核電站乏燃料水池預(yù)埋件角焊縫射線檢測工藝研究

摘 要：核電作為清潔、安全的能源，是國家“十四五規(guī)劃”能源供應(yīng)的重點(diǎn)項(xiàng)目。核電站鋼襯里、鋼結(jié)構(gòu)、不銹鋼的預(yù)制、安裝期間射線檢測是控制焊接質(zhì)量的重要檢測方法。在某核電工程實(shí)踐中，需要對角焊縫進(jìn)行射線檢測，本文介紹了以俄標(biāo)為技術(shù)條件對某核電廠乏燃料水池預(yù)埋件角焊縫預(yù)制完成后射線檢測的工藝研究與控制，通過進(jìn)行射線靈敏度對比試驗(yàn)、結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范分析確定了射線關(guān)鍵工藝參數(shù)、結(jié)合利用分區(qū)觀察評定方法，驗(yàn)證了角焊縫射線底片質(zhì)量以及射線檢測結(jié)果的符合性。

關(guān)鍵詞：核電廠；預(yù)埋件；角焊縫；射線檢測

中圖分類號：" "TL 48 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

某核電廠2臺機(jī)組采用VVER-2600堆型，核島土建鋼結(jié)構(gòu)工程主要由安全殼碳鋼襯里和不銹鋼襯里組成。安全殼鋼襯里筒體筒身為高52.6m，穹頂高22m，內(nèi)徑44m，由6mm厚P265GH鋼板拼接而成；安全殼鋼襯里結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中包括386個貫穿件、735個錨固件、2個應(yīng)急人員閘門、1個設(shè)備閘門以及安裝設(shè)備吊車梁時使用的24個環(huán)吊牛腿。不銹鋼襯里覆面安裝主要分布在71UJA/81UJA廠房（反應(yīng)堆廠房）內(nèi)部結(jié)構(gòu)、71UJE/81UJE廠房（蒸汽間廠房）、71UCB/81UCB廠房（控制廠房）、71UKA/81UKA廠房（輔助廠房）、71UKC/81UKC廠房（服務(wù)廠房）、71UKD/81UKD廠房（安全廠房）等廠房內(nèi)。反應(yīng)堆廠房內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括不銹鋼豎井、不銹鋼檢查井以及不銹鋼乏燃料水池。乏燃料水池作為承載放射性物質(zhì)的容器，其焊縫質(zhì)量的好壞直接影響核電站運(yùn)行時的安全性、可靠性和使用壽命。

乏燃料水池不銹鋼覆面焊縫一般采用目視、滲透、泄漏、射線等無損檢測方法對焊縫進(jìn)行檢驗(yàn)。

射線檢測作為一種體積性檢測，在不銹鋼覆面焊縫實(shí)際檢測過程中主要有以下優(yōu)點(diǎn)[1]。1）檢測結(jié)果有直接記錄-射線底片，可以長期保存，有較好的追述性。2）可以獲得缺陷的投影圖像，缺陷定性定量準(zhǔn)確，特別是對體積型缺陷（氣孔、夾渣類）的長度、寬度尺寸，其誤差一般在零點(diǎn)幾毫米。3）對體積型缺陷檢出率高，一般可以檢出試件厚度1%以上的體積型缺陷。4）適用于檢測厚度為6mm～30mm的不銹鋼板，不需要太高能量的射線裝置即可進(jìn)行檢測。

但射線檢測在現(xiàn)場應(yīng)用中也有其局限性。1）檢測成本較高。射線機(jī)采購成本高，使用的射線底片及處理底片的耗材成本、檢測時使用的人工成本較高；底片質(zhì)量要求高，有需要重復(fù)檢測的情況。2）射線拍片檢測速度慢?，F(xiàn)場射線檢測受施工現(xiàn)場條件限制，使用X射線機(jī)時對拍片位置有一定的要求，在一些特殊位置上，光架設(shè)X射線機(jī)就需要10min～20min。需要等射線底片沖洗出來才能判定檢測結(jié)果。3）射線檢測對安全防護(hù)要求較高?，F(xiàn)場使用的X射線機(jī)通電后發(fā)射X射線，會對人體組織造成一些影響，因此在對周邊以及射線拍片操作人員的安全防護(hù)上都必須按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行防護(hù)。

因此，選擇正確的射線工藝控制射線檢測過程及射線底片的質(zhì)量，每次射線拍片檢測后交出合格的底片，以此來確保焊縫質(zhì)量，控制射線檢測的成本、減少不必要的返工、減少射線對人員的影響就顯得尤為重要。

