蒸汽發(fā)生器管板與換熱管密封焊縫滲透檢測(cè)非相關(guān)顯示的甄別

程怒濤，楊 濤，羅 煒，任建明，葉欣延，張立殷，鄒仁官

(東方電氣(廣州)重型機(jī)器有限公司，廣州 511455)

蒸汽發(fā)生器是核島設(shè)備一回路的核心設(shè)備，換熱管和管板是一回路壓力邊界的重要組成部分。管板和換熱管采用鎢極自熔焊接方式焊接。

管板和換熱管密封焊縫的滲透檢測(cè)受管板堆焊層質(zhì)量、焊接工藝、環(huán)境清潔度、表面清理等因素影響，焊縫數(shù)量多，檢測(cè)人員難以對(duì)非相關(guān)顯示進(jìn)行判定識(shí)別。結(jié)合蒸汽發(fā)生器管板與換熱管密封焊縫的焊接工藝，分析了滲透檢測(cè)非相關(guān)顯示產(chǎn)生的原因，采用非相關(guān)顯示甄別技術(shù)，清除了密封焊縫處的非相關(guān)顯示，提高了密封焊縫滲透檢測(cè)的可靠性，避免了不必要的焊接返修，為核電主設(shè)備同類產(chǎn)品的滲透檢測(cè)提供參考。

1 管板和換熱管密封焊縫的滲透檢測(cè)

根據(jù)蒸汽發(fā)生器管板和換熱管密封焊縫數(shù)量多、整體體積大，質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，在滿足滲透檢測(cè)靈敏度的前提下，采用水洗型著色滲透法對(duì)焊縫進(jìn)行檢測(cè)。滲透檢測(cè)時(shí)選擇低污染、高靈敏度的材料，檢測(cè)工藝參數(shù)滿足標(biāo)準(zhǔn)RCC-M MC4000 《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則 滲透檢測(cè)》 要求。

1.1 檢測(cè)范圍及驗(yàn)收要求

標(biāo)準(zhǔn)RCC-M S7714.5 《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則 特殊要求：密封焊縫及管子和熱交換器管板的焊縫的滲透檢測(cè)》 要求：蒸汽發(fā)生器管板和換熱管密封焊縫滲透檢測(cè)范圍包括焊縫金屬及相鄰5 mm的堆焊層和5 mm的母材。滲透檢測(cè)過(guò)程應(yīng)確保有效檢測(cè)整個(gè)檢測(cè)范圍，對(duì)于焊縫熔敷金屬區(qū)域，滲透檢測(cè)驗(yàn)收要求不允許有任何顯示。對(duì)于焊縫相鄰5 mm管板堆焊層和管子母材區(qū)域，允許有記錄顯示，但對(duì)顯示的大小和數(shù)量有嚴(yán)格的要求。

1.2 滲透檢測(cè)靈敏度

滲透材料的系統(tǒng)靈敏度應(yīng)至少滿足標(biāo)準(zhǔn)ISO 3452-2 《無(wú)損檢測(cè) 滲透檢測(cè) 第2部分:滲透材料檢驗(yàn)》 的II級(jí)靈敏度要求。選用ISO 3452-3 《無(wú)損檢測(cè) 滲透檢測(cè) 第3部分:參考試塊》 標(biāo)準(zhǔn)的1型試塊進(jìn)行校驗(yàn)[1]，校驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿足II級(jí)要求(見(jiàn)表1)。

表1 ISO 3452-2標(biāo)準(zhǔn)靈敏度等級(jí)

ISO 3452-3標(biāo)準(zhǔn)的2型試塊用于對(duì)滲透檢測(cè)系統(tǒng)靈敏度和操作工藝進(jìn)行校驗(yàn)。在滲透檢測(cè)工作開(kāi)始時(shí)，采用與產(chǎn)品相同的滲透檢測(cè)工藝進(jìn)行試驗(yàn)，試塊上的輻射狀裂紋應(yīng)顯示清晰。

