在核電機(jī)組中使用衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)（TOFD）代替部分系統(tǒng)射線(xiàn)檢驗(yàn)的應(yīng)用分析

徐聰，吳凱

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽電力建設(shè)第二工程有限公司，安徽合肥230088）

在核電機(jī)組中使用衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)（TOFD）代替部分系統(tǒng)射線(xiàn)檢驗(yàn)的應(yīng)用分析

徐聰，吳凱

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽電力建設(shè)第二工程有限公司，安徽合肥230088）

通過(guò)比對(duì)衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)（TOFD）和射線(xiàn)檢測(cè)在部分規(guī)格焊口的檢測(cè)結(jié)果，綜合分析TOFD方法較射線(xiàn)檢測(cè)在時(shí)間效益和安全效益等方面的優(yōu)越性及其在核電機(jī)組的應(yīng)用前景。

衍射時(shí)差法；TOFD；核電機(jī)組；效益分析

引言

射線(xiàn)檢驗(yàn)具有直接的底片記錄、對(duì)體積型缺陷的敏感性等已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于核電安裝工程管道焊縫的檢測(cè)。但是這種傳統(tǒng)的檢測(cè)方法存在諸多的局限性。從廣西防城港核電1、2號(hào)機(jī)組建安工程的施工經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，大口徑厚壁管取消預(yù)留探傷孔，導(dǎo)致射線(xiàn)檢驗(yàn)透照次數(shù)多、曝光時(shí)間長(zhǎng)，加之射線(xiàn)檢驗(yàn)時(shí)間窗口的局限，導(dǎo)致大量焊口積壓，從而影響工程的進(jìn)度。安全方面，射線(xiàn)輻射對(duì)人體有很大傷害，作業(yè)過(guò)程中操作不當(dāng)容易發(fā)生誤照射，放射源的嚴(yán)格管控程序?qū)ぷ餍视兴绊?。大口徑管道隨著曝光時(shí)間的延長(zhǎng)，射線(xiàn)底片的清晰度也會(huì)明顯下降，影響透照質(zhì)量和缺陷評(píng)判。

衍射時(shí)差法（TOFD）超聲波檢測(cè)除具備超聲波檢測(cè)方便、快捷、無(wú)害的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)外，還能精確測(cè)量平面缺陷在厚度方向上的高度，更直接的圖像化顯示、更高的定量精度和檢測(cè)效率，在核電領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景［1］。

為此，在某核電機(jī)組進(jìn)行衍射時(shí)差法（TOFD）超聲波檢測(cè)代替射線(xiàn)檢驗(yàn)的課題研究。在綜合分析NB/T47013.10-2015檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，制定碳鋼和低合金鋼的對(duì)接焊縫衍射時(shí)差法超聲波檢測(cè)工作程序和工藝方案，設(shè)計(jì)制作核電低合金鋼管道焊縫試樣，預(yù)先制作人工缺陷，進(jìn)行TOFD檢測(cè)技術(shù)能力驗(yàn)證和與射線(xiàn)檢驗(yàn)的比對(duì)分析，并于采用常規(guī)超聲檢驗(yàn)輔以TOFD對(duì)焊口（φ508×15.09）進(jìn)行檢驗(yàn)，之后在其他系統(tǒng)上投入檢驗(yàn)使用。

1　模擬試驗(yàn)

1.1試樣

設(shè)計(jì)制作不同材質(zhì)不同規(guī)格的管道試樣，預(yù)制裂紋、未熔合、未焊透、氣孔、夾渣等常見(jiàn)缺陷如表1，并且委托射線(xiàn)檢驗(yàn)班組進(jìn)行射線(xiàn)檢驗(yàn)。

表1　試件材質(zhì)及規(guī)格

1.2檢測(cè)工藝

試驗(yàn)采用友聯(lián)PXUT-910檢驗(yàn)儀，對(duì)比試塊根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013.10-2015選取T=30mm試塊。通過(guò)分析相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采用一個(gè)厚度分區(qū)進(jìn)行檢測(cè)，選用的探頭角度70°、頻率7.5MHz、晶片尺寸φ4mm。

