某核電工程支管射線檢測(cè)方法探討

某核電工程支管射線檢測(cè)方法探討

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在設(shè)計(jì)核島時(shí)，在270天內(nèi)，無法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)波束試驗(yàn)的200個(gè)分支的螺紋。對(duì)此工程問題,業(yè)主單位、設(shè)計(jì)、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(yàn)的補(bǔ)充要求。但由于規(guī)范要求、施工管理、支管設(shè)計(jì)等各方面的制約,支管無法射線檢驗(yàn)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(yàn)根據(jù)RCC-M2000《壓水堆核電機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,對(duì)于RCC-M2、3級(jí)安放式和插入式支管焊縫焊后狀態(tài)的射線檢驗(yàn)為:①內(nèi)徑大于60mm且外徑小于114mm時(shí),貼一張膠片(如果該膠片上發(fā)現(xiàn)不合格缺陷,則應(yīng)對(duì)該焊縫進(jìn)行100%的RT檢驗(yàn))。②外徑大于114mm時(shí),RCC-M2級(jí)100%檢驗(yàn),RCC-M3級(jí)進(jìn)行10%檢驗(yàn)。③NA級(jí)支管接頭抽樣檢驗(yàn)比例5%,其余要求同RCC-M3級(jí)。另外,在RCC-M2000MC3312.5.3規(guī)定:①安放式支管貼片位置為支管內(nèi)壁。②插入式支管貼片位置為支管內(nèi)壁或外壁。根據(jù)管道布置設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場(chǎng)無損檢驗(yàn)人員反饋,現(xiàn)場(chǎng)安裝的支管全部為安放式結(jié)構(gòu),故此處的研究對(duì)象為安放式支管焊縫的射線檢驗(yàn)。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(nèi)壁貼片的規(guī)范要求,檢驗(yàn)時(shí)機(jī)應(yīng)選取在支管焊接完畢并且支管側(cè)未封閉的狀態(tài),只有在滿足可達(dá)性的條件下,無損檢驗(yàn)人員才可以按規(guī)范要求把膠片手工固定于支管內(nèi)壁,并采用源在外的透照方式進(jìn)行正常透照,但是由于以下工程原因,上述標(biāo)準(zhǔn)操作難以實(shí)現(xiàn):①可達(dá)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(duì)于RCC-M3級(jí)及NA級(jí)支管,由于此規(guī)范級(jí)別的支管數(shù)量大而且先焊接后抽批,待RT檢驗(yàn)時(shí),抽中的支管可能由于施工安排已封閉,支管內(nèi)壁無法貼片。針對(duì)以上問題,擬從設(shè)計(jì)角度并結(jié)合RCC-M級(jí)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(shè)計(jì)要求為保證支管射線檢驗(yàn)的順利進(jìn)行,在不影響其他設(shè)計(jì)要求的前提下,支管設(shè)計(jì)長度需控制在300mm以下。特別對(duì)于內(nèi)徑60mm至外徑114mm的此類規(guī)范有要求但可達(dá)性差的支管,應(yīng)盡量保證長度在200mm以下,從而從設(shè)計(jì)源頭保證建議的可達(dá)性。2.2.2再進(jìn)行焊接的質(zhì)量控制在施工過程中,對(duì)于要求100%RT檢驗(yàn)的RCC-M2級(jí)支管焊接,可通過以下措施保證質(zhì)量:(1)支管焊口必須在RT檢驗(yàn)后再進(jìn)行后續(xù)焊接,建議施工單位加強(qiáng)焊接進(jìn)度管理和無損檢驗(yàn)工作的配合協(xié)調(diào),并設(shè)置類似停工待檢點(diǎn)的工作程序,防止RCC-M2級(jí)支管出現(xiàn)支管側(cè)封閉,造成內(nèi)壁貼片不可達(dá)從而無法滿足規(guī)范要求的情況。(2)對(duì)于支管過長、源布置空間受限等其他原因造成的無法進(jìn)行RT檢驗(yàn)的,應(yīng)在焊接過程中補(bǔ)充進(jìn)行分層PT檢驗(yàn),并報(bào)設(shè)計(jì)確認(rèn)。(3)對(duì)于重要系統(tǒng)的碳鋼材質(zhì)支管接頭,可附加超聲波檢驗(yàn)。2.2.3雙壁單影射線檢驗(yàn),滿足低層間pt針對(duì)抽批10%的RCC-M3級(jí)支管焊縫和抽批5%的NA級(jí)支管焊縫,考慮到人工與進(jìn)度因素,現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)已執(zhí)行的措施是對(duì)RCC-M3級(jí)和NA級(jí)支管焊縫在焊接過程中進(jìn)行分層PT檢驗(yàn),但現(xiàn)場(chǎng)由于多方面原因仍有漏檢,造成未進(jìn)行層間PT檢驗(yàn)并且已經(jīng)無法貼片的狀態(tài)。針對(duì)支管焊縫不可達(dá)且并未進(jìn)行層間PT的現(xiàn)實(shí)情況,經(jīng)過與現(xiàn)場(chǎng)無損檢驗(yàn)人員技術(shù)探討并經(jīng)過一定的實(shí)踐檢驗(yàn)后,初步認(rèn)為對(duì)于不可達(dá)的安放式支管焊縫可進(jìn)行雙壁單影射線檢驗(yàn),驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)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(gè)位置均滿足規(guī)范要求的黑度值處于2.7至4.5,導(dǎo)致滿足黑度要求的一次透照膠片長度有限,一個(gè)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(yàn)技術(shù)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(jìn)行多次曝光,以滿足黑度要求。以上措施可以改善膠片質(zhì)量,同時(shí)對(duì)于這種空間復(fù)雜曲線的馬鞍形焊縫,還需要明確焊縫上任意位置貼片時(shí)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(yàn)質(zhì)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(jì)算問題3單陰影單民事透視模型的構(gòu)建3.1射線源位置的影響要建立模型,確定射線檢驗(yàn)的透照條件,需要明確初始條件與透照參數(shù)的關(guān)系。首先以圖表的形式確定模型的各參數(shù)的關(guān)系,見圖1。因模型計(jì)算的是馬鞍形焊縫上的一點(diǎn)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(diǎn)的空間位置。