CPR 1000堆型核電站安全殼鋼襯里穹頂?shù)跹b輔件磁粉檢驗(yàn)

韓景濤

江蘇中核華興工程檢測有限公司 529941

CPR 1000堆型核電站安全殼鋼襯里穹頂?shù)跹b輔件磁粉檢驗(yàn)

韓景濤

江蘇中核華興工程檢測有限公司 529941

本文介紹了核電站穹頂?shù)跹b輔件用具的磁粉檢測方法，以及在檢驗(yàn)過程中需要注意的相關(guān)工藝控制。

核電站；穹頂?shù)跹b輔件；磁粉檢驗(yàn)

1 概述

CPR 1000（改進(jìn)型壓水堆核電站）在建造過程中磁粉檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)使用法標(biāo)RCC-M，穹頂在現(xiàn)場拼裝焊接檢驗(yàn)完成后，需使用大型吊車進(jìn)行穹頂整體一次性的吊裝就位，使其與核島安全殼鋼襯里筒身12層壁板組對(duì)焊接，是核島建造中較為重要部位。本文簡要介紹穹頂?shù)跹b施工中所使用到相關(guān)輔件的磁粉檢驗(yàn)工藝，以及在檢驗(yàn)過程中需要注意的相關(guān)事項(xiàng)。

核島穹頂是核電站施工中整體吊裝就位最大的鋼結(jié)構(gòu)焊接件，其穹頂與安全殼12層筒身的對(duì)接精密度要求很高，最大只允許存在3毫米的誤差。由于技術(shù)裝備等原因，過去的核電站安全殼封頂，都是分體焊接拼裝后分兩次完成穹頂?shù)跹b后的就位組對(duì)焊接。在對(duì)此項(xiàng)施工技術(shù)進(jìn)行工藝改進(jìn)后，采取穹頂在現(xiàn)場整體拼裝后對(duì)其實(shí)施一次性整體吊裝。此項(xiàng)工作的完成，標(biāo)志著工程建設(shè)由土建施工階段轉(zhuǎn)入安裝階段，是核電站工程建設(shè)中的一個(gè)重要里程碑。在施工中積累的經(jīng)驗(yàn)和制定的相關(guān)檢測工藝，將大力推動(dòng)核電站建設(shè)自主、國產(chǎn)化的發(fā)展。

2 安全殼鋼襯里穹頂?shù)淖饔?/h2>

安全殼鋼襯里是核電站防止放射性物質(zhì)泄漏的重要屏障，它能承受極限事故引起的內(nèi)壓和溫度劇增，抵御龍卷風(fēng)、地震等自然災(zāi)害以及外來飛行物的擊打與碰撞，包括噴氣式飛機(jī)墜毀產(chǎn)生的沖擊。穹頂呈半球殼狀，是反應(yīng)堆廠房頂蓋的內(nèi)襯部分，內(nèi)附有噴淋系統(tǒng)、空氣監(jiān)測系統(tǒng)、電氣儀表等復(fù)雜的裝置。穹頂作為反應(yīng)堆廠房鋼襯里的一部分，起著對(duì)反應(yīng)堆廠房密封的作用。

3 穹頂構(gòu)造及安裝

3.1 穹頂?shù)臉?gòu)造

穹頂是安全殼鋼襯里的封頂部分，下口與鋼襯里筒體12層上口直接對(duì)接。穹頂外形為球狀的雙曲面殼體，由R內(nèi)徑=24000mm的上部球缺和R內(nèi)徑=6000mm的下部圓環(huán)帶組成。穹頂下口直徑Φ內(nèi)徑=37000mm，全高H=11050mm，殼體是由δ=6mm的鋼板及其焊接在外側(cè)的角鋼∠200×100×10、∠75×50×6所組成的帶肋雙曲面殼體（如圖1）。

3.2 穹頂?shù)钠囱b及整體吊裝

圖1

圖2

按照設(shè)計(jì)圖紙，穹頂水平分為五層，每層按角度等分為：第一層78等分、第二層78等分、第三層39等分、第四層2等分、第五層為1塊圓頂（如圖2）。穹頂壁板上有各種類型的貫穿和非貫穿錨固件，用于固定噴淋管道、電纜支架等。穹頂內(nèi)壁的噴淋管道等設(shè)施焊接安裝完成后，即可進(jìn)行與核島安全殼筒身12層上端口組對(duì)焊接前的整體吊裝工作(如圖3）。

