“華龍一號”異種金屬焊縫射線探傷透照次數(shù)的確認(rèn)

王金友

摘? 要：“華龍一號”核電機(jī)組穩(wěn)壓器（PRZ）接管異種金屬焊縫制造階段射線檢測采用的透照工藝，是遵照法國RCC M《壓水堆核島機(jī)械部件設(shè)計和建造規(guī)范 第6冊 MC篇 檢驗方法》。該文通過理論計算及實驗數(shù)據(jù)得出穩(wěn)壓器（PRZ）上、下封頭接管異種金屬環(huán)焊縫役前和在役檢查階段進(jìn)行雙壁單影法透照時，射線源與異種金屬環(huán)焊縫中心平面傾斜角度和透照次數(shù)。

關(guān)鍵詞：異種金屬焊縫? 雙壁單影? 斜透法? 透照次數(shù)

中圖分類號：TG44? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）03（c）-0079-03

Confirmation of Radiographic Inspection Times of

"Hualong No.1" Dissimilar Metal Weld

WANG Jinyou

（Fujian Fuqing Nuclear Power Co.， Ltd.， Fuqing， Fujian Province， 350300? China）

Abstract： The radiographic inspection process of dissimilar metal weld of pressurizer （PRZ） nozzle of "Hualong No.1" nuclear power unit are in accordance with the French RCC M Code for the Design and "Construction" of Mechanical Components in PWR Nuclear Islands Volume 6 MC Inspection Methods. In this paper， through theoretical calculation and experiment， it is obtained that the inclination angle of the central plane between the ray source and the dissimilar metal girth weld and the number of transillumination when the dissimilar metal girth weld of the upper and lower heads of PRZ pressurizer is transilluminated by the double wall single shadow method before and during the in-service inspection.

Key Words： Dissimilar metal weld; Double wall single shadow; Oblique penetration method; Number of transillumination

PRZ接管異種金屬焊縫因其結(jié)構(gòu)的特殊性，異種金屬焊縫極難檢出有危害性的缺陷。圖1為波動管與安全端焊縫示意圖，噴霧管接管[1]與安全端焊縫[2]見示意見圖2，安全閥、卸壓閥與安全端焊縫結(jié)構(gòu)與圖2一致[3]。因其特有的結(jié)構(gòu)PRZ接管焊縫役前及在役檢查只能采用雙壁單影方法進(jìn)行透照，為了更好地檢出坡口處的缺陷還需采用偏移的方法即平行于坡口進(jìn)行透照。

1? 核電站PRZ接管異種金屬焊縫射線檢驗方法的確定

1.1 PRZ接管異種焊縫射線檢驗方法初定

PRZ接管焊其射線檢驗參照法國《壓水堆核島機(jī)械部件設(shè)計和建造規(guī)范》（RCCM MC冊，2007年版）。射線源放置在管外側(cè)實施斜透法透照，使射線源偏移接管坡口與堆焊層熔合線的距離分別為67 mm、55 mm、34 mm。檢驗后底片雙片觀察時，黑度均可控制在規(guī)范要求的2.7～4.5的范圍內(nèi)[4]。

1.2 直透法透照的穿透厚度與透照次數(shù)N的關(guān)系

直透法透照當(dāng)把射線源視為點源，膠片暗盒放在源的正對面進(jìn)行直透法雙壁單影透照時，α=θ+η，α=180°/N，θ=η=90°/N。式中：α為半有效角;N為透照次數(shù);θ為影像最大失真角;η為有效半輻射角。

在ΔOBD中，根據(jù)角與邊的關(guān)系可推出：R/r=sin（β+θ）/sinβ，β=arcsin[（R/r）×sinη]-θ。在ΔOBA中，根據(jù)角與邊的關(guān)系可推出射線穿透厚度：

式中：R為管外徑，單位為mm：r為管內(nèi)徑單位為mm。

1.3 斜透法透照的穿透厚度與透照次數(shù)N的關(guān)系

斜透法透照的穿透厚度與透照次數(shù)N的關(guān)系進(jìn)行壁單影斜透法透照時，暗盒放在焊縫中心，射線源放置在暗盒對面的不銹鋼接管側(cè)，使得入射線與焊縫中心面成一個角度（即γ角），射線源距焊縫中心距離為S。射線最大穿透厚度：Tmax=TEF +TGA;Tmax =2TAB/COSγ，射線最小穿透厚度：Tmin=。式中：γ為入射線與焊縫中心面的夾角，根據(jù)以上公式可以看出：當(dāng)噴霧管、安全閥、波動管的壁厚T、入射角γ為一定值時，也為定值;Tmax隨著透照次數(shù)N的增大，逐漸減小。故⊿Tmax=Tmax-Tmin 也逐漸減小，底片的最大黑度差⊿Dmax就逐漸減小。

