蒸發(fā)器傳熱管密封焊液體滲透自動(dòng)檢查技術(shù)研制

辛露 高厚秀 高誼 王洪偉

【摘 要】隨著核電站運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，倒U型傳熱管必須經(jīng)受超高水壓、極端溫度、核輻射的影響，容易產(chǎn)生裂紋、凹陷等缺陷，最終導(dǎo)致傳熱管與管板連接處焊縫的失效。為了對(duì)此處焊縫進(jìn)行滲透檢查，研制了一套蒸發(fā)器傳熱管密封焊液體滲透自動(dòng)檢查設(shè)備（PECKER）。本文闡述了此設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)、檢驗(yàn)技術(shù)以及試驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】蒸發(fā)器；管板密封焊；液體滲透檢查

中圖分類號(hào)： TQ051 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）16-0019-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.008

【Abstract】Along with the growth of the plant running time， inverted U type heat pipe must be subjected to high pressure， the influence of extreme temperature， radiation， easy to produce the defects such as cracks， dents， eventually leading to transfer heat tube to tubesheet joint weld failure. In order to infiltrate the weld， a set of evaporator heat pipe seal welding liquid permeable automatic inspection equipment （PECKER） was developed. This paper describes the working principle， structure， inspection technology and test results of the equipment.

【Key words】Evaporator； Tube plate seal welding； Liquid penetrant inspection

0 引言

在核電站中，蒸汽發(fā)生器（簡(jiǎn)稱SG）主要功能是作為熱交換設(shè)備將一回路冷卻劑中的熱量傳遞給二回路的水，使其產(chǎn)生飽和蒸汽供給二回路的汽輪機(jī)發(fā)電。冷卻劑由蒸汽發(fā)生器下封頭的進(jìn)水接管進(jìn)入水室，在倒U型傳熱管內(nèi)流動(dòng)，傳熱管表面與二回路水接觸，傳熱給二回路水，并使其汽化，完成一、二回路之間的熱交換。倒U型傳熱管對(duì)核電站安全可靠的運(yùn)行起著十分重要的作用[1-2]。

隨著核電站運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，長(zhǎng)期須經(jīng)受超高水壓、極端溫度、核輻射影響的傳熱管容易產(chǎn)生裂紋、凹陷等缺陷，最終導(dǎo)致傳熱管與管板連接處焊縫的失效[3]。因此，在役檢查中對(duì)蒸發(fā)器傳熱管與管板密封焊進(jìn)行液體滲透檢驗(yàn)，對(duì)確保核電站的安全十分必要。我司研制了蒸發(fā)器傳熱管密封焊液體滲透自動(dòng)檢查設(shè)備（PECKER，下同）。本文描述了該設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)、檢驗(yàn)技術(shù)及試驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果。

1 PECKER介紹

PECKER主要由執(zhí)行裝置、運(yùn)載平臺(tái)、液體收集裝置、執(zhí)行裝置控制箱、攝像頭控制箱及存儲(chǔ)、顯示系統(tǒng)組成。執(zhí)行裝置控制箱和攝像頭控制箱及存儲(chǔ)、顯示系統(tǒng)組成布置在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)外，實(shí)施遠(yuǎn)程控制。控制箱由控制卡、驅(qū)動(dòng)器、電源等組成。檢測(cè)控制箱中有急停功能，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可以通過急停按鈕迅速停止所有運(yùn)動(dòng)。液體收集裝置及運(yùn)載平臺(tái)控制箱布置在蒸汽發(fā)生器房間內(nèi)。

在實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí)，首先將定位器通過加載長(zhǎng)桿快速定位，安裝在蒸汽發(fā)生器傳熱管管板上，在確認(rèn)定位器成功安裝后，將執(zhí)行單元與定位器聯(lián)接，并通過容器內(nèi)的監(jiān)視器核實(shí)聯(lián)接已發(fā)生，詳見圖1。

1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

PECKER執(zhí)行單元主要有預(yù)清洗子模塊、滲透液施敷子模塊、圖像采集子模塊、去除與干燥子模塊四個(gè)部分，以上四個(gè)子模塊集成在圓形基座上。執(zhí)行單元如下圖所示（圖2）。

