核電站乏燃料水池預埋件角焊縫射線檢測工藝研究

摘 要：核電作為清潔、安全的能源，是國家“十四五規劃”能源供應的重點項目。核電站鋼襯里、鋼結構、不銹鋼的預制、安裝期間射線檢測是控制焊接質量的重要檢測方法。在某核電工程實踐中，需要對角焊縫進行射線檢測，本文介紹了以俄標為技術條件對某核電廠乏燃料水池預埋件角焊縫預制完成后射線檢測的工藝研究與控制，通過進行射線靈敏度對比試驗、結合標準規范分析確定了射線關鍵工藝參數、結合利用分區觀察評定方法，驗證了角焊縫射線底片質量以及射線檢測結果的符合性。

關鍵詞：核電廠；預埋件；角焊縫；射線檢測

中圖分類號：" "TL 48 文獻標志碼：A

某核電廠2臺機組采用VVER-2600堆型，核島土建鋼結構工程主要由安全殼碳鋼襯里和不銹鋼襯里組成。安全殼鋼襯里筒體筒身為高52.6m，穹頂高22m，內徑44m，由6mm厚P265GH鋼板拼接而成；安全殼鋼襯里結構如圖1所示，其中包括386個貫穿件、735個錨固件、2個應急人員閘門、1個設備閘門以及安裝設備吊車梁時使用的24個環吊牛腿。不銹鋼襯里覆面安裝主要分布在71UJA/81UJA廠房（反應堆廠房）內部結構、71UJE/81UJE廠房（蒸汽間廠房）、71UCB/81UCB廠房（控制廠房）、71UKA/81UKA廠房（輔助廠房）、71UKC/81UKC廠房（服務廠房）、71UKD/81UKD廠房（安全廠房）等廠房內。反應堆廠房內部結構主要包括不銹鋼豎井、不銹鋼檢查井以及不銹鋼乏燃料水池。乏燃料水池作為承載放射性物質的容器，其焊縫質量的好壞直接影響核電站運行時的安全性、可靠性和使用壽命。

乏燃料水池不銹鋼覆面焊縫一般采用目視、滲透、泄漏、射線等無損檢測方法對焊縫進行檢驗。

射線檢測作為一種體積性檢測，在不銹鋼覆面焊縫實際檢測過程中主要有以下優點[1]。1）檢測結果有直接記錄-射線底片，可以長期保存，有較好的追述性。2）可以獲得缺陷的投影圖像，缺陷定性定量準確，特別是對體積型缺陷（氣孔、夾渣類）的長度、寬度尺寸，其誤差一般在零點幾毫米。3）對體積型缺陷檢出率高，一般可以檢出試件厚度1%以上的體積型缺陷。4）適用于檢測厚度為6mm～30mm的不銹鋼板，不需要太高能量的射線裝置即可進行檢測。

但射線檢測在現場應用中也有其局限性。1）檢測成本較高。射線機采購成本高，使用的射線底片及處理底片的耗材成本、檢測時使用的人工成本較高；底片質量要求高，有需要重復檢測的情況。2）射線拍片檢測速度慢。現場射線檢測受施工現場條件限制，使用X射線機時對拍片位置有一定的要求，在一些特殊位置上，光架設X射線機就需要10min～20min。需要等射線底片沖洗出來才能判定檢測結果。3）射線檢測對安全防護要求較高。現場使用的X射線機通電后發射X射線，會對人體組織造成一些影響，因此在對周邊以及射線拍片操作人員的安全防護上都必須按照相關標準要求進行防護。

因此，選擇正確的射線工藝控制射線檢測過程及射線底片的質量，每次射線拍片檢測后交出合格的底片，以此來確保焊縫質量，控制射線檢測的成本、減少不必要的返工、減少射線對人員的影響就顯得尤為重要。

1 乏燃料水池預埋件射線檢測的基本情況

乏燃料水池預埋件先在不銹鋼車間進行預制焊接，預埋件車間預制后狀態如圖2所示。焊接完成后根據俄標（ПНАЭГ-10-032-92（НД））進行目視、泄漏、滲透、射線檢測，合格后在現場進行安裝，預埋件安裝狀態如圖3所示，后續與乏池覆面板進行拼接，主要起到設備支架以及密封作用。

乏燃料水池預埋件材質為022Cr19Ni10，厚度12mm。采用手工電弧焊，雙“V”形坡口，車間預制焊縫有1條角焊縫、1條對接焊縫需要進行射線檢測。由于角焊縫的焊接難度大，拍片參數不好控制，在預埋件制作前可以先按照相同的焊接工藝制作模擬件，先對模擬件進行射線檢測，一是可以調整確定射線檢測參數，二是如果模擬件檢測出缺陷，還可以根據缺陷來總結發現焊接時出現的問題，確保預埋件正式焊接時的焊接質量。

