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核电站不锈钢水池覆面射线检测工艺探讨

时间:2020年05月07日 所属分类:科学技术论文 点击次数:

摘要:核电站无论是M310第二代到华龙一号第三代核电技术,都设计有不锈钢水池,比如乏燃料水池,而华龙一号因设计了非能动的概念,不锈钢水池的数量显著增加,比如内置换料水池和非能动导出水池等。不锈钢水池覆面采用X射线检测,拍片工作量巨大,本文就检测

  摘要:核电站无论是"M310"第二代到"华龙一号"第三代核电技术,都设计有不锈钢水池,比如乏燃料水池,而华龙一号因设计了非能动的概念,不锈钢水池的数量显著增加,比如内置换料水池和非能动导出水池等。不锈钢水池覆面采用X射线检测,拍片工作量巨大,本文就检测过程中对射线机要求、胶片布置、前后散射线控制、像质指数、衍射现象等技术参数进行优化探讨。

  关键词:不锈钢覆面;散射灰雾度;背散射;像质指数;衍射现象

核电站技术

  1不锈钢水池结构射线检测特点

  不锈钢水池结构特点:水池的高度最低2.846m,最高21.97m,为密闭式结构,覆面施工时设置有预留插片口。水池采用的焊缝形式是一致的,池底覆面板的厚度为6mm、池壁覆面板厚度为4mm、专用型钢与覆面板接触的内扣厚度为6mm,专用型钢内外扣间距为18mm,覆面材质为00Cr19Ni10,坡口形式为V型,坡口角度为25°,无钝边,组对间隙手工氩弧焊为4±1,热丝TIG自动焊为6±1。

  2X射线机要求

  采用装有铅光阑、铅屏蔽罩的X射线机,可有效地遮挡非射线检测区的射线。根据不同厚度允许的X射线最高管电压要求,透照壁厚为10mm(4+6)、12mm(6+6),焊缝最高电压应该低于200kV,所以在选择射线机类型时尽量选择能量小的射线机,一是满足透照要求,二是能量小的射线机机身轻,便于现场移动。比如射线机XXG2005或XXG2505射线机焦点尺寸为2mm×2mm,电流固定为5mA,最大管电压为250kV,辐射角度为40°,设备使用时应进行前散射范围的测试。

  3X射线检测透照工艺

  3.1胶片布置方式

  为了方便简单地布置胶片,将暗袋用透明胶带粘在1mm的不锈钢带上通过预留插片口插入到焊缝的背面,透照可以一次性布置奇数片号或偶数片号,X射线机垂直透照。不锈钢钢带起到一个胶片载体的作用,同时充当防护铅板,此种透照方式能够一次性布置多张底片,单条焊缝只需要布置2次,比原来每次透照都需要布置一次底片,明显提高了检测效率,降低了劳动强度,但是需要控制前散射以免影响相邻胶片。

  3.2前散射线控制

  正常透照胶片3时,相邻胶片1和5相隔一张胶片的距离(300mm),到达胶片的前散射线需要透过钢覆面厚度+专用型钢厚度+暗袋内前铅增感屏厚度。前散射控制实验:在胶片位置2和胶片位置4布置胶片,X射线机透照胶片3,测试电压为允许最大电压值为200kV,测试搭接区域焊缝黑度为2.8~3.2左右(保证胶片中间黑度在4.0以内),由于射线辐照区两边存有一定能量的差异,所以测试数据是一个范围值。根据表1数据显示,焦距选择700mm时,灰雾度小于0.3区的范围为30mm~40mm,冗余值少不合适。所以焦距控制在560mm~610mm之间,满足上述胶片布置方式射线透照。

  3.3一次透照长度

  一次透照长度要满足技术等级要求K=1.03,同时根据前散射线的影响,焦距控制在560mm~610mm,计算一次透照长度为280mm~300mm,一般取280mm。

  3.4几何不清晰度

  技术规定几何不清晰度Ug不大于0.3mm。专用型钢内外扣的间隙大约在18mm,按胶片离开焊缝时的最大距离为18mm,焦距选最小要求560mm来计算几何不清晰度:板厚为10mm、12mm,Ug分别为0.105mm、0.113mm,均小于0.3mm。

  3.5背散射控制和灵敏度试验(像质指数测试)背散射防护,应采用遮挡板,为了便于操作,遮挡板由两层两种材质组成:铅护板(放后增感屏后面一起装在暗袋内)+不锈钢钢带构成。X射线检测要求胶片类型为C4及以上,由于在照相过程中胶片不能紧贴焊缝以及背散射等原因,为了保证灵敏度符合规范要求,在不锈钢水池覆面照相中采用C3类MX125型胶片,像质计放置在源侧,使用线型像质计,像质计放在每张胶片的1/4处,将其横跨在焊缝上,像质计紧贴焊缝表面,保证在底片的母材均匀黑度区域至少可见有10mm的钢丝。

  试验中:T=10mm,胶片为MX125型胶片,胶片布置在远离焊缝的专用型钢外扣侧。实验1:增感屏+防护铅板方式。像质指数:(1)前后增感屏0.05mm+0.5mm防护铅板+1mm不锈钢钢带,满足背散射要求,灵敏度最高。(2)前后增感屏0.1mm+0.5mm防护铅板+1mm不锈钢钢带,满足灵敏度和背散射要求。实验2:选用厚后增感屏。像质指数:前增感屏0.05mm+后增感屏0.5mm+1mm不锈钢钢带,满足灵敏度和背散射要求。另外,板厚T=6+6=12mm,像质指数要求为13,实验1测试结果同板厚T=4+6=10mm测试结果。