圖3

穹頂焊接完成后的重量為150.8T，包括穹頂?shù)跹b構(gòu)件各組件重量：

——穹頂結(jié)構(gòu)重量：143T（含吊耳及內(nèi)部噴淋管道的重量）

——吊裝用索具重量：7.80T

根據(jù)起吊重量和國內(nèi)現(xiàn)有大型吊機(jī)擁有情況，采用中國核工業(yè)中原建設(shè)公司所有的德國LIEBHEER（利勃海爾）公司生產(chǎn)的LR1800型履帶式起重吊機(jī)，最大起重能力為800噸，并且具有吊載行走能力，進(jìn)行穹頂一次性整體吊裝。在如此重量下的吊裝工作中，如果使用到的相關(guān)吊裝輔件中存在裂紋等危險(xiǎn)性缺陷，將給吊裝安全帶來不可估量的安全隱患，造成極其重大的危害。因此，吊裝中所使用到輔件的質(zhì)量，在該項(xiàng)施工環(huán)節(jié)中起到了非常重要的作用，為了保證吊裝工作處于安全可靠的狀態(tài)下進(jìn)行，在使用前需要對(duì)吊具作磁粉及其它方法的無損檢驗(yàn)。其輔件包括：均勻分布焊接在穹頂外壁鋼梁上的13個(gè)吊耳焊縫及用于拴掛吊裝索具的U型卡環(huán)卸扣及吊鉤。

4 檢驗(yàn)工藝及驗(yàn)收評(píng)定

(分為穹頂?shù)醵?，索具U型卡環(huán)及吊鉤兩部分的磁粉檢驗(yàn))如圖4。

4.1 穹頂?shù)醵欧蹤z測

①檢驗(yàn)方法的選用

吊耳應(yīng)在焊接完成并經(jīng)目視檢驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行磁粉檢驗(yàn)。根據(jù)吊耳焊接形式及需要檢測出是否存在裂紋等危險(xiǎn)性缺陷，選擇磁扼法對(duì)焊縫進(jìn)行分段局部磁化檢驗(yàn)。焊縫待檢表面應(yīng)清除油污、藥皮、鐵銹、飛賤物等有礙檢測的污垢及雜物。清除方法可選用溶劑清洗、金屬刷或砂輪修磨等方式進(jìn)行。但不可使用有絨毛的布進(jìn)行擦拭，因?yàn)榻q毛留在工件表面上會(huì)滯留磁粉，給缺陷磁痕判斷造成錯(cuò)覺。

檢驗(yàn)使用到的設(shè)備及材料包括：磁扼探傷機(jī)（由活絡(luò)磁極組成的手提式電磁扼）、噴灌式磁懸液（黑）、反差增強(qiáng)劑、磁場指示器、靈敏度試片等。磁扼探傷機(jī)的裝置中，尤其是電流表，必須按照規(guī)定要求每6個(gè)月校驗(yàn)一次，電磁扼的提升力需至少半年校驗(yàn)一次。吊耳磁粉檢驗(yàn)相關(guān)參數(shù)的選用如表1。

圖4

表1

②磁痕判斷

磁痕的觀察和評(píng)定應(yīng)在磁痕形成后立即進(jìn)行， 檢測中需要注意的是磁痕顯示的判定。因缺陷是靠鐵磁性微粒出現(xiàn)不均勻的堆積來顯示。然而，并不是所有的磁痕顯示都表示為缺陷。被檢工件幾何形狀的不規(guī)則、待檢表面過于粗糙、磁導(dǎo)率變化太大、磁場強(qiáng)度過大、剩磁等都會(huì)形成磁痕的假顯示。

缺陷顯示用磁痕尺寸來表征，對(duì)于在檢測中發(fā)現(xiàn)的線性顯示或大于4mm的線性顯示均為不合格，并應(yīng)對(duì)不合格部位采取補(bǔ)焊或機(jī)械修磨的方式進(jìn)行返修處理，返修后的部位必須重新進(jìn)行檢驗(yàn)。

