在核電機組中使用衍射時差法超聲檢測（TOFD）代替部分系統射線檢驗的應用分析

徐聰，吳凱

（中國能源建設集團安徽電力建設第二工程有限公司，安徽合肥230088）

在核電機組中使用衍射時差法超聲檢測（TOFD）代替部分系統射線檢驗的應用分析

徐聰，吳凱

（中國能源建設集團安徽電力建設第二工程有限公司，安徽合肥230088）

通過比對衍射時差法超聲檢測（TOFD）和射線檢測在部分規格焊口的檢測結果，綜合分析TOFD方法較射線檢測在時間效益和安全效益等方面的優越性及其在核電機組的應用前景。

衍射時差法；TOFD；核電機組；效益分析

引言

射線檢驗具有直接的底片記錄、對體積型缺陷的敏感性等已經廣泛的應用于核電安裝工程管道焊縫的檢測。但是這種傳統的檢測方法存在諸多的局限性。從廣西防城港核電1、2號機組建安工程的施工經驗來看，大口徑厚壁管取消預留探傷孔，導致射線檢驗透照次數多、曝光時間長，加之射線檢驗時間窗口的局限，導致大量焊口積壓，從而影響工程的進度。安全方面，射線輻射對人體有很大傷害，作業過程中操作不當容易發生誤照射，放射源的嚴格管控程序對工作效率有所影響。大口徑管道隨著曝光時間的延長，射線底片的清晰度也會明顯下降，影響透照質量和缺陷評判。

衍射時差法（TOFD）超聲波檢測除具備超聲波檢測方便、快捷、無害的傳統優勢外，還能精確測量平面缺陷在厚度方向上的高度，更直接的圖像化顯示、更高的定量精度和檢測效率，在核電領域有廣泛的應用前景［1］。

為此，在某核電機組進行衍射時差法（TOFD）超聲波檢測代替射線檢驗的課題研究。在綜合分析NB/T47013.10-2015檢驗標準的基礎上，制定碳鋼和低合金鋼的對接焊縫衍射時差法超聲波檢測工作程序和工藝方案，設計制作核電低合金鋼管道焊縫試樣，預先制作人工缺陷，進行TOFD檢測技術能力驗證和與射線檢驗的比對分析，并于采用常規超聲檢驗輔以TOFD對焊口（φ508×15.09）進行檢驗，之后在其他系統上投入檢驗使用。

1　模擬試驗

1.1試樣

設計制作不同材質不同規格的管道試樣，預制裂紋、未熔合、未焊透、氣孔、夾渣等常見缺陷如表1，并且委托射線檢驗班組進行射線檢驗。

表1　試件材質及規格

1.2檢測工藝

試驗采用友聯PXUT-910檢驗儀，對比試塊根據標準NB/T47013.10-2015選取T=30mm試塊。通過分析相關標準，采用一個厚度分區進行檢測，選用的探頭角度70°、頻率7.5MHz、晶片尺寸φ4mm。

1.3檢測結果

超聲檢測和TOFD檢測在缺陷的定位、定量和定性方面都存在技術本身的局限性。在沒有對工件進行解剖的情況下，工件內部的真實信息是無法獲得的，以下對工件人工缺陷的兩種檢測方法的檢測結果進行對比，以確定人工缺陷制作是否正確，并為后續的對比分析提供了數據基礎。

下頁表2是TOFD-1號工件的缺陷統計對比，TOFD-1號-1號缺陷為氣孔，兩種方法均檢出，圖像明顯（見下頁圖1）。TOFD-1號-2號缺陷是未熔合，TOFD檢測顯示明顯（見下頁圖2），射線檢驗影像顯示呈現斷續狀，極易產生誤判，且兩種檢測方法測長差異較大。TOFD-1號-3號缺陷為裂紋，射線檢驗未檢出，TOFD檢測顯示明顯（見下頁圖3）。TOFD-1號-4號缺陷是未焊透，均檢出，且顯示明顯（見下頁圖4）。

表3是TOFD-2號工件的缺陷統計對比。

表2　1號試件試驗對比

表3是TOFD-2號工件的缺陷統計對比。TOFD-2號缺陷為條渣，兩種方法都檢出，圖像顯示清晰（見圖5）；TOFD-2#-2缺陷為表面開口裂紋，且從底片影像上可以看出有兩條裂紋（見圖6）；TOFD-2#-3號是密集型氣孔，均檢出（見圖7）；TOFD-2#-4是未熔合和氣孔，射線底片影像不明顯（見圖8）。

表3　2號試件試驗對比

1.4結果討論

本次試驗兩個試樣尚有許多離散的點狀缺陷未一一對比分析，其中TOFD檢測出點狀缺陷個數總共為25個，射線檢驗出點狀缺陷11個，可見TOFD在發現氣孔夾雜物等有較高的檢出率；TOFD的衍射信號受缺陷取向的影響較小，對裂紋非常敏感；兩種檢測方法在定位上TOFD具有很大優勢，能精確的測定缺陷的深度，射線檢驗只能通過黑度和缺陷的位置大致分析判斷；兩種檢測方法的測長大致相同，TOFD測長略微大于射線檢驗測長，不影響缺陷等級評判［2］。