1.2 電氣控制

電氣控制系統(tǒng)以控制卡為核心控制單元，通過觸摸屏進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作。

1.3 軟件設(shè)計(jì)

為配合該檢查裝置共開發(fā)了兩種軟件，一種為視頻測(cè)量軟件，另一種為控制軟件。

蒸發(fā)器傳熱管密封焊液體滲透自動(dòng)檢查中使用的視頻測(cè)量軟件在現(xiàn)有軟件平臺(tái)上進(jìn)行適應(yīng)性修改，增加千兆網(wǎng)相機(jī)輸入模塊及相機(jī)數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)管理模塊，針對(duì)蒸發(fā)器水室光照環(huán)境、金屬反光狀態(tài)對(duì)原測(cè)量軟件的圖像特征提取及分析模塊做適應(yīng)性修改及參數(shù)調(diào)整。

控制軟件主界面分為4個(gè)區(qū)：系統(tǒng)功能區(qū)、狀態(tài)監(jiān)控區(qū)、操作面板區(qū)、系統(tǒng)消息區(qū)。見圖3。

系統(tǒng)功能區(qū)：實(shí)現(xiàn)軟件與PLC及LED燈控制器的連接；

狀態(tài)監(jiān)控區(qū)：顯示自動(dòng)滲透系統(tǒng)各個(gè)執(zhí)行元件的狀態(tài)；

操作面板區(qū)：控制自動(dòng)滲透系統(tǒng)的功能按鍵集合；

系統(tǒng)消息區(qū)：顯示系統(tǒng)當(dāng)前操作動(dòng)作信息。

2 工作原理

執(zhí)行單元各模塊可按需求組裝在一個(gè)聯(lián)合操作平臺(tái)上，通過快速鏈接裝置，安裝在運(yùn)載平臺(tái)上；控制信號(hào)電纜和氣液管路集成后跟隨運(yùn)載平臺(tái)同步運(yùn)動(dòng)。其中執(zhí)行單元搭載于運(yùn)載平臺(tái)上完成檢查定位。執(zhí)行單元主要實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸發(fā)器傳熱管與管板密封焊和堵管密封焊及熱影響區(qū)的液體滲透檢查，運(yùn)載平臺(tái)用于將執(zhí)行單元從蒸發(fā)器任意管孔處輸送至待檢對(duì)象正下方。

控制模塊主要分為電氣控制子模塊、氣動(dòng)控制子模塊，液壓控制子模塊。其中電氣控制子模塊為圖像采集子模塊、照明單元提供電源支持及功能控制操作，氣動(dòng)控制子模塊為滲透檢查各模塊提供氣源支持的功能控制操作，其中供水水路包括去離子水供水與滲透液供水兩種水路。氣路子系統(tǒng)包括執(zhí)行單元供氣氣路，滲透液供氣氣路兩種氣路。水、氣路子系統(tǒng)需要通過島外集裝箱內(nèi)的操作終端控制，完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)動(dòng)作。工作原理框圖見圖4。

3 檢驗(yàn)技術(shù)

PECKER的液體滲透檢查方法采用水洗型熒光自顯像滲透檢查方法。清洗液為自來水或去離子水，滲透液為水洗型熒光滲透液。

水洗型熒光自顯像滲透檢查方法直接使用自來水或去離子水清洗，且易清洗、安全無毒、使用方便、不可燃、不污染環(huán)境。基本成分是熒光染料和水，特點(diǎn)及適用范圍與水基型著色滲透液基本相同，但靈敏度較高。特別適用于受力要求不高部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜表面粗糙度不好的部件。考慮到密封焊的原始狀態(tài)存在焊波，表面粗糙，不利于滲透劑去除的特點(diǎn)，因此PECKER選用低等靈敏度水洗型熒光滲透液。

