核電站用高磅級(jí)閥體鑄件的全體積射線檢測(cè)

朱 鎮(zhèn) ，陳曉娟, 王兆云

(1.浙江久立特材科技股份有限公司,湖州 313028；2.四川華宇石油鉆采裝備有限公司，瀘州 646100；3.江蘇萬恒鑄業(yè)有限公司， 鹽城 224513)

核電站用高磅級(jí)閥體鑄件長期工作在高溫、高壓、強(qiáng)輻射、腐蝕、潮濕等惡劣環(huán)境中，因此通常要求對(duì)其進(jìn)行全體積射線檢測(cè)，而閥體壁厚變化大，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)鑄造缺陷(夾渣、氣孔、縮松和裂紋等)的全體積射線檢測(cè)。X射線數(shù)字平板成像技術(shù)[1]和X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)[2]可以適當(dāng)改善檢測(cè)效果，但由于核電行業(yè)的特殊性，引入的新技術(shù)需要經(jīng)過反復(fù)的工藝試驗(yàn)后才能應(yīng)用，因此業(yè)內(nèi)仍然采用傳統(tǒng)膠片射線檢測(cè)技術(shù)對(duì)高磅級(jí)閥體鑄件進(jìn)行全體積檢測(cè)。

1 射線檢測(cè)工藝的制定

由于核電站用高磅級(jí)閥體鑄件(以下簡稱為試件)各個(gè)區(qū)域的結(jié)構(gòu)和壁厚不同，因此需要分別制定檢測(cè)工藝。試件直徑為6 inch(1 inch=25.4 mm),承載質(zhì)量為1 500 lb(1 lb=0.45 kg)，材料為CF8M，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該試件的厚度為40160 mm，筆者分別從檢測(cè)區(qū)域的劃分和標(biāo)識(shí)、透照方式、一次透照長度、雙膠片技術(shù)的應(yīng)用、厚度補(bǔ)償塊的應(yīng)用等方面來對(duì)檢測(cè)工藝進(jìn)行優(yōu)化。

圖1 高磅級(jí)閥體鑄件結(jié)構(gòu)示意

1.1 檢測(cè)區(qū)域的劃分

通常閥體為三通形狀，分別由左右焊端、左右流道、密封圈、法蘭等組成，各部位的厚度差較大。為確保射線檢測(cè)能全體積覆蓋試件，可用彩色筆在閥體上標(biāo)識(shí)后，分區(qū)域進(jìn)行射線檢測(cè)。試件的檢測(cè)區(qū)域劃分方法如圖2所示，根據(jù)結(jié)構(gòu)和壁厚的變化，左流道和左焊端標(biāo)識(shí)為A區(qū)，右流道和右焊端標(biāo)識(shí)為B區(qū)，中間法蘭下面通道標(biāo)識(shí)為C區(qū)，再下面的部位標(biāo)識(shí)為D區(qū)，密封圈位置標(biāo)識(shí)為E區(qū)，中法蘭標(biāo)識(shí)為F區(qū)，如果存在左右法蘭可分別標(biāo)識(shí)為G、H區(qū)，以此類推。

圖2 試件的檢測(cè)區(qū)域劃分方法示意

1.2 檢測(cè)區(qū)域的標(biāo)識(shí)

一般檢測(cè)焊縫時(shí)，只需要在焊縫方向的左右兩端搭接位置放置2個(gè)位置標(biāo)識(shí)即可，而鑄件閥體的射線檢測(cè)時(shí)通常需要在四周放置4個(gè)標(biāo)識(shí)，形成一個(gè)四邊形的檢測(cè)區(qū)域。若邊緣區(qū)域在底片上可以形成明顯的邊界線，則邊界線一邊可以不放置標(biāo)識(shí)。在圖2中：A區(qū)和B區(qū)的3,4號(hào)片放置的3，4和兩個(gè)箭頭標(biāo)識(shí)，與端部邊界組成檢測(cè)區(qū)域；C區(qū)4，5號(hào)片放置的4，5和兩個(gè)箭頭標(biāo)識(shí)，與法蘭邊界組成檢測(cè)區(qū)域；D區(qū)1，2號(hào)片放置的1，2和4個(gè)箭頭標(biāo)識(shí)組成檢測(cè)區(qū)域；E區(qū)1，2號(hào)片放置的1，2和4個(gè)位置標(biāo)識(shí)組成檢測(cè)區(qū)域；F區(qū)的5，6號(hào)片放置的5，6與上下法蘭邊界組成檢測(cè)區(qū)域，其他位置也是依此類推。

