核電用冷凝罐BOSS焊縫的射線檢測

孫 彪，閆 超，孟 帥，程宏霞，苗暢穎，原 瑜

(青島蘭石重型機械設備有限公司，青島 266426)

核電用冷凝罐安裝于差壓式變送器的測量管線上，主要作用為冷卻管線中的水汽，避免其在儀表管線中冷凝積累。核電廠冷凝罐BOSS焊縫主要是指小支管與筒體的安放式角焊縫，裝焊工藝通常為先將帶坡口的棒材安放在筒體上(預鉆孔)，完成施焊，再對棒材鉆孔，最終形成BOSS焊縫。在實際檢測過程中，不能對BOSS焊縫的內(nèi)部缺陷進行滲透檢測，同時按客戶要求增加了體積型缺陷輔助檢測，超聲檢測也無法對此類結構較小焊縫進行檢測，只能選擇射線檢測方法[1]。

以筒體尺寸為88.9 mm×7.62 mm(直徑×壁厚)，接管外徑為26.5 mm，單壁厚度為10.25 mm，高度為27 mm的BOSS焊縫為例，參照標準RCC-M-2007 《壓水堆核島機械設備設計與建造規(guī)則》的要求，對射線檢測工藝進行研究。

1 結構及參數(shù)

1.1 基本結構

冷凝罐基本結構如圖1所示，BOSS焊縫結構如圖2所示。

圖1 冷凝罐基本結構示意

圖2 BOSS焊縫結構示意

1.2 焊接及檢測要求

對于BOSS焊縫，考慮到焊材填充量以及接管直線度的要求，焊工施焊難度較大，該焊縫坡口角度為30°，母材為Z2CND18-12控氮不銹鋼，焊材為ER316L奧氏體不銹鋼焊絲，焊絲直徑為2.0 mm，綜合考慮，采用手工鎢極氬弧焊對此類接頭施焊。

按照分批生產(chǎn)的原則，一般每批為2030臺，按批次對BOSS焊縫抽取3%(不足3條，按3條)進行射線檢測。如發(fā)現(xiàn)不合格，則在同批焊縫中再抽取4條焊縫進行射線檢測；如仍有不合格，則對該批所有焊縫進行射線檢測。

2 射線檢測工藝制定

2.1 透照設備的選擇

根據(jù)RCC-M-2007標準中關于透照設備的要求，BOSS焊縫最小透照厚度為20.5 mm，現(xiàn)有的450 kV(額定電壓)X射線機(COMET MXR-451/26型)符合標準要求。

對于X射線源，焦距參考插套焊焊縫的要求，應大于支管外徑的10倍，假定焦距為850 mm，以C3等級膠片為例，通過計算獲得450kV射線機的曝光參數(shù)(見表1)，X射線檢測的對比度和清晰度高，曝光時間短，工作效率高。

表1 450 kV射線機的曝光參數(shù)

2.2 像質(zhì)計的選擇及擺放

根據(jù)RCC-M-2007標準要求，像質(zhì)計應符合標準BS EN 462-1-1994 《中英文版 無損檢測-射線底片質(zhì)量 第1部分：像質(zhì)計 圖像質(zhì)量評價》，識別絲號按BOSS焊縫兩個管壁的厚度(兩層壁厚)進行選擇，由于此結構余高變化量較大，可適當加余高，需看到12號絲，像質(zhì)計型號為10 FE EN。

像質(zhì)計的擺放方式有2種，分別為鋼絲平行于焊縫或垂直于焊縫(見圖3)，標*處代表需要識別的像質(zhì)計的鋼絲。

圖3 像質(zhì)計放置方向示意

如果平行放置，接管高度為27 mm，像質(zhì)計長度為70 mm，寬度為30 mm，沒有太多的擺放空間，所識別的鋼絲也不能放置于焊縫位置，且透照厚度變化較大，像質(zhì)計的絲徑顯示不能夠代表真實的靈敏度，因此該放置方式不合適。

像質(zhì)計垂直焊縫放置時，可以把要識別的鋼絲放置在接管孔中心，鉛字標識放置在母管上，這樣，像質(zhì)計鋼絲顯示較長，焊縫處的絲徑也能夠代表真實厚度的靈敏度，故選擇像質(zhì)計垂直焊縫放置[2]。

2.3 膠片技術、膠片等級、增感屏的選擇

參考RCC-M-2007標準，由于BOSS焊縫的直徑小，透照厚度差比較大，為提高底片寬容度，選擇雙膠片技術進行透照。因透照設備為X射線機，膠片等級選擇C3類膠片，如銳珂MX125型膠片。