1.3檢測(cè)結(jié)果

超聲檢測(cè)和TOFD檢測(cè)在缺陷的定位、定量和定性方面都存在技術(shù)本身的局限性。在沒(méi)有對(duì)工件進(jìn)行解剖的情況下，工件內(nèi)部的真實(shí)信息是無(wú)法獲得的，以下對(duì)工件人工缺陷的兩種檢測(cè)方法的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以確定人工缺陷制作是否正確，并為后續(xù)的對(duì)比分析提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

下頁(yè)表2是TOFD-1號(hào)工件的缺陷統(tǒng)計(jì)對(duì)比，TOFD-1號(hào)-1號(hào)缺陷為氣孔，兩種方法均檢出，圖像明顯（見(jiàn)下頁(yè)圖1）。TOFD-1號(hào)-2號(hào)缺陷是未熔合，TOFD檢測(cè)顯示明顯（見(jiàn)下頁(yè)圖2），射線(xiàn)檢驗(yàn)影像顯示呈現(xiàn)斷續(xù)狀，極易產(chǎn)生誤判，且兩種檢測(cè)方法測(cè)長(zhǎng)差異較大。TOFD-1號(hào)-3號(hào)缺陷為裂紋，射線(xiàn)檢驗(yàn)未檢出，TOFD檢測(cè)顯示明顯（見(jiàn)下頁(yè)圖3）。TOFD-1號(hào)-4號(hào)缺陷是未焊透，均檢出，且顯示明顯（見(jiàn)下頁(yè)圖4）。

表3是TOFD-2號(hào)工件的缺陷統(tǒng)計(jì)對(duì)比。

表2　1號(hào)試件試驗(yàn)對(duì)比

表3是TOFD-2號(hào)工件的缺陷統(tǒng)計(jì)對(duì)比。TOFD-2號(hào)缺陷為條渣，兩種方法都檢出，圖像顯示清晰（見(jiàn)圖5）；TOFD-2#-2缺陷為表面開(kāi)口裂紋，且從底片影像上可以看出有兩條裂紋（見(jiàn)圖6）；TOFD-2#-3號(hào)是密集型氣孔，均檢出（見(jiàn)圖7）；TOFD-2#-4是未熔合和氣孔，射線(xiàn)底片影像不明顯（見(jiàn)圖8）。

表3　2號(hào)試件試驗(yàn)對(duì)比

1.4結(jié)果討論

本次試驗(yàn)兩個(gè)試樣尚有許多離散的點(diǎn)狀缺陷未一一對(duì)比分析，其中TOFD檢測(cè)出點(diǎn)狀缺陷個(gè)數(shù)總共為25個(gè)，射線(xiàn)檢驗(yàn)出點(diǎn)狀缺陷11個(gè)，可見(jiàn)TOFD在發(fā)現(xiàn)氣孔夾雜物等有較高的檢出率；TOFD的衍射信號(hào)受缺陷取向的影響較小，對(duì)裂紋非常敏感；兩種檢測(cè)方法在定位上TOFD具有很大優(yōu)勢(shì)，能精確的測(cè)定缺陷的深度，射線(xiàn)檢驗(yàn)只能通過(guò)黑度和缺陷的位置大致分析判斷；兩種檢測(cè)方法的測(cè)長(zhǎng)大致相同，TOFD測(cè)長(zhǎng)略微大于射線(xiàn)檢驗(yàn)測(cè)長(zhǎng)，不影響缺陷等級(jí)評(píng)判［2］。

