核電用冷凝罐BOSS焊縫的射線檢測(cè)

孫 彪，閆 超，孟 帥，程宏霞，苗暢穎，原 瑜

(青島蘭石重型機(jī)械設(shè)備有限公司，青島 266426)

核電用冷凝罐安裝于差壓式變送器的測(cè)量管線上，主要作用為冷卻管線中的水汽，避免其在儀表管線中冷凝積累。核電廠冷凝罐BOSS焊縫主要是指小支管與筒體的安放式角焊縫，裝焊工藝通常為先將帶坡口的棒材安放在筒體上(預(yù)鉆孔)，完成施焊，再對(duì)棒材鉆孔，最終形成BOSS焊縫。在實(shí)際檢測(cè)過程中，不能對(duì)BOSS焊縫的內(nèi)部缺陷進(jìn)行滲透檢測(cè)，同時(shí)按客戶要求增加了體積型缺陷輔助檢測(cè)，超聲檢測(cè)也無法對(duì)此類結(jié)構(gòu)較小焊縫進(jìn)行檢測(cè)，只能選擇射線檢測(cè)方法[1]。

以筒體尺寸為88.9 mm×7.62 mm(直徑×壁厚)，接管外徑為26.5 mm，單壁厚度為10.25 mm，高度為27 mm的BOSS焊縫為例，參照標(biāo)準(zhǔn)RCC-M-2007 《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)與建造規(guī)則》的要求，對(duì)射線檢測(cè)工藝進(jìn)行研究。

1 結(jié)構(gòu)及參數(shù)

1.1 基本結(jié)構(gòu)

冷凝罐基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，BOSS焊縫結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 冷凝罐基本結(jié)構(gòu)示意

圖2 BOSS焊縫結(jié)構(gòu)示意

1.2 焊接及檢測(cè)要求

對(duì)于BOSS焊縫，考慮到焊材填充量以及接管直線度的要求，焊工施焊難度較大，該焊縫坡口角度為30°，母材為Z2CND18-12控氮不銹鋼，焊材為ER316L奧氏體不銹鋼焊絲，焊絲直徑為2.0 mm，綜合考慮，采用手工鎢極氬弧焊對(duì)此類接頭施焊。

按照分批生產(chǎn)的原則，一般每批為2030臺(tái)，按批次對(duì)BOSS焊縫抽取3%(不足3條，按3條)進(jìn)行射線檢測(cè)。如發(fā)現(xiàn)不合格，則在同批焊縫中再抽取4條焊縫進(jìn)行射線檢測(cè)；如仍有不合格，則對(duì)該批所有焊縫進(jìn)行射線檢測(cè)。

2 射線檢測(cè)工藝制定

2.1 透照設(shè)備的選擇

根據(jù)RCC-M-2007標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于透照設(shè)備的要求，BOSS焊縫最小透照厚度為20.5 mm，現(xiàn)有的450 kV(額定電壓)X射線機(jī)(COMET MXR-451/26型)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

對(duì)于X射線源，焦距參考插套焊焊縫的要求，應(yīng)大于支管外徑的10倍，假定焦距為850 mm，以C3等級(jí)膠片為例，通過計(jì)算獲得450kV射線機(jī)的曝光參數(shù)(見表1)，X射線檢測(cè)的對(duì)比度和清晰度高，曝光時(shí)間短，工作效率高。

表1 450 kV射線機(jī)的曝光參數(shù)

2.2 像質(zhì)計(jì)的選擇及擺放

根據(jù)RCC-M-2007標(biāo)準(zhǔn)要求，像質(zhì)計(jì)應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)BS EN 462-1-1994 《中英文版 無損檢測(cè)-射線底片質(zhì)量 第1部分：像質(zhì)計(jì) 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)》，識(shí)別絲號(hào)按BOSS焊縫兩個(gè)管壁的厚度(兩層壁厚)進(jìn)行選擇，由于此結(jié)構(gòu)余高變化量較大，可適當(dāng)加余高，需看到12號(hào)絲，像質(zhì)計(jì)型號(hào)為10 FE EN。

像質(zhì)計(jì)的擺放方式有2種，分別為鋼絲平行于焊縫或垂直于焊縫(見圖3)，標(biāo)*處代表需要識(shí)別的像質(zhì)計(jì)的鋼絲。

圖3 像質(zhì)計(jì)放置方向示意

如果平行放置，接管高度為27 mm，像質(zhì)計(jì)長(zhǎng)度為70 mm，寬度為30 mm，沒有太多的擺放空間，所識(shí)別的鋼絲也不能放置于焊縫位置，且透照厚度變化較大，像質(zhì)計(jì)的絲徑顯示不能夠代表真實(shí)的靈敏度，因此該放置方式不合適。

像質(zhì)計(jì)垂直焊縫放置時(shí)，可以把要識(shí)別的鋼絲放置在接管孔中心，鉛字標(biāo)識(shí)放置在母管上，這樣，像質(zhì)計(jì)鋼絲顯示較長(zhǎng)，焊縫處的絲徑也能夠代表真實(shí)厚度的靈敏度，故選擇像質(zhì)計(jì)垂直焊縫放置[2]。

2.3 膠片技術(shù)、膠片等級(jí)、增感屏的選擇

參考RCC-M-2007標(biāo)準(zhǔn)，由于BOSS焊縫的直徑小，透照厚度差比較大，為提高底片寬容度，選擇雙膠片技術(shù)進(jìn)行透照。因透照設(shè)備為X射線機(jī)，膠片等級(jí)選擇C3類膠片，如銳珂MX125型膠片。

