核電站全焊透角焊縫的射線檢測工藝

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(中廣核檢測技術有限公司 蘇州工業園區分公司，蘇州 215021)

安放式全焊透角焊縫被廣泛應用于核電站主回路系統中，主要常見于反應堆冷卻劑系統、化學和容積控制系統中，該類焊縫和主管承受著相同的壓力和溫度。這些系統流通著一回路帶有放射性的介質,一旦系統發生泄漏，會對核島設備和相應房間造成嚴重的放射性污染，甚至影響機組運行。發生泄漏后，對其進行維修焊接時的輻射防護難度大，極易出現放射性污染并將異物引入一回路，同時會對大修的整個工期產生極大的影響，從而造成巨大的經濟損失。

筆者通過對失效焊縫進行試驗，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果，并在核電站該類焊縫的射線檢測中進行了實踐應用。

1 被檢焊縫

研究的焊縫為某核電機組運行期間發生泄漏的焊縫。失效焊縫的規格(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行PT，未發現異常顯示。

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。焊接完成后再根據需要插入的支管外徑進行鉆孔。該類焊縫在焊接完成后應修磨焊縫表面，保證圓滑過渡，從而避免焊縫出現應力集中[1]。

2 關鍵工藝分析

機組投入使用后無法將膠片置于支管內部，也無法按照標準規定將膠片放置于支管內側進行透照。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,而且工件本身經打磨圓滑過渡后為錐形結構。要使焊縫區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，才能保證被檢區域缺陷的有效檢出。

核電站內部各系統管線布置復雜，空間狹小，宜選用γ射線源對其進行射線檢查，因此選擇Ir192射線源。

2.1 底片黑度

RCCM規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。根據膠片特性曲線，有效黑度范圍內相對應的曝光量上下限值有規定，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域在底片上的顯示均在有效黑度范圍內,采用雙膠片技術能達到提高膠片寬容度的目的。

2.2 不清晰度優化

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，工件結構易導致暗袋與焊縫表面不能很好地貼合，即其間會存在一定的空隙，從而增大了幾何不清晰度。同時暗袋中的濾光板在彎曲貼合時會產生嚴重的折痕，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，考慮檢測時不使用濾光板。

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

對厚度T=32 mm的平板焊縫進行射線檢測，一個暗袋裝有濾光板，另一個暗袋不裝濾光板，以此進行對比試驗，試驗結果如圖1所示。

圖1 用與不用濾光板的射線檢測結果

通過對比試驗證明,濾光板對像質計表征的靈敏度無明顯變化，所以檢測時不使用濾光板。

2.3 透照方式試驗及優化

選擇透照方式時，應綜合考慮各方面因素，權衡擇優。通常，主要從透照靈敏度、缺陷檢出特點和特殊缺陷檢出角等方面綜合考慮。對失效泄漏的焊縫進行了多角度、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種方式進行了透照，被檢部位為角焊縫。暗袋與母管之間的間隙會導致角焊縫漏檢,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行透照，該方式為傳統的雙壁雙影透照。采用該方式可以檢測體積型缺陷，現場操作方便，易于實現。

透照方式b：通過查詢完工報告并結合現場泄漏點的位置，初步判斷泄漏位置(泄漏點距離母管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合面處存在未熔合而導致承壓部分強度減弱引起的泄漏。在進行射線檢驗時,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合面處的缺陷。

透照方式c，d：在經過透照方式b得到初步結果后，為了得到更好的透照角度和效果，嘗試從母管側對缺陷進行檢測。

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行評定分析，結果如表1所示。

表1 4種透照方式的檢測結果評定

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。錐形結構像質計擺放后并未在底片上顯示出來。

通過表1的底片數據，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,應是沿焊縫坡口處產生的裂紋導致的泄漏,與透照前的分析相同。由于底片邊蝕嚴重，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合面，改善了射線束與結合面缺陷之間的角度,增加了缺陷在射線束方向上的主因對比度。故，方式b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，但射線在透過兩個母管管壁后，再經過不規則焊縫根部，在底片上形成了復雜的影像，給缺陷影像的識別帶來了困難，不能對顯示的部位進行準確的識別和判斷，同時底片上影像對應于該焊縫缺陷的位置也無法進行定量測量，給后續的定位返修帶來了困難，故不建議采用。

4 結語

基于對坡口形式和焊接成型過程的了解，結合現場漏點位置的初步判斷，針對性地制定了射線檢測工藝;基于焊縫結構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，同時輔以其他方法進行補充檢驗，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[J].無損探傷,2010(2):57-60.

[2] 強天鵬.射線檢測[M].北京:中國勞動社會保障出版社, 2007.