某核電工程支管射線檢測方法探討

某核電工程支管射線檢測方法探討

據(jù)不完全統(tǒng)計，在設計核島時，在270天內，無法進行標準波束試驗的200個分支的螺紋。對此工程問題,業(yè)主單位、設計、施工單位都給予了足夠的重視,并根據(jù)規(guī)范提出增加層間液體滲透檢驗的補充要求。但由于規(guī)范要求、施工管理、支管設計等各方面的制約,支管無法射線檢驗問題仍未徹底解決,文章就此工程問題作出分析并提出建議和解決辦法。1支管接頭檢驗根據(jù)RCC-M2000《壓水堆核電機械設備設計和建造規(guī)則》標準規(guī)定,對于RCC-M2、3級安放式和插入式支管焊縫焊后狀態(tài)的射線檢驗為:①內徑大于60mm且外徑小于114mm時,貼一張膠片(如果該膠片上發(fā)現(xiàn)不合格缺陷,則應對該焊縫進行100%的RT檢驗)。②外徑大于114mm時,RCC-M2級100%檢驗,RCC-M3級進行10%檢驗。③NA級支管接頭抽樣檢驗比例5%,其余要求同RCC-M3級。另外,在RCC-M2000MC3312.5.3規(guī)定:①安放式支管貼片位置為支管內壁。②插入式支管貼片位置為支管內壁或外壁。根據(jù)管道布置設計圖紙及現(xiàn)場無損檢驗人員反饋,現(xiàn)場安裝的支管全部為安放式結構,故此處的研究對象為安放式支管焊縫的射線檢驗。2工程困難和解決方案2.1支管和膠片的固定若需滿足內壁貼片的規(guī)范要求,檢驗時機應選取在支管焊接完畢并且支管側未封閉的狀態(tài),只有在滿足可達性的條件下,無損檢驗人員才可以按規(guī)范要求把膠片手工固定于支管內壁,并采用源在外的透照方式進行正常透照,但是由于以下工程原因,上述標準操作難以實現(xiàn):①可達性差,包括支管直徑過小、長度過大等原因造成的手工貼片困難。②對于RCC-M3級及NA級支管,由于此規(guī)范級別的支管數(shù)量大而且先焊接后抽批,待RT檢驗時,抽中的支管可能由于施工安排已封閉,支管內壁無法貼片。針對以上問題,擬從設計角度并結合RCC-M級別要求分別給出解決方案。2.2解決方案2.2.1支管長度設計要求為保證支管射線檢驗的順利進行,在不影響其他設計要求的前提下,支管設計長度需控制在300mm以下。特別對于內徑60mm至外徑114mm的此類規(guī)范有要求但可達性差的支管,應盡量保證長度在200mm以下,從而從設計源頭保證建議的可達性。2.2.2再進行焊接的質量控制在施工過程中,對于要求100%RT檢驗的RCC-M2級支管焊接,可通過以下措施保證質量:(1)支管焊口必須在RT檢驗后再進行后續(xù)焊接,建議施工單位加強焊接進度管理和無損檢驗工作的配合協(xié)調,并設置類似停工待檢點的工作程序,防止RCC-M2級支管出現(xiàn)支管側封閉,造成內壁貼片不可達從而無法滿足規(guī)范要求的情況。(2)對于支管過長、源布置空間受限等其他原因造成的無法進行RT檢驗的,應在焊接過程中補充進行分層PT檢驗,并報設計確認。(3)對于重要系統(tǒng)的碳鋼材質支管接頭,可附加超聲波檢驗。2.2.3雙壁單影射線檢驗,滿足低層間pt針對抽批10%的RCC-M3級支管焊縫和抽批5%的NA級支管焊縫,考慮到人工與進度因素,現(xiàn)場支管焊縫全部停工等待RT抽檢在工程中操作性差,在現(xiàn)場已執(zhí)行的措施是對RCC-M3級和NA級支管焊縫在焊接過程中進行分層PT檢驗,但現(xiàn)場由于多方面原因仍有漏檢,造成未進行層間PT檢驗并且已經(jīng)無法貼片的狀態(tài)。針對支管焊縫不可達且并未進行層間PT的現(xiàn)實情況,經(jīng)過與現(xiàn)場無損檢驗人員技術探討并經(jīng)過一定的實踐檢驗后,初步認為對于不可達的安放式支管焊縫可進行雙壁單影射線檢驗,驗收標準同RCC-M規(guī)范。由于支管焊縫是空間曲線,在馬鞍形空間曲線上透照厚度變化大,無法在各個位置均滿足規(guī)范要求的黑度值處于2.7至4.5,導致滿足黑度要求的一次透照膠片長度有限,一個支管焊縫需要約8次甚至更多次數(shù)的曝光才可以滿足整條焊縫100%透照。