核电站稳压器接管异种金属焊缝射线探伤透照次数的确认

时间：2024-04-25

福建福清核电有限公司福建福清 350318

随着我国核电事业的快速发展，核电设施的不断增多，探索高可靠性的在役检查技术，提高无损检测技术，以确保核电站安全稳定运营。

国内某核电站稳压器（PRZ）接管异种金属焊缝射线检测采用的透照工艺和验收，参照法国RCCM《压水堆核岛机械部件设计和建造规范》。因其结构的特殊性，异种金属焊缝极难检出有危害性的缺陷，详见波动管与安全端焊缝示意图见图1，喷雾管接管与安全端焊缝见示意见图2，安全阀、卸压阀与安全端焊缝示意图见图3。因其特有的结构PRZ 接管焊缝役前及在役检查只能采用双壁单影方法进行透照，为了更好的检出坡口处的缺陷还需采用偏移的方法即平行于坡口进行透照。

图1 波动管与安全端焊缝示意图

图2 喷雾管接管与安全端焊缝见示意图

射线检测参数如表1：

1 核电站PRZ 接管异种金属焊缝射线检验方法的确定

1.1 PRZ 接管异种焊缝射线检验方法初定

PRZ 接管焊其射线检验参照法国《压水堆核岛机械部件设计和建造规范》（RCC M MC 册，2007 年版）。射线源放置在管外侧实施斜透法透照，使射线源偏移接管坡口与堆焊层熔合线的距离分别为67mm，55mm，34mm。检验后底片双片观察时，黑度均可控制在规范要求的2.7-4.5 的范围内。

图3 安全阀、卸压阀与安全端焊缝示意图

1.2 直透法透照的穿透厚度与透照次数N 的关系

直透法透照如图4 所示，当把射线源视为点源，胶片暗盒放在源的正对面进行直透法双壁单影透照时，α=θ+η，α=1800/N，θ=η=90o/N。

图4 直透法双壁单影透照

式中：α-半有效角；

N-透照次数；

θ-影像最大失真角；

η-有效半辐射角。

在ΔOBD 中，根据角与边的关系可推出：R/r=sin（β+θ）/sinβ，β=arcsin[（R/r）×sinη]-θ；在ΔOBA 中，根据角与边的关系可推出：

式中：R-管外径（mm）；r-管内径（mm）。

斜透法透照的穿透厚度与透照次数N 的关系进行壁单影斜透法透照时，如图5 所示，暗盒放在焊缝中心，射线源放置在暗盒对面的不锈钢接管侧，使得入射线与焊缝中心面成一个角度（即γ角），射线源距焊缝中心距离为S。射线最大穿透厚度：

表1 核电机组PRZ 接管异种焊缝射线检测参数

图5 倾斜法双壁单影透照

1.3 γ 角及透照次数N 的的确定

由2.1 节中分析，PRZ 接管异种金属焊缝的γ 射线检验，要求检测到高强度低合金钢/镍基堆焊层融合面和镍基堆焊层/填充金属融合面两个部位的微小线性显示，入射线与焊缝中心面的夹角γ 符合：γ〉μ/2，μ=12°即：γ〉6°。

γ 增大时，射线穿过材质的距离增大，由于吸收与发散作用，射线的穿透能力降低；被检区在底片上的影像变宽，影响检测灵敏度。所以，γ 的值不宜太大。

如图5 所示，双壁单影透照时最少曝光次数N 由下列关系式确定：

式中：F-透照的焦距，

μ-焊缝坡口的角度。

2 实验设备和方法

2.1 实验设备

波动管试块Ф380×[34+4（热套管壁厚）]mm；

喷雾管试块Ф152×[24+4（热套管壁厚）]mm；

安全阀，泄压阀试块Ф190×30mm；

焦点尺寸为φ3×3mm 的Ir－192γ 射线源；

AGFAD3 工业级胶片，与其相匹配的显、定影液；

铅滤光片，厚度分别为1.0、2.0mm，按壁厚要求组合；

铅增感屏，前、后屏=0.25（0.20）mm；中屏2×0.1mm 按壁厚要求组合；

暗室处理设备恒温洗片机等；

观片灯，黑白密度计，像质计等。

2.2 实验方法和步骤

按不同透照次数（5、6、7、8）分别对2 种试块进行透照，暗袋放在焊缝中心平面的接管处，源放在暗袋对面。接管外环侧（不锈钢侧），与接管预堆边焊融合线成一定距离，使的入射线与对面焊缝/预堆边焊融合线的平面15°的夹角，分别进行实验，然后测量出每张底片的最大和最小黑度值，观察底片焊缝区的黑度变化情况、透照次数和底片黑度的实验结果见表2、表3。

表2 喷雾管、安全阀、泄压阀接管焊缝试块透照次数、黑度之间关系

表3 波动管接管焊缝试块透照次数、黑度之间关系

3 试验数据分析

分析表3 中的模拟实验数据可知：使用双壁单影透照法进行射线检验时，射线透过被检区中心部位的厚度较端部的厚度小，射线通过中心部位的衰减较小，到达胶片的射线能量较大，胶片产生较强的感光作用，底片黑度较大；相反，射线通过两端部位时衰减较大，到达胶片的射线能量较小，胶片产生的感光作用较弱，底片黑度较小。模拟试验表明，增加单条焊缝的透照次数N，控制每次透照长度，使得底片评片区的黑度差减小，满足规范的黑度要求。