1.4 γ角及透照次數(shù)N的確定

由1.3節(jié)中分析，PRZ接管異種金屬焊縫的γ射線檢驗，要求檢測到高強(qiáng)度低合金鋼/鎳基堆焊層融合面和鎳基堆焊層/填充金屬融合面兩個部位的微小線性顯示，入射線與焊縫中心面的夾角γ符合：γ>μ/2，μ=12，即：γ>6。

γ增大時，射線穿過材質(zhì)的距離增大，由于吸收與發(fā)散作用，射線的穿透能力降低;被檢區(qū)在底片上的影像變寬，影響檢測靈敏度。

所以，γ的值不宜太大。

雙壁單影透照時最少曝光次數(shù)N由下列關(guān)系式確定：

N=180，α=θ+η， sinη= R×sinθ/（2F-R）

式中：F為透照的焦距;μ為焊縫坡口的角度。

2? 實驗設(shè)備和方法

2.1 實驗設(shè)備

（1）波動管試塊：Ф380×[34+4（熱套管壁厚）]mm;（2）噴霧管試塊：Ф152×[24+4（熱套管壁厚）]mm;（3）安全閥，泄壓閥試塊：Ф190×30 mm;（4）焦點尺寸為φ3×3 mm的Ir-192γ射線源;（5）AGFA D3工業(yè)級膠片，與其相匹配的顯、定影液;（6）鉛濾光片，厚度分別為1.0 mm、2.0 mm，按壁厚要求組合;（7）鉛增感屏，前、后屏=0.25（0.20）mm;中屏2×0.1 mm按壁厚要求組合;（8）暗室處理設(shè)備、恒溫洗片機(jī)等;（9）觀片燈、黑白密度計、像質(zhì)計等。

2.2 實驗方法和步驟

按不同透照次數(shù)（5、6、7、8）分別對兩種試塊進(jìn)行透照，暗袋放在焊縫中心平面的接管處，源放在暗袋對面。接管外環(huán)側(cè)（不銹鋼側(cè)），與接管預(yù)堆邊焊融合線成一定距離，使得入射線與對面焊縫/預(yù)堆邊焊融合線的平面15°的夾角，分別進(jìn)行實驗，然后測量出每張底片的最大和最小黑度值，觀察底片焊縫區(qū)的黑度變化情況、透照次數(shù)和底片黑度的實驗結(jié)果見表1、表2[5]。

3? 試驗數(shù)據(jù)分析

分析表1、表2中的模擬實驗數(shù)據(jù)可知：使用雙壁單影透照法進(jìn)行射線檢驗時，射線透過被檢區(qū)中心部位的厚度較端部的厚度小，射線通過中心部位的衰減較小，到達(dá)膠片的射線能量較大，膠片產(chǎn)生較強(qiáng)的感光作用，底片黑度較大;相反，射線通過兩端部位時衰減較大，到達(dá)膠片的射線能量較小，膠片產(chǎn)生的感光作用較弱，底片黑度較小。模擬試驗表明，增加單條焊縫的透照次數(shù)N，控制每次透照長度，使得底片評片區(qū)的黑度差減小，滿足規(guī)范的黑度要求[6]。

4? 結(jié)論

綜合以上的實驗與討論結(jié)果，并結(jié)合前面的理論推導(dǎo)，可以得出以下結(jié)論。

（1）PRZ各個接管焊縫均實施斜透法雙壁單影γ射線檢測。

（2）PRZ噴霧管、安全閥，卸壓閥接管異種金屬焊縫透照6次較為合適。

（3）PRZ波動管接管異種金屬焊縫透照8次較為合適。

參考文獻(xiàn)

[1] 施寶新.核一級穩(wěn)壓器噴霧閥特性分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].閥門，2019（6）：10-12，15.

