1 民用核安全设备民用核安全设备 磁粉磁粉检验技术检验技术 民用核安全设备无损检验人员资格鉴定委员会民用核安全设备无损检验人员资格鉴定委员会 20122012 年年 4 4 月月 I 前前 言言 磁粉检验在民用核安全设备的原材料、制造、安装、役前检查和在役检查等各个检验 阶段均有十分广泛的应用。本磁粉检验教材主要包含：民用核安全设备磁粉检验特点、原 材料和零部件磁粉检验、设备制造和安装过程中的磁粉检验、在役核设备部件磁粉检验、 民用核安全设备磁粉检验标准、实践操作、磁粉检验记录与报告、磁粉检验通用工艺规程 与工艺卡等。本教材主要根据民用核安全设备磁粉检验人员考核大纲和多年来国内民用核 安全设备方面的磁粉检验经验，以及参考美国锅炉压力容器规范ASME2004版相关内容编制。 可供参加民用核安全设备无损检验人员资格鉴定的磁粉检验方法、级培训考核人 员使用。 参与本教材编写的人员有（以姓氏笔画为序）：丁伯愿、李祝松、王文之、许遵言、 岳晓明等。在编制过程中还得到了国内从事核设备的制造厂家和核设备无损检验单位的相 关无损检验专家的指导和大力支持，其中有：苏恒兴、梅德松、朱伟青、赖传理、王占富、 肖俊等，在此表示衷心地感谢。 各章节具体编写人员为：第一章（王文之）；第二、三章（许遵言）；第四章（丁伯 愿）；第五、六章（岳晓明）；第七、八章（李祝松）。 全书由李祝松进行统稿。 由于编写人员的水平有限，教材中错误和不当之处在所难免，恳请读者指正。 民用核安全设备无损检验人员资格鉴定委员会 表面专业组 2012年4月 II 目目 录录 第一章 民用核安全设备磁粉检验特点 . 1 1.1 民用核安全设备磁粉检验技术特点及要求 . 1 1.2 民用核安全设备通用磁粉检验技术 . 2 第二章 原材料和零部件的磁粉检验 . 4 2.1 铸件的磁粉检验 . 4 2.2 锻件的磁粉检验 . 6 2.3 螺栓和螺母的磁粉检验 . 9 第三章 设备制造和安装过程中的磁粉检验 . 11 3.1 焊接接头磁粉检验 . 11 3.2 待堆焊表面磁粉检验 . 13 第四章 在役核设备部件磁粉检验 . 14 4.1 需进行磁粉检验的典型设备 . 14 4.2 在役磁粉检验工艺要求 . 15 第五章 民用核安全设备磁粉检验标准 . 19 5.1 ASME 规范 . 19 5.2 其它标准 . 27 第六章 磁粉检验实践操作 . 28 6.1 磁粉检验设备 . 28 6.2 磁粉检验器材 . 29 6.3 磁粉检验操作 . 29 第七章 磁粉检验记录与报告 . 38 7.1 磁粉检验记录 . 38 7.2 磁粉检验报告 . 41 第八章 磁粉检验通用工艺规程与工艺卡 . 44 8.1 磁粉检验通用工艺规程 . 44 8.2 磁粉检验工艺卡 . 53 1 第一章第一章 民用核安全设备磁粉检验特点民用核安全设备磁粉检验特点 1.1.1 1 民用核安全设备民用核安全设备磁粉检验技术特点磁粉检验技术特点及要求及要求 核裂变的发现开始了核能时代， 反应推的发展使核能利用变成了现实， 并缓解了化石燃 料日益枯竭的能源危机。 发展核电首先要保证反应堆的安全性、 可靠性和经济性。 精心设计、 严格的建造和运行管理、 合理选择反应堆材料是保证上述三性的关键， 反应堆的创始人费米 早在 1946 年就曾指出： “核技术成功的关键取决于堆内强辐射下的材料行为” 。这已为反应 堆的实践和发展所证实。 无损检验是反应堆建造和运行监测的关键技术之一， 磁粉检验是应 用较为广泛的无损检验技术。 1.11.1.1.1 检验部件和材料的多样性检验部件和材料的多样性 核反应堆本体主要有核燃料元件、慢化剂、堆内构件、冷却剂、控制组件、反射层、反 应堆压力容器、屏蔽层等构成。反应堆安全的重点是防止堆内放射性物质外逸。为此，压水 堆核电厂设置了三道安全屏障： 核燃料元件包壳、 反应堆压力壳和一回路压力边界、 安全壳。 堆内外众多构件所用材料主要有低碳钢、低合金高强度钢、不锈钢和有色金属等。