蒸汽發(fā)生器傳熱管密封焊滲透自動(dòng)檢查步驟詳見圖5。

本文中主要解決的技術(shù)難點(diǎn)是滲透劑的施敷和去除。

3.1 滲透劑的施敷

在試驗(yàn)室將硼酸融入滲透液中并制成飽和溶液，試驗(yàn)室溫度在23℃左右，分別將加入硼酸的滲透液和未加入硼酸的滲透液施加到模擬體上進(jìn)行檢驗(yàn)靈敏度對(duì)比試驗(yàn)。通過對(duì)比試驗(yàn)的測(cè)試，熒光滲透液中加入硼酸后，其檢驗(yàn)靈敏度略有下降，理論上是由于滲透液濃度的降低而產(chǎn)生的，但未發(fā)現(xiàn)在滲透液中加入硼酸后會(huì)導(dǎo)致滲透液熒光湮滅，或其他意外現(xiàn)象。滲透液施敷示意圖見下圖6。

3.2 滲透劑的去除

滲透劑去除采用噴嘴方式，通過調(diào)整噴嘴與密封焊的距離，調(diào)整供給水的壓力，采用不同的清洗時(shí)間，獲得最佳的清洗效果參數(shù)，清洗效果詳見下圖7。

4 試驗(yàn)與驗(yàn)證

4.1 靈敏度測(cè)試

應(yīng)用檢驗(yàn)滲透劑靈敏度和操作工藝準(zhǔn)確性的五點(diǎn)試塊（PSM-5）來檢查水洗型熒光滲透劑的靈敏度。試驗(yàn)證明能夠分辨出PSM-5試塊上的兩個(gè)點(diǎn)，證明該滲透液靈敏度正常。

4.2 預(yù)清洗子模塊功能測(cè)試

由于蒸發(fā)器傳熱管管板上存在著大量的硼結(jié)晶，僅靠水的沖洗無法將硼結(jié)晶去除，因此在預(yù)清洗子模塊中會(huì)使用刷子的結(jié)構(gòu)對(duì)單管焊縫表面的硼結(jié)晶進(jìn)行清洗。

預(yù)清洗子模塊功能測(cè)試結(jié)果詳見圖8，被檢部位上的附著物能夠被清洗干凈，滿足滲透要求。

4.3 滲透液施敷模塊功能測(cè)試

滲透液需要施敷至堵管焊縫和管板焊縫上，并能夠保持濕潤(rùn)狀態(tài)。滲透液施敷模塊功能測(cè)試結(jié)果詳見圖9。

4.4 滲透液去除模塊功能測(cè)試

被檢部位上的滲透液需要被清洗干凈和干燥，滿足顯像要求。在去除滲透液的過程中，既要保證能去除工件表面多余的滲透液，也要防止因?yàn)檫^清洗而導(dǎo)致缺陷無法顯示。滲透液去除模塊功能測(cè)試結(jié)果詳見圖10。

4.5 殘液收集模塊測(cè)試結(jié)果

殘液收集單元能迅速地將滲透檢查殘液收集起來，能夠保證預(yù)清洗及去除時(shí)噴出的自來水或去離子水在滲透檢查模塊中留存水量不大于10ml。

4.6 圖像采集分析及測(cè)量

圖像采集分析模塊能實(shí)時(shí)觀察液體滲透檢查的全過程，圖像采集分析單元當(dāng)與液體滲透檢查同步進(jìn)行，圖像處理則能從采集的圖像資料中隨意調(diào)用，兩者獨(dú)立進(jìn)行操作。

按照檢查流程，對(duì)輸入圖像進(jìn)行標(biāo)定、邊界提取、測(cè)量、結(jié)果記錄等操作，然后按照標(biāo)定試板上的劑量尺寸進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證測(cè)量誤差小于0.3mm。測(cè)量精度測(cè)試結(jié)果詳見圖11。

5 結(jié)束語

本文介紹了自主研發(fā)的PECKER系統(tǒng)，并通過了大量試驗(yàn)對(duì)其性能進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明PECKER滿足傳熱管密封焊液體滲透自動(dòng)檢查的要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]GB/T 16702-1996 壓水堆核電廠核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]NB/T 20001-2013壓水堆核電廠核島機(jī)械設(shè)備制造規(guī)范[S].

[3]滲透檢測(cè)國防科技工業(yè)無損檢測(cè)人員資格鑒定與認(rèn)證培訓(xùn)教材，編審委員會(huì)編，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.7.