指套管端塞焊縫密封性試驗(yàn)

賴新華 虞紅佳 趙敏

摘 ?要：指套管端塞焊縫，進(jìn)行表面及目視檢驗(yàn)，可發(fā)現(xiàn)存在的表面缺陷及異常，無法查找和確認(rèn)貫穿性缺陷;貫穿性缺陷的查找，現(xiàn)階段采用水壓試驗(yàn)進(jìn)行，靈敏度低下。在確定氦檢漏驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)后，利用現(xiàn)有水壓試驗(yàn)裝置，加工一定工裝，對指套管端塞焊縫進(jìn)行密封性試驗(yàn)，形成了一套標(biāo)準(zhǔn)檢漏工裝及工藝，可用于現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：指套管 ?氦檢漏 ?密封性試驗(yàn)

中圖分類號：TG115 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（a）-0045-03

Abstract： Refers to the casing end plug weld，surface and visual inspection，can find the existence of surface defects and anomalies，unable to find and confirm the penetration defects; At present，hydraulic tests are used to find the penetrating defects， and the sensitivity is low. After determining the acceptance standard of helium leak inspection， the existing hydraulic test device is used to process certain workmanship，and the sealing test of the seam at the end of the sleeve plug is carried out，and a set of standard leak inspection workmanship and technology is formed，which can be used for practical application in the field.

Key Words： Casings; Helium leakage; Sealability test

壓水堆機(jī)組啟停、裝料及正常運(yùn)行期間，為給操縱員提供在裝料、啟動(dòng)、功率運(yùn)行及停堆等反應(yīng)堆狀態(tài)下中子注量率信息，專門設(shè)置了堆芯中子通量分布測量系統(tǒng)。中子通量測量系統(tǒng)主要由微型裂變室（探測器，4或5通道）、指套管（38或50根）、堆內(nèi)儀表導(dǎo)向管以及中子探測器傳動(dòng)系統(tǒng)組成[1]。

導(dǎo)向管均成“L型”，上端與反應(yīng)堆壓力容器底部管座焊接，下端通過貫穿件與手動(dòng)閥密封組件焊接，導(dǎo)向管內(nèi)壁與一回路水直接接觸承受與壓力容器相同的壓力，是反應(yīng)堆壓力容器的延伸。

導(dǎo)向管包容著可抽出的指套管，指套管前端材質(zhì)為Z2 CN 18-10、指套管材質(zhì)為Z5 CND17-12，兩不銹鋼部件之間采用焊接的方式進(jìn)行連接（端塞焊縫），外徑為8.6mm、內(nèi)徑為5.2mm，壁厚為1.7mm，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

為了保證指套管的密封性，防止由于指套管的破損而造成一回路冷卻劑泄漏，進(jìn)而觸發(fā)“套管破損探測器”發(fā)出警告信號，需要對指套管以及其端塞焊縫進(jìn)行相應(yīng)的密封性試驗(yàn)。

1 ?密封性試驗(yàn)需求

反應(yīng)堆運(yùn)行期間，指套管長期處于高溫高壓、輻照環(huán)境中;反應(yīng)堆卸料期間，需要將指套管從導(dǎo)向管中抽出或降低高度;反應(yīng)堆裝料完成后，需要重新將指套管從導(dǎo)向管中插入堆芯燃料組件內(nèi)。在多次操作和運(yùn)行工況的影響下，指套管容易發(fā)生磨損，造成減薄，甚至發(fā)生斷裂，造成貫穿性泄漏。

指套管安裝前，對其端塞焊縫進(jìn)行表面及液體滲透檢驗(yàn)，以盡可能發(fā)現(xiàn)焊接過程中產(chǎn)生的表面缺陷及異常，并采用水壓試驗(yàn)的方式對指套管及其端塞密封焊縫進(jìn)行密封性試驗(yàn)，以驗(yàn)證其密封性。在役期間，由于不能精確預(yù)測指套管的磨損率，一般采用渦流檢驗(yàn)的方法定期檢驗(yàn)指套管的磨損情況，以確定指套管是否存在減薄。

指套管服役前所進(jìn)行的水壓試驗(yàn)，存在靈敏度低下、安全風(fēng)險(xiǎn)高、試驗(yàn)完成后仍需對指套管進(jìn)行烘干等不利因素;在役期間所實(shí)施的渦流檢驗(yàn)，為了避免渦流檢驗(yàn)探頭多次摩擦指套管端塞焊縫而造成損傷，其檢驗(yàn)范圍一般為指套管管口至距離指套管端塞焊縫1m處，未能實(shí)現(xiàn)對指套管的100%檢驗(yàn)以及對端塞焊縫的檢驗(yàn)。為了提高密封性試驗(yàn)的靈敏度，并對指套管進(jìn)行全面檢驗(yàn)，針對端塞焊縫開展氦檢漏試驗(yàn)，以確定一套適用檢驗(yàn)工藝。

