陳 超,劉曉睿,杜清良

(蘇州熱工研究院有限公司,江蘇 蘇州 215004)

1 引 言

核電常規(guī)島的設備種類繁多,有壓力容器、壓力管道等承壓類部件,以及氣缸、轉子、大軸等汽輪機部件,這些設備的安全可靠直接關系機組設備安全、人身安全和核安全。定期維修時使用無損檢測手段,提前發(fā)現目視難以發(fā)現的設備缺陷,是保證設備安全穩(wěn)定運行的重要方法。

早期,核電設備無損檢測方法的選用常受到核安全級設備標準規(guī)范的影響,以CPR1000型核電機組為例,在《壓水堆核電廠核島機械設備在役檢查規(guī)則》(簡稱“RSE-M”)中,碳鋼金屬部件表面檢測一般采用滲透檢測(PT),于是常規(guī)島設備檢查大綱中也大多以PT檢測為主。但常規(guī)島主要設備包括的承壓類容器、管道、汽機缸體和汽輪機部件如汽機轉子、軸瓦、葉片及螺栓緊固件等基本都是非核安全級,故應根據實際情況進行表面檢測方法的選用,而不能直接照搬其他標準。

2 磁粉檢測的特點

常規(guī)無損檢測方法主要有磁粉檢測、滲透檢測、超聲波檢測、射線檢測、渦流檢測等,表面檢測方法主要有磁粉檢測、滲透檢測和渦流檢測,3種表面檢測方法的對比見表1。

表1 表面檢測方法對比

磁粉檢測具有靈敏度較高、快捷、經濟、污染小等優(yōu)勢,成為很多鐵磁性設備檢測的優(yōu)選。在行業(yè)標準《壓水堆核電廠汽輪機檢驗導則》中,氣缸結合面、轉子大軸、轉子葉片、螺栓等部件均推薦使用磁粉檢測。在特種設備承壓類壓力容器、壓力管道中,鐵磁性材料也大多優(yōu)先使用磁粉檢測。經過幾十年的發(fā)展,磁粉檢測設備取得長足進步,已有固定式、移動式、便攜式、半自動、全自動專用檢測設備,從單向磁化到多向磁化,設備呈現系列化、商品化的發(fā)展趨勢。

3 核電廠常規(guī)島磁粉檢測實踐

根據核電廠常規(guī)島不同類型鐵磁性金屬部件的特點,選用不同的磁粉檢測方法,一般參考如下:

(1)承壓類壓力容器、壓力管道焊縫:非熒光、濕法、磁軛法或交叉磁軛法。

(2)鑄鋼件氣缸結合面:非熒光、濕法、磁軛法。

(3)高溫緊固件螺栓:熒光、濕法、線圈法或磁軛法。

(4)汽輪機轉子葉片:熒光、濕法、線圈法加磁軛法。

在核電廠常規(guī)島眾多實施磁粉檢查的金屬部件中,汽輪機轉子葉片的磁化方法較為典型,下文以汽輪機轉子葉片的磁粉檢測方法為例進行磁粉檢測介紹。

3.1 檢測對象

汽輪機轉子葉片的材質為馬氏體不銹鋼,牌號為X12CrNiMoV12-2。葉片在工作中處于高溫高壓狀態(tài),承受較大的離心力和氣動力以及振動、氧化、腐蝕等多種作用,運行環(huán)境惡劣,需定期實施無損檢測。檢測的重點區(qū)域為齒根、葉片進出氣端面及葉身司太立合金或激光硬化部位。

3.2 檢測設備

檢測設備采用定制的專用線圈磁探儀(如圖1所示)和便攜式磁軛探傷儀。

圖1 葉片磁粉檢測專用裝置

3.3 檢測工藝

葉片形狀復雜,檢測選用靈敏度較高的熒光濕法連續(xù)法,采用線圈法和磁軛法結合的檢測方式。

(1)使用熒光法時需現場搭設暗室,可見光照度不大于20lx,配置波長范圍320mm～400mm的黑光燈、白光照度計、黑光輻光照度計等。

(2)濕法檢測時選用噴罐式油基熒光磁懸液。

(3)連續(xù)法檢測時磁懸液施加和磁痕顯示的觀察在磁化通電時間內完成,且停施磁懸液至少1s后方可停止磁化,磁化通電時間一般為1s～3s,為保證磁化效果,應至少反復磁化兩次。

(4)使用線圈法時,線圈磁探儀的線圈大小及線圈匝數已固定,檢測時選用合適的電流滿足磁化規(guī)范即可。線圈法用于檢測與葉片軸線方向垂直或夾角較小的缺陷。線圈法檢測時的有效磁化區(qū)域,參考高填充因數線圈法,線圈中心向兩側分別延伸至線圈端外側各200mm范圍內,超出此區(qū)域時以A1:30/100型靈敏度試片確定有效磁化區(qū)域。

(5)使用磁軛法時,磁軛的磁極間距參照NB/T 47013中的規(guī)定,控制在75mm～200mm之間,其有效寬度為兩極連線兩側各1/4極距的范圍內,磁化區(qū)域之間有不少于10%的重疊,并通過A1:30/100靈敏度試片驗證。

3.4 檢測實施

(1)靈敏度驗證時將A1:30/100型靈敏度試片刻槽側緊貼在葉片表面,施加熒光磁懸液,磁化,應能清晰地顯示磁痕,以確定磁化規(guī)范及有效磁化區(qū)域,做好記錄。靈敏度驗證如圖2所示。

圖2 葉片磁粉檢測現場靈敏度驗證

(2)對葉片進行連續(xù)法磁化,采用噴法施加磁懸液,并在通電時間內施加完畢,每次通電1s～3s,反復磁化2次,停施磁懸液1s后方可停止磁化。

(3)先選用磁軛法進行磁化,來檢測與葉片軸線方向平行、夾角較小及結構復雜部位的缺陷,再選用線圈法檢測與葉片軸線方向垂直或夾角較小的缺陷。根據磁化規(guī)范及靈敏度試片驗證的結果,進行分段磁化,借助黑光燈同時觀察有無磁痕。

(4)記錄除能確定由于材料局部磁性不均勻或偽顯示外的所有磁痕,為增加判斷,一般可對疑似部位用細砂紙輕微打磨后,再次重復磁化過程,以確定是否為真實缺陷。記錄葉片編號、缺陷磁痕位置、尺寸等信息并拍照。

(5)利用定制的固定式磁探儀進行退磁,一般為交變電流衰減法退磁或磁化狀態(tài)下工件和磁化線圈慢慢遠離來退磁。用磁場強度計測量剩磁,退磁后剩磁強度應小于0.3mT(240A/m),并記錄每片葉片退磁后的剩磁強度。

(6)評判時,不允許存在任何裂紋顯示,不允許有任何橫向缺陷顯示。發(fā)現的缺陷顯示反饋接口部門,并跟蹤處理結果或協助處理。

4 結束語

磁粉檢測已發(fā)展成一種成熟可靠的檢測方法,各類便攜式磁粉探傷儀已普遍商業(yè)化。核電廠常規(guī)島部件以鐵磁性材料居多,磁粉檢測因其檢測靈敏度高,能適應各類工件及各種環(huán)境,污染小,速度快,便捷等優(yōu)勢而得到廣泛應用。磁粉檢測由于其可靠的檢測結果和較為完善的規(guī)范標準,已被核電廠設備管理人員普遍接受。可以預見,磁粉檢測在核電廠常規(guī)島金屬部件的無損檢測中,將會得到更廣泛的應用。