核承压设 备要承受较大的应力，有些部件还要同时承受高温、介质冲刷和辐照作用，工件条件恶劣， 如果运行中发生破坏，危害和损失很严重。因此，对制作的材料和部件要求很高，既要考虑 机械性能、抗腐蚀性能，又要考虑工艺性能和抗中子辐照性能等，磁粉检验广泛应用于役前 和在役检验。但只适用于铁磁性材料。 1.1.1.1.2 2 反应堆反应堆苛刻苛刻的运行工况对材料性能的影响的运行工况对材料性能的影响 反应堆堆芯在高温、高压和高速流动的冷却剂介质下运行，各种结构部件构成紧凑、精 密的机械装置， 内有薄壁结构， 外有厚壁容器与一回路管道构成压力边界。 它们经受热负载， 应变负载、温度交替起伏循环、流体激振力、管道内流体流速或压力突然变化产生的压力传 播等造成的结构响应。 另一方面采用不同金属会使堆内存在电化学效应， 许多隙缝有杂质浓 集；一回路和二回路腐蚀产物迁移，在系统内部件上沉积；燃料棒表面结垢，蒸汽发生器水 侧腐蚀， 管道的疲劳和裂纹扩展等力学性质的影响都可能引起部件使用性能的降级， 甚至造 成开裂、损坏、缩短部件使用寿命，增加维修频度，严重的还会酿成事故。 反应堆能够裂变是强大的中子源和 射线源， 在强大快中子的轰击下， 材料内部将发生 大量原子位移，造成其微观组织损伤，导致材料宏观性质的降级或失效。同样在热中子的作 用下，也会造成材料化学成份和组织的改变，改变材料的使用性能，以致脆化，缩短使用寿 命。 总之，反应堆严酷的运行工况会使部件产生疲劳裂纹、蠕变断裂、腐蚀、辐照效应，因 此要求反应堆在设计、选材、部件加工工艺上采取严格措施。对不同的铁磁材料部件采取相 应的磁粉检验方法也是无损检验人员的重要任务。 1.1.1.1.3 3 民用核安全设备对民用核安全设备对磁粉检验磁粉检验材料的要求材料的要求 反应堆内众多的部件采用了各式各样的金属材料， 为了防止部件产生腐蚀， 对磁粉材料 和载液的性能都有严格的要求，所用水的 PH 值不应超过 10.5 且不低于 6.0，氟、氯、硫元 素含量符合标准要求，磁粉材料应无腐蚀性，亦即它不应腐蚀堆内相关部件，总之要按标准 2 选用。 1.1.1.1.4 4 反应堆在役检查的安全防护反应堆在役检查的安全防护 反应堆内烧过的核燃料内含多种裂变产物， 材料的组成元素在中子作用下产生的活化放 射性物质大多是 辐射源。 因中子和 射线对相应物质的穿透能力很强， 为了使工作人员不 受辐射伤害，必须对核反应堆采取相应的辐射屏蔽。因一回路冷却剂流经堆芯，会产生感生 放射性，因此，在役检查人员必须作好辐射防护。反应在停堆换料检修期间，也会有强 射 线放出。检验人员要全面考虑环境安全，按规程操作。 1.1.1.1.5 5 民用核安全设备磁粉检验人员要求民用核安全设备磁粉检验人员要求 凡从事民用核安全设备磁粉检验的人员必须经过培训并取得核工业磁粉检验专业资格 证书，否则不得上岗。检验人员共分三个等级。级人员可以在级以上人员的指导下进行 检验工作，但不能评判结果和出具检验报告。级以上的人员可独立评判检验结果，出具检 验报告。级人员可对新产品制定检验工艺、编写检验规程。 1.1.1.1.6 6 核工业磁粉检验质量保证和文件要求核工业磁粉检验质量保证和文件要求 核安全是利用核能的前提， 为此， 国务院和有关核安全机构制定了原子能法和一系列核 安全法规及质量保证文件， 所有从事管理和科研生产的核工业人员必须认真执行。 这些法规 是制定核工业质量保证和安全文件的依据。 核工业质量保证主要包括过程控制和文件控制两个方面。它们互相渗透，互为支撑。过 程控制中要体现文件控制的要求，文件控制是检验过程中的文件控制。 过程控制要求检验工作与安全相关的过程是受控的，检验人员要关注每一个工作细节， 严格遵守检验规程和有关规范的要求，并做好相关记录。 文件控制是指检验工作的重要环节，重要信息都应以文件的形式做好监控、记录，以确 保检验工作的有序、检验结果的有效。