1 乏燃料水池預(yù)埋件射線檢測的基本情況

乏燃料水池預(yù)埋件先在不銹鋼車間進(jìn)行預(yù)制焊接，預(yù)埋件車間預(yù)制后狀態(tài)如圖2所示。焊接完成后根據(jù)俄標(biāo)（ПНАЭГ-10-032-92（НД））進(jìn)行目視、泄漏、滲透、射線檢測，合格后在現(xiàn)場進(jìn)行安裝，預(yù)埋件安裝狀態(tài)如圖3所示，后續(xù)與乏池覆面板進(jìn)行拼接，主要起到設(shè)備支架以及密封作用。

乏燃料水池預(yù)埋件材質(zhì)為022Cr19Ni10，厚度12mm。采用手工電弧焊，雙“V”形坡口，車間預(yù)制焊縫有1條角焊縫、1條對接焊縫需要進(jìn)行射線檢測。由于角焊縫的焊接難度大，拍片參數(shù)不好控制，在預(yù)埋件制作前可以先按照相同的焊接工藝制作模擬件，先對模擬件進(jìn)行射線檢測，一是可以調(diào)整確定射線檢測參數(shù)，二是如果模擬件檢測出缺陷，還可以根據(jù)缺陷來總結(jié)發(fā)現(xiàn)焊接時出現(xiàn)的問題，確保預(yù)埋件正式焊接時的焊接質(zhì)量。

此角焊縫射線檢測的主要難點(diǎn)如下。1）射線焦點(diǎn)以及焦距的選擇。2）焊縫表面不平整導(dǎo)致像質(zhì)計(jì)不能正常布置。3）透照厚度差大、射線參數(shù)的選擇以及射線底片黑度的控制等。

2 預(yù)埋件角焊縫射線檢測的工藝選擇及控制

2.1 角焊縫射線檢測工藝準(zhǔn)備工作

在準(zhǔn)備進(jìn)行射線檢測前，應(yīng)先進(jìn)行預(yù)埋件被檢表面的檢查，去除會影響射線檢測及底片評定的表面凹坑、不規(guī)則的紋路、焊縫咬邊等，核實(shí)好焊縫尺寸信息。在射線檢測過程中，要注意輻射防護(hù)，射線檢測的人員需要佩戴TLD以及個人報(bào)警儀，確保不會出現(xiàn)誤照射事故。

2.2 角焊縫焊接接頭形式及透照方式

角焊縫是一種常見的焊接接頭形式，在核電站乏燃料水池不銹鋼覆面安裝中，角焊縫通常用于連接水池壁和底部，以保證水池的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和密封性。角焊縫的焊接接頭形式主要有以下4種。1）對接角焊縫。此方式是將2個相互垂直的板材直接對焊在一起，形成直角的焊縫。這種方式適用于承受較大載荷和壓力的場合，具有較高的強(qiáng)度和密封性能。2）搭接角焊縫。其是將板材的邊緣搭接在另一個板材上再進(jìn)行焊接。3）“T”形角焊縫。其是焊接時形成“T”形的焊縫。4）角接角焊縫。將2個相互垂直的板材的端部焊接在一起，形成角形的焊縫。

透照方式是指在射線檢測過程中，射線穿過焊縫的方式。透照方式的選擇直接影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

對角焊縫射線檢測常見的透照方式有以下3種。1）單面透照。此方式將射線只從一個方向垂直穿過焊縫，然后在另一側(cè)布置底片，主要適用于較薄的板材和簡單的焊接接頭形式。這種方式檢測效率較高，但可能存在一定的盲區(qū)。2）雙面透照。從2個相反的方向穿過焊縫進(jìn)行透照，適用于較厚的板材和復(fù)雜的焊接接頭形式，能夠有效減少盲區(qū)，提高檢測的準(zhǔn)確性。3）傾斜透照。射線以一定的角度穿過焊縫，然后在另一側(cè)布置底片。這種透照方式適用于特殊情況下的焊接接頭形式，例如角接角焊縫，能夠更好地觀察焊縫的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

此不銹鋼預(yù)埋件的制作主要使用如圖4所示的角接角焊縫焊接接頭形式以及如圖5所示的傾斜透照方式。

2.3 透照參數(shù)