在檢驗技術上可通過以下措施提高寬容度:①一次曝光,暗盒裝有兩組雙片(膠片類型不同)。②進行多次曝光,以滿足黑度要求。以上措施可以改善膠片質量,同時對于這種空間復雜曲線的馬鞍形焊縫,還需要明確焊縫上任意位置貼片時的焦距、源的定位、透照厚度、幾何不清晰度。上述參數(shù)是選擇曝光量,確定一次有效貼片長度的必要輸入?yún)?shù),并最終決定射線檢驗質量。曾有同行探討過特殊規(guī)格如等徑三通、支管特殊位置的透照參數(shù)計算問題3單陰影單民事透視模型的構建3.1射線源位置的影響要建立模型,確定射線檢驗的透照條件,需要明確初始條件與透照參數(shù)的關系。首先以圖表的形式確定模型的各參數(shù)的關系,見圖1。因模型計算的是馬鞍形焊縫上的一點的透照參數(shù),故貼片位置定義為所要透射的焊縫上特定一點的空間位置。圖1中注(1)表示對應的初始條件僅是其影響因素之一。需要解釋的是,坡口型式和焊接工藝決定了缺陷產(chǎn)生的類型和取向,射線源與所檢測焊縫必須成一定的入射角度以利于缺陷的檢出,故坡口型式影響著源的放置位置。一般來說源的位置應處于支管坡口面的外延平面上或與此平面呈一定的角度(<103.2維協(xié)同模型基于3.1透照參數(shù)關系分析,使用三維制圖軟件Solidworks建立三維模型,同時建立坐標零點,并在模型中實現(xiàn)初始條件的參數(shù)化,從而進一步通過模型計算各個透照參數(shù)并分析其影響因素。3.2.1模型坡口為方便說明,建立模型及坐標系如圖2所示,給定初始條件如下:支管規(guī)格為φ323.8mm×8mm+φ114.3mm×2.9mm;焊角高為4mm;坡口型式為單邊V型;膠片至焊縫表面距離為4mm;源尺寸為3mm×3mm(僅在計算幾何不清晰度時使用,模型中簡化為一一點)。3.縫的透照部位分析給定支管的規(guī)格后,按照正常的射線檢驗規(guī)程考慮對這樣一條馬鞍形空間焊縫如何合理布置膠片。由于直支管馬鞍形焊縫在坐標系中4個卦限內是對稱分布的,故只需考慮1/4的馬鞍形焊縫(第二卦限)進行透照的情況,如圖3(a)所示。此處選取透照平面夾角為60°(即剖面與XOZ面的夾角)為例進行分析.如圖3(b)所示明確了貼片位置(見圖1的初始條件),就可以反推出源的所在平面?？紤]盡可能得到最大的一次貼片長度，選取源的位置位于主管外壁上。3.2.3支管坡口點位置的識別要保證射線方向對根部未焊透及危害性裂紋等缺陷具有最高的檢出率，了解坡口形式和焊接特點是非常重要的。工程上安放式支管采用的是單邊型坡口,在Solidworks中定義射線方向必須通過支管所開坡口的端點,并根據(jù)坡口角度給定射線束與支管軸線夾角呈60°,以利于檢出支管坡口平面可能出現(xiàn)的焊接缺陷,如圖4(a)所示。這樣射線束在透照平面上與母管的外壁交于一點,這一點就是對貼片位置處焊縫具有最佳檢出率的射線源的精確位置,如圖4(b)所示S點。通過以上步驟，在已知支管規(guī)格、坡口形式、貼片位置點的條件下,根據(jù)射線檢驗特點和焊接坡口形式所得的幾何關系就完全定義了射線源的位置,因此在Solidworks中即可直接讀取射線源S的空間坐標(一93,161.09,16.22)。同時,于基Solidworks的智能尺寸功能3.2.4透照厚度計算S通過3.2.1至3.2.3步驟,選取透照平面和根據(jù)坡口特點反演出射線源的位置以后,所有驅動尺寸和幾何關系已經(jīng)完全定義。焦距可通過智能標注工具直接得出，數(shù)值為281.50mm,如圖5所示。此時，可定義以下4點來計算透照厚度:射線束與焊縫內壁交點W;,見圖6;射線束與焊縫外壁交點W2.見圖6;射線束同母管外壁交點W1,見圖7;射線束與母管內壁交點W通過智能尺寸標注工具直接測量兩次的穿透壁距享,兩個穿透厚度的累加值即實際透照厚度。