核电站承插焊接接头的射线检测

摘 要：本文介绍了核工业射线检测的重要性及特点,然后对核电安装工程中的承插焊接接头的射线检测工艺进行了详细的说明,使检测工艺完全符合相关标准和法规的要求.最后阐述了核安全的重要性,以及如何控制好核电安装工程中的焊接施工质量.

关 键 词：无损检测；射线检测；承插焊接接头；焦距；黑度；透度计.

中图分类号：TE972+.5文献标识码：A

无损检测技术在降低生产制造费用、提高材料利用率、提高生产效率,使产品同时满足使用性能要求（质量水平）和经济效益需求两方面都起着重要的作用,所以利用无损检测方法对核电站安装期间焊接完成的焊缝进行检验是十分必要的.核工业射线检测就是射线检测这一无损检测方法在核工业领域的应用,就其检测原理和检测方法来说,核工业射线检测与其他行业的射线检测并无差别.但由于检测对象以及检测环境等的差异,核工业射线检测又有其特殊性.

承插焊接接头是角焊缝,可用于承压底部焊接应力较小的焊缝.由于操作难度不大、易于施工,且可用于承受弯曲载荷较大的构件,故在核电安装工程中被广泛的应用.综合承插焊接接头的外形特征及工艺特点,应优先选用射线检测方法对其焊接质量进行检测,使其满足使用性能的要求.

2检测工艺

依据RCCM标准中各个章节关于承插焊接接头的描述和实际工作实践经验,得出承插焊接接头射线检验应遵循以下一些具体要求,现将其射线检测的工艺列举如下.

2.1尺寸要求

承插焊接接头的结构形式如图1所示：

结构形式中承插焊接接头的尺寸需符合以下要求：

t等于管壁名义厚度；

Cxmin≥1.4t,但不得小于3.2mm.

2.2透照方式

为保证所选用的射线方向对缺陷具有最佳的检出率,为此,充分了解被检件的焊接特点和焊接问题是十分必要的.为检出可能存在于承插焊接接头根部的裂纹、未焊透、未熔合等危害性较大的缺陷,射线源应放在套管与接管相连接的垂直平面上.承插焊接接头的套管和接管的外径均较小,属于小径管的范畴,无法选用源在内的透照方式.且在底片评定时,需要利用底片影像对承插焊接接头底部的间隙尺寸进行测量.如果选用双壁双影椭圆成像的透照方式时,焊接接头底部的影像容易“失真”,且焊接接头底部的影像很容易“飞出”底片范围,故应优先选用源在外的双壁双影直透法的透照方式对承插焊接接头进行.透照示意图如图2所示：

2.3透照布置

因为透度计是衡量底片质量的重要参数之一,而底片质量的好坏直接影响到射线检验后底片的评定,所以透度计的选择和摆放也显得尤为重要.承插焊接接头时可选用线性透度计,透度计应摆放在射源侧,从而保证较好的透照灵敏度.如果可行的话,透度计应尽可能放置于反差较小的区域.且在均匀的黑度区域内,透度计在底片上的可见长度应至少为10mm,并且和临近焊缝的母材黑度相近.具体的透照布置图如图3所示.

采用上图的透照布置后,为防止严重的背散射,在胶片后应放置一块厚度至少为6mm的铅板,并且在铅板背面贴附“B”铅字标记,一般“B”铅字的高度为13mm、厚度为1.6mm.按检测工艺进行透照和暗室处理后,如果在底片上出现黑度低于周围背景黑度的“B”字影像,则说明背散射防护不够,应增大背散射防护铅板的厚度.如果底片上不出现“B”字影像或出现黑度高于周围背景黑度的“B”字影像,则说明背散射防护符合要求.

2.4底片黑度

因为承插焊接接头套管和接管的厚度差较大,后,底片的黑度变化很大,难以满足RCCM标准中关于底片黑度的要求.因此,我们可以采用在一个暗盒里放两张胶片同时的双胶片技术,且暗盒里放置的两张胶片选用感光速度不同的两种胶片,以提高透照宽容度,从而达到标准中规定的黑度要求.