2　實際應用

通過試驗對比分析論證，TOFD檢測在缺陷的檢出率，發現面狀缺陷的敏感程度上明顯優于射線檢驗。為了進一步驗證成果和結論的可靠性，以及實施TOFD檢測代替射線檢驗在核電首次正式使用。課題組協調業主審核通過關于常規島安裝工程UT輔以TOFD代替射線檢驗的澄清，允許對外徑大于等于400 mm且壁厚大于等于12 mm的碳鋼和低合金鋼管道采用UT附加TOFD代替射線檢驗，并編制《衍射時差法超聲檢測程序》，正式開始選取對常規島安裝汽機蒸汽和疏水系統（GPV）、汽水分離再熱器系統（GSS）、凝結水抽取系統（CEX）的若干焊口進行TOFD檢測。所檢測焊口情況如表4所示。

表4　實際應用的系統情況

為了保證首次使用的檢測質量，課題組同時委托檢驗班對所有TOFD檢測過的管道焊縫進行射線檢驗。檢測結果比較統計如下頁表5所示：

現場試驗說明，TOFD檢測在常規島管道焊縫的檢測中具備使用條件。射線檢驗在現場采用雙壁單影透照方式進行，因透照厚度大，曝光時間長，檢出率低，TOFD檢測則可以避免此類情況發生。

表5　實際應用的檢測結果對比

3　效益分析

3.1時間效益

射線穿透能力有限，對于厚壁管，曝光時間較長，每個焊縫需要大量的探傷時間。下表以Ir192源在60Ci狀態下對不同規格的大管徑管道焊縫檢測所需時間與TOFD檢測所需時間的對比，表中僅僅是以60Ci活度的Ir192源對大口徑管道焊縫檢測的所需時間為例進行說明，如若現場用源活度低于60Ci，則射線檢驗用的時間還會增加。對于上述各規格管道的焊縫檢測，射線檢驗需要的時間均遠遠超過TOFD檢測需要的時間，TOFD檢測大大提高現場的檢測效率，且檢測當場就能得出檢測結果。且射線檢驗后續工作（膠片沖洗、評定）也占用大量的時間，TOFD檢測的評定時間則也相對較少（見表6所示）。

表6　實際應用的檢測時間對比

若射線檢驗發現了超標缺陷，必須等到次日評片后才可以出具返修通知單對缺陷處理，返修結果則要等到第三日。TOFD檢測對于現場發現的超標缺陷，當天就可以出具返修通知單進行返修。相比于射線返修至少3天的周期，TOFD檢測1天就可以完成，大大縮短了對不合格焊縫缺陷的處理和檢測周期。

由于輻射安全原因，對放射源的管理以及射線探傷時間的申請非常嚴格，現場承包單位眾多，各單位之間的協調接口點多面廣，在進行現場安全防護工作時更加費時、費力，使得有用的探傷作業時間更加有限。且在同一個廠房內不可能同時采用多個射線源進行交叉探傷，造成射線檢驗的工作效率極為低下。且在工程后期，射線探傷時間窗口和調試的時間窗口沖突尤為嚴重，導致大量焊口射線檢驗作為遺留項在調試后進行。反觀TOFD檢測不受任何時間窗口的限制，可以進行交叉作業，作業時間相較射線檢驗大大減少不需要復雜的安全防護工作，可以在正常的施工時間內和其他工序交叉施工，大大提高了工作效率，從而加快了工程進度。

3.2安全效益

射線檢驗對安全防護要求高。在實際的射線檢驗活動中，可能發生輻射透照事故，且放射源脫落事故也有發生，存在較大的安全風險，給操作者和民眾造成很大的人身傷害。特別是在常規島安裝初期，由于設備少、廠房空曠且是開放式，加大輻射防護的安全邊界和安全管理難度。隨著工程的深入，大量的射線檢驗工作均需夜間在腳手架上完成，腳手架上高空作業、不佳的人員精神狀態、昏暗的照明以及諸多夜間的不確定性安全因素均不可避免地增加了夜間作業的安全風險。同時，射線檢驗所使用膠片的后續處理會帶來大量的廢液排放，增加環境污染。TOFD檢測技術在人員及工作環境均都能處于最佳狀態及最佳外部監控狀態下的白天就可操作。使用TOFD檢測技術更不會存在輻射防護風險，不需要復雜的安全防護工作，避免了對操作人員、民眾的輻射傷害和對周邊環境的污染。

4　結語

對此，綜合考慮工程進度、檢測工藝合理性、輻射防護安全等各方面因素，在核電機組建設過程中使用衍射時差法超聲檢測（TOFD）代替部分系統的射線檢測具有較好前景。

［1］胡先龍，季昌國，劉建屏，等.衍射時差法（TOFD）超聲波檢測［M］.北京:中國電力出版社，2014.

［2］強天鵬.射線檢測［M］.北京:中國勞動社會保障出版社，2007.

（編輯：劉楠）

App lication Analysis of the Use of Diffraction Time Difference M ethod in the Nuclear Power Unit（TOFD）Instead of Partial System Ray Inspection

Xu Cong，W uKai
（China Energy Construction Group of Anhui Electric Power Construction Second Engineering Co.，Ltd.，Hefei Anhui230088）

Through the comparison of diffraction time differencemethod ultrasonic testing（TOFD）and X-ray detection in some of the specifications of welding test results，comprehensive analysis of TOFD method in time efficiency and safety benefit superiority and application prospect in nuclear power plant.

diffraction time differencemethod；TOFD；nuclear power unit；benefitanalysis

TG115

A

2095-0748（2016）17-0068-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.17.28

2016-07-28

徐聰（1986—），男，安徽合肥人，工程師，主要從事電廠無損檢測及理化試驗方面工作。