至此,得到了3.2.1節(jié)給出的支管焊縫在透射平面夾角60°時射線檢驗的實際透照厚度TA和焦距F為:TA=母管部分透照厚度+支管焊縫部分透照厚度=11.70+4.07=15.77mmF=281.50mm(未計算焊縫表面至膠片距離)3.2.5透照模型參數(shù)的確定3.2.1節(jié)至3.2.4節(jié)透照參數(shù)的反演過程只限于透照焊縫的指定的一一點即圖1中定義的貼片位置,相當于僅僅明確貼片中心位置的透照參數(shù)。在實際工程中,為保證透照的經(jīng)濟性和工程的可行性還必須考慮一張膠片范圍內的透照條件:總透照厚度、檢驗區(qū)透照厚度、焦距,明確了上述條件才可選擇適宜的曝光量以及計算幾何不清晰度,這對提高成像質量是十分有必要的。同時射線束在焊縫各處的入射角度與坡口的幾何關系也是十分重要的問題，其直接影響到裂紋缺陷檢出率。通過3.2.3節(jié)反演步驟，可確定給定位置射線源在任意透照平面角度下的透照參數(shù),當然針對單張膠片可以推算出膠片范圍內的透照參數(shù)。圖8是透照模型參數(shù)示意圖(透照平面夾角45°TA=母管部分透照厚度+支管焊縫部分透照厚度=13.25+5.43=18.68mmF=279.24mm(未計算焊縫表面至膠片距離)射線束與支管軸線夾角58.3°(幾何角參見圖4(a)的定義),同理,可得源S在圖3(a)定義52.5°,67.5°,75°處焊縫的實際透照厚度和焦距，結果詳見表1。在此例給出的初始條件下,透照厚度變化約3mm,射線束與支管軸線夾角變化約2°?？梢?此模型可以有效計算出源S在任意焊縫位置的實際透照厚度、焦距、射線束與坡口角度。同時,該模型也可用于計算射線檢驗中的重要幾何參數(shù)影響。例如,為了提高裂紋檢出率,可假定并在軟件中標記不同的裂紋開口寬度,裂紋截面形狀,從而在不同的透照幾何條件下計算裂紋形態(tài)參數(shù)與透照幾何條件的關系。3.2.6幾何不清晰度驗證幾何不清晰度公式:式中:U為幾何不清晰度,mm;d為射線源有效焦點尺寸，mm;α為被檢區(qū)射線入射表面至膠片距離,mm;F為射線源至膠片距離,即焦距,mm。幾何不清晰度是影響照相清晰度的重要因素,在RCC-M規(guī)范中對幾何不清晰度有著嚴格的限制。將3.2.4節(jié)和3.2.5節(jié)所得數(shù)據(jù)代入式(1),取膠片至焊縫表面距離4mm,得;從上述結果看出,在給定的初始條件和膠片范圍內,幾何不清晰度滿足規(guī)范要求(采用192Ir射線透照,幾何不清晰度應不超過0.3mm)。貼片位置中心點的幾何不清晰度為最小值,隨著焊縫空間形態(tài)的變化,幾何不清晰度有所增大,并且在同一膠片不同位置幾何不清晰度變化速率有所不同,對于母管支管直徑比較大的情況下尤其要注意計算,因為其同時也影響到一次有效透照長度值。4相關從動尺寸的自動計算在對第3節(jié)建立的模型的驅動尺寸和幾何關系完全定義以)后,使用SolidWorks軟件自動生成系列零件設計表的功能如圖9所示，利用建立起的完整的支管雙壁透照的參數(shù)模型，可以方便地通過Excel表格輸入數(shù)據(jù)驅動模型，立即可得到相關從動尺寸,同時可利用Excel的公式功能自動計算所需要的參數(shù)。例如,輸入以下參數(shù)(即驅動尺寸):母管規(guī)格323mm×8mm;支管規(guī)格323mm×8mm;焊角高10mm;照角度65°(參見圖4(a));源所在平面45°(參見圖3(b));剖面所在平面29°(參見圖8(b))。然后,即可直接自動獲取所有從動尺寸(透照厚度、焦距、射線束與坡口夾角等),同時可在Excel中輸入公式，自動計算幾何不清晰度,如圖10所示。通過以上例子說明,此模型可以通過Excel表格快速自動計算任意規(guī)格、任意角度支管的透照厚度總厚度T5幾何不清晰度的控制提出了一種基于S(1)根據(jù)模型確定在任意位置的透照參數(shù)時,要注意到固定源的透照角度在馬鞍形焊縫上是不斷變化的,其有效的裂紋檢出角也在變