此角焊縫射線檢測的主要難點如下。1）射線焦點以及焦距的選擇。2）焊縫表面不平整導致像質計不能正常布置。3）透照厚度差大、射線參數的選擇以及射線底片黑度的控制等。

2 預埋件角焊縫射線檢測的工藝選擇及控制

2.1 角焊縫射線檢測工藝準備工作

在準備進行射線檢測前，應先進行預埋件被檢表面的檢查，去除會影響射線檢測及底片評定的表面凹坑、不規則的紋路、焊縫咬邊等，核實好焊縫尺寸信息。在射線檢測過程中，要注意輻射防護，射線檢測的人員需要佩戴TLD以及個人報警儀，確保不會出現誤照射事故。

2.2 角焊縫焊接接頭形式及透照方式

角焊縫是一種常見的焊接接頭形式，在核電站乏燃料水池不銹鋼覆面安裝中，角焊縫通常用于連接水池壁和底部，以保證水池的結構穩定性和密封性。角焊縫的焊接接頭形式主要有以下4種。1）對接角焊縫。此方式是將2個相互垂直的板材直接對焊在一起，形成直角的焊縫。這種方式適用于承受較大載荷和壓力的場合，具有較高的強度和密封性能。2）搭接角焊縫。其是將板材的邊緣搭接在另一個板材上再進行焊接。3）“T”形角焊縫。其是焊接時形成“T”形的焊縫。4）角接角焊縫。將2個相互垂直的板材的端部焊接在一起，形成角形的焊縫。

透照方式是指在射線檢測過程中，射線穿過焊縫的方式。透照方式的選擇直接影響檢測結果的準確性和可靠性。

對角焊縫射線檢測常見的透照方式有以下3種。1）單面透照。此方式將射線只從一個方向垂直穿過焊縫，然后在另一側布置底片，主要適用于較薄的板材和簡單的焊接接頭形式。這種方式檢測效率較高，但可能存在一定的盲區。2）雙面透照。從2個相反的方向穿過焊縫進行透照，適用于較厚的板材和復雜的焊接接頭形式，能夠有效減少盲區，提高檢測的準確性。3）傾斜透照。射線以一定的角度穿過焊縫，然后在另一側布置底片。這種透照方式適用于特殊情況下的焊接接頭形式，例如角接角焊縫，能夠更好地觀察焊縫的內部結構。

此不銹鋼預埋件的制作主要使用如圖4所示的角接角焊縫焊接接頭形式以及如圖5所示的傾斜透照方式。

2.3 透照參數

對被檢件焊縫厚度、角焊縫位置進行分析，選用300kV射線機進行射線檢測。根據射線機曝光曲線查得，采用電壓250kV，電流5mA，曝光時間1.5min，焦距700mm。由于是角焊縫，焊縫透照厚度有差異，因此采用高電壓短時間來增加寬容度。對焦時根據俄標ГОСТ7512-82要求，照射方向和射線照與膠片垂線間的角度不得超過45°，不然會造成底片不同位置黑度差距過大，導致底片部分區域黑度不滿足標準要求，或者造成缺陷影像畸變過大，影響評定。圖6為確定射線焦距示意圖，主要是按照標準控制好與膠片垂線的角度。圖7為焦點位置示意圖，要確保焦點在射線底片中心。

2.4 靈敏度要求

此預埋件執行的射線檢測標準為俄標ПНАЭГ-10-032-92（НД）。ПНАЭГ-10-032-92（НД）中要求射線檢測靈敏度應符合ГОСТ7512-82三級靈敏度要求[2]。ПНАЭГ-10-032-92（НД）標準對各靈敏度等級要求見表1。

埋件透照厚度為12mm，靈敏度應滿足線型像質計直徑0.40mm，經業主以及設計同意，可采用ASTM組別B組（6～11）絲型像質計，需要看到7號絲徑（0.33mm），滿足俄標相應透照厚度的靈敏度等級要求。

2.5 幾何不清晰度要求

根據標準ГОСТ7512-82要求，當所要求的檢查靈敏度小于或等于2mm時，幾何不清晰度不應超過所要求檢查靈敏度的一半；當檢查靈敏度大于2mm時，幾何不清晰度不應超過1mm。

此角焊縫靈敏度要求為0.40mm，幾何不清晰度不能超過靈敏度的一半，即幾何不清晰度≤0.2mm。

根據幾何不清晰度如公式（1）所示。

Ug=Φd/f （1）

式中：Ug為幾何不清晰度；Φ為有效焦點尺寸；f為射線源到被透照焊縫的距離；d為被透照焊縫射線源一側至膠片的距離。

根據公式（1）得出幾何不清晰度為0.04mm，符合標準要求。

2.6 像質計放置

由于角焊縫結構特點，像質計擺放在射線源側不能完全貼合焊縫表面，且會對像質計進行彎折，粘貼不牢靠，容易脫落。因此，對像質計放置在源側和膠片側的像質指數進行對比試驗。