2 ?可行性試驗(yàn)

2.1 氦檢漏方法簡介

氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)，是采用氦氣作為示蹤氣體，施加于泄漏部位，并通過氦質(zhì)譜檢漏儀對泄漏部位溢出的氦氣進(jìn)行探測的一種檢漏技術(shù)。

氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)，是核工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的檢漏方法。氦質(zhì)譜檢漏儀的檢漏靈敏度已達(dá)1×10-11Pa·m3/s，甚至更高，完全能夠滿足檢驗(yàn)核設(shè)備的要求。

氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)又可以簡單地分為壓力法和真空法兩類。如果再細(xì)分，壓力法有充氦法、吸槍法;真空法有噴氦法、探漏盒法和氦罩法。核工業(yè)大型容器檢漏常用充氦法、探漏盒法和噴氦法;核用設(shè)備中的小容器檢漏通常選用噴氦法;核燃料原件生產(chǎn)過程中的檢漏，常用充氦法。

2.2 試驗(yàn)設(shè)想及器材

由于指套管長期處于輻照的工作狀態(tài)，對指套管的密封進(jìn)行要求很高，同時(shí)其結(jié)構(gòu)非常細(xì)長，類似于核燃料原件。核燃料原件必須100%的進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏，每根核燃料元件的允許漏率為小于1.33×10-9Pa·m3/s（對He漏率），鑒于指套管的各種特殊性，故將指套管端塞焊縫的氦氣泄漏率驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)確定為≤1.33×10-9Pa·m3/s。

在進(jìn)行試驗(yàn)工裝準(zhǔn)備時(shí)，考慮利用現(xiàn)有條件，對指套管外部進(jìn)行充氦，同時(shí)，對指套管內(nèi)部進(jìn)行抽真空，以保障現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)，能夠達(dá)到-9數(shù)量級的檢漏靈敏度等級。另考慮由于指套管為細(xì)長工件，對其內(nèi)部進(jìn)行抽真空操作時(shí)，其末端（端塞焊縫處）有可能產(chǎn)生局部高真空的封閉狀態(tài)，使得即使端塞焊縫處指套管內(nèi)部即使存在從外部泄漏而來的氦氣，卻無法通過抽真空裝置到達(dá)氦質(zhì)譜檢漏儀;為了解決這一預(yù)想困難，考慮采用外徑3mm的細(xì)塑料管（有一定強(qiáng)度），穿過指套管直達(dá)端塞焊縫處，另一端直接與氦質(zhì)譜檢漏儀檢漏口進(jìn)行連接。為此，設(shè)計(jì)和加工了抽真空裝置見圖2、圖3。

2.3 試驗(yàn)過程

（1）將真空計(jì)、校準(zhǔn)漏孔（-9數(shù)量級）分別安裝于抽真空裝置上，安裝完成后，將抽真空裝置與氦質(zhì)譜檢漏儀采用金屬波紋管進(jìn)行連接，系統(tǒng)連接后示意圖見圖4。

（2）系統(tǒng)連接后，關(guān)閉抽真空裝置上的抽氣及校驗(yàn)隔離閥，同時(shí)對與指套管打壓裝置連接端進(jìn)行封堵、對各密封部位采用真空泥進(jìn)行補(bǔ)充密封，使整個(gè)檢漏系統(tǒng)處于抽真空模式下。由于系統(tǒng)有效容積較小，直接采用氦檢漏儀進(jìn)行抽真空操作，以獲得穩(wěn)定真空度，確認(rèn)真空能夠建立后，對系統(tǒng)進(jìn)行排氣（打開抽氣隔離閥）。

（3）排氣完成后，重新關(guān)閉抽氣隔離閥，打開校驗(yàn)隔離閥和校準(zhǔn)漏孔自帶閥門。完成后，采用氦質(zhì)譜檢漏儀重新進(jìn)行抽真空操作，以獲得校準(zhǔn)漏孔漏率讀數(shù)，同時(shí)進(jìn)行記錄。