對被檢件焊縫厚度、角焊縫位置進(jìn)行分析，選用300kV射線機(jī)進(jìn)行射線檢測。根據(jù)射線機(jī)曝光曲線查得，采用電壓250kV，電流5mA，曝光時間1.5min，焦距700mm。由于是角焊縫，焊縫透照厚度有差異，因此采用高電壓短時間來增加寬容度。對焦時根據(jù)俄標(biāo)ГОСТ7512-82要求，照射方向和射線照與膠片垂線間的角度不得超過45°，不然會造成底片不同位置黑度差距過大，導(dǎo)致底片部分區(qū)域黑度不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，或者造成缺陷影像畸變過大，影響評定。圖6為確定射線焦距示意圖，主要是按照標(biāo)準(zhǔn)控制好與膠片垂線的角度。圖7為焦點(diǎn)位置示意圖，要確保焦點(diǎn)在射線底片中心。

2.4 靈敏度要求

此預(yù)埋件執(zhí)行的射線檢測標(biāo)準(zhǔn)為俄標(biāo)ПНАЭГ-10-032-92（НД）。ПНАЭГ-10-032-92（НД）中要求射線檢測靈敏度應(yīng)符合ГОСТ7512-82三級靈敏度要求[2]。ПНАЭГ-10-032-92（НД）標(biāo)準(zhǔn)對各靈敏度等級要求見表1。

埋件透照厚度為12mm，靈敏度應(yīng)滿足線型像質(zhì)計(jì)直徑0.40mm，經(jīng)業(yè)主以及設(shè)計(jì)同意，可采用ASTM組別B組（6～11）絲型像質(zhì)計(jì)，需要看到7號絲徑（0.33mm），滿足俄標(biāo)相應(yīng)透照厚度的靈敏度等級要求。

2.5 幾何不清晰度要求

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ГОСТ7512-82要求，當(dāng)所要求的檢查靈敏度小于或等于2mm時，幾何不清晰度不應(yīng)超過所要求檢查靈敏度的一半；當(dāng)檢查靈敏度大于2mm時，幾何不清晰度不應(yīng)超過1mm。

此角焊縫靈敏度要求為0.40mm，幾何不清晰度不能超過靈敏度的一半，即幾何不清晰度≤0.2mm。

根據(jù)幾何不清晰度如公式（1）所示。

Ug=Φd/f （1）

式中：Ug為幾何不清晰度；Φ為有效焦點(diǎn)尺寸；f為射線源到被透照焊縫的距離；d為被透照焊縫射線源一側(cè)至膠片的距離。

根據(jù)公式（1）得出幾何不清晰度為0.04mm，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.6 像質(zhì)計(jì)放置

由于角焊縫結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，像質(zhì)計(jì)擺放在射線源側(cè)不能完全貼合焊縫表面，且會對像質(zhì)計(jì)進(jìn)行彎折，粘貼不牢靠，容易脫落。因此，對像質(zhì)計(jì)放置在源側(cè)和膠片側(cè)的像質(zhì)指數(shù)進(jìn)行對比試驗(yàn)。

同時，將像質(zhì)計(jì)擺在源側(cè)以及膠片側(cè)，在膠片側(cè)的像質(zhì)計(jì)旁貼上字母“F”，對底片進(jìn)行曝光并經(jīng)過暗室處理后，比較底片上2個不同擺放位置的像質(zhì)計(jì)靈敏度顯示，對比試驗(yàn)底片顯示如圖8所示。由圖8可知，底片左側(cè)顯示為放置在源側(cè)的像質(zhì)計(jì)，6～9號絲清晰可見；底片右側(cè)顯示放于膠片側(cè)的像質(zhì)計(jì)，6～9號絲同樣清晰可見。同時滿足標(biāo)準(zhǔn)可以看到7號絲徑（0.33mm）的靈敏度要求，因此，針對此角焊縫像質(zhì)計(jì)的放置，可以選擇將像質(zhì)計(jì)放在片側(cè)，這樣可以避免發(fā)生像質(zhì)計(jì)放置于源側(cè)不能緊貼焊縫以及發(fā)生彎折、意外脫落等情況。