1.3 滲透檢測(cè)工藝

對(duì)管板和換熱管密封焊縫進(jìn)行水洗去除型滲透檢測(cè)，工藝流程如表2所示[2]。

1.4 顯示記錄方式

為快速、準(zhǔn)確地記錄密封焊縫顯示的管孔號(hào)、大小、位置，確保記錄位置的唯一性、統(tǒng)一性，結(jié)合蒸汽發(fā)生器管板的結(jié)構(gòu)特性，設(shè)計(jì)了管板和換熱管密封焊縫滲透檢測(cè)顯示記錄卡。顯示記錄可分如下兩步進(jìn)行。

(1) 根據(jù)管板和換熱管密封焊縫結(jié)構(gòu)，明確滲透檢測(cè)顯示在焊縫剖面的位置。將檢測(cè)區(qū)域分為A,B,C,D,E等5個(gè)區(qū)域(見(jiàn)圖1)，其中A區(qū)為換熱管內(nèi)徑以內(nèi)及管子母材上方的區(qū)域；B區(qū)為管子厚度上方的區(qū)域；C區(qū)為堆焊層上方的區(qū)域；D區(qū)為管子管板焊縫與堆焊層的交界區(qū)域；E區(qū)為堆焊層區(qū)域。

圖1 焊縫剖面分區(qū)示意

(2) 采用時(shí)鐘方位記錄焊縫圓周方向的位置，結(jié)合管板的四象限方位，將管板的0°象限定義為封口焊縫的12點(diǎn)鐘方位，90°象限定義為9點(diǎn)鐘方位(見(jiàn)圖2)。

圖2 焊縫圓周方向定位示意

2 顯示產(chǎn)生的機(jī)理

根據(jù)產(chǎn)生的機(jī)理不同，可將滲透檢測(cè)顯示分為相關(guān)顯示和非相關(guān)顯示。由缺陷產(chǎn)生的顯示為相關(guān)顯示，相關(guān)顯示將按照滲透檢測(cè)的驗(yàn)收準(zhǔn)則進(jìn)行評(píng)定。不是由缺陷產(chǎn)生的顯示為非相關(guān)顯示，對(duì)于非相關(guān)顯示，在不影響焊縫質(zhì)量的條件下，采用甄別技術(shù)確認(rèn)是否存在缺陷。

對(duì)管板和換熱管密封焊縫的焊接制造工藝進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)清潔度、焊接設(shè)備、清潔用品、清潔方式、焊接工藝、管板堆焊層焊縫質(zhì)量、溫濕度、定位脹潤(rùn)滑油脂等因素均會(huì)對(duì)焊縫滲透檢測(cè)顯示產(chǎn)生影響。對(duì)焊縫顯示位置進(jìn)行金相試驗(yàn)，利用顯微鏡對(duì)顯示位置進(jìn)行微觀檢查，發(fā)現(xiàn)管板和換熱管密封焊縫非相關(guān)顯示產(chǎn)生的原因可分為以下幾類。

(1) 粗糙表面形成的非相關(guān)顯示。管板和換熱管焊接完成后，采用鋁基鋼絲輪對(duì)焊縫檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行清理。焊縫粗糙表面金相照片如圖3所示，左側(cè)部分顯示了鋁基鋼絲輪清理后，表面存在的劃痕、凹痕、溝槽、翻邊，這些痕跡易形成非相關(guān)顯示；右側(cè)部分經(jīng)專用工具拋磨，表面光滑，非相關(guān)顯示得到消除。

圖3 焊縫粗糙表面金相照片

(2) 表面微小凹坑形成的非相關(guān)顯示。由于焊縫成形不好，在管板和換熱管密封焊縫熔合交界區(qū)域(D區(qū))，形成凹坑產(chǎn)生滲透檢測(cè)的非相關(guān)顯示(見(jiàn)圖4)。

圖4 表面微小凹坑的焊縫金相照片

(3) 氧化物附著在表面形成的非相關(guān)顯示。管板和換熱管密封焊縫在焊接過(guò)程中，由于清潔不當(dāng),焊縫表面形成氧化物(見(jiàn)圖5)。另外，管板的堆焊方式為埋弧帶極堆焊，堆焊層表面可能會(huì)存在微小雜質(zhì)，造成管板堆焊層檢測(cè)區(qū)域(E區(qū))形成滲透檢測(cè)非相關(guān)顯示。

