射線檢測在核電機(jī)械部件檢測中的應(yīng)用

射線檢測在核電機(jī)械部件檢測中的應(yīng)用

1.設(shè)備制造階段的射線檢測光束檢測是一種使用光束來透穿材料和在物質(zhì)中有衰減特性來發(fā)現(xiàn)缺陷的檢驗方法。它可以檢查金屬和非金屬材料及其制品的內(nèi)部缺陷,如焊縫中的氣孔、夾渣、裂紋、未焊透等。在民用核安全設(shè)備制造、建造和運行過程中,射線檢測由于具有其缺陷顯示直觀、準(zhǔn)確以及得到的射線底片可用于缺陷的分析和作為質(zhì)量憑證永久存檔等優(yōu)越性得到了廣泛的應(yīng)用。核安全部件的射線檢測主要包括各種鑄件(如鑄造閥門、管件、泵等設(shè)備殼體內(nèi)部)及奧氏體不銹鋼制部件的射線檢測。焊縫的射線檢測主要包括:各類對接焊縫焊接接頭、插套焊縫及插套間隙以及角接焊縫等,不同階段的射線檢測各有特點。民用核安全設(shè)備制造階段的射線檢測主要包括形狀復(fù)雜的鑄件及設(shè)備焊縫(如蒸發(fā)器及反應(yīng)堆壓力容器本體)的檢驗,由于檢驗對象形狀復(fù)雜、厚度較大,常采用同位素及加速器檢驗。在核電站建造安裝階段,射線檢測的對象主要為各類焊縫,包括對接焊縫、角接焊縫和插套焊縫。由于核電站內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,管系布置緊湊,空間狹小且檢驗對象不可移動,因此常采用同位素進(jìn)行射線檢測,檢驗方法則在滿足規(guī)范要求的情況下根據(jù)可達(dá)性進(jìn)行選擇。對由于可達(dá)性原因不能進(jìn)行射線檢測或不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的焊縫,則需要編制技術(shù)澄清文件報委托方批準(zhǔn)后方可更改檢驗方法或降低標(biāo)準(zhǔn)。在核電站在役檢查階段,檢驗對象的可達(dá)性部分部件帶有很高的放射性。在放射性環(huán)境下操作,必須加強(qiáng)射線檢測操作人員的模擬環(huán)境培訓(xùn),提高操作人員的操作技能和熟練程度,從而保證其檢驗結(jié)果的可靠性,減少操作人員所受的輻射損傷。另一方面,在役檢查階段的射線檢測,目的是跟蹤核安全設(shè)備在建造過程中發(fā)生的缺陷是否變化以及檢測運行所產(chǎn)生的新缺陷,以便及時維修或更換。下文介紹幾種核電站典型部件射線檢測方式。2.超聲檢測設(shè)備安全端為核電站反應(yīng)堆壓力容器、穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器等設(shè)備上的一種異種鋼焊接結(jié)構(gòu),在安全端制造和安裝的焊接過程中,被焊材料在極短的時間內(nèi)被熔化,在加熱和冷卻過程中存在著極大的溫度梯度,也伴隨著材料力學(xué)性能的極大變化,因而在焊接區(qū)產(chǎn)生極不均勻組織、性能、應(yīng)力與變形,而且具有極大的三維非線性和大梯度特征。一旦焊接工藝過程控制不好,除產(chǎn)生常見的缺陷外,還會產(chǎn)生延展性突降裂紋(ductilitydipcracking)、液化裂紋(liquationcracking)、固態(tài)裂紋(solidificationcracking)。它不僅會影響焊縫的焊接質(zhì)量,而且會極大地影響結(jié)構(gòu)運行時的斷裂、應(yīng)力腐蝕、疲勞損傷行為和結(jié)構(gòu)的安全性。