中国核工业第五建设有限公司 上海 201512
摘要：本文对AP1000主管道窄间隙自动焊焊缝的层间和最终焊缝所进行的着色渗透检测进行了总结，对可能产生的缺陷进行了分析，指出了正确的操作步骤和程序，针对主管道的特殊性，对一些主要操作要点进行了说明，确保检测结果的可靠性。
关键词：着色渗透检测；主管道；窄间隙；自动焊焊缝
1 AP1000主管道简介
AP1000反应堆冷却剂管道也叫AP1000主管道（以下简称主管道），它由A环路和B环路组成，每条环路包括一台压力容器（RV）、一台蒸汽发生器（SG）、两台反应堆冷却剂泵和一根冷却剂主管道热管段、两根冷管段，主管道共有12条焊口，其中４个热管段焊口，8个冷管段焊口。主管道通过连接反应堆压力容器、蒸汽发生器和反应堆冷却剂泵形成闭式循环回路，在反应堆冷却剂泵驱动下，冷却剂在环路中流动，带出反应堆压力容器中核燃料裂变所产生的热量，并通过蒸汽发生器产生蒸汽驱动汽轮发电机组。
2 焊接工艺及产生缺陷的特征
2.1 主管道材质规格
主管道热管段焊口规格为φ952.5×82.6 mm，冷管段焊口规格为φ688.85×65mm。冷、热管段母材材质为SA376TP316LN，压力容器端母材材质为SA182F316LN，蒸发器端母材材质为SA336F316LN。主管道焊缝采用单面焊窄间隙U型坡口和双面焊窄间隙U+V型坡口。
2.2 产生缺陷分析
主管道焊接前经检测为合格坡口，组装过程中只会产生焊接缺陷。焊接缺陷主要分为气孔、夹杂、未融合、未焊透和裂纹。焊接采用多层多道焊，每层厚度不足1mm，产生大型气孔、未焊透概率较低，且由于TIG焊接输出功率低，焊丝无氧化，焊接温湿度控制严格，产生夹杂的概率也较低。因此，当自动焊接参数设置不合理或有故障时，容易出现坡口未融合、再热裂纹及析氢气孔等缺陷。当这些缺陷延伸到表面时，可以用渗透检测检查到。
2.3 渗透检测难点分析
主管道焊缝熔敷金属厚度约15mm、50%厚度、最终焊缝都需要进行PT检测。
层间着色渗透检测有一定的难度，特别是焊至15mm的时候，具体如下：
1）焊缝坡口角度小，间隙小，无法直接用布擦拭干净焊缝表面的渗透剂，要借助其他工具；2）焊缝为氩弧自动焊，表面很光滑，去除多余渗透剂时容易造成过清洗，降低灵敏度；3）施加渗透剂使用刷涂的方式，先将渗透剂喷存在塑料容器中，再刷涂到焊缝表面，容器保存时应防止溶剂被污染，保证氟、氯总含量不超过100ppm；4）部分位置受限（离地面较近），应采取一定的措施确保操作合理、可靠。
3 着色渗透检测工艺规范
3.1 预清洗
主管道采用TIG自动焊技术，焊缝表面基本无焊接异物，清理主要针对焊接过程中带入的油污、油脂、环境灰尘等。清洗前应使用温度计测量焊缝温度是否达标，ASME规定若在标准温度（10℃～52 ℃）范围内，无须进行对比试验，否则，应按规定进行对比试验。除非特殊情况，一般要求在主管道冷却至室温或近室温下进行渗透检测。具体做法是，将清洗剂直接喷撒在焊缝表面及焊缝两侧各25mm范围内，用干燥、洁净不脱毛的布擦拭表面油污、灰尘等异物。在渗透剂使用前，必须留有足够长的时间来蒸发残留在表面上的溶剂，使受检表面干燥。对于主管道层间检测，特别是熔敷金属厚度约15mm时，焊缝坡口角度小，间隙小，手指无法够到，必须借助工具擦拭焊缝表面。自制齿叉用来将布叉入层间焊缝跟部。
3.2 施加渗透剂
