核電站全焊透角焊縫的射線檢測工藝

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(中廣核檢測技術(shù)有限公司 蘇州工業(yè)園區(qū)分公司，蘇州 215021)

安放式全焊透角焊縫被廣泛應(yīng)用于核電站主回路系統(tǒng)中，主要常見于反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)、化學(xué)和容積控制系統(tǒng)中，該類焊縫和主管承受著相同的壓力和溫度。這些系統(tǒng)流通著一回路帶有放射性的介質(zhì),一旦系統(tǒng)發(fā)生泄漏，會(huì)對核島設(shè)備和相應(yīng)房間造成嚴(yán)重的放射性污染，甚至影響機(jī)組運(yùn)行。發(fā)生泄漏后，對其進(jìn)行維修焊接時(shí)的輻射防護(hù)難度大，極易出現(xiàn)放射性污染并將異物引入一回路，同時(shí)會(huì)對大修的整個(gè)工期產(chǎn)生極大的影響，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

筆者通過對失效焊縫進(jìn)行試驗(yàn)，得到該類焊縫射線檢測工藝的最佳透照方式，得到了較好的缺陷檢出結(jié)果，并在核電站該類焊縫的射線檢測中進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用。

1 被檢焊縫

研究的焊縫為某核電機(jī)組運(yùn)行期間發(fā)生泄漏的焊縫。失效焊縫的規(guī)格(外徑×壁厚)為母管φ168.3 mm×18.2 mm，支管φ26 mm×5 mm，該焊縫所承受的壓力為15.4 MPa，溫度為350 ℃左右。安裝期間對該焊縫進(jìn)行PT，未發(fā)現(xiàn)異常顯示。

該類接頭的焊接成型工藝為：首先將支管座(基座)開V型坡口，將管座焊接于母管上；然后采用手工焊的方式將焊縫填滿，并保證一定的焊角尺寸。焊接完成后再根據(jù)需要插入的支管外徑進(jìn)行鉆孔。該類焊縫在焊接完成后應(yīng)修磨焊縫表面，保證圓滑過渡，從而避免焊縫出現(xiàn)應(yīng)力集中[1]。

2 關(guān)鍵工藝分析

機(jī)組投入使用后無法將膠片置于支管內(nèi)部，也無法按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定將膠片放置于支管內(nèi)側(cè)進(jìn)行透照。由于支管管徑小，小管角焊縫焊腳很高，焊縫圓滑過渡面積大,而且工件本身經(jīng)打磨圓滑過渡后為錐形結(jié)構(gòu)。要使焊縫區(qū)域能夠在底片上顯示出來，必須保證射線檢測的底片有足夠的寬容度，才能保證被檢區(qū)域缺陷的有效檢出。

核電站內(nèi)部各系統(tǒng)管線布置復(fù)雜，空間狹小，宜選用γ射線源對其進(jìn)行射線檢查，因此選擇Ir192射線源。

2.1 底片黑度

RCCM規(guī)定底片單片評定黑度不得小于2.0，雙片評定黑度范圍為2.7～4.5。根據(jù)膠片特性曲線，有效黑度范圍內(nèi)相對應(yīng)的曝光量上下限值有規(guī)定，這也就限定了一次性透照厚度的范圍。為了保證被檢焊縫區(qū)域在底片上的顯示均在有效黑度范圍內(nèi),采用雙膠片技術(shù)能達(dá)到提高膠片寬容度的目的。

2.2 不清晰度優(yōu)化

在一定條件下，射線檢測的清晰度主要由幾何不清晰度和固有不清晰度決定。在膠片布置的過程中，工件結(jié)構(gòu)易導(dǎo)致暗袋與焊縫表面不能很好地貼合，即其間會(huì)存在一定的空隙，從而增大了幾何不清晰度。同時(shí)暗袋中的濾光板在彎曲貼合時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的折痕，影響底片評定，這也在一定程度上影響了底片與焊縫表面的貼合。為了減小幾何不清晰度并改善暗袋與焊縫表面的貼合，考慮檢測時(shí)不使用濾光板。

RCCM規(guī)定使用γ射線源射線檢測時(shí)必須用濾光板。基于該焊縫的特殊情況，將濾光板去掉，并用同等厚度、相同材料的工件進(jìn)行不用濾光板和用濾光板兩種情況下的靈敏度對比試驗(yàn)。

對厚度T=32 mm的平板焊縫進(jìn)行射線檢測，一個(gè)暗袋裝有濾光板，另一個(gè)暗袋不裝濾光板，以此進(jìn)行對比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 用與不用濾光板的射線檢測結(jié)果

通過對比試驗(yàn)證明,濾光板對像質(zhì)計(jì)表征的靈敏度無明顯變化，所以檢測時(shí)不使用濾光板。

2.3 透照方式試驗(yàn)及優(yōu)化

選擇透照方式時(shí)，應(yīng)綜合考慮各方面因素，權(quán)衡擇優(yōu)。通常，主要從透照靈敏度、缺陷檢出特點(diǎn)和特殊缺陷檢出角等方面綜合考慮。對失效泄漏的焊縫進(jìn)行了多角度、多方式透照,嘗試找出該類焊縫失效泄漏的原因和最佳檢出方式[2]。