位置標(biāo)識(shí)箭頭“→”表示指向固定的方向，如水流方向、下一張布片流水號(hào)方向或順時(shí)針方向等，該標(biāo)識(shí)應(yīng)放置在檢測(cè)區(qū)域邊界交叉線的中央，片號(hào)數(shù)字應(yīng)和產(chǎn)品上的標(biāo)記號(hào)重疊，這樣有助于發(fā)現(xiàn)缺陷后對(duì)其進(jìn)行定位返修。

1.3 透照方式和一次透照長度的選擇

單壁透照的靈敏度明顯高于雙壁透照的靈敏度，在兩種方式都能使用的情況下無疑應(yīng)優(yōu)先選擇前者；較小的透照厚度差和橫向裂紋檢出角有利于提高底片質(zhì)量和裂紋檢出率。在焦距和一次透照長度相同的情況下，源在內(nèi)透照法比源在外透照法具有更小的透照厚度差和橫向裂紋檢出角，因此在條件允許的情況下，應(yīng)盡量選擇源在內(nèi)透照法[3]，然而大部分情況下，由于焦距無法滿足幾何不清晰度的要求，只能選用源在外透照法。

一次透照長度對(duì)檢測(cè)質(zhì)量和工作效率有影響，選擇較大的一次透照長度可以提高檢測(cè)效率，但在大多數(shù)情況下，透照厚度比和橫向裂紋檢出角隨一次透照長度的增大而增大，這對(duì)射線檢測(cè)質(zhì)量是不利的。

實(shí)際工作中一次透照長度的選取受兩個(gè)因素的限制，一個(gè)是射線源有效照射場(chǎng)的范圍(一次透照長度不能大于有效照射場(chǎng)的尺寸)；另一個(gè)是射線檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于透照厚度比K值或者黑度范圍公差的規(guī)定(該規(guī)定間接限制了一次透照長度)。

對(duì)于規(guī)定K值的情況，可以按照相應(yīng)透照方式的公式進(jìn)行一次透照長度的計(jì)算或根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的透照?qǐng)D進(jìn)行選擇。

對(duì)于未規(guī)定K值的情況，如ASME(美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì))標(biāo)準(zhǔn)通常只規(guī)定黑度范圍的公差，其要求檢測(cè)區(qū)域任何地方的黑度與指定線型像質(zhì)計(jì)基本線附件或孔型像質(zhì)計(jì)上的黑度相比，變化不大于-15%和+30%。

試件的透照方式為：A區(qū)和B區(qū)圓周透照16次，采用源在外單壁透照技術(shù)；C區(qū)圓周透照17次，采用源在外單壁透照技術(shù)；D區(qū)和E區(qū)圓周透照12次，D1凸臺(tái)采用源在內(nèi)偏心透照技術(shù)，其余區(qū)域采用源在外單壁透照技術(shù)；F區(qū)圓周透照20次，采用源在外單壁透照技術(shù)。另外，一些壁厚變化較大的凸臺(tái)部位和遮擋部位則單獨(dú)補(bǔ)充透照，因此透照次數(shù)略有變化。對(duì)于A區(qū)和B區(qū)，其焊端和流道壁厚相差數(shù)個(gè)毫米，為確保黑度變化在-15%或+30%范圍內(nèi)，可以分別在焊端和流道各放置一個(gè)像質(zhì)計(jì)。

