高温环境、低温介质条件下核电厂管道焊缝渗透检测工艺相关标准

刘恩凯，施建辉，张大勇，方 磊

(阳江核电有限公司，阳江 529500)

渗透检测的基本原理是毛细作用，其主要检查非多孔性材料的表面开口性缺陷， 具有显示直观、灵敏度高、不受几何形状和缺陷方向影响等特点。渗透剂液体分子运动、润湿程度(表面张力系数)和黏度等性能参数受温度变化的影响，主要影响参数为渗透能力(SPP 静态渗透参量)和渗透速度(KPP 动态渗透参量)[1]。

渗透检测标准规定的检测温度范围为 10～50 ℃(个别标准为5～50 ℃)。 当温度低于标准温度时(例如10 ℃以下)，渗透液黏度大，分子运动速度慢，渗透速度慢，表面张力大，导致渗透剂渗入缺陷能力下降，最终影响缺陷的检出率和检测灵敏度。

对于低温条件下的渗透检测工艺，不同的检测标准给出了详细的对比鉴定要求。例如ASME(美国机械工程师协会)标准中针对检测温度低于 10 ℃时，需要在铝合金对比试块上进行检验技术的鉴定。

但是在核电系统的无损检验工作中，会遇到因管道冷却介质导致的被检测工件表面温度过低，且场所环境温度过高、湿度过大的工况。如 CPR1000电站DEL(电气厂房冷却水系统)系统电气厂房冷却水系统管道焊缝，因其管道内部流体温度低，而外部环境温度高，尤其在夏季潮湿的天气环境时，管道上因空气冷凝始终挂着水珠，影响渗透检测的实施及检测灵敏度。

因此，为了研究该工况条件下的渗透检测工艺参数及检测注意事项，保证检测结果的可靠性，笔者通过分析不同标准对低温条件下渗透检测工艺的详细要求，同时结合现场实际工况，通过相关试验拟制定出一套满足现场工况的渗透检测工艺。

1 核电厂常用标准对低温条件下渗透检测的规定

1.1 RCC-M 标准相关要求及试验验证

RCC-M MC 《压水堆核岛机械设备设计和建造规则 力学性能试验方法》 渗透检测标准的主要参考标准为NF A09-120 《渗透检测的一般要求》。但部分内容仍然按照RCC-M MC 4200章节的相关要求执行。

RCC-M MC规定渗透检测过程中，被检测零件和渗透剂系统(包括渗透剂、清洗剂、显像剂)的温度应始终保持在10～50 ℃。检测前需要对被检测工件表面以及渗透剂系统进行温度测量，而实际上渗透剂系统的温度测量容易被忽略，一般主要进行检测工件表面的温度测量。当渗透剂系统温度低于标准温度时，可以采用加热的方式提高其温度，但是不允许用火焰直接加热，一般可以放在温度不超过 30 ℃的水中进行加热。

在低温条件下，RCC-M MC标准允许的最低检测温度为5 ℃。当检验温度为5～10 ℃时,特殊检验情况(RCC-M MC定义为低温下的渗透检测)必须满足以下操作要求：施加显示剂时，应使用喷雾罐进行施加；在使用时，显像剂的温度大约为20 ℃。此外，干燥过程应使用风吹加速干燥；如果可能则吹热风， 但是被检件表面温度不得超过50 ℃。

(1) RCC-M标准规定对于低温下的检测不需要进行对比鉴定试验， 对于显像剂的施加方法和温度要求提出了详细要求。

(2) 在任何温度条件下，渗透时间至少为20 min，不区分低温和常温条件下渗透时间的差异。

(3) 检测温度低于5 ℃时，不允许进行检测。

(4) 对显像剂的干燥过程，提出了加速干燥的方法及温度要求。

为了验证低温条件下标准规定的检测灵敏度和操作工艺的正确性，拟采用同一缺陷试块(B型镀铬裂纹试块)分别在低温条件和标准温度范围进行检测工艺验证，其检测结果如表1 所示。

表1 RCC-M MC标准下渗透检测对比试验条件

1.2 ASME 标准要求及验证试验

在ASME 标准第V卷 《锅炉及压力容器规范 第V卷 无损检测》(2004)标准T-652章节明确规定：标准温度条件下，渗透剂系统和被检测零件的表面温度在整个检测过程中都为10～52 ℃。检测过程中允许进行局部的加热或冷却，但零件的温度必须保持在10～52 ℃。当检验温度不在标准温度条件下时，则需要对其他温度检验方法进行鉴定， 即利用对比试块进行鉴定。