嘗試用4種方式進(jìn)行了透照，被檢部位為角焊縫。暗袋與母管之間的間隙會(huì)導(dǎo)致角焊縫漏檢,故不能在母管軸線上布置膠片，而只考慮在能完全覆蓋角焊縫的兩側(cè)布置膠片。支管全焊透角焊縫的4種透照方式示意如圖2所示。

圖2 支管角焊縫的4種透照方式示意

透照方式a：垂直于支管全焊透角焊縫進(jìn)行透照，該方式為傳統(tǒng)的雙壁雙影透照。采用該方式可以檢測體積型缺陷，現(xiàn)場操作方便，易于實(shí)現(xiàn)。

透照方式b：通過查詢完工報(bào)告并結(jié)合現(xiàn)場泄漏點(diǎn)的位置，初步判斷泄漏位置(泄漏點(diǎn)距離母管14 mm)大概在焊縫管座上坡口的位置。該坡口的加工角度與母管水平面成10°左右的夾角，該焊縫的焊接方式為逐層堆焊。考慮該焊縫的失效形式有可能是結(jié)合面處存在未熔合而導(dǎo)致承壓部分強(qiáng)度減弱引起的泄漏。在進(jìn)行射線檢驗(yàn)時(shí),將放射源位置與母管成10°角偏移，使其有利于檢測出管座上坡口結(jié)合面處的缺陷。

透照方式c，d：在經(jīng)過透照方式b得到初步結(jié)果后，為了得到更好的透照角度和效果，嘗試從母管側(cè)對缺陷進(jìn)行檢測。

3 底片對比分析

上述4種透照方式的支管角焊縫底片顯示如圖3所示。對以上4種方式的透照和所得底片進(jìn)行評定分析，結(jié)果如表1所示。

表1 4種透照方式的檢測結(jié)果評定

圖3 4種透照方式的支管角焊縫底片顯示

從表1可見,根部焊縫最小黑度滿足觀片要求，對于角焊縫上部黑度較大部分應(yīng)采用單片觀察。管座焊縫除臨近支管部分無法觀察外,其余大部分具備觀察條件。錐形結(jié)構(gòu)像質(zhì)計(jì)擺放后并未在底片上顯示出來。

通過表1的底片數(shù)據(jù)，以上透照方式中只有透照方式b的缺陷檢出效果最好，并能通過影像對該焊縫缺陷做出判斷。通過影像分析初步判斷該焊縫的失效形式,應(yīng)是沿焊縫坡口處產(chǎn)生的裂紋導(dǎo)致的泄漏,與透照前的分析相同。由于底片邊蝕嚴(yán)重，接近焊縫表面的影像無法觀察。

射線檢測對裂紋、未熔合等面積型缺陷的檢出與氣孔、夾渣類體積型缺陷的檢出相比，檢出率要低得多。并且裂紋的檢出并不完全取決于照相檢測靈敏度，還取決于裂紋的走向和射線束與裂紋之間的角度。方式a雖然和方式b類似，但是面積型缺陷對角度的敏感性較大，所以其未能在底片上顯示出來。

方式a與方式b之間的區(qū)別在于:方式b往支管方向傾斜了10°，使射線束方向平行母管和基座的結(jié)合面，改善了射線束與結(jié)合面缺陷之間的角度,增加了缺陷在射線束方向上的主因?qū)Ρ榷取９剩绞絙提高了檢出的靈敏度，更有利于坡口處裂紋和未熔合的檢出。

方式c,d不建議采用，雖然方式d也有所顯示，但射線在透過兩個(gè)母管管壁后，再經(jīng)過不規(guī)則焊縫根部，在底片上形成了復(fù)雜的影像，給缺陷影像的識別帶來了困難，不能對顯示的部位進(jìn)行準(zhǔn)確的識別和判斷，同時(shí)底片上影像對應(yīng)于該焊縫缺陷的位置也無法進(jìn)行定量測量，給后續(xù)的定位返修帶來了困難，故不建議采用。

4 結(jié)語

基于對坡口形式和焊接成型過程的了解，結(jié)合現(xiàn)場漏點(diǎn)位置的初步判斷，針對性地制定了射線檢測工藝;基于焊縫結(jié)構(gòu)和焊接形式不斷完善透照工藝，提高了危害性缺陷的檢出率，同時(shí)輔以其他方法進(jìn)行補(bǔ)充檢驗(yàn)，如UT(超聲檢測)、PT等，對該類焊縫缺陷排查方式的選擇具有重要意義。

[1] 陳勇.小管D類角焊縫射線照相檢驗(yàn)[J].無損探傷,2010(2):57-60.

[2] 強(qiáng)天鵬.射線檢測[M].北京:中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社, 2007.