核反應堆壓力容器管嘴與安全端異種金屬焊縫的滲透檢測

，步良，

(中廣核檢測技術有限公司，蘇州 215002)

核反應堆壓力容器管嘴與安全端異種金屬焊縫的滲透檢測

劉軍，劉步良，許洪憲

(中廣核檢測技術有限公司，蘇州 215002)

針對核反應堆壓力容器(RPV)管嘴異種金屬焊縫，介紹了對其進行著色滲透檢測工藝(溶劑去除型著色滲透檢測、溶劑懸浮顯像)的特點；探討了對其進行在役滲透檢測的特殊性及實施辦法,可供同行參考。

反應堆壓力容器(RPV)；異種金屬焊縫；滲透檢測;在役檢測

壓水堆核電站的反應堆壓力容器是反應堆冷卻劑壓力邊界的重要部位，用來包容和固定壓水堆的堆芯和堆內構件。為了保證冷卻劑在高溫時不沸騰，反應堆壓力容器應能承受15.5 MPa左右的工作壓力，且經得起強中子和γ射線的輻照。

制造壓力容器的材料為含錳、鉬、鎳的低碳合金鋼，該材料焊接性能和抗中子輻照性能都很好，但抗腐蝕性能較差。所以，在拼裝壓力容器后，需要在壓力容器內壁堆焊6～8 mm厚的不銹鋼層，以提高其抗腐蝕性能。反應堆壓力容器和一回路管道共同組成高壓冷卻劑的壓力邊界，是防止放射性物質外逸的第二道屏障之一。

圖1 反應堆壓力容器接管與安全端異種金屬焊縫結構示意

根據RSE-M《壓水堆核電廠核島機械設備在役檢查規則》及ASME《鍋爐及壓力容器規范(2004版)》規范，無損檢測分為目視檢驗、表面檢驗及體積檢驗。圖1為反應堆壓力容器接管(圖左側中部圓圈)與安全端異種金屬焊縫(圖左側8)結構示意，雖然管嘴為低碳合金鋼，但預堆邊及焊縫均為不銹鋼材料，故其表面的無損檢測只能選擇滲透檢測(該焊縫為核安全一級部件，且是高壓冷卻劑的壓力邊界，還需進行射線檢測及超聲檢測)。筆者介紹了對該結構進行著色滲透檢測工藝(溶劑去除型著色滲透檢測、溶劑懸浮顯像)的實施特點；探討了在役滲透檢測的特殊性及實施辦法,可供同行參考。

1 異種金屬焊縫的滲透檢測

針對核反應堆壓力容器(RPV)管嘴異種金屬焊縫結構及現場實施滲透檢測的特點，筆者選用溶劑去除型著色滲透檢測法，配合溶劑懸浮顯像對其進行檢測，檢測流程為：預清洗→滲透→去除→顯像→評定→后清洗。

1.1滲透檢測范圍及預清洗

受檢部件(見圖2)為核電廠CPR1000機組反應堆壓力容器進、出口接管與安全端異種金屬焊縫。其中，進口管嘴內徑為698 mm，厚度為106.1 mm；出口管嘴內徑為736 mm，厚度為107.1 mm。預堆邊焊縫寬度不小于17 mm；對接焊縫寬度(包括預堆邊焊縫)約50 mm。

圖2 某檢驗部位焊縫外觀及尺寸

完成該異種鋼焊縫的焊接后再打磨拋光，但目視無法確定焊縫具體位置。為了縮短檢驗人員在高輻射劑量環境下確定焊縫位置的時間，并提高檢驗效率，將檢驗范圍規定為目視可見的接管側異種金屬分界面至定位塊的距離。

表面預清洗非常重要。圖2所示的檢驗范圍，其基本要求是必須使滲透液潤濕受檢表面[1]，且要確保預清洗表面干燥后才能施加著色滲透液。

1.2施加著色滲透液

施加著色滲透液有噴涂、刷涂、澆涂和浸涂等4種方式。由于檢測對象是焊縫，屬于大部件的局部檢查，且是現場實施的，所以采用刷涂的方式施加著色滲透液。

根據NB/T 47013.5-2015《承壓設備無損檢測 第5部分：滲透檢測》標準的要求，滲透時間至少為10 min；按照ASME規范要求，滲透時間至少為5 min；而按照RCC-M規則要求，滲透時間至少為20 min。

由于RPV管嘴異種金屬焊縫材料為奧氏體不銹鋼(見圖3)，而450～850 ℃的溫度范圍為奧氏體不銹鋼的敏化區(如焊縫及熱影響區)，容易產生晶間腐蝕。

在腐蝕介質作用下，晶間迅速溶解，被腐蝕的晶間失去強度。腐蝕的不斷深入將完全破壞晶粒之間的聯系，晶間腐蝕在應力作用下會迅速產生晶間斷裂[2]。

為了防止外來物引起晶間腐蝕，役前檢查和在役檢查期間需對使用的著色滲透液、清洗劑、顯像劑的鹵素含量進行嚴格控制。根據RCC-M規范《壓水堆核島機械設備設計和建造規則(2000版及2002補遺)》要求，相關溶劑的鹵素含量要不大于萬分之二。