圖1中注(1)表示對(duì)應(yīng)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(cè)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(yīng)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(guān)系分析,使用三維制圖軟件Solidworks建立三維模型,同時(shí)建立坐標(biāo)零點(diǎn),并在模型中實(shí)現(xiàn)初始條件的參數(shù)化,從而進(jìn)一步通過模型計(jì)算各個(gè)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(biāo)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(jì)算幾何不清晰度時(shí)使用,模型中簡化為一一點(diǎn))。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(yàn)規(guī)程考慮對(duì)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(biāo)系中4個(gè)卦限內(nèi)是對(duì)稱分布的,故只需考慮1/4的馬鞍形焊縫(第二卦限)進(jìn)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(jìn)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。考慮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(diǎn)位置的識(shí)別要保證射線方向?qū)Ω课春竿讣拔：π粤鸭y等缺陷具有最高的檢出率，了解坡口形式和焊接特點(diǎn)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(diǎn),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(diǎn),這一點(diǎn)就是對(duì)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(diǎn)。通過以上步驟，在已知支管規(guī)格、坡口形式、貼片位置點(diǎn)的條件下,根據(jù)射線檢驗(yàn)特點(diǎn)和焊接坡口形式所得的幾何關(guān)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(biāo)(一93,161.09,16.22)。同時(shí),于基Solidworks的智能尺寸功能3.2.4透照厚度計(jì)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(diǎn)反演出射線源的位置以后,所有驅(qū)動(dòng)尺寸和幾何關(guān)系已經(jīng)完全定義。焦距可通過智能標(biāo)注工具直接得出，數(shù)值為281.50mm,如圖5所示。此時(shí)，可定義以下4點(diǎn)來計(jì)算透照厚度:射線束與焊縫內(nèi)壁交點(diǎn)W;,見圖6;射線束與焊縫外壁交點(diǎn)W2.見圖6;射線束同母管外壁交點(diǎn)W1,見圖7;射線束與母管內(nèi)壁交點(diǎn)W通過智能尺寸標(biāo)注工具直接測(cè)量兩次的穿透壁距享,兩個(gè)穿透厚度的累加值即實(shí)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(shí)射線檢驗(yàn)的實(shí)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(jì)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(diǎn)即圖1中定義的貼片位置,相當(dāng)于僅僅明確貼片中心位置的透照參數(shù)。在實(shí)際工程中,為保證透照的經(jīng)濟(jì)性和工程的可行性還必須考慮一張膠片范圍內(nèi)的透照條件:總透照厚度、檢驗(yàn)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(jì)算幾何不清晰度,這對(duì)提高成像質(zhì)量是十分有必要的。同時(shí)射線束在焊縫各處的入射角度與坡口的幾何關(guān)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(dāng)然針對(duì)單張膠片可以推算出膠片范圍內(nèi)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(jì)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(shí)際透照厚度和焦距，結(jié)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(jì)算出源S在任意焊縫位置的實(shí)際透照厚度、焦距、射線束與坡口角度。同時(shí),該模型也可用于計(jì)算射線檢驗(yàn)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(biāo)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(jì)算裂紋形態(tài)參數(shù)與透照幾何條件的關(guān)系。3.2.6幾何不清晰度驗(yàn)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(diǎn)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(duì)幾何不清晰度有著嚴(yán)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(jié)果看出,在給定的初始條件和膠片范圍內(nèi),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(yīng)不超過0.3mm)。貼片位置中心點(diǎn)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(duì)于母管支管直徑比較大的情況下尤其要注意計(jì)算,因?yàn)槠渫瑫r(shí)也影響到一次有效透照長度值。4相關(guān)從動(dòng)尺寸的自動(dòng)計(jì)算在對(duì)第3節(jié)建立的模型的驅(qū)動(dòng)尺寸和幾何關(guān)系完全定義以)后,使用SolidWorks軟件自動(dòng)生成系列零件設(shè)計(jì)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(qū)動(dòng)模型，立即可得到相關(guān)從動(dòng)尺寸,同時(shí)可利用Excel的公式功能自動(dòng)計(jì)算所需要的參數(shù)。例如,輸入以下參數(shù)(即驅(qū)動(dòng)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(dòng)獲取所有從動(dòng)尺寸(透照厚度、焦距、射線束與坡口夾角等),同時(shí)可在Excel中輸入公式，自動(dòng)計(jì)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(dòng)計(jì)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(shí),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