在标准温度条件下，ASME标准第V卷给出了不同材料、不同成型方式、不同缺陷类型所需要的最小渗透时间。对于非标准温度条件下，当检验温度低于10 ℃时，其检测工艺参数(渗透时间、干燥时间、显像时间等)需要在低温条件下用对比试块进行鉴定试验。在低温条件下，试块上显示的痕迹和标准温度范围检验时的痕迹基本相同，则可认为该低温条件下的渗透检测工艺是经过鉴定且可行的，允许现场应用。

(1) ASME 标准第V卷标准规定，非标准温度范围下的检测需要进行对比鉴定试验。

(2) 渗透检测工艺参数(渗透时间、干燥时间、显像时间等)的要求应同时满足ASME第V卷表T-672(标准温度条件下的要求)，及非标准温度下检测工艺鉴定的结果。

(3) 非标准温度下的渗透检测需要满足技术鉴定要求，与标准温度下得到的痕迹显示基本相同。为了验证不同温度条件下相同检测工艺检测结果的差异，拟采用同一缺陷试块(B型镀铬裂纹试块)分别在3种不同温度条件下进行检测工艺验证，其检测结果如表 2 所示。

表2 ASME标准不同温度下的渗透检测对比试验结果

为了进一步对 3，9,15 ℃温度条件下的渗透检测工艺操作方法进行鉴定， 在铝合金对比试块上按照ASME标准低温条件下渗透检测操作的鉴定要求，按照上述渗透检测工艺,在9 ℃和3 ℃两种低温条件下进行对比试验，试块的检测温度为15 ℃。

(1) 标准温度条件下，15 ℃试块的痕迹显示清晰可见。

(2) 在9 ℃条件下试块上痕迹显示(见图1)明显优于3 ℃检测温度条件下的(见图2)。

图1 9 ℃检测温度条件下的对比试验现场

图2 3 ℃检测温度条件下的对比试验现场

1.3 标准比对

当规定按照RCC-M MC标准进行检测时，通过上述标准分析及试验结果，得出以下结果。

(1) RCC-M MC标准规定的低温条件下(5～10 ℃)的检测工艺参数(显像剂施加方法及温度、干燥要求等)可以满足检测灵敏度要求(都为3处裂纹显示)。

(2) RCC-M MC标准规定的检测工艺更具有可操作性且应用灵活，更符合现场实际应用。

(3) 显像剂温度要求在20 ℃左右有利于显像剂喷出时呈雾状，显像涂层薄而均匀。

当规定按照ASME第V卷标准进行检测时，通过上述标准分析及试验结果得出以下结论。

(1) 同一渗透检测工艺条件下，随着温度的降低，检测灵敏度、缺陷显示清晰度降低。

(2) 标准规定的低温条件下的鉴定方法往往与实际检测情况不符， 影响低温鉴定技术的可操作性。例如，标准要求将试块及所有渗透材料都冷却到预定温度，但是实际上面临的更多情况为被检工件表面温度低于标准温度，而渗透材料表面温度处于正常温度范围(10～52 ℃)内。

(3) ASME 标准需要进行非标温度下检验工艺的鉴定，可操作性、应用灵活性不如RCC-M标准的。但是ASME标准可以对低于5 ℃条件下的工件进行渗透检测，而 RCC-M标准则无相关规定。

(4) 溶剂悬浮显像剂在温度较低时的分散性差，喷出的显像剂呈颗粒状，难以形成薄而均匀的涂层。

2 表面凝水对渗透检测的影响

试验中采用的渗透检测方法为溶剂去除型着色法，常用的着色渗透剂型号有 DPT-5、DPT-8、核工牌、船牌等。

对于渗透剂性能来说，一般要求其具有一定的容水量，水的含量不低于5%(体积分数)。渗透剂的容水量过大会导致渗透剂出现凝胶、混浊、相对浓度降低等影响检测灵敏度的现象。因此，在实际检测时，随着渗透时间的增加，在检测工件表面温度过低，且场所环境温度过高、湿度过大的工况条件下，检测工件表面的凝水将影响渗透检测的渗透效果。

正常情况下，干燥温度、干燥时间不能太长，否则缺陷中的渗透剂容易被烘干，不能形成缺陷显示。同时，相关标准中一般规定采用溶剂去除型着色法，在室温下进行自然干燥，因此为了保证表面干燥状态满足要求，同时干燥时间不能太长，干燥过程建议增加室温下压缩空气并进行吹干。

对于最后的显像过程，溶剂悬浮显像剂在使用前应充分均匀搅拌，压力喷罐应充分摇晃，保证显像剂粉末处于分散状态，最终形成薄而均匀的覆盖层。显像剂施加前，表面水分子的存在将会影响显像剂的成型，另外，显像剂可以增加表面水珠的润湿能力(见图3)，影响显像质量。再者，显像剂成型后，显像过程中，检测表面对水分的吸收对显像剂覆盖层同样存在影响(见图4)。