由于晶間腐蝕類型的缺陷在形成初期體積較小，滲透檢測的一般工藝檢出率偏低，根據相關經驗反饋，役前檢查時要求滲透時間延長至2 h，且在整個滲透時間內，被檢表面必須保持潤濕狀態。

圖3 接管-安全端對接焊縫示意

1.3去除多余著色滲透液

根據NB/T 47013.5-2015標準、ASME規范及RCC-M規則的對比，對于溶劑去除型著色滲透法，均要求先用干凈無絨毛的布去除過量著色滲透液，再用干凈無絨毛的布蘸吸溶劑來去除。NB/T 47013.5-2015標準和ASME規范均明確規定不得用清洗劑直接在被檢面上清洗，而RCC-M規則要求去除方法需要由合同雙方認可。

筆者認為，如果用清洗劑直接噴灑在被檢件表面進行清洗，極有可能清洗掉已滲入缺陷內的著色滲透液，從而造成缺陷漏檢，所以應禁止用清洗劑直接清洗表面。

1.4顯像及評定

顯像后，應立即觀察跡痕顯示的過程，并對跡痕顯示作出解釋和評定。

滲透檢測中并非所有的跡痕顯示都由缺陷引起，因此需要對所有跡痕顯示作出解釋。確定跡痕顯示究竟是由缺陷引起(相關顯示)，還是由工件結構等原因引起(非相關顯示)，或僅是由于表面未清洗干凈而殘留的著色滲透液引起(虛假顯示)。對有疑問不能作出明確解釋的跡痕顯示，可用沾有酒精的棉球擦拭，這樣虛假顯示很容易擦去，且不會重新出現[3]。必要時，應從預處理階段開始重新進行全過程的滲透檢測。

對跡痕顯示作出解釋后，應按相關質量驗收標準作出合格、返修、拒收的評定。

2 在役滲透檢測

2.1在役滲透檢測的特點

在役滲透檢測時，檢驗區域處的輻射劑量屬于高劑量區(橙區)，并且滲透檢測周圍環境條件錯綜復雜(空間狹小、電纜密布且多孔洞)，進入該區域需要按照輻射防護的要求穿戴防護用品。所有這些因素都制約著檢驗人員在接受輻射劑量限制(劑量限值要求：個人單日劑量小于1 mSv)和給定的時間窗口下完成該滲透檢驗。

2.2檢驗實施過程

檢驗工作分3個小組，每個小組6名檢驗人員；然后6名檢驗人員又分3次實施檢驗(2名負責預清洗、施加著色滲透液；2名負責去除著色滲透液、施加顯像劑；2名負責評定、后清洗)，每位檢驗人員準備一個工具包，包里裝好自己檢驗所需要的物品，作業期間盡量少傳遞東西。每次實施每個小組只需2名檢驗人員進入檢驗房間。這符合ALARA(輻射防護最優化)原則，3次實施階段中的間隔時間正好用于工作交接，減少不必要的人員輻射劑量。

具體工作方案是：每次每個檢驗房間門口進入2名檢驗人員，其中一名檢驗人員按順時針方向翻過主管道(適合的體型也可以從下面鉆過去，翻越過程中注意避免磕碰)，每名檢驗人員負責2個半條焊縫，3個組合起來就是6條焊縫，確保不存在漏檢、誤檢。

檢查過程中，各組成員嚴格按照預先計劃分工執行，實施流水線作業、默契配合，確保工作的完整性，減少人員輻射劑量。整個工作過程中，每位不需要攀爬的人員只傳遞2次物品，一次是給翻過去的人員遞工具包，另外一次是接工具包，這樣可有效防止異物墜落風險。

3 結語

筆者結合RPV管嘴異種金屬焊縫的焊接工藝過程以及運行工況下容易產生的缺陷性質等因素，確定出最適合的滲透檢測工藝方法。探討了在高劑量區域工作時，通過合理的人員安排、檢驗過程的合理分解，能夠保證檢驗的順利實施。

[1] 楊波,胡學知,龔固,等.工件表面狀態對滲透檢測的影響及對策[J].無損檢測,2016,38(8):55-59.

[2] 李運濤,胡斌，代淮北,等.奧氏體不銹鋼管道應力腐蝕開裂檢測技術對比[J].無損檢測,2016,38(11):74-78.

[3] 胡學知.滲透檢測[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

PenetrantTestingforDissimilarMetalWeldofReactorPressureVesselNozzleandSafeEndinNuclearPowerPlant

LIU Jun, LIU Buliang, XU Hongxian

(CGNPC Inspection Technology Co., Ltd., Suzhou 215002, China)

This paper describes liquid penetrant testing process for dissimilar metal weld of PRV nozzle and safe end. It discusses the implementation features of solvent (removal penetrant testing and solvent) suspended development. The particularity of in-service penetrant test and implementation methods were also investigated, which should provide a reference for NDT staff.

reactor pressure vessel; dissimilar metal weld; penetrant test; in-service inspection

2017-04-12

劉 軍(1981-)，男，工程師，本科，主要從事核電站在役檢查無損檢測工作

劉 軍，liujun_678@163.com

10.11973/wsjc201711015

TG115.28

B

1000-6656(2017)11-0065-03