  实验2:前增感屏0.05mm+后增感屏0.5mm+1mm不锈钢钢带和前增感屏0.1mm+后增感屏0.5mm+1mm不锈钢钢带,均满足灵敏度和背散射要求。因防护铅板需要放置在暗袋内,所以0.5mm防护铅板尺寸需要定做,也可以用0.5mm的增感屏代替,但是有增感的那面必须背对胶片方向。由于不锈钢水池覆面射线检测照相过程中需要穿插胶片,胶片本身很容易脏,在拆封胶片时容易引起增感屏污染,需要定期清理增感屏,避免造成伪影像和白点。成堆的装有胶片的暗袋不能直接摞在一起。

  3.6暗室处理暗室处理显、定影液采用与胶片型号匹配的药液。

  显影的时间一般控制在4min~6min,温度控制在20℃±2℃。定影的时间一般控制在10min~15min,温度控制在20℃±2℃。为了保证显影效果,随着显影液的不断消耗,可以补充显影液,每次添加显影液不得超过显影槽中液体总体积的2%或3%,当加入的补充液达到原显影液体积2倍时,药液必须更换。

  4常见缺陷评定

  4.1夹钨

  由于钨的密度比不锈钢大,射线难于穿透钨金属,因而在底片上表现为白的亮度特征,与其他缺陷的影像颜色相反,如果能测黑度的话,夹钨处黑度极小,大多数单个出现,形状有条状、圆状、三角形等,常出现在手工氩弧焊中,结构中拐角处易见。

  4.2夹渣

  不锈钢焊缝也存在夹渣(杂),多层焊时,每层焊道间的氧化物未清除干净,焊丝或母材上占有杂质物,周边清洁度不能满足要求,经常有杂物落入焊道内,缺陷有呈方块或长方块,也经常存在近似圆形的影像,轮廓不太清晰,不像气孔边缘圆滑,一般带有棱角。手工氩弧焊和热丝TIG自动焊中都存在由于焊接环境影响,底板焊缝缺陷居多,横缝在坡口上缘位置会存在断续的点状影像,主要是专用型钢背面灰尘掉落清理不干净而焊接的缘故引起的。

  4.3气孔

  气孔有单个的,密集的,呈黑点或者黑色圆形、椭圆形,轮廓比较圆滑、清晰,其黑度中心较大,至边缘稍减小。

  4.4未熔合

  焊缝的坡口形式是没有钝边的,专用型钢充当垫板,手工氩弧焊的间距为3mm~5mm,自动化间距为5mm~7mm。未熔合由焊接工艺不恰当、焊接电流偏小、电弧过长、焊接线能量不足、焊接行走速度过大等原因造成。此类未熔合出现在焊缝的中间,有长条的、有局部的、面积型,有一定的宽度,影像比较淡,自动焊居多,一般情况下通条焊缝都会存在同样的问题。

  4.5坡口未熔合

  因电弧偏在坡口一边,焊接速度过快造成,坡口未熔合影像一般分布在焊缝边缘,影像比焊缝中间未熔合要窄,沿着坡口方向呈直线黑线,有一定的长度。

  4.6不锈钢衍射现象

  不锈钢水池焊缝衍射影像主要以线型为主,一般情况有存在焊缝中间单根黑线、对称的双黑影像、偶尔也存在3根黑线情况,此类影像一般连续,长度较长,影像的宽度在0.5mm~1mm左右,影像边界模糊、不清晰,可以参照参考底片确认衍射现象的宽度、位置、类型。同时可以改变照相的方法:使用最高电压(照相时电压控制在180kV~200kV);将胶片放置在最远离焊缝侧;在X射线机头放置不大于0.3mm的铅滤光板进行检测。使用参考底片比对和改变照相的方法都无法判别是否为衍射现象时,应按缺陷评定。

  5结论

  (1)采用装有铅光阑、铅屏蔽罩的X射线机,焦距控制在560mm~610mm,一次透照长度为280mm,采用奇数和偶数布片方式照相,符合标准对射线检测工艺要求,检测效率明显提高。(2)不锈钢覆面射线检测背散射防护时采用遮挡板由两层材质组成:铅护板(放后增感屏后面一起装在暗袋内)+不锈钢钢带构成。

  (3)前后增感屏0.05mm+0.5mm防护铅板+1mm不锈钢钢带,满足背散射要求,灵敏度最高。(4)不锈钢焊缝也存在夹渣(杂),主要由于多层焊时,每层焊道间的氧化物未清除干净,焊丝或母材上占有杂质物,周边清洁度不能满足要求,经常有杂物落入焊道内造成的。(5)X射线衍射影像可以通过对比参考底片和改变照相的方法进行辨别。

  参考文献:

  [1]强天鹏.NDT全国特种设备无损检测人员资格考核统编教材.射线检测,第2版.北京:中国劳动社会保障出版社,2007.

  [2]NB/T20003.3-2010核电厂核岛机械设备无损检测第3部分:射线检测.

  [3]福建福清核电5、6号机组技术规格书-4.08不锈钢覆面现场焊缝射线检验方案.1188JT0408B版,2014.

  核技术论文范文:核电站三维设计的发展和应用

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