液体渗透检验的局限性是该检验方法只适用于检验材料的表面开口缺陷，不适用于检验多孔性材料，无法准确判定缺陷深度。

2.4 检验操作步骤及工艺要点

液体渗透检验的成功，很大程度上依赖于液体渗透检验人员完成每一个工艺步骤的质量和他们对检验过程中出现的各种结果的正确判断与解释。资格、技能和操作经验是确保液体渗透检验质量的重要因素。检验中的可靠性和可信度依赖于检验人员。检验人员必须经过严格的挑选和培训并且应当责任化。

溶剂去除型着色法液体渗透检验的基本操作步骤：预处理及干燥、施加渗透液、去除多余渗透液及干燥、施加显像剂、观察、评定、记录、后处理。

检验工艺要点：（该处有引用文献的地方，建议标上）

（1）预处理及干燥

在受检表面粗糙度满足检验要求的情况下，去除受检表面妨碍渗透液渗入的物质，使受检表面清洁，并保证受检表面在施加渗透液之前是清洁、干燥的。

（2）施加渗透液

渗透液应覆盖整个受检表面，并在渗透时间内保持润湿状态，对易产生细微裂纹的受检表面应增加渗透时间。

（3）去除多余渗透液及干燥

禁止用清洗剂直接清洗受检表面，防止渗透液去除不净或清洗过度，使检验灵敏度降低或造成漏检。

（4）显像

在受检表面去除多余渗透液并干燥后尽快施加显像剂，显像剂在使用前要充分摇晃均匀，并进行试喷，使显像剂在受检表面形成均匀的薄膜，避免显像剂薄膜过薄或过厚而影响检验灵敏度。为了有效的检出细微裂纹，显像时显像剂刚刚盖住受检表面的金属光泽为最佳。

（5）观察、评定、记录

在足够的光照度及规定的显像时间内进行观察、评定。

如显示痕迹大小不发生变化和检验细微裂纹时，应延长显像时间。选择适当的观察、评定时间特别重要，如果显像时间太短就进行观察、评定显示痕迹，容易引起漏检。如在某次奥氏体不锈钢焊缝的检验时，将某异种金属焊缝的渗透时间延长到60分钟，显像时间延长到65分钟，一条细微裂纹才显示出来。

如果显像时间过长才去观察、评定，显示痕迹因太放大而变模糊，分辨率降低，引起失真。如在某次奥氏体不锈钢焊缝检验时，某焊缝在显像20分钟时，观察到一处星状显示，该显示显像到60分钟时在观察就只能看到一团圆形显示。

另外对于穿透性缺陷，需要注意的是可能没有显示。如在某次奥氏体不锈钢焊缝检验时，有一处显像剂总是不干，也没有渗透剂反渗。随后对这处焊缝进行了真空检漏，发现该处缺陷为穿透性缺陷。

（6）后处理陷

检验结束后将被检表面清理洗干净。

3 检验结果的分析及处理

下面以某次检验为例，介绍奥氏体不锈钢管道焊缝的液体渗透检验结果分析及处理。

3.1 检验结果分析

在某次检验中，采用溶剂去除型着色法对奥氏体不锈钢管道焊缝进行液体渗透检验，检验结果发现一定数量的受检焊缝有表面裂纹。

根据液体渗透检验结果，对缺陷焊缝补充进行了覆膜金相检验、铁素体测量、逐层打磨液体渗透检验和超声波检验、射线检验等工作。

（1）对部分焊缝缺陷进行覆膜金相检验结果表明，缺陷具有沿柱状晶晶间开裂的特征，系典型热（微）裂纹。

（2）对全部的缺陷焊缝进行了δ-铁素体测量，发现缺陷焊缝与δ-铁素体含量关联度较大。

（3）抽取了一定数量的缺陷焊缝进行逐层打磨及液体渗透检验。打磨后液体渗透检验结果发现部分缺陷存在层间分布，在纵深（深度）方向上无规律性变化（缺陷显示位置、大小、形状、数量不断变化），缺陷形貌符合热（微）裂纹特征，详见图1所示。图1第一排、第二排为某一焊缝上打磨前的一处裂纹显示和该处裂纹被每次分别打磨0.5mm深后的裂纹显示。图1中第三排为另一焊缝上打磨前的一处裂纹显示和该处裂纹被打磨1mm深后的裂纹显示。

（4）对部分缺陷焊缝进行了优化后的射线检验，超声检验，均未发现缺陷。

图1 渗透检测缺陷显示图

3.2 检验结果处理

检验中发现的超标缺陷显示，视其严重程度的不同进行适当局部打磨、打磨补焊。如果超标缺陷显示经打磨后，在允许的打磨深度范围内缺陷显示消除，则不需要补焊；如果超标缺陷显示打磨深度超过允许的打磨深度范围，则需要补焊。

不需要补焊的返修，分别在打磨过程中和打磨完成后进行液体渗透检验。

需要补焊的返修，分别在打磨过程中、补焊前、补焊过程中、补焊完成后和补焊完成后的48小时后进行液体渗透检验。

对于打磨过程中和返修后的液体渗透检验工艺均参照上述工艺执行。

4 结束语

大量的现场检验结果表明，对表面开口缺陷的检验，在诸多无损检验方法中液体渗透检验方法具有显著的优点，尤其是对奥氏体不锈钢材质设备、部件、焊缝的表面开口缺陷检验，液体渗透检验方法是最好的检验方法之一，尽管一些新的、先进的电子仪器、检验方法得到了应用，并在无损检验领域发挥了重要的作用，但它们只能弥补液体渗透检验方法的不足之处，却不能取代液体渗透检验方法。

对于奥氏体不锈钢管道焊缝的表面细微裂纹，液体渗透检验方法具有其独特的优越性，相对其它常用无损检验方法，其检验灵敏度更高。同时，为获得更加可靠的检验结果，则需要严格执行其特有的液体渗透检验工艺参数。

【参考文献】

[1]胡学知，主编.渗透检测[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.