1.4 雙膠片技術(shù)的應(yīng)用

閥體各部位過渡區(qū)域的厚度差較大，可以采用雙膠片技術(shù)進(jìn)行透照。暗盒里一般放置感光度不同的兩種膠片(異速雙膠片法)，其中感光度較大的膠片適用于透照厚度較大部位，感光度較小的膠片適用于透照厚度較小部位。也可在暗盒中放置感光速度相同的兩種膠片(同速雙膠片法)，觀片方法是：對(duì)于黑度較小部位，將雙片重疊進(jìn)行觀察評(píng)定；對(duì)于黑度較大部位，用單片觀察評(píng)定。選擇感光度不同的兩種膠片時(shí)，應(yīng)注意在有效黑度范圍內(nèi)，兩種膠片的曝光量應(yīng)有足夠重疊。

試件尺寸為：A區(qū)壁厚為45 mm，D區(qū)壁厚為40 mm，E區(qū)壁厚為85 mm；A區(qū)到E區(qū)的壁厚變化緩慢，邊界并不是太明顯；E區(qū)到D區(qū)的壁厚變化是一個(gè)突變，邊界較明顯。在檢測(cè)E區(qū)時(shí)，應(yīng)采用雙膠片技術(shù)，同時(shí)像質(zhì)計(jì)應(yīng)橫跨壁厚過渡區(qū)域。

1.5 厚度補(bǔ)償塊的應(yīng)用

可用補(bǔ)償塊、補(bǔ)償粉、補(bǔ)償液等填補(bǔ)工件的較薄部分，使透照厚度差減小。通常在檢測(cè)閥體法蘭的時(shí)候，如果壁厚變化極大，可使用厚度補(bǔ)償塊來減小厚度差，減少邊緣的散射。當(dāng)檢測(cè)部位極小，像質(zhì)計(jì)的標(biāo)識(shí)和拍片標(biāo)識(shí)無法放置時(shí)，可在檢測(cè)部位放置相似厚度的補(bǔ)償塊，然后將識(shí)別標(biāo)識(shí)放置在補(bǔ)償塊上。

中部法蘭外觀如圖3所示，由于其壁厚差變化極大，如不增加補(bǔ)償塊，最終底片顯示的檢測(cè)區(qū)域?qū)挾葧?huì)比實(shí)際檢測(cè)的寬度小很多，因此在拍法蘭的時(shí)候，應(yīng)在法蘭上下兩側(cè)增加補(bǔ)償塊或屏蔽物，以減小壁厚差，減少邊蝕散射。

圖3 中部法蘭外觀

另外射線源為γ源和高能X射線時(shí)，在工件和膠片暗盒之間應(yīng)增加濾板屏蔽前散射，暗盒背面使用鉛板屏蔽背散射。

1.6 補(bǔ)充檢測(cè)區(qū)域

對(duì)于各個(gè)劃分的檢測(cè)區(qū)域，還應(yīng)注意其內(nèi)部壁厚是否有變化。為防止漏檢，壁厚突變的區(qū)域需要單獨(dú)進(jìn)行射線檢測(cè)，因此可以在區(qū)域標(biāo)識(shí)后面加數(shù)字進(jìn)行區(qū)分，凸臺(tái)補(bǔ)充檢測(cè)位置如圖4-7所示。

圖4 C區(qū)凸臺(tái)內(nèi)壁

圖5 C區(qū)凸臺(tái)外壁

圖6 C區(qū)凸臺(tái)內(nèi)壁

圖7 D區(qū)凸臺(tái)外壁

另外還需注意有些部位的遮擋導(dǎo)致無法一次性檢測(cè)完整個(gè)區(qū)域，從而發(fā)生漏檢。如中部法蘭遮擋A區(qū)和B區(qū)，需要把源傾斜一定角度對(duì)被遮擋的部位進(jìn)行補(bǔ)充檢測(cè)。補(bǔ)充檢測(cè)位置如圖8，9所示。