文件控制主要以文件要求来体现，磁粉检验必需的文 件包括：检验规程或工艺卡、检验项目清单、专用计划、质量控制计划、原始记录、检验报 告。在应用以上文件时，要特别注意文件的有效性、文件和记录的完整性、记录的及时性、 记录的客观性、技术语言的规范性。 总之，核安全设备的磁粉检验既要注意其通用性，又要关注其特殊性。 1.21.2 民用核安全设备通民用核安全设备通用磁粉用磁粉检验检验技术技术 1.2.1.2.1 1 磁粉磁粉检验检验原理原理 磁性材料工件被磁化后， 由于不连续性的存在， 使工件表面和近表面的磁力线发生局部 畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，在合适的光照下形成目视可见的磁痕，从 而显示出不连续性的位置，大小、形状和严重程度。如图 1.1 所示。 1.2.21.2.2 磁粉检验操作步骤磁粉检验操作步骤 包括预处理、磁化工件、施加磁粉或磁悬液、磁痕的观察与记录、缺陷评定、退磁和后 处理七个步骤。 3 图 1.1 不连续性处漏磁场分布 1-漏磁场 2-裂纹 3-近表面气孔 4-划伤 5-内部气孔 6-磁力线 7-工件 1.21.2.3.3 磁粉磁粉检验检验优点优点 （1） 能直观地显示出缺陷的位置、 大小、 形状和严重程度， 并可大致确定缺陷的性质。 （2） 具有很高的检验灵敏度，能检验出微米级宽度的缺陷。 （3） 能检查出铁磁性材料工件表面和近表面缺陷。 （4） 综合使用多种磁化方法，检验几乎不受工件大小和几何形状的影响，能检验出工 件各方向的缺陷。 （5） 检查缺陷的重复性好。 （6） 单个工件检验速度快、工艺简单、成本低、污染轻。 （7） 磁粉探伤橡胶铸型法，可间断检验小孔内壁早期疲劳裂纹的产生和扩散速 率。 1.21.2.4.4 磁粉磁粉检验检验的局限性的局限性 （1） 只能检验铁磁性材料。 （2） 只能检验工件表面和近表面缺陷。 （3） 受工件几何形状影响（如键槽）会产生非相关显示。 （4） 通电法和触头法磁化时，易产生电弧，烧伤工件。 1.21.2.5.5 磁粉检验在核工业中的应用磁粉检验在核工业中的应用 核反应堆内众多部件中，有许多采用铁磁性材料，适用于磁粉检验。如铸钢阀体、高压 缸体、 常规岛中的汽轮机大型转子、 核设备钢制承压件的焊接接头、 高压主螺栓及其螺母等。 4 第二章第二章 原材料和零部件原材料和零部件的的磁粉检验磁粉检验 磁粉检验被广泛用于核电产品的原材料检验，如锻件、铸件、板材、螺栓和螺母等，对 保证产品的质量起到了重要的作用。检验方法一般使用连续法+湿法（或干法） ，磁化方法以 磁轭法和固定式磁粉探伤仪为主，一般不推荐使用触头法。 2.1 2.1 铸件的磁粉检验铸件的磁粉检验 将融化的钢水浇入铸型而获得的工件叫铸钢件。 它易于成形为各种形状复杂的工件， 所 以被广泛使用。铸件生产过程由冶炼、造型、浇注、出模、热处理等一系列环节组成。由于 高温、复杂的形状、液态钢水的流动和可能有问题的铸钢材料等结合在一起时，会使铸件产 生各种不连续性，如裂纹、疏松、夹杂、气孔等。铸钢件种类繁多，大的砂型铸件，重达数 吨，一般表面粗糙；精密铸件体积较小，但表面较光滑。 2.1.12.1.1 铸钢件磁粉检验的特点：铸钢件磁粉检验的特点： （1） 精密铸钢件一般体积小， 重量轻， 要求的检验灵敏度较高， 需检出表面细小缺陷， 一般应考虑在固定式磁粉探伤机上至少两个方向磁化， 并用湿法检验， 如有可能还应考虑使 用荧光法； （2） 砂型铸钢件一般体积大和重量较重，壁厚也较大，要求检出表面和近表面较大缺 陷， 如铸造裂纹、 皮下气孔和夹杂等缺陷， 一般使用单相半波整流电触头法或交流电磁轭法、 连续法、干法。 （3） 铸钢件由于内应力的影响，有些裂纹延迟开裂，所以不应铸造后立即检验，而应 至少在 24 小时以后再进行检验。 2.1.22.1.2 铸钢阀体的磁粉检验铸钢阀体的磁粉检验 核电站中无论核岛或常规系统，均有大量的阀门，并且许多属于核承压部件，产品制造 过程中