核反應(yīng)堆壓力容器管嘴與安全端異種金屬焊縫的滲透檢測(cè)

，步良，

(中廣核檢測(cè)技術(shù)有限公司，蘇州 215002)

核反應(yīng)堆壓力容器管嘴與安全端異種金屬焊縫的滲透檢測(cè)

劉軍，劉步良，許洪憲

(中廣核檢測(cè)技術(shù)有限公司，蘇州 215002)

針對(duì)核反應(yīng)堆壓力容器(RPV)管嘴異種金屬焊縫，介紹了對(duì)其進(jìn)行著色滲透檢測(cè)工藝(溶劑去除型著色滲透檢測(cè)、溶劑懸浮顯像)的特點(diǎn)；探討了對(duì)其進(jìn)行在役滲透檢測(cè)的特殊性及實(shí)施辦法,可供同行參考。

反應(yīng)堆壓力容器(RPV)；異種金屬焊縫；滲透檢測(cè);在役檢測(cè)

壓水堆核電站的反應(yīng)堆壓力容器是反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界的重要部位，用來包容和固定壓水堆的堆芯和堆內(nèi)構(gòu)件。為了保證冷卻劑在高溫時(shí)不沸騰，反應(yīng)堆壓力容器應(yīng)能承受15.5 MPa左右的工作壓力，且經(jīng)得起強(qiáng)中子和γ射線的輻照。

制造壓力容器的材料為含錳、鉬、鎳的低碳合金鋼，該材料焊接性能和抗中子輻照性能都很好，但抗腐蝕性能較差。所以，在拼裝壓力容器后，需要在壓力容器內(nèi)壁堆焊6～8 mm厚的不銹鋼層，以提高其抗腐蝕性能。反應(yīng)堆壓力容器和一回路管道共同組成高壓冷卻劑的壓力邊界，是防止放射性物質(zhì)外逸的第二道屏障之一。

圖1 反應(yīng)堆壓力容器接管與安全端異種金屬焊縫結(jié)構(gòu)示意

根據(jù)RSE-M《壓水堆核電廠核島機(jī)械設(shè)備在役檢查規(guī)則》及ASME《鍋爐及壓力容器規(guī)范(2004版)》規(guī)范，無損檢測(cè)分為目視檢驗(yàn)、表面檢驗(yàn)及體積檢驗(yàn)。圖1為反應(yīng)堆壓力容器接管(圖左側(cè)中部圓圈)與安全端異種金屬焊縫(圖左側(cè)8)結(jié)構(gòu)示意，雖然管嘴為低碳合金鋼，但預(yù)堆邊及焊縫均為不銹鋼材料，故其表面的無損檢測(cè)只能選擇滲透檢測(cè)(該焊縫為核安全一級(jí)部件，且是高壓冷卻劑的壓力邊界，還需進(jìn)行射線檢測(cè)及超聲檢測(cè))。筆者介紹了對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行著色滲透檢測(cè)工藝(溶劑去除型著色滲透檢測(cè)、溶劑懸浮顯像)的實(shí)施特點(diǎn)；探討了在役滲透檢測(cè)的特殊性及實(shí)施辦法,可供同行參考。

1 異種金屬焊縫的滲透檢測(cè)

針對(duì)核反應(yīng)堆壓力容器(RPV)管嘴異種金屬焊縫結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施滲透檢測(cè)的特點(diǎn)，筆者選用溶劑去除型著色滲透檢測(cè)法，配合溶劑懸浮顯像對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)流程為：預(yù)清洗→滲透→去除→顯像→評(píng)定→后清洗。

1.1滲透檢測(cè)范圍及預(yù)清洗

受檢部件(見圖2)為核電廠CPR1000機(jī)組反應(yīng)堆壓力容器進(jìn)、出口接管與安全端異種金屬焊縫。其中，進(jìn)口管嘴內(nèi)徑為698 mm，厚度為106.1 mm；出口管嘴內(nèi)徑為736 mm，厚度為107.1 mm。預(yù)堆邊焊縫寬度不小于17 mm；對(duì)接焊縫寬度(包括預(yù)堆邊焊縫)約50 mm。

圖2 某檢驗(yàn)部位焊縫外觀及尺寸

完成該異種鋼焊縫的焊接后再打磨拋光，但目視無法確定焊縫具體位置。為了縮短檢驗(yàn)人員在高輻射劑量環(huán)境下確定焊縫位置的時(shí)間，并提高檢驗(yàn)效率，將檢驗(yàn)范圍規(guī)定為目視可見的接管側(cè)異種金屬分界面至定位塊的距離。