（4）按照圖2的方式，將外徑3mm的細(xì)塑料管（30m長）安裝于抽真空裝置內(nèi)，一端與氦質(zhì)譜檢漏儀直接連接、另一端與校準(zhǔn)漏孔直接連接。系統(tǒng)連接后示意圖見圖5。

（5）對加裝塑料管后的檢漏系統(tǒng)進(jìn)行抽真空操作，以獲得校準(zhǔn)漏孔漏率讀數(shù)，同時(shí)進(jìn)行記錄。

（6）對（3）步驟、（5）步驟所記錄的校準(zhǔn)漏孔漏率讀數(shù)進(jìn)行比較，未見明顯變化。

2.4 可行性試驗(yàn)結(jié)論

采用塑料管模擬狹長指套管內(nèi)部抽真空氛圍，所獲得的漏孔漏率讀數(shù)與直接將漏孔安裝于抽真空裝置上所獲得的漏孔漏率讀數(shù)基本一致，驗(yàn)證了采用塑料管對指套管端塞密封焊縫部位進(jìn)行抽真空操作的可行性;同時(shí)，兩種檢漏狀態(tài)下，系統(tǒng)最小可檢漏率均能滿足泄漏率驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)所要求的靈敏度等級要求。該工裝可進(jìn)一步用于實(shí)際進(jìn)行指套管端塞焊縫的密封性試驗(yàn)操作。

3 ?端塞焊縫密封性試驗(yàn)

按照以下步驟，對指套管端塞焊縫進(jìn)行氦檢漏試驗(yàn)操作。

（1）測量受檢區(qū)域及環(huán)境氦本底濃度，并進(jìn)行記錄。

（2）從指套管外圍壓力試驗(yàn)裝置內(nèi)充入氦氣（表壓達(dá)到0.1MPa，保壓10min）見圖6、圖7。

（3）采用吸槍對指套管打壓及充氣裝置各密封、接頭部位進(jìn)行檢驗(yàn)，以排除存在的漏點(diǎn)。

（4）將真空計(jì)安裝于抽真空裝置上，并將抽真空裝置與指套管打壓裝置進(jìn)行連接。

（5）將3mm細(xì)管插入指套管內(nèi)，并直達(dá)指套管端塞焊縫部位。

（6）將標(biāo)準(zhǔn)漏孔安裝于校驗(yàn)隔離閥上端，保持標(biāo)準(zhǔn)漏孔自帶閥門關(guān)閉。

（7）將抽真空裝置與氦檢漏儀連接的波紋管進(jìn)行連接（連接示意圖見圖8），并關(guān)閉抽真空裝置上的“抽氣隔離閥”，打開“校驗(yàn)隔離閥”。

（8）采用氦檢漏儀對所連接的系統(tǒng)進(jìn)行抽氣，以達(dá)到氦檢漏儀所需真空度要求（≤10Pa）。

（9）真空建立后，關(guān)閉“校驗(yàn)隔離閥”;打開標(biāo)準(zhǔn)漏孔自帶閥門。

（10）打開“校驗(yàn)隔離閥”，對系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，并記錄標(biāo)準(zhǔn)漏孔儀器讀數(shù)及響應(yīng)時(shí)間。

（11）系統(tǒng)標(biāo)定完成后，關(guān)閉“校驗(yàn)隔離閥”。

（12）具備檢驗(yàn)條件，開始進(jìn)行檢驗(yàn)操作。

（13）在氦檢漏儀抽氣的整個(gè)過程中，觀察和記錄儀器讀數(shù)。

（14）氦檢漏完成后，進(jìn)行排氣泄壓并拆除檢漏裝置。整個(gè)試驗(yàn)過程所用工器具見圖9。

4 ?試驗(yàn)結(jié)論

按照第4節(jié)所述試驗(yàn)操作，能夠獲得滿足檢驗(yàn)要求的靈敏度，同時(shí)，所加工的工裝，安裝及操作較為簡便，能夠滿足實(shí)際檢驗(yàn)要求。

設(shè)計(jì)和形成的密封性試驗(yàn)系統(tǒng)，能夠彌補(bǔ)渦流檢驗(yàn)等其他檢驗(yàn)方法在檢驗(yàn)范圍存在不可達(dá)、靈敏度不高等方面的缺欠;同時(shí)，也應(yīng)該認(rèn)識到，該試驗(yàn)操作僅能夠探測和發(fā)現(xiàn)已經(jīng)存在的超過一定尺寸的泄漏，對磨損、減薄一類缺陷無法進(jìn)行預(yù)判。

參考文獻(xiàn)

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