同時，將像質計擺在源側以及膠片側，在膠片側的像質計旁貼上字母“F”，對底片進行曝光并經過暗室處理后，比較底片上2個不同擺放位置的像質計靈敏度顯示，對比試驗底片顯示如圖8所示。由圖8可知，底片左側顯示為放置在源側的像質計，6～9號絲清晰可見；底片右側顯示放于膠片側的像質計，6～9號絲同樣清晰可見。同時滿足標準可以看到7號絲徑（0.33mm）的靈敏度要求，因此，針對此角焊縫像質計的放置，可以選擇將像質計放在片側，這樣可以避免發生像質計放置于源側不能緊貼焊縫以及發生彎折、意外脫落等情況。

2.7 膠片布置

射應選擇寬度100mm規格的射線底片，以確保焊縫及焊縫兩側評定區的覆蓋。根據俄標ГОСТ7512-82要求，被檢焊接接頭到射線膠片之間的距離應是最小的，在任何情況下不得超過150mm；由于是不銹鋼焊縫，因此無法使用吸鐵石將膠片緊貼焊縫，被檢角縫又為豎直方向，膠片布置時應更注意。如圖9中射線底片布置方式所示，應使用其他物品輔助使膠片更緊貼焊縫，并使用鉛板做好背散射線防護，可以在底片袋背面貼一個“B”的鉛字標記，如果在底片上出現黑度比周邊區域黑度低的“B”字影像，就說明散射線防護的效果不好，需要重新調整防散射線措施，例如增加防散射線鉛版的厚度。如果底片上不出現“B”字影像或者黑度高于周邊區域的“B”字影像，就說明背散射防護滿足要求。在曝光結束后還應觀察膠片是否移動，是否還緊貼焊縫。如果有異常，就需要重新布置膠片重新曝光。

2.8 底片黑度控制

俄準要求底片黑度為1.5（含）～3.5（含）。由于角焊縫尖角位置區域透照厚度最大，會在底片上形成一條黑度很低的條形顯示區域，與底片中其他位置區域黑度相差過大，整張底片的評定區域容易不能同時滿足標準黑度上下限要求。為了減小底片黑度差值，可以采取以下措施：一是在允許的范圍內對角焊縫尖角進行圓滑過渡。二是在滿足焊縫余高尺寸要求的情況下盡可能打磨，以減小焊縫厚度，縮小透照厚度差。

2.9 底片分區域觀察

在采用上述2種方式處理角焊縫尖角透照區域后，尖角透照區域仍然不能滿足標準黑度要求，且執行的俄標中未對雙片疊加觀察、雙片疊加黑度做出要求，因此此角焊縫底片采用分區域觀察法；采用分區域觀察法就需要計算角焊縫尖角透照區域最大透照厚度。如圖10所示，內側焊縫厚度控制平均值為2.5mm，再根據被檢工件板厚12mm可以計算出尖角透照區域最大透照厚度約為20mm（12×+2.5），根據此透照厚度查曝光曲線選取參數對此區域進行曝光。經暗室處理，確認尖角透照區域滿足黑度1.5（含）～3.5（含）后，單獨對此區域進行觀察評定。

2.10 底片評定

俄標對射線檢測范圍的要求如下：被檢區域應包括全部范圍的焊縫金屬以及焊縫兩邊鄰接的母材金屬區段，當焊件的公稱厚度gt;5mm且≤20mm時，需要評定的母材金屬區域為焊接的公稱厚度，即此預埋件角焊縫的評定區域為焊縫及兩邊各12mm。審核底片時需要注意檢測范圍要確保評定區域完整。

此類角焊縫焊接難度大，容易出現未熔合缺陷以及氣孔超標缺陷，如圖11中紅框內黑線即為未熔合缺陷影像。在模擬件發現上述不合格缺陷時，及時提醒焊接技術員以及焊工，在正式焊接時需要避免出現不合格缺陷；當正式焊接后發現上述不合格缺陷時，應按程序進行返修處理。

3 結語

對上述預埋件這種特殊位置角焊縫射線檢測各環節進行分析，通過采取相關措施（控制透照角度；像質計擺放對比試驗；膠片布置及散射防護；對焊縫進行修磨，控制底片黑度；底片分區觀察評定等措施）使預埋件角焊縫射線檢測符合標準要求，并保證可以檢測出超標缺陷，確保了核電工程焊接的質量控制。

參考文獻

[1]強天鵬.射線檢測[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

[2]蘇聯國家標準委員會.焊縫無損檢驗射線探傷方法：ГОСТ7512-82[S].莫斯科：蘇聯標準出版社，1995：20.