2.7 膠片布置

射應(yīng)選擇寬度100mm規(guī)格的射線底片，以確保焊縫及焊縫兩側(cè)評定區(qū)的覆蓋。根據(jù)俄標(biāo)ГОСТ7512-82要求，被檢焊接接頭到射線膠片之間的距離應(yīng)是最小的，在任何情況下不得超過150mm；由于是不銹鋼焊縫，因此無法使用吸鐵石將膠片緊貼焊縫，被檢角縫又為豎直方向，膠片布置時應(yīng)更注意。如圖9中射線底片布置方式所示，應(yīng)使用其他物品輔助使膠片更緊貼焊縫，并使用鉛板做好背散射線防護(hù)，可以在底片袋背面貼一個“B”的鉛字標(biāo)記，如果在底片上出現(xiàn)黑度比周邊區(qū)域黑度低的“B”字影像，就說明散射線防護(hù)的效果不好，需要重新調(diào)整防散射線措施，例如增加防散射線鉛版的厚度。如果底片上不出現(xiàn)“B”字影像或者黑度高于周邊區(qū)域的“B”字影像，就說明背散射防護(hù)滿足要求。在曝光結(jié)束后還應(yīng)觀察膠片是否移動，是否還緊貼焊縫。如果有異常，就需要重新布置膠片重新曝光。

2.8 底片黑度控制

俄準(zhǔn)要求底片黑度為1.5（含）～3.5（含）。由于角焊縫尖角位置區(qū)域透照厚度最大，會在底片上形成一條黑度很低的條形顯示區(qū)域，與底片中其他位置區(qū)域黑度相差過大，整張底片的評定區(qū)域容易不能同時滿足標(biāo)準(zhǔn)黑度上下限要求。為了減小底片黑度差值，可以采取以下措施：一是在允許的范圍內(nèi)對角焊縫尖角進(jìn)行圓滑過渡。二是在滿足焊縫余高尺寸要求的情況下盡可能打磨，以減小焊縫厚度，縮小透照厚度差。

2.9 底片分區(qū)域觀察

在采用上述2種方式處理角焊縫尖角透照區(qū)域后，尖角透照區(qū)域仍然不能滿足標(biāo)準(zhǔn)黑度要求，且執(zhí)行的俄標(biāo)中未對雙片疊加觀察、雙片疊加黑度做出要求，因此此角焊縫底片采用分區(qū)域觀察法；采用分區(qū)域觀察法就需要計(jì)算角焊縫尖角透照區(qū)域最大透照厚度。如圖10所示，內(nèi)側(cè)焊縫厚度控制平均值為2.5mm，再根據(jù)被檢工件板厚12mm可以計(jì)算出尖角透照區(qū)域最大透照厚度約為20mm（12×+2.5），根據(jù)此透照厚度查曝光曲線選取參數(shù)對此區(qū)域進(jìn)行曝光。經(jīng)暗室處理，確認(rèn)尖角透照區(qū)域滿足黑度1.5（含）～3.5（含）后，單獨(dú)對此區(qū)域進(jìn)行觀察評定。

2.10 底片評定

俄標(biāo)對射線檢測范圍的要求如下：被檢區(qū)域應(yīng)包括全部范圍的焊縫金屬以及焊縫兩邊鄰接的母材金屬區(qū)段，當(dāng)焊件的公稱厚度gt;5mm且≤20mm時，需要評定的母材金屬區(qū)域?yàn)楹附拥墓Q厚度，即此預(yù)埋件角焊縫的評定區(qū)域?yàn)楹缚p及兩邊各12mm。審核底片時需要注意檢測范圍要確保評定區(qū)域完整。

此類角焊縫焊接難度大，容易出現(xiàn)未熔合缺陷以及氣孔超標(biāo)缺陷，如圖11中紅框內(nèi)黑線即為未熔合缺陷影像。在模擬件發(fā)現(xiàn)上述不合格缺陷時，及時提醒焊接技術(shù)員以及焊工，在正式焊接時需要避免出現(xiàn)不合格缺陷；當(dāng)正式焊接后發(fā)現(xiàn)上述不合格缺陷時，應(yīng)按程序進(jìn)行返修處理。

3 結(jié)語

對上述預(yù)埋件這種特殊位置角焊縫射線檢測各環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，通過采取相關(guān)措施（控制透照角度；像質(zhì)計(jì)擺放對比試驗(yàn)；膠片布置及散射防護(hù)；對焊縫進(jìn)行修磨，控制底片黑度；底片分區(qū)觀察評定等措施）使預(yù)埋件角焊縫射線檢測符合標(biāo)準(zhǔn)要求，并保證可以檢測出超標(biāo)缺陷，確保了核電工程焊接的質(zhì)量控制。

參考文獻(xiàn)

[1]強(qiáng)天鵬.射線檢測[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

[2]蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)委員會.焊縫無損檢驗(yàn)射線探傷方法：ГОСТ7512-82[S].莫斯科：蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995：20.