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        ITER 超導(dǎo)導(dǎo)體鎧甲焊縫的滲透檢測

        2014-01-10 01:29:32劉小川劉華軍
        無損檢測 2014年10期
        關(guān)鍵詞:滲透劑鎧甲試塊

        劉小川,武 玉,劉華軍

        (中科院等離子體物理研究所,合肥 230031)

        PF線圈為國際熱核實驗反應(yīng)堆(ITER)中的極向場線圈,在整個裝置的運行中起著至關(guān)重要的作用,因此對其品質(zhì)提出了最嚴格的要求。為了保證PF導(dǎo)體焊縫的質(zhì)量,對其進行無損檢測是必不可少的步驟。目前用于PF鎧甲焊縫上的無損檢測技術(shù)主要是射線檢測技術(shù)及滲透檢測技術(shù),兩種技術(shù)的結(jié)合可以保證焊縫內(nèi)外表面的缺陷不漏檢。滲透檢測技術(shù)主要檢測PF導(dǎo)體焊縫的表面及近表面的開口缺陷,從而排除表面開口缺陷在導(dǎo)體成型受力中產(chǎn)生延展造成裂紋,影響PF線圈的極向磁場。

        1 PF鎧甲焊接工藝及檢測區(qū)域

        PF鎧甲是外方內(nèi)圓的結(jié)構(gòu),材質(zhì)為316L 不銹鋼。其焊接方法為氬弧自動多層焊,四邊角手工氬弧焊,焊縫形式為單面施焊雙面成型。外表面焊縫經(jīng)打磨處理后無焊縫余高,內(nèi)表面余高不大于0.15 mm,焊縫寬度為10mm。

        依據(jù)ASME標準第V 卷第6 章“液體滲透檢測”的規(guī)定,PF鎧甲對接焊縫滲透檢測的區(qū)域為焊縫及兩側(cè)各25mm 的距離,如圖1所示。

        2 檢測技術(shù)要求

        根據(jù)ITER 國際核聚變PF 導(dǎo)體的技術(shù)規(guī)范,PF導(dǎo)體焊縫液體滲透檢測驗收標準為:

        ①不允許有任何線性顯示。②單個圓形顯示不大于1mm;在同一條線上,4個或者4個以上的圓形顯示相距不大于1.5mm。

        圖1 PF鎧甲對接焊縫滲透檢測區(qū)域

        3 滲透檢測方法

        采用的溶劑去除型滲透檢測法具有較高的檢測靈敏度,能檢測出非常細小的開口缺陷,檢測靈敏度高,檢測速度快[1]。滲透劑采用顆粒度較小的WU-T 系列,高靈敏度,鹵素與硫含量進行了嚴格的控制,滲透迅速,顯像清晰均勻細膩,對比強烈,能更好地反映出缺陷走向和形狀[3]。

        4 滲透檢測工藝程序

        4.1 試驗準備

        需準備靈敏度試塊,保證有足夠的檢測靈敏度;WU-T 系列的滲透劑、清洗劑、顯像劑;溫度計,時鐘,放大鏡,平面鏡,記錄本,照相機,日光燈,不脫毛抹布,手套及口罩。

        4.2 靈敏度檢驗

        采用鍍鉻對比試塊對滲透檢測材料的性能及操作工藝進行檢驗[3];不銹鋼鍍鉻試塊等級應(yīng)達到3級(高級),能清晰發(fā)現(xiàn)試塊上第3 區(qū)的人工裂紋[4]。

        4.3 檢測步驟

        預(yù)清洗,干燥,施加滲透劑,去除滲透表面多余的滲透劑,干燥,施加顯像劑,觀察評定后處理。

        4.4 檢驗實施

        檢驗實施時注意事項:

        (1)實施滲透檢測適宜的溫度范圍為10~40℃[4]。如果在實際檢測中,溫度不在以上范圍,則應(yīng)通過對比試驗確保實際溫度下進行滲透檢測的有效性。

        (2)噴砂、打磨工藝可能導(dǎo)致表面開口缺陷被封閉掩蓋,可采用浸蝕的方法進行處理。

        (3)采用噴涂法施加滲透液[5],避免過多的滲透液堆積在導(dǎo)體焊縫表面造成滲漏,污染下層導(dǎo)體表面,同時也增加了清洗難度。

        (4)在清洗的時候避免過清洗。

        (5)顯像觀察時應(yīng)用放大鏡及反光鏡,放大鏡用于觀察識別缺陷[6],反光鏡主要用于觀察導(dǎo)體焊縫的下表面,避免因觀察不全造成缺陷漏檢。

        5 檢測結(jié)果與分析

        通過顯像觀察,缺陷呈現(xiàn)月牙型,位于焊縫邊緣。并對缺陷進行了金相分析,進一步確定了缺陷的性質(zhì)。圖2為金相分析后放大的缺陷形貌。

        圖2 缺陷放大40倍時的形貌

        圖3 缺陷放大100倍時局部形貌

        經(jīng)過金相分析確定缺陷為裂紋,造成焊縫表面產(chǎn)生裂紋的因素很多,針對PF 導(dǎo)體的生產(chǎn)環(huán)境及成型過程,造成焊縫表面出現(xiàn)裂紋的情況最有可能為以下兩點:

        (1)焊接過程中產(chǎn)生的熱裂紋。一般熔敷金屬在冷卻結(jié)晶的過程中,晶間存在大量薄膜狀低熔點共晶物,又在結(jié)晶拉應(yīng)力的共同作用下,極易產(chǎn)生熱裂紋[7],可用液態(tài)薄膜理論來解釋其原理[8]。在焊接完成后進行第一次滲透檢測并沒有發(fā)現(xiàn)任何缺陷,說明裂紋掩埋在焊縫中,而導(dǎo)體經(jīng)過收纜繞制,因受到力的作用,造成裂紋的延伸和開口,從而在第二次滲透檢測中被檢出。

        (2)外來夾雜物引起[9]。在PF 導(dǎo)體成型繞制的過程中,需要經(jīng)過若干程序,因此對周圍環(huán)境無法達到有效清潔度的控制。極有可能在成型過程中外來夾雜物被壓進導(dǎo)體。在繞制完成后脫落,造成了壓痕,然后受力擴展,延展成裂紋。無論是焊接過程中產(chǎn)生的熱裂紋還是夾雜物引起的,此類缺陷都非常危險[10]。因此超導(dǎo)中心一方面加強了焊接技術(shù)的培訓(xùn),另一方面也對生產(chǎn)環(huán)境提出了更高的要求。

        6 結(jié)語

        滲透檢測技術(shù)在PF鎧甲對接焊縫檢測中至關(guān)重要,它對焊縫表面缺陷有著較高的檢出率,彌補了射線檢測的不足,保證了PF 鎧甲對接焊縫的質(zhì)量。檢測中檢出的微小缺陷經(jīng)過打磨后并不影響焊縫的質(zhì)量,從而保證了資源的有效利用。

        [1]張平.鍋爐管道焊縫液體滲透檢測技術(shù)[J].壓力容器,2005,22(2):51-54.

        [2]宋仕偉.奧氏體不銹鋼焊接裂紋的射線及滲透檢測方法[J].無損檢測,2011,35(4):37-39.

        [3]金宇飛.滲透檢驗標準試塊的技術(shù)要求與用途[J].無損檢測,2003,25(10):536-538.

        [4]胡學(xué)知.壓力容器無損檢測-滲透檢測技術(shù)[J].無損檢測,2004,26(7):359-363.

        [5]付元杰,蘇紅霞.鍋爐管道焊縫液體滲透檢測技術(shù)[J].裝備制造技術(shù),2008(10):75-77.

        [6]李桂英.不規(guī)則裂紋角度對滲透深度的影響[J].無損檢測,1999,21(2):71-74.

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