为防止渗透剂飞溅，污染主管道焊机等设备，施加渗透剂采用刷涂的方式进行，先将渗透剂喷存在塑料容器中，再刷涂到焊缝表面。为防止渗透溶剂被外来物，特别是来自含大量氯离子的自来水的污染，喷存渗透剂时应适量，避免剩余；若无法避免，应拧好容器瓶盖，妥善保存，避免直接与水或沾水的毛刷接触。对于主管道接近墙或接近地的部分层间焊缝，采用改造过的侧伸毛刷更省力，毛刷头与杆呈135°能轻松润湿受限部位，对受限部位的观察，可采用口镜。渗透时要保证被检部位完全被渗透液覆盖，并在整个渗透期内保持润湿状态。标准温度内，滞留时间至少为10分钟。施加渗透剂过程中，应重点关注受限部位，多用手电筒，配合口镜观察，必要时应钻进受限部位查看，防止因角度原因遗漏漏检。
3.3 多余渗透剂去除
采用相同的手法去除B型试块和主管道焊缝表面多余的渗透剂，应注意防止过度清洗而使检测质量下降，同时也应注意防止清洗不足而造成对缺陷显示识别困难。由于主管道焊缝为TIG自动氩弧焊，表面很光滑，较容易造成过清洗，正确做法是用干布尽可能地来回擦拭受检表面，等到绝大部分多余的渗透剂去除干净以后，再将清洗剂喷在干净的布上，注意只需喷湿表面一层即可，顺着TIG自动焊焊接纹路朝一个方向擦拭2～3遍即可，注意不能往复擦拭，尽可能地去除焊缝表面凹纹部分的多余渗透剂，这个步骤可用肉眼进行观察。这样喷洒显像剂后背景显示会很淡而不至于干扰缺陷显示的观察和评定。溶剂去除多余渗透剂后，应自然干燥，干燥温度不宜超过52℃，干燥时间5min。不得利用其他设备加热干燥，过度干燥会造成渗透液中染料变质，将缺陷中渗透液烘干，不能形成缺陷显示。
3.4 施加显像剂
显像过程是利用显像剂将缺陷处渗透剂吸附至零件表面加以放大，产生清晰可见的缺陷显示（图像），是渗透检测中一个重要环节，压力喷罐中显像剂在使用前必须彻底摇匀，使显像粉末在溶剂中得到充分均匀地悬浮。施加显像剂时，一般先在非受检处试喷，再过渡到被检焊缝，喷射方向与受检表面夹角为30°～40°，喷嘴与受检面的距离为300～400mm。确保施加到试件上的显像剂薄而均匀，不能在同一处反复多次喷洒。层间检测显像剂应从不同角度喷洒，覆盖焊缝及坡口两侧，靠墙和靠地的受限部位应充分喷洒，确保不漏检，显像时间不少于10min，焊缝表面或坡口处应有一层淡淡的红色背景，与缺陷处显示区分明显，证明渗透剂去除过程清洗恰当。喷洒显像剂时，应佩戴好安全眼镜和口罩，减少有害气体吸入量。
3.5 观察与评定
最终解释应在显像剂施加后7～60min内进行。由于主管道房间光线不足，应使用手电筒补充光照，保证焊缝处光照度应大于1000Lx。如当出现显示迹痕时，首先确定迹痕的真伪，在确定宏观指示的特征和大小过程中，必要时可用5～10倍放大镜观察。缺陷特征和大小确定后，用红色记号笔做出标记，并把刻度尺放置于缺陷处进行拍照，画图确定其具体位置，以便返修和处理。
3.6 后处理
检测结束后，为防止残留显像剂对主管道材质及后续焊接产生影响使用，必需用清洗剂或其他方法去除干净焊缝表面残留的渗透剂和显像剂，恢复焊缝原貌。
4 结论
从所有主管道焊缝着色渗透检测结果来看，仅发现少量焊缝表面针孔状缺陷及少量母材区近焊缝表面丛状密孔，未发现危险性较大的焊缝裂纹、未融合与未焊头等缺陷，辅以层间射线检测也未发现危险性缺陷。由此可见，当工艺参数合理时，TIG自动焊产生表面裂纹、未融合等延伸性缺陷的概率很低。
着色渗透检测是大厚度焊接中间过程控制行之有效的方法，特别是对表面开口型的裂纹、未融合有很高的灵敏度。由于主管道的特殊性，进行着色渗透检测时有诸多需注意的细节，保证这些细节的操作，才能保证检测结果的可靠性。
参考文献：
[1] 胡学知. 渗透检测[M]. 中国劳动社会保障出版社，2007.04