采用双胶片透照技术透照的底片,单片评定时,在直接贴近焊缝的接管轴线上测得的黑度应大于3.0.RCCM标准中并没有给出黑度的上限值,根据以往的底片评定经验,在底片黑度值超出4.5以后,大部分观片灯的亮度都无法满足底片评定要求.所以为了保证底片的评定质量,避免底片高黑度区域缺陷的漏评,应控制底片的黑度在3.0—4.5之间.

同时我们还可以通过提高透照射线能量的方法,来提高透照厚度宽容度,从而减小透照厚度差对底片黑度的影响.但射线能量也不可过高,因为射线能量越高,获得的对比度就越低,所以在满足黑度要求的前提下,应尽量选择能量较低的射线进行透照.

2.5焦距的选择

选定了透照方式之后,必然要确定透照焦距.那我们就引入几何不清晰度这个参数,对透照的最小焦距进行计算.RCCM标准中规定射线检验的几何不清晰度f不得大于0.3.

我们知道几何不清晰度的计算公式是：

式中：f-几何不清晰度；d-射线源尺寸；F-射线源至胶片的距离；a-工件上表面至胶片的距离

我们通常使用的Ir-192源的尺寸是Φ3×2mm.那么d等于（3+2）/2等于2.5mm,代入公式后得出：

f等于d×a/（F-a）等于2.5a/（F-a）≤0.3

从而求出：F≥9.3a

管道焊缝透照时,工件上表面至胶片的距离可以近似等于管道的外径,承插焊接接头中套管的外径明显大于插管的外径,此处a应选择两者中的较大者.依照上述的计算结果和实际透照经验,承插焊接接头焊缝射线透照时,透照焦距应大于10倍的套管外径.

2.6底片的评定

根据以往承插焊接接头射线透照底片的评定经验,在射线底片评定时,应重点关注以下三个方面.a.评片时,应测量承插焊接接头套管和接管底部的间隙,间隙不可太大,也不可太小,应符合程序文件的要求.b.评片时,应观察承插焊接接头的套管和接管是否对正（即套管和接管的中心轴线是否在同一轴线上）.如果未对正,应通知安装部门杀口,要求重新组对并焊接.c.应特别注意观察,套管和接管连接处的焊缝是否已熔透,套管和接管连接处的焊缝是应力集中区域,如果存在未熔透等缺陷,在经过一定的运行周期后,势必会衍变为裂纹等更为严重的缺陷.所以套管和接管连接处的焊缝是射线底片评定的重中之重.

RCCM标准中规定的承插焊接接头射线检测验收准则为：

以下缺陷为拒收：

（1）不允许存在一氧化碳气孔（蜂窝状气孔）；

（2）不允许存在尺寸大于最小焊喉值的夹渣或在透照底片上呈现的缺陷尺寸大于或等于1.5mm的夹渣；

（3）不允许存在未熔合、裂纹和未焊透等缺陷.

结语

核工业或关乎国防安全,或关乎核安全,因此质量要求、安全要求都很高,必须注重全过程的质量控制.全过程质量控制不仅要求控制每一单项工作的全过程,还要求控制产品从原材料到制造安装到在役使用直至寿期结束的全过程.

焊接质量的好坏直接影响到核电站的安全运行及使用寿命,是核电站建设安装期间施工质量控制的关键和难点.要提高焊接质量就必须加强焊接施工过程的质量控制,做到以预防为主,使预防和检验相结合.在工程施工中则要求与焊接相关的各工序都建立严格的过程控制,在影响工序质量的关键点设置质量控制见证点,让专业人员对施工过程进行有效的控制.每个环节在质量上都坚持高标准,都进行严格的过程控制,才能确保整个过程的最终产品满足质量要求.

[2]全国锅炉压力容器标准化技术委员会.JB/T4730-2005承压设备无损检测[M].北京：新华出版社出版发行,2005年：5-59.