[2] 李庚旺.穩(wěn)壓器波動管湍流穿透現(xiàn)象數(shù)值模擬及熱流固耦合分析[D].北京化工大學(xué)，2020.

[3] MuhammadAbdusSamad.基于有限元方法的穩(wěn)壓器波動管熱應(yīng)力特性分析[D].華北電力大學(xué)（北京），2019.

[4] 陳太軍，謝進(jìn)，譚云華，等.帶隔離層鎳基異種鋼環(huán)縫無損檢測應(yīng)用[J].西部特種設(shè)備，2020，3（3）：40-49.

[5] 張玉龍.管環(huán)縫雙壁單影傾斜透照中射線管窗口偏移量和抬高量的探討[J].焊接技術(shù)，2019，48（S2）：

PRZ接管異種金屬焊縫因其結(jié)構(gòu)的特殊性，異種金屬焊縫極難檢出有危害性的缺陷。圖1為波動管與安全端焊縫示意圖，噴霧管接管[1]與安全端焊縫[2]見示意見圖2，安全閥、卸壓閥與安全端焊縫結(jié)構(gòu)與圖2一致[3]。因其特有的結(jié)構(gòu)PRZ接管焊縫役前及在役檢查只能采用雙壁單影方法進(jìn)行透照，為了更好地檢出坡口處的缺陷還需采用偏移的方法即平行于坡口進(jìn)行透照。

1? 核電站PRZ接管異種金屬焊縫射線檢驗方法的確定

1.1 PRZ接管異種焊縫射線檢驗方法初定

PRZ接管焊其射線檢驗參照法國《壓水堆核島機(jī)械部件設(shè)計和建造規(guī)范》（RCCM MC冊，2007年版）。射線源放置在管外側(cè)實施斜透法透照，使射線源偏移接管坡口與堆焊層熔合線的距離分別為67 mm、55 mm、34 mm。檢驗后底片雙片觀察時，黑度均可控制在規(guī)范要求的2.7～4.5的范圍內(nèi)[4]。

1.2 直透法透照的穿透厚度與透照次數(shù)N的關(guān)系

直透法透照當(dāng)把射線源視為點源，膠片暗盒放在源的正對面進(jìn)行直透法雙壁單影透照時，α=θ+η，α=180°/N，θ=η=90°/N。式中：α為半有效角;N為透照次數(shù);θ為影像最大失真角;η為有效半輻射角。

在ΔOBD中，根據(jù)角與邊的關(guān)系可推出：R/r=sin（β+θ）/sinβ，β=arcsin[（R/r）×sinη]-θ。在ΔOBA中，根據(jù)角與邊的關(guān)系可推出射線穿透厚度：

式中：R為管外徑，單位為mm：r為管內(nèi)徑單位為mm。

1.3 斜透法透照的穿透厚度與透照次數(shù)N的關(guān)系

斜透法透照的穿透厚度與透照次數(shù)N的關(guān)系進(jìn)行壁單影斜透法透照時，暗盒放在焊縫中心，射線源放置在暗盒對面的不銹鋼接管側(cè)，使得入射線與焊縫中心面成一個角度（即γ角），射線源距焊縫中心距離為S。射線最大穿透厚度：Tmax=TEF +TGA;Tmax =2TAB/COSγ，射線最小穿透厚度：Tmin=。式中：γ為入射線與焊縫中心面的夾角，根據(jù)以上公式可以看出：當(dāng)噴霧管、安全閥、波動管的壁厚T、入射角γ為一定值時，也為定值;Tmax隨著透照次數(shù)N的增大，逐漸減小。故⊿Tmax=Tmax-Tmin 也逐漸減小，底片的最大黑度差⊿Dmax就逐漸減小。

1.4 γ角及透照次數(shù)N的確定

由1.3節(jié)中分析，PRZ接管異種金屬焊縫的γ射線檢驗，要求檢測到高強(qiáng)度低合金鋼/鎳基堆焊層融合面和鎳基堆焊層/填充金屬融合面兩個部位的微小線性顯示，入射線與焊縫中心面的夾角γ符合：γ>μ/2，μ=12，即：γ>6。