2　實(shí)際應(yīng)用

通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比分析論證，TOFD檢測(cè)在缺陷的檢出率，發(fā)現(xiàn)面狀缺陷的敏感程度上明顯優(yōu)于射線(xiàn)檢驗(yàn)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證成果和結(jié)論的可靠性，以及實(shí)施TOFD檢測(cè)代替射線(xiàn)檢驗(yàn)在核電首次正式使用。課題組協(xié)調(diào)業(yè)主審核通過(guò)關(guān)于常規(guī)島安裝工程UT輔以TOFD代替射線(xiàn)檢驗(yàn)的澄清，允許對(duì)外徑大于等于400 mm且壁厚大于等于12 mm的碳鋼和低合金鋼管道采用UT附加TOFD代替射線(xiàn)檢驗(yàn)，并編制《衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)程序》，正式開(kāi)始選取對(duì)常規(guī)島安裝汽機(jī)蒸汽和疏水系統(tǒng)（GPV）、汽水分離再熱器系統(tǒng)（GSS）、凝結(jié)水抽取系統(tǒng)（CEX）的若干焊口進(jìn)行TOFD檢測(cè)。所檢測(cè)焊口情況如表4所示。

表4　實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)情況

為了保證首次使用的檢測(cè)質(zhì)量，課題組同時(shí)委托檢驗(yàn)班對(duì)所有TOFD檢測(cè)過(guò)的管道焊縫進(jìn)行射線(xiàn)檢驗(yàn)。檢測(cè)結(jié)果比較統(tǒng)計(jì)如下頁(yè)表5所示：

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)說(shuō)明，TOFD檢測(cè)在常規(guī)島管道焊縫的檢測(cè)中具備使用條件。射線(xiàn)檢驗(yàn)在現(xiàn)場(chǎng)采用雙壁單影透照方式進(jìn)行，因透照厚度大，曝光時(shí)間長(zhǎng)，檢出率低，TOFD檢測(cè)則可以避免此類(lèi)情況發(fā)生。

表5　實(shí)際應(yīng)用的檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

3　效益分析

3.1時(shí)間效益

射線(xiàn)穿透能力有限，對(duì)于厚壁管，曝光時(shí)間較長(zhǎng)，每個(gè)焊縫需要大量的探傷時(shí)間。下表以Ir192源在60Ci狀態(tài)下對(duì)不同規(guī)格的大管徑管道焊縫檢測(cè)所需時(shí)間與TOFD檢測(cè)所需時(shí)間的對(duì)比，表中僅僅是以60Ci活度的Ir192源對(duì)大口徑管道焊縫檢測(cè)的所需時(shí)間為例進(jìn)行說(shuō)明，如若現(xiàn)場(chǎng)用源活度低于60Ci，則射線(xiàn)檢驗(yàn)用的時(shí)間還會(huì)增加。對(duì)于上述各規(guī)格管道的焊縫檢測(cè)，射線(xiàn)檢驗(yàn)需要的時(shí)間均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)TOFD檢測(cè)需要的時(shí)間，TOFD檢測(cè)大大提高現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)效率，且檢測(cè)當(dāng)場(chǎng)就能得出檢測(cè)結(jié)果。且射線(xiàn)檢驗(yàn)后續(xù)工作（膠片沖洗、評(píng)定）也占用大量的時(shí)間，TOFD檢測(cè)的評(píng)定時(shí)間則也相對(duì)較少（見(jiàn)表6所示）。

表6　實(shí)際應(yīng)用的檢測(cè)時(shí)間對(duì)比

若射線(xiàn)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了超標(biāo)缺陷，必須等到次日評(píng)片后才可以出具返修通知單對(duì)缺陷處理，返修結(jié)果則要等到第三日。TOFD檢測(cè)對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的超標(biāo)缺陷，當(dāng)天就可以出具返修通知單進(jìn)行返修。相比于射線(xiàn)返修至少3天的周期，TOFD檢測(cè)1天就可以完成，大大縮短了對(duì)不合格焊縫缺陷的處理和檢測(cè)周期。