表面預(yù)清洗非常重要。圖2所示的檢驗(yàn)范圍，其基本要求是必須使?jié)B透液潤(rùn)濕受檢表面[1]，且要確保預(yù)清洗表面干燥后才能施加著色滲透液。

1.2施加著色滲透液

施加著色滲透液有噴涂、刷涂、澆涂和浸涂等4種方式。由于檢測(cè)對(duì)象是焊縫，屬于大部件的局部檢查，且是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的，所以采用刷涂的方式施加著色滲透液。

根據(jù)NB/T 47013.5-2015《承壓設(shè)備無損檢測(cè) 第5部分：滲透檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)的要求，滲透時(shí)間至少為10 min；按照ASME規(guī)范要求，滲透時(shí)間至少為5 min；而按照RCC-M規(guī)則要求，滲透時(shí)間至少為20 min。

由于RPV管嘴異種金屬焊縫材料為奧氏體不銹鋼(見圖3)，而450～850 ℃的溫度范圍為奧氏體不銹鋼的敏化區(qū)(如焊縫及熱影響區(qū))，容易產(chǎn)生晶間腐蝕。

在腐蝕介質(zhì)作用下，晶間迅速溶解，被腐蝕的晶間失去強(qiáng)度。腐蝕的不斷深入將完全破壞晶粒之間的聯(lián)系，晶間腐蝕在應(yīng)力作用下會(huì)迅速產(chǎn)生晶間斷裂[2]。

為了防止外來物引起晶間腐蝕，役前檢查和在役檢查期間需對(duì)使用的著色滲透液、清洗劑、顯像劑的鹵素含量進(jìn)行嚴(yán)格控制。根據(jù)RCC-M規(guī)范《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則(2000版及2002補(bǔ)遺)》要求，相關(guān)溶劑的鹵素含量要不大于萬分之二。

由于晶間腐蝕類型的缺陷在形成初期體積較小，滲透檢測(cè)的一般工藝檢出率偏低，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)反饋，役前檢查時(shí)要求滲透時(shí)間延長(zhǎng)至2 h，且在整個(gè)滲透時(shí)間內(nèi)，被檢表面必須保持潤(rùn)濕狀態(tài)。

圖3 接管-安全端對(duì)接焊縫示意

1.3去除多余著色滲透液

根據(jù)NB/T 47013.5-2015標(biāo)準(zhǔn)、ASME規(guī)范及RCC-M規(guī)則的對(duì)比，對(duì)于溶劑去除型著色滲透法，均要求先用干凈無絨毛的布去除過量著色滲透液，再用干凈無絨毛的布蘸吸溶劑來去除。NB/T 47013.5-2015標(biāo)準(zhǔn)和ASME規(guī)范均明確規(guī)定不得用清洗劑直接在被檢面上清洗，而RCC-M規(guī)則要求去除方法需要由合同雙方認(rèn)可。

筆者認(rèn)為，如果用清洗劑直接噴灑在被檢件表面進(jìn)行清洗，極有可能清洗掉已滲入缺陷內(nèi)的著色滲透液，從而造成缺陷漏檢，所以應(yīng)禁止用清洗劑直接清洗表面。

1.4顯像及評(píng)定

顯像后，應(yīng)立即觀察跡痕顯示的過程，并對(duì)跡痕顯示作出解釋和評(píng)定。

滲透檢測(cè)中并非所有的跡痕顯示都由缺陷引起，因此需要對(duì)所有跡痕顯示作出解釋。確定跡痕顯示究竟是由缺陷引起(相關(guān)顯示)，還是由工件結(jié)構(gòu)等原因引起(非相關(guān)顯示)，或僅是由于表面未清洗干凈而殘留的著色滲透液引起(虛假顯示)。對(duì)有疑問不能作出明確解釋的跡痕顯示，可用沾有酒精的棉球擦拭，這樣虛假顯示很容易擦去，且不會(huì)重新出現(xiàn)[3]。必要時(shí)，應(yīng)從預(yù)處理階段開始重新進(jìn)行全過程的滲透檢測(cè)。

對(duì)跡痕顯示作出解釋后，應(yīng)按相關(guān)質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)作出合格、返修、拒收的評(píng)定。

2 在役滲透檢測(cè)