γ增大時，射線穿過材質(zhì)的距離增大，由于吸收與發(fā)散作用，射線的穿透能力降低;被檢區(qū)在底片上的影像變寬，影響檢測靈敏度。

所以，γ的值不宜太大。

雙壁單影透照時最少曝光次數(shù)N由下列關(guān)系式確定：

N=180，α=θ+η， sinη= R×sinθ/（2F-R）

式中：F為透照的焦距;μ為焊縫坡口的角度。

2? 實驗設(shè)備和方法

2.1 實驗設(shè)備

（1）波動管試塊：Ф380×[34+4（熱套管壁厚）]mm;（2）噴霧管試塊：Ф152×[24+4（熱套管壁厚）]mm;（3）安全閥，泄壓閥試塊：Ф190×30 mm;（4）焦點尺寸為φ3×3 mm的Ir-192γ射線源;（5）AGFA D3工業(yè)級膠片，與其相匹配的顯、定影液;（6）鉛濾光片，厚度分別為1.0 mm、2.0 mm，按壁厚要求組合;（7）鉛增感屏，前、后屏=0.25（0.20）mm;中屏2×0.1 mm按壁厚要求組合;（8）暗室處理設(shè)備、恒溫洗片機(jī)等;（9）觀片燈、黑白密度計、像質(zhì)計等。

2.2 實驗方法和步驟

按不同透照次數(shù)（5、6、7、8）分別對兩種試塊進(jìn)行透照，暗袋放在焊縫中心平面的接管處，源放在暗袋對面。接管外環(huán)側(cè)（不銹鋼側(cè)），與接管預(yù)堆邊焊融合線成一定距離，使得入射線與對面焊縫/預(yù)堆邊焊融合線的平面15°的夾角，分別進(jìn)行實驗，然后測量出每張底片的最大和最小黑度值，觀察底片焊縫區(qū)的黑度變化情況、透照次數(shù)和底片黑度的實驗結(jié)果見表1、表2[5]。

3? 試驗數(shù)據(jù)分析

分析表1、表2中的模擬實驗數(shù)據(jù)可知：使用雙壁單影透照法進(jìn)行射線檢驗時，射線透過被檢區(qū)中心部位的厚度較端部的厚度小，射線通過中心部位的衰減較小，到達(dá)膠片的射線能量較大，膠片產(chǎn)生較強(qiáng)的感光作用，底片黑度較大;相反，射線通過兩端部位時衰減較大，到達(dá)膠片的射線能量較小，膠片產(chǎn)生的感光作用較弱，底片黑度較小。模擬試驗表明，增加單條焊縫的透照次數(shù)N，控制每次透照長度，使得底片評片區(qū)的黑度差減小，滿足規(guī)范的黑度要求[6]。

4? 結(jié)論

綜合以上的實驗與討論結(jié)果，并結(jié)合前面的理論推導(dǎo)，可以得出以下結(jié)論。

（1）PRZ各個接管焊縫均實施斜透法雙壁單影γ射線檢測。

（2）PRZ噴霧管、安全閥，卸壓閥接管異種金屬焊縫透照6次較為合適。

（3）PRZ波動管接管異種金屬焊縫透照8次較為合適。

參考文獻(xiàn)

[1] 施寶新.核一級穩(wěn)壓器噴霧閥特性分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].閥門，2019（6）：10-12，15.

[2] 李庚旺.穩(wěn)壓器波動管湍流穿透現(xiàn)象數(shù)值模擬及熱流固耦合分析[D].北京化工大學(xué)，2020.

[3] MuhammadAbdusSamad.基于有限元方法的穩(wěn)壓器波動管熱應(yīng)力特性分析[D].華北電力大學(xué)（北京），2019.

[4] 陳太軍，謝進(jìn)，譚云華，等.帶隔離層鎳基異種鋼環(huán)縫無損檢測應(yīng)用[J].西部特種設(shè)備，2020，3（3）：40-49.

[5] 張玉龍.管環(huán)縫雙壁單影傾斜透照中射線管窗口偏移量和抬高量的探討[J].焊接技術(shù)，2019，48（S2）：47-49.

[6] 祁開云.淺析如何提高壓力鋼管焊接射線探傷一次驗收合格率[J].農(nóng)業(yè)科技與信息，2020（19）：121-122，128.

47-49.

[6] 祁開云.淺析如何提高壓力鋼管焊接射線探傷一次驗收合格率[J].農(nóng)業(yè)科技與信息，2020（19）：121-122，128.