選用管電壓小于400 kV的X射線機(jī)，透照厚度小于30 mm時(shí)采用雙片技術(shù)，可不用中屏，增感屏選用前后0.1 mm厚的鉛箔。

2.4 透照方式和方向的選擇

參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)，BOSS焊縫結(jié)構(gòu)的透照方式，都是支管內(nèi)側(cè)貼片，支管外側(cè)放置放射源，沿支管垂線方向，向支管側(cè)偏移0°10°進(jìn)行透照，因?yàn)楫a(chǎn)品支管內(nèi)徑太小且無法布片，所以參考小徑管的焊縫結(jié)構(gòu)和插套焊焊縫結(jié)構(gòu)的檢測(cè)方式，選擇平面法進(jìn)行透照。

接管和筒體焊縫相貫線曲率半徑變化較大，參考插套焊的透照方式，透照兩次，兩次相隔90°，一次沿筒體的周向方向透照[見圖4(a)]，一次沿筒體的軸向方向透照[見圖4(b)]。

圖4 透照方向示意

沿筒體的軸向方向透照時(shí)，底片上顯示的透照區(qū)域范圍小，焊縫及熱影響區(qū)母材輪廓不清楚，會(huì)造成母管焊縫根部缺陷漏檢。沿筒體周向方向透照時(shí)，底片上焊縫及母材輪廓非常清晰，能夠全部投影到膠片上，透照區(qū)域尺寸大(見圖5)，因此，選擇周向方向透照一次。

圖5 兩種透照方向的檢測(cè)底片

2.5 底片黑度的要求

參考RCC-M-2007標(biāo)準(zhǔn)中的黑度要求，單片觀察時(shí)黑度為2.0～4.5，雙片觀察時(shí)黑度為2.7～4.5，且兩張底片評(píng)定區(qū)內(nèi)相同點(diǎn)黑度差應(yīng)不大于0.5。

2.6 評(píng)定要求

根據(jù)此類冷凝罐產(chǎn)品的技術(shù)等級(jí)要求，BOSS焊縫理論厚度為10.25 mm，按RCC-M-2007標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收，不允許出現(xiàn)以下缺陷：① 裂紋、未熔合、未焊透或咬邊;② 直徑大于3.41 mm的氣孔;③ 在123 mm長(zhǎng)度上，累計(jì)尺寸大于10.25 mm的線狀或密集氣孔。間距小于較大氣孔尺寸6倍的氣孔，可視為同一線狀/密集氣孔;④ 夾渣長(zhǎng)度大于6.83 mm;⑤ 在123 mm長(zhǎng)度內(nèi)，累計(jì)尺寸大于20.5 mm的夾渣組，相鄰間距小于較小缺陷長(zhǎng)度的6倍，可視為同一夾渣組。

3 工藝驗(yàn)證

采用上述工藝進(jìn)行驗(yàn)證，單片觀察時(shí)支管孔中心(箭頭處)能夠清楚地識(shí)別所需靈敏度所對(duì)應(yīng)的12號(hào)鋼絲(見圖6)。雙片觀察時(shí)，黑度最小區(qū)域?yàn)橹Ч軆?nèi)孔根部1#點(diǎn)，黑度為2.92，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求(2.73.5之間)，支管側(cè)中心孔焊縫2#點(diǎn)黑度大于4.5，單片觀察時(shí)，測(cè)量3#點(diǎn)黑度為2.8，4#點(diǎn)黑度為2.1，且兩張單片同位置黑度差值小于0.5，由此可見，該射線工藝的黑度及靈敏度均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求(見圖7)，可以執(zhí)行該檢測(cè)工藝。

圖6 像質(zhì)計(jì)靈敏度觀察結(jié)果

圖7 單雙片黑度觀察結(jié)果

4 實(shí)際產(chǎn)品檢測(cè)中的應(yīng)用效果

在產(chǎn)品制造過程中，按上述射線檢測(cè)工藝，對(duì)該類產(chǎn)品多批次的BOSS焊縫進(jìn)行射線檢測(cè)抽檢，發(fā)現(xiàn)多類型危害性焊接缺陷，例如根部未熔合、未焊透、層間未熔合等，共抽查BOSS焊縫69個(gè)，發(fā)現(xiàn)層間未熔合5處，氣孔2處，根部未焊透3處，缺陷檢出率高(見圖8)。

圖8 典型缺陷底片

通過相關(guān)的缺陷分析，得出缺陷產(chǎn)生的原因，做出相應(yīng)的整改措施。焊接打底后和內(nèi)孔機(jī)加工鉆通后，應(yīng)使用內(nèi)窺鏡對(duì)焊縫根部成型進(jìn)行目視檢測(cè)，以確保根部焊接質(zhì)量。焊接過程中應(yīng)增加互檢、專檢的次數(shù)，采用多層多道焊接，保證單道焊道厚度為23 mm，避免單道焊道過厚所產(chǎn)生的層間缺陷。

在后續(xù)的產(chǎn)品制造過程中，對(duì)該類焊縫結(jié)構(gòu)進(jìn)行射線檢測(cè)抽檢，合格率為99.4%。說明整改措施大大提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

5 結(jié)語

分析了冷凝罐BOSS焊縫的射線檢測(cè)工藝，重點(diǎn)解決了像質(zhì)計(jì)擺放和透照方向等技術(shù)難點(diǎn)，經(jīng)檢測(cè)驗(yàn)證，底片成像質(zhì)量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，而且能夠有效提高層間未熔合、根部未熔合、未焊透缺陷的檢出率，提升核電產(chǎn)品的合格率。該射線檢測(cè)工藝能夠滿足產(chǎn)品BOSS焊縫的質(zhì)量檢測(cè)要求，值得推廣應(yīng)用。