圖8 A區(qū)補(bǔ)充檢測(cè)位置

圖9 B區(qū)補(bǔ)充檢測(cè)位置

1.7 預(yù)曝光技術(shù)的應(yīng)用

射線檢測(cè)閥體時(shí)，需要放置很多標(biāo)識(shí)，如公司名稱、產(chǎn)品名稱、閥體規(guī)格、材料、爐號(hào)、序列號(hào)、拍片日期等。為了節(jié)省拍片時(shí)布置標(biāo)識(shí)的時(shí)間，同時(shí)也節(jié)約膠片，可以采用預(yù)曝光技術(shù)，即在底片上的固定角落位置使用標(biāo)識(shí)器進(jìn)行預(yù)曝光。在拍片時(shí)，膠片上預(yù)曝光的區(qū)域應(yīng)盡量放置在檢驗(yàn)區(qū)域以外的較厚部位，這樣洗片后有利于識(shí)別預(yù)曝光標(biāo)識(shí)(見圖10)。

圖10 預(yù)曝光標(biāo)識(shí)

2 射線檢測(cè)工藝的實(shí)施

根據(jù)制定的布片圖和射線檢測(cè)工藝表，對(duì)該止回閥共透照105次，透照時(shí)邊界擺放相應(yīng)位置的標(biāo)記，確保盡可能全體積覆蓋檢測(cè)。各圓周體應(yīng)利用公式計(jì)算或透照?qǐng)D確保透照次數(shù)符合K值或黑度公差的要求。下面列舉了部分透照工藝的實(shí)施情況，如對(duì)A區(qū)和B區(qū)進(jìn)行了傾斜透照，盡可能增加檢測(cè)區(qū)域(見圖11，12)；C區(qū)和D區(qū)凸臺(tái)的厚度差較大，進(jìn)行了補(bǔ)充拍片，確保黑度滿足要求(見圖13，14)；E區(qū)采用雙膠片技術(shù)進(jìn)行透照，確保了黑度和靈敏度滿足要求(見圖15)；F區(qū)利用厚度補(bǔ)償塊技術(shù)進(jìn)行透照，減小了厚度差，從而減少了邊蝕散射，可確保底片上的影像寬度與實(shí)際寬度基本一致(見圖16)。

圖11 A區(qū)遮擋部位的補(bǔ)充檢測(cè)結(jié)果

圖12 B區(qū)遮擋部位的補(bǔ)充檢測(cè)結(jié)果

圖13 C區(qū)凸臺(tái)部位的補(bǔ)充檢測(cè)結(jié)果

圖14 D區(qū)凸臺(tái)部位的補(bǔ)充檢測(cè)結(jié)果

圖15 E區(qū)的雙膠片技術(shù)檢測(cè)結(jié)果

圖16 采用厚度補(bǔ)償塊技術(shù)后F區(qū)的檢測(cè)結(jié)果

C區(qū)與A,B區(qū)連接轉(zhuǎn)角部位存在約150°圓弧范圍無法檢測(cè)。ASME核電規(guī)范中明確提出該區(qū)域可以不進(jìn)行射線檢測(cè)，但應(yīng)在報(bào)告中注明該未檢測(cè)區(qū)域。未檢測(cè)區(qū)域如圖17所示(方框內(nèi)為未檢測(cè)區(qū))。

圖17 連接轉(zhuǎn)角處未檢測(cè)區(qū)示意

3 射線檢測(cè)的局限性

射線檢測(cè)容易檢出那些存在局部厚度差的缺陷，對(duì)鑄件中氣孔和疏松類的缺陷有很高的檢出率，對(duì)裂紋類缺陷的檢出率則受到透照角度的影響。為保證產(chǎn)品的質(zhì)量，對(duì)鑄件內(nèi)外表面可能存在的開口型細(xì)小缺陷宜再補(bǔ)充滲透檢測(cè)。如對(duì)于法蘭、焊端等機(jī)加工部位，在機(jī)加工后宜再補(bǔ)充滲透檢測(cè)和超聲檢測(cè)。

4 結(jié)語

經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，嚴(yán)格按照文章提出的射線檢測(cè)工藝實(shí)施檢測(cè)，可以確保典型產(chǎn)品止回閥的全體積檢測(cè)，檢測(cè)效果良好，K值、黑度和靈敏度都符合要求。射線檢測(cè)中所采取的措施和注意事項(xiàng)，對(duì)于其他類似鑄件閥體的射線檢測(cè)具有參考價(jià)值。