4.2 穹頂?shù)跹b索具U型卡環(huán)及吊鉤磁粉檢測

①檢驗(yàn)方法的選用

技術(shù)采購規(guī)格書規(guī)定，購買進(jìn)場的U型卡環(huán)卸扣及吊鉤均應(yīng)有出廠合格證及負(fù)荷承載試驗(yàn)報(bào)告，并在使用前應(yīng)進(jìn)行磁粉檢查，尤其是吊鉤環(huán)向面和螺紋部位及U型卡環(huán)卸扣的開口處及銷孔、銷軸的螺紋等部位，必須確認(rèn)在無裂紋等危險(xiǎn)性缺陷情況下方可使用?？紤]到吊索U型卡環(huán)及吊鉤其工件的尺寸形狀、且工件表面存在一定曲率的曲面，為能使試片與被檢工件形成良好的接觸面，因此，選擇C-8/50型靈敏度試片進(jìn)行磁粉探傷設(shè)備、磁粉和磁懸液的綜合性能及系統(tǒng)靈敏度的確定。使用繞電纜法檢驗(yàn)工件橫向缺陷、觸頭法檢驗(yàn)工件縱向缺陷。鑒于該工件的鋼材具有較高的保磁性，為提高檢驗(yàn)效率，便于一次性全面觀察被檢工件螺紋部位的磁痕顯示，更好的檢驗(yàn)出吊鉤螺紋部位及U型卡環(huán)開口銷螺紋部位是否存在裂紋等危險(xiǎn)性缺陷，選擇濕剩磁法檢驗(yàn)吊鉤及卡環(huán)的螺紋部位。即在工件兩端通電磁化后，將工件浸入盛有事先攪拌均勻磁懸液的容器中，適當(dāng)浸泡后進(jìn)行觀察。吊鉤及U型卡環(huán)的半圓形受力部位，使用濕連續(xù)法進(jìn)行磁化檢驗(yàn)。檢測前進(jìn)行機(jī)械修磨待檢卸扣及吊鉤的表面，去除漆層使其露出金屬光澤。采用先周向、后縱向分兩段磁化，周向磁化用觸頭法從U型卡環(huán)及吊鉤的兩端通電使用連續(xù)法進(jìn)行磁化檢驗(yàn)。為防止接觸不良引起火花燒傷工件，需要安裝接觸墊。吊索U型卡環(huán)及吊鉤磁粉檢驗(yàn)相關(guān)參數(shù)的選用如表2。

表2

②磁痕判斷

該批待檢驗(yàn)的U型卡環(huán)卸扣及吊鉤為新購買產(chǎn)品，排除了工件在經(jīng)多次使用后容易產(chǎn)生疲勞裂紋等嚴(yán)重缺陷存在的因素。鑒于此項(xiàng)因素，通過對(duì)U型卡環(huán)卸扣及吊鉤進(jìn)行磁粉檢驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)存在于工件表面的磁痕顯示多為表面的劃痕所引起，未發(fā)現(xiàn)吊鉤及U型卡環(huán)開口銷螺紋等部位及工件表面存在裂紋等危險(xiǎn)性缺陷。但是，考慮到該項(xiàng)吊裝工程的重要性，對(duì)發(fā)現(xiàn)存在劃傷磁痕顯示的工件，采取機(jī)械修磨的方式去除，對(duì)修磨較深還存在劃痕的U型卡環(huán)卸扣及吊鉤不納入到此次的穹頂?shù)跹b中使用，以確保吊裝處于安全受控狀態(tài)。

列舉卸扣局部表明劃傷磁痕顯示圖片如圖5。

圖5

上圖5兩處劃痕為修磨后經(jīng)磁化檢驗(yàn)還存在較深磁痕顯示的U型卡環(huán)卸扣。

5 各項(xiàng)檢驗(yàn)方法在檢測過程中需要注意控制的事項(xiàng)

5.1 使用磁扼法進(jìn)行吊耳角接焊縫磁粉檢測時(shí)，應(yīng)控制好以下幾點(diǎn)因素環(huán)節(jié)，以確保檢驗(yàn)實(shí)施過程的有效、可靠：

①在檢驗(yàn)中應(yīng)考慮到工件上磁化場的大小取決于磁極的間距，且磁場強(qiáng)度隨兩極距離的增大而減小的因素，注意控制好磁極間距，間距范圍在100mm～150mm之內(nèi)。

②要盡量減小工件與磁扼之間的空隙，因存在的空隙會(huì)降低磁化效果，并且在空隙處產(chǎn)生相當(dāng)強(qiáng)的漏磁場，該漏磁場吸附著磁粉，形成磁粉堆積，在磁極附近形成探傷盲區(qū)，盲區(qū)范圍隨著間隙的增大而增大。因此，應(yīng)使磁極與工件表面良好的接觸。