因此,為保證核電站的安全運行,對安全端的焊接質(zhì)量要求和檢驗要求都很高,射線檢測是對安全端焊縫進(jìn)行無損檢驗的主要方法之一反應(yīng)堆壓力容器進(jìn)出口管嘴是鐵素體低合金鋼,一回路主管道是奧氏體不銹鋼,安全端焊縫為上述兩種不同材料的結(jié)合,即異種金屬焊縫。超聲波探測時會碰到一定的困難,尤其是奧氏體不銹鋼晶粒較粗,對超聲波衰減影響較大,加之較厚的管道厚度,超聲波探測往往很難達(dá)到規(guī)定的靈敏度,可能會造成漏檢。故對安全端進(jìn)行超聲波檢測同時還需進(jìn)行射線檢測。反應(yīng)堆壓力容器管嘴安全端焊縫射線檢測設(shè)備TENIS-G,它包括:焊縫檢測設(shè)備主體、氣囊組件、送源裝置、氣囊支架,氣囊組件固定在氣囊支架的一端,主體的左、右兩側(cè)部分別連接有固定導(dǎo)軌,氣囊支架的左、右兩側(cè)分別連接有滑動導(dǎo)軌,各導(dǎo)軌副的前端部和后端部分別設(shè)置有導(dǎo)向輪組,各導(dǎo)向輪組均包括上滑輪和下滑輪,滑動導(dǎo)軌可滑動地架設(shè)在上滑輪與下滑輪之間,其中主要負(fù)責(zé)承擔(dān)氣囊組件重量的滑輪采用偏心連接,能夠擴(kuò)大導(dǎo)軌的裝配間隙,使氣囊支架運行更平穩(wěn),避免爬行現(xiàn)象;TENNIS-G采用多對導(dǎo)向輪組承載,使載荷能夠更加均勻地分散到滑輪上,從而使得承載均勻,保持運動的穩(wěn)定性。使用的Ir-192γ射線源裝配在TENIS-G上,對反應(yīng)堆壓力容器管嘴與安全端異種金屬焊縫及安全端與一回路主管道連接焊縫進(jìn)行射線檢測,射線源尺寸規(guī)格滿足幾何不清晰度要求。操作人員采用自動化檢驗設(shè)備對反應(yīng)堆壓力容器進(jìn)行自動射線檢測時,可遠(yuǎn)離處于高通量輻射區(qū)的反應(yīng)堆壓力容器,通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行γ源的操作,減少在役檢查時人員的集體劑量;同時具有定位精度高、操作的安全性能好等優(yōu)點。3.封頭與筒體連接焊縫射線檢測利用Co-60γ射線源機(jī)對穩(wěn)壓器上封頭與筒體連接環(huán)焊縫、上封頭人孔、泄壓管嘴、噴淋管嘴、3個安全閥管嘴與封頭連接焊縫及下封頭與波動管管嘴連接焊縫進(jìn)行γ射線檢測(1)穩(wěn)壓器上封頭與筒體連接環(huán)焊縫射線檢測時,采用Co60γ射線源機(jī),源放于上封頭和筒體連接環(huán)焊縫橫截面圓心處,采用中心透照周向曝光。(2)下封頭與波動管連接焊縫射線檢測時,采用Co60γ射線源機(jī),源放于電加熱器隔熱板中心孔圓心下側(cè)100mm處,采用偏心透照周向曝光。(3)穩(wěn)壓器上封頭人孔、泄壓管嘴、噴淋管嘴、3個安全閥管嘴與上封頭連接焊縫射線檢測時,采用Co60γ射線源機(jī),源放于上封頭球心處,采用中心透照全景曝光,由于人孔與上封頭受工具架的限制,存在不可達(dá)區(qū),對該道焊縫采用更換工具架安裝角度進(jìn)行二次曝光。4.透照次數(shù)的確定射線源放置在接管外側(cè)與接管/預(yù)堆邊熔合線成一定距離,使得入射線與對面焊縫/預(yù)堆邊熔合線的平面呈5o夾角,暗盒放在源的管壁對面,進(jìn)行雙壁單影透照,該焊縫透照次數(shù)為等間距分布6次曝光。5.