圖5 表面附著氧化物的焊縫金相照片

3 非相關(guān)顯示甄別

當(dāng)管板和換熱管密封焊縫存在咬邊、凹坑、氧化物等時(shí)，檢測(cè)人員難以對(duì)滲透檢測(cè)顯示進(jìn)行判定。采用專用甄別工具(樹(shù)形剛玉磨頭，見(jiàn)圖6)，規(guī)格為6 mm×10 mm(直徑×長(zhǎng)度)，對(duì)非相關(guān)顯示區(qū)域進(jìn)行拋磨，消除檢測(cè)區(qū)域可能存在的影響檢測(cè)鑒別的非相關(guān)顯示，并控制拋磨深度，確保甄別過(guò)程不影響焊縫質(zhì)量和焊喉厚度。

圖6 甄別工具外觀(樹(shù)形剛玉磨頭)

3.1 技術(shù)要求

RCC-M標(biāo)準(zhǔn)要求，管板和換熱管密封焊縫單個(gè)焊喉厚度不小于2t/3，平均焊喉厚度不小于0.9t(t為換熱管壁厚)。焊縫剖面金相照片如圖7所示，焊喉厚度最薄區(qū)域?yàn)锳，B區(qū)域，接近換熱管壁厚；焊喉厚度最大為C,D區(qū)域，遠(yuǎn)大于換熱管壁厚。

圖7 焊縫剖面金相照片

3.2 甄別技術(shù)驗(yàn)證

在管板和換熱管焊縫模擬件上進(jìn)行甄別工藝試驗(yàn)，驗(yàn)證工藝的合理性、有效性。驗(yàn)證試驗(yàn)過(guò)程如下。

3.2.1 焊縫滲透檢測(cè)顯示選取

對(duì)管板和換熱管密封焊縫模擬件進(jìn)行滲透檢測(cè)，選取焊縫B、D區(qū)域顯示進(jìn)行試驗(yàn)論證。模擬件焊縫B，D區(qū)域的滲透顯示如圖8所示。

圖8 模擬件焊縫B，D區(qū)域的滲透檢測(cè)顯示

3.2.2 試樣切取

對(duì)選取的B，D區(qū)域采用線切割切取試樣(見(jiàn)圖9)，并再次進(jìn)行滲透檢測(cè)。

圖9 模擬件切割后焊縫的滲透檢測(cè)顯示

3.2.3 拋磨甄別

在尚未甄別的試樣上測(cè)量顯示距焊縫根部的距離，以及最小焊喉厚度，其中B區(qū)顯示距焊縫根部約1.7 mm，D區(qū)顯示距焊縫根部約3 mm。

甄別前進(jìn)行拋磨深度試驗(yàn)，通過(guò)控制拋磨時(shí)間確定拋磨深度。采用剛玉磨頭對(duì)試樣顯示進(jìn)行定點(diǎn)拋磨，拋磨深度先控制為0.1 mm，然后重復(fù)滲透檢測(cè)，測(cè)量拋磨點(diǎn)與焊縫根部的最小距離，圖10，11別為分甄別后的效果，可見(jiàn)甄別后顯示消除，兩個(gè)缺陷經(jīng)過(guò)定點(diǎn)拋磨去除的尺寸為0.08 mm，焊喉厚度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖10 試樣B區(qū)的甄別效果

圖11 試樣D區(qū)的甄別效果

4 結(jié)論

采用甄別技術(shù)可有效地消除蒸汽發(fā)生器管板與換熱管密封焊縫滲透檢測(cè)的非相關(guān)顯示，確保了密封焊縫的質(zhì)量，避免了不必要的焊縫返修。為確保甄別技術(shù)不影響密封焊縫質(zhì)量和焊喉厚度，對(duì)焊縫B區(qū)域采用保守處理方法，其拋磨深度控制在小于0.1 mm。焊縫C，D區(qū)域由于焊喉厚度余量較大，其拋磨深度深度控制在小于0.3 mm。通過(guò)甄別技術(shù)試驗(yàn)，確定了合理的甄別工藝，有效控制了蒸汽發(fā)生器管板和換熱管密封焊縫的質(zhì)量及焊喉厚度。