③在檢驗(yàn)中為了避免形成漏檢，應(yīng)對(duì)工件同一部位要進(jìn)行90°相互垂直的兩次磁化，使存在于工件中不同取向的缺陷都能得到有效的顯示。

④在各段進(jìn)行局部磁化時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制好檢驗(yàn)重疊區(qū)域，避免形成漏檢。同時(shí)，要保證檢驗(yàn)的范圍應(yīng)為焊縫加焊縫2倍寬度的熱影響區(qū)域。

⑤因檢測焊縫為縱縫，檢測方向應(yīng)選擇由上而下的方式進(jìn)行，以避免磁懸液的流動(dòng)而沖刷掉已檢缺陷上已經(jīng)形成的磁痕，并使磁粉有足夠的時(shí)間聚集在缺陷處，便于后續(xù)的磁痕判斷及磁痕記錄工作。磁懸液應(yīng)在被檢查表明溫度低于50℃的情況下使用。

5.2 使用觸頭法進(jìn)行吊索U型卡環(huán)及吊鉤縱向缺陷磁粉檢測時(shí)，應(yīng)控制好以下幾點(diǎn)因素環(huán)節(jié)，以確保檢驗(yàn)實(shí)施過程的有效、安全可靠：

①檢驗(yàn)中應(yīng)注意，經(jīng)磁化后的U型卡環(huán)卸扣及吊鉤在使用剩磁法檢驗(yàn)螺紋部位完畢前，不得與已經(jīng)通電磁化后的吊鉤及卸扣或任何鐵磁性材料接觸，以免產(chǎn)生磁寫，造成磁痕評(píng)判困難。

②使用剩磁法檢驗(yàn)吊鉤及卸扣時(shí)，對(duì)工件通電后將U型卡環(huán)卸扣或吊鉤浸入磁懸液中的浸泡時(shí)間不宜過長，應(yīng)控制在10～20秒之內(nèi)，避免產(chǎn)生過度背景影響磁痕判定。

③使用觸頭法進(jìn)行磁粉檢驗(yàn)的每次通電磁化時(shí)，一定要確保觸頭與工件表面的接觸點(diǎn)必須是良好、緊密接觸后，方可通電磁化進(jìn)行檢驗(yàn)，避免電弧打火使工件表面受損或產(chǎn)生飛濺火星，燒傷檢驗(yàn)人員的眼睛和皮膚，檢驗(yàn)人員應(yīng)佩戴防護(hù)目鏡和手套以作保護(hù)。

④使用觸頭法進(jìn)行磁粉檢驗(yàn)的場所，一定要遠(yuǎn)離易燃、易爆等材料存放或工作區(qū)域（如氧氣、乙炔的存放或使用場所），避免因觸點(diǎn)接觸不良產(chǎn)生電弧火花，造成爆炸性的危險(xiǎn)事故。

5.3 使用繞電纜法進(jìn)行吊索U型卡環(huán)及吊鉤橫向缺陷磁粉檢測時(shí)，應(yīng)控制好以下幾點(diǎn)因素環(huán)節(jié)：

①對(duì)吊索U型卡環(huán)或吊鉤進(jìn)行通電磁化的方式，應(yīng)采取分段磁化每一個(gè)有效磁化區(qū)，并且要保證每次磁化時(shí)有10%的有效磁場重疊。

②被檢工件長度L與直徑D的比值(L/D)，對(duì)退磁場和靈敏度有很大的影響。因此，在確定安匝數(shù)時(shí)必須加以考慮。

③連續(xù)法檢驗(yàn)磁化電流的計(jì)算公式，使用IN=35000/L/D+2來進(jìn)行確定。

④為使被檢工件端部效應(yīng)減至最小，應(yīng)采用“快速斷電法”進(jìn)行通電磁化。

6 結(jié)束語

現(xiàn)今同期在建多座CPR 1000堆型核電站，我們?cè)诳偨Y(jié)穹頂?shù)跹b檢測中的相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)后，運(yùn)用于其他電站核島穹頂?shù)跹b前的檢測工作中，合理運(yùn)用、安排檢測的方法與時(shí)機(jī)，大大提高了工作效率，確保吊裝環(huán)節(jié)的安全實(shí)施，使得核島穹頂?shù)跹b工作圓滿成功。

[1]核工業(yè)無損檢測

[2]壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)核建造規(guī)則RCC-M,2000版

[3]B.T.S 3.15 安全殼防泄襯里和空氣閘門建造-無損檢測

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.088