2.1在役滲透檢測(cè)的特點(diǎn)

在役滲透檢測(cè)時(shí)，檢驗(yàn)區(qū)域處的輻射劑量屬于高劑量區(qū)(橙區(qū))，并且滲透檢測(cè)周圍環(huán)境條件錯(cuò)綜復(fù)雜(空間狹小、電纜密布且多孔洞)，進(jìn)入該區(qū)域需要按照輻射防護(hù)的要求穿戴防護(hù)用品。所有這些因素都制約著檢驗(yàn)人員在接受輻射劑量限制(劑量限值要求：個(gè)人單日劑量小于1 mSv)和給定的時(shí)間窗口下完成該滲透檢驗(yàn)。

2.2檢驗(yàn)實(shí)施過程

檢驗(yàn)工作分3個(gè)小組，每個(gè)小組6名檢驗(yàn)人員；然后6名檢驗(yàn)人員又分3次實(shí)施檢驗(yàn)(2名負(fù)責(zé)預(yù)清洗、施加著色滲透液；2名負(fù)責(zé)去除著色滲透液、施加顯像劑；2名負(fù)責(zé)評(píng)定、后清洗)，每位檢驗(yàn)人員準(zhǔn)備一個(gè)工具包，包里裝好自己檢驗(yàn)所需要的物品，作業(yè)期間盡量少傳遞東西。每次實(shí)施每個(gè)小組只需2名檢驗(yàn)人員進(jìn)入檢驗(yàn)房間。這符合ALARA(輻射防護(hù)最優(yōu)化)原則，3次實(shí)施階段中的間隔時(shí)間正好用于工作交接，減少不必要的人員輻射劑量。

具體工作方案是：每次每個(gè)檢驗(yàn)房間門口進(jìn)入2名檢驗(yàn)人員，其中一名檢驗(yàn)人員按順時(shí)針方向翻過主管道(適合的體型也可以從下面鉆過去，翻越過程中注意避免磕碰)，每名檢驗(yàn)人員負(fù)責(zé)2個(gè)半條焊縫，3個(gè)組合起來就是6條焊縫，確保不存在漏檢、誤檢。

檢查過程中，各組成員嚴(yán)格按照預(yù)先計(jì)劃分工執(zhí)行，實(shí)施流水線作業(yè)、默契配合，確保工作的完整性，減少人員輻射劑量。整個(gè)工作過程中，每位不需要攀爬的人員只傳遞2次物品，一次是給翻過去的人員遞工具包，另外一次是接工具包，這樣可有效防止異物墜落風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語

筆者結(jié)合RPV管嘴異種金屬焊縫的焊接工藝過程以及運(yùn)行工況下容易產(chǎn)生的缺陷性質(zhì)等因素，確定出最適合的滲透檢測(cè)工藝方法。探討了在高劑量區(qū)域工作時(shí)，通過合理的人員安排、檢驗(yàn)過程的合理分解，能夠保證檢驗(yàn)的順利實(shí)施。

[1] 楊波,胡學(xué)知,龔固,等.工件表面狀態(tài)對(duì)滲透檢測(cè)的影響及對(duì)策[J].無損檢測(cè),2016,38(8):55-59.

[2] 李運(yùn)濤,胡斌，代淮北,等.奧氏體不銹鋼管道應(yīng)力腐蝕開裂檢測(cè)技術(shù)對(duì)比[J].無損檢測(cè),2016,38(11):74-78.

[3] 胡學(xué)知.滲透檢測(cè)[M].北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007.

PenetrantTestingforDissimilarMetalWeldofReactorPressureVesselNozzleandSafeEndinNuclearPowerPlant

LIU Jun, LIU Buliang, XU Hongxian

(CGNPC Inspection Technology Co., Ltd., Suzhou 215002, China)

This paper describes liquid penetrant testing process for dissimilar metal weld of PRV nozzle and safe end. It discusses the implementation features of solvent (removal penetrant testing and solvent) suspended development. The particularity of in-service penetrant test and implementation methods were also investigated, which should provide a reference for NDT staff.

reactor pressure vessel; dissimilar metal weld; penetrant test; in-service inspection

2017-04-12

劉 軍(1981-)，男，工程師，本科，主要從事核電站在役檢查無損檢測(cè)工作

劉 軍，liujun_678@163.com

10.11973/wsjc201711015

TG115.28

B

1000-6656(2017)11-0065-03