選用管電壓小于400 kV的X射線機，透照厚度小于30 mm時采用雙片技術，可不用中屏，增感屏選用前后0.1 mm厚的鉛箔。

2.4 透照方式和方向的選擇

參考相關標準發(fā)現(xiàn)，BOSS焊縫結構的透照方式，都是支管內(nèi)側(cè)貼片，支管外側(cè)放置放射源，沿支管垂線方向，向支管側(cè)偏移0°10°進行透照，因為產(chǎn)品支管內(nèi)徑太小且無法布片，所以參考小徑管的焊縫結構和插套焊焊縫結構的檢測方式，選擇平面法進行透照。

接管和筒體焊縫相貫線曲率半徑變化較大，參考插套焊的透照方式，透照兩次，兩次相隔90°，一次沿筒體的周向方向透照[見圖4(a)]，一次沿筒體的軸向方向透照[見圖4(b)]。

圖4 透照方向示意

沿筒體的軸向方向透照時，底片上顯示的透照區(qū)域范圍小，焊縫及熱影響區(qū)母材輪廓不清楚，會造成母管焊縫根部缺陷漏檢。沿筒體周向方向透照時，底片上焊縫及母材輪廓非常清晰，能夠全部投影到膠片上，透照區(qū)域尺寸大(見圖5)，因此，選擇周向方向透照一次。

圖5 兩種透照方向的檢測底片

2.5 底片黑度的要求

參考RCC-M-2007標準中的黑度要求，單片觀察時黑度為2.0～4.5，雙片觀察時黑度為2.7～4.5，且兩張底片評定區(qū)內(nèi)相同點黑度差應不大于0.5。

2.6 評定要求

根據(jù)此類冷凝罐產(chǎn)品的技術等級要求，BOSS焊縫理論厚度為10.25 mm，按RCC-M-2007標準進行驗收，不允許出現(xiàn)以下缺陷：① 裂紋、未熔合、未焊透或咬邊;② 直徑大于3.41 mm的氣孔;③ 在123 mm長度上，累計尺寸大于10.25 mm的線狀或密集氣孔。間距小于較大氣孔尺寸6倍的氣孔，可視為同一線狀/密集氣孔;④ 夾渣長度大于6.83 mm;⑤ 在123 mm長度內(nèi)，累計尺寸大于20.5 mm的夾渣組，相鄰間距小于較小缺陷長度的6倍，可視為同一夾渣組。

3 工藝驗證

采用上述工藝進行驗證，單片觀察時支管孔中心(箭頭處)能夠清楚地識別所需靈敏度所對應的12號鋼絲(見圖6)。雙片觀察時，黑度最小區(qū)域為支管內(nèi)孔根部1#點，黑度為2.92，滿足標準要求(2.73.5之間)，支管側(cè)中心孔焊縫2#點黑度大于4.5，單片觀察時，測量3#點黑度為2.8，4#點黑度為2.1，且兩張單片同位置黑度差值小于0.5，由此可見，該射線工藝的黑度及靈敏度均滿足標準要求(見圖7)，可以執(zhí)行該檢測工藝。

圖6 像質(zhì)計靈敏度觀察結果

圖7 單雙片黑度觀察結果

4 實際產(chǎn)品檢測中的應用效果

在產(chǎn)品制造過程中，按上述射線檢測工藝，對該類產(chǎn)品多批次的BOSS焊縫進行射線檢測抽檢，發(fā)現(xiàn)多類型危害性焊接缺陷，例如根部未熔合、未焊透、層間未熔合等，共抽查BOSS焊縫69個，發(fā)現(xiàn)層間未熔合5處，氣孔2處，根部未焊透3處，缺陷檢出率高(見圖8)。

圖8 典型缺陷底片

通過相關的缺陷分析，得出缺陷產(chǎn)生的原因，做出相應的整改措施。焊接打底后和內(nèi)孔機加工鉆通后，應使用內(nèi)窺鏡對焊縫根部成型進行目視檢測，以確保根部焊接質(zhì)量。焊接過程中應增加互檢、專檢的次數(shù)，采用多層多道焊接，保證單道焊道厚度為23 mm，避免單道焊道過厚所產(chǎn)生的層間缺陷。

在后續(xù)的產(chǎn)品制造過程中，對該類焊縫結構進行射線檢測抽檢，合格率為99.4%。說明整改措施大大提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

5 結語

分析了冷凝罐BOSS焊縫的射線檢測工藝，重點解決了像質(zhì)計擺放和透照方向等技術難點，經(jīng)檢測驗證，底片成像質(zhì)量符合相關標準要求，而且能夠有效提高層間未熔合、根部未熔合、未焊透缺陷的檢出率，提升核電產(chǎn)品的合格率。該射線檢測工藝能夠滿足產(chǎn)品BOSS焊縫的質(zhì)量檢測要求，值得推廣應用。