图3 显像剂对表面水珠润湿能力的影响照片

图4 显像剂对表面水珠润湿能力的影响照片

3 检测工艺优化及注意事项

3.1 检测工艺优化措施

通过上述章节的理论分析及试验可知，为了解决DEL系统电气厂房冷却水系统管道焊缝的渗透检测问题，重点就是减少表面凝水量。

方法一：对管道内部介质进行排空隔离。

方法二：在不能排空隔离的条件下，应提高检测表面的温度，减少与周围环境的温差，同时尽量降低空气湿度。

对于在运核电机组的检测，方法二更贴近实际情况。因此,可以考虑采用局部加热的方式提高检测表面的温度，降低与周围环境的温度差。应在较短时间内尽快完成所有的检测过程，避免温度降低对检测的影响。此时的检测属于正常标准温度范围内的检测，不需要进行鉴定试验或者有其他特殊要求[2]。

当无法进行局部加热，工件表面的温度低于10 ℃(低温检测条件)的检测状态下，检测工艺参数可以参考 RCC-M MC标准的低温条件工艺要求。但是为了尽量提高表面温度，降低温差，建议渗透剂施加时溶剂温度保持在30～50 ℃。渗透时间为20 min左右，在保证检测灵敏度的前提条件下，为了避免温度降低，不建议渗透时间太长。

在整个渗透时间内，检测表面的温度尽量不低于10 ℃，若低于10 ℃则需要提高渗透剂的温度。干燥过程要在室温条件下压缩空气进行吹干，尽量不要用热风进行加热干燥，避免缺陷内渗透剂干涸。施加显像剂时，悬浮粉末温度为20～30 ℃(30 ℃是出于压力喷罐安全方面的考虑，实际上悬浮粉末温度越高越有利于降低温差)，采用喷罐的方式进行施加，并同时采用压缩空气或热风进行加速干燥，干燥过程表面温度不能超过50 ℃。显像剂一干，就持续观察表面缺陷的形成并进行详细记录。

按照上述方法进行现场检测时，检测工艺灵敏度试验满足要求，检测实施效果良好。

3.2 相关注意事项

现场检测前，首先要确认焊缝的渗透检测标准，如果要求按照RCC-M MC标准进行检测，则完全可以按照上述操作工艺执行。如果要求按照ASME标准第V卷进行检测，对于低温条件下的检验技术鉴定方法，则无法提高被检表面的温度，所有渗透剂都处于低温条件，与上述所阐述的工艺参数及操作要求严重不符，因此唯一的办法就是对被检表面进行局部加热来减小温度差对凝水的影响。

4 结语

RCC-M MC标准提出5～10 ℃为低温下的检测温度范围，并且给出了相关操作的详细工艺要求；而对于ASME标准，凡是低于10 ℃的检测温度,定义为低温条件，需要在铝合金对比试块上进行检测工艺鉴定。同样也看出不同标准的核心思想不同，ASME标准着重以实际试验结果为主，不会给出经验性或者固定的工艺参数要求，而RCC-M标准是结合ASME标准+法国核电运行经验综合形成，具有一定应用经验，操作性强，在一定程度上降低了检测人员对标准理解的要求。

通过上述试验及标准分析可知，对于低温条件下的渗透检测工作,首先应确认所采用标准及规定的低温范围，同时检测者应清楚，在低温条件下时除面临渗透检测工艺不同以外，对零件进行渗透检测会遇到以下问题[3]。

(1) 被检表面存在湿气或结冰。

(2) 溶剂及非水基式显像剂的挥发率较低。

(3) 使用显像剂喷罐时，喷雾不均，有小水滴，影响显像质量。

(4) 某些渗透剂可能产生沉淀。

因此，检测前应排除上述存在的障碍。对于工件表面可以采用局部加热(火焰、电加热、热空气等)的方式提高表面温度，蒸发表面的水分或者使用易挥发的清洗溶剂，如丙酮等,在施加渗透剂之前用丙酮擦拭检测表面。对于渗透剂、显像剂应进行加热，避免发生物理和化学变化，同时要保证其检测剂性能如常温状态的一样有效。

当检测标准不同时，执行的检测工艺要求也不同，文中结合RCC-M标准,针对高温环境、低温介质的检测条件制定了详细的检测工艺及处理方法，可以很好地解决现场面临的实际困难，具有一定的借鉴意义。

参考文件：

[1] 胡学知. 渗透检测[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

[2] 肖仲谊，汪扬.低温条件下渗透检测工艺改进措施[J].安装，2011(4)：30-31.

[3] 杨志伟.低温环境下渗透检测灵敏度的提高[J].无损检测，2006,28(8)：423-425.