由于輻射安全原因，對(duì)放射源的管理以及射線(xiàn)探傷時(shí)間的申請(qǐng)非常嚴(yán)格，現(xiàn)場(chǎng)承包單位眾多，各單位之間的協(xié)調(diào)接口點(diǎn)多面廣，在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安全防護(hù)工作時(shí)更加費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，使得有用的探傷作業(yè)時(shí)間更加有限。且在同一個(gè)廠房?jī)?nèi)不可能同時(shí)采用多個(gè)射線(xiàn)源進(jìn)行交叉探傷，造成射線(xiàn)檢驗(yàn)的工作效率極為低下。且在工程后期，射線(xiàn)探傷時(shí)間窗口和調(diào)試的時(shí)間窗口沖突尤為嚴(yán)重，導(dǎo)致大量焊口射線(xiàn)檢驗(yàn)作為遺留項(xiàng)在調(diào)試后進(jìn)行。反觀TOFD檢測(cè)不受任何時(shí)間窗口的限制，可以進(jìn)行交叉作業(yè)，作業(yè)時(shí)間相較射線(xiàn)檢驗(yàn)大大減少不需要復(fù)雜的安全防護(hù)工作，可以在正常的施工時(shí)間內(nèi)和其他工序交叉施工，大大提高了工作效率，從而加快了工程進(jìn)度。

3.2安全效益

射線(xiàn)檢驗(yàn)對(duì)安全防護(hù)要求高。在實(shí)際的射線(xiàn)檢驗(yàn)活動(dòng)中，可能發(fā)生輻射透照事故，且放射源脫落事故也有發(fā)生，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，給操作者和民眾造成很大的人身傷害。特別是在常規(guī)島安裝初期，由于設(shè)備少、廠房空曠且是開(kāi)放式，加大輻射防護(hù)的安全邊界和安全管理難度。隨著工程的深入，大量的射線(xiàn)檢驗(yàn)工作均需夜間在腳手架上完成，腳手架上高空作業(yè)、不佳的人員精神狀態(tài)、昏暗的照明以及諸多夜間的不確定性安全因素均不可避免地增加了夜間作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，射線(xiàn)檢驗(yàn)所使用膠片的后續(xù)處理會(huì)帶來(lái)大量的廢液排放，增加環(huán)境污染。TOFD檢測(cè)技術(shù)在人員及工作環(huán)境均都能處于最佳狀態(tài)及最佳外部監(jiān)控狀態(tài)下的白天就可操作。使用TOFD檢測(cè)技術(shù)更不會(huì)存在輻射防護(hù)風(fēng)險(xiǎn)，不需要復(fù)雜的安全防護(hù)工作，避免了對(duì)操作人員、民眾的輻射傷害和對(duì)周邊環(huán)境的污染。

4　結(jié)語(yǔ)

對(duì)此，綜合考慮工程進(jìn)度、檢測(cè)工藝合理性、輻射防護(hù)安全等各方面因素，在核電機(jī)組建設(shè)過(guò)程中使用衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)（TOFD）代替部分系統(tǒng)的射線(xiàn)檢測(cè)具有較好前景。

［1］胡先龍，季昌國(guó)，劉建屏，等.衍射時(shí)差法（TOFD）超聲波檢測(cè)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2014.

［2］強(qiáng)天鵬.射線(xiàn)檢測(cè)［M］.北京:中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007.

（編輯：劉楠）

App lication Analysis of the Use of Diffraction Time Difference M ethod in the Nuclear Power Unit（TOFD）Instead of Partial System Ray Inspection

Xu Cong，W uKai
（China Energy Construction Group of Anhui Electric Power Construction Second Engineering Co.，Ltd.，Hefei Anhui230088）

Through the comparison of diffraction time differencemethod ultrasonic testing（TOFD）and X-ray detection in some of the specifications of welding test results，comprehensive analysis of TOFD method in time efficiency and safety benefit superiority and application prospect in nuclear power plant.

diffraction time differencemethod；TOFD；nuclear power unit；benefitanalysis

TG115

A

2095-0748（2016）17-0068-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.17.28

2016-07-28

徐聰（1986—），男，安徽合肥人，工程師，主要從事電廠無(wú)損檢測(cè)及理化試驗(yàn)方面工作。