穩(wěn)壓器上封頭安全閥和卸壓閥異種金屬焊縫射線源放置在接管外側(cè)與接管/預(yù)堆邊熔合線成一定距離,使得入射線與對面焊縫/預(yù)堆邊熔合線的平面成15o夾角,安全閥和卸壓閥異種金屬焊縫的透照次數(shù)為等間距分布6次曝光。6.波動管接頭異種金屬焊縫射線源放置在接管外側(cè)與接管/預(yù)堆邊熔合線成一定距離,使得入射線與對面焊縫/預(yù)堆邊熔合線的平面成15o夾角,波動管接管異種金屬焊縫的透照次數(shù)為等間距分布6次曝光。7.插套底部間隙的檢查插套焊縫是核電建造過程中常見的焊接形式,由于其具有耐壓強(qiáng)度高、清潔度高、氣密性能好、承受拉拔力大、易于焊接、使用壽命周期中幾乎零維修等特點,廣泛應(yīng)用于外徑2″以下的核輔助管道和儀表管的焊接。插套焊縫焊接時,除要求焊縫本身合格外,還要保證插入的管端距離被插入管件臺肩留有一定的間隙,以防運行時由于熱脹冷縮管子膨脹伸長對承插焊縫產(chǎn)生附加的拉伸應(yīng)力。因此,在焊接時,除了對焊縫的內(nèi)外部質(zhì)量進(jìn)行檢測外,還應(yīng)對插套底部的間隙進(jìn)行檢查。通常采用雙壁重疊影像的方法進(jìn)行探傷,射線源置于焊縫與套管相連接的平面上,射線源與膠片的距離至少為套管外徑的10倍,膠片—工件—射線源的位置關(guān)系如上圖。核安全1、2級焊縫要求至少以相互90°的方向進(jìn)行兩次曝光,3級和無級焊縫一次曝光。由于插套焊縫厚度變化很大,一般要求采用雙片透照技術(shù),當(dāng)焊縫厚度差變化過大,以致一次曝光不能得到適于單片或雙片評定的黑度時,可采用下述方法的任一種:(1)使用標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)的兩種感光速度不同的兩個雙膠片暗盒(如C1和C2類膠片);(2)采用γ射線源進(jìn)行射線檢測;(3)根據(jù)需要進(jìn)行兩次曝光,一次檢查焊縫,另一次檢查間隙。8.透照貫穿件前的準(zhǔn)備和檢驗貫穿件主要是連接R區(qū)廠房和外部廠房,是安裝在安全殼上,用于其他重要設(shè)備穿越安全殼的核電專用設(shè)備。在正?；蚋鞣N事故下能保證核電正常運轉(zhuǎn)、防止放射性物質(zhì)外泄。它是核電安全穩(wěn)定運行的重要保障之一。核電站的貫穿件焊縫具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類多和質(zhì)量要求高的特點。在透照時,需要避免封頭對射線的阻擋,考慮內(nèi)管對透照的影響,采取措施保證底片的黑度滿足要求。因此,透照貫穿件前需仔細(xì)準(zhǔn)備,制定詳細(xì)的工藝措施,選擇合理的檢驗方案,保證焊縫被100%檢驗,底片質(zhì)量合格。核電站貫穿件一般分為兩種,一種貫穿件只有套筒,套筒內(nèi)沒有內(nèi)管;另一種貫穿件在套筒內(nèi)有內(nèi)管。由于貫穿件焊縫的管徑都比較大,有10in、12in、14in、20in、32in等多種規(guī)格,一般采用周向曝光的方法透照。9.射線檢測工藝本文簡單介紹了核電站核島機(jī)械設(shè)備幾種典型射線檢測方式。核電站的在役檢查是為了提高系統(tǒng)和設(shè)備的安全性和可靠性,保證它在整個服役期中連續(xù)安全運行。許多核電站有較好的安全運行記錄,這是與重視在役檢查分不開的。射線檢測作為在役檢查的一種方法,需根據(jù)部件的不同選取不同的射線工藝。核電射線檢測在射線裝置選取、工藝選取、質(zhì)量控制、過程控制等多方