论文部分内容阅读
[摘 要]射线底片作为记录缺陷形状、大小、数量的介质，识别底片上的影像对于无损检测人员做出正确分析和判断至关重要。本文以CPR1000核电站乏燃料水池为例，通过对射线底片上线状疑似缺陷的分析，并总结相应的识别办法，为射线评片人员正确评定提供参考。
[关键词]不锈钢；射线底片；疑似缺陷；线状
中图分类号：G356 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）30-0237-01
引言
在CPR1000核电站不锈钢乏燃料水池的无损检测中，对焊缝的射线检测要求是100%检测。检测过程中发现，底片上常常出现一些影像是因不锈钢本身材质的原因或带垫板对接接头的结构形式造成的，并非是焊接缺陷产生的影像。这些情况使得射线评定人员难以对焊接接头质量进行准确的评定。本文总结了一些不锈钢射线底片上的线状疑似缺陷显示，并对其产生原因以及如何区分于缺陷显示，通过一些实例来剖析，以供大家参考。
1 不锈钢乏燃料水池简介
CPR1000核电站中，不锈钢乏燃料水池作为核设施整个运行期间核燃料及乏燃料运输和贮存的密封性容器，其主要功能是长期或换料期内充满硼酸水，对核燃料棒的放射性进行屏蔽，通过后装法在四周墙面和底板贴一层4mm～6mm厚的不锈钢覆面作为内衬。覆面通过与角型托架和衬垫型材组成的骨架及锚固管板焊接从而与混凝土主体结构牢固相连。
2 水池安装相关参数及要求
水池尺寸为底面积12.6×8㎡，高度为12.7m。墻面和底板覆面板，特殊型钢垫板使用的材质均为Z2CN18.10。焊接接头填充金属为ER308L（φ1.6，φ2.4）。墙面覆面板板厚为4mm，坡口型式为I型，组对间隙4±1mm，焊接位置有横焊和立焊.底板覆面板板厚为6mm，坡口型式为V型（25°），组对间隙4～6mm，焊接位置为平焊。焊接方法为钨极氩弧焊。不加焊丝打底，直流正接，焊接电流100～160A。
3 射线检测条件
根据以下条件，对6mm厚覆面板的带垫板焊缝进行射线检测。仪器：X射线机（200EGS2）；胶片：柯达MX125；增感屏：铅箔增感屏；像质计：10FE16；焦距：600mm；管电压：180KV；管电流：5mA；透照时间：2Min；显影定影为厂家推荐的配方。
4 底片影像分析
在底片评定中，射线底片上发现了两种线状疑似缺陷影像。
4.1 轮廓模糊的线状疑似缺陷影像
影像显示为模糊两道线，位于焊缝中间，两道影像间距为1mm左右，宽度为1～2mm，分布在焊缝根部之间。
为了弄清影像的性质，选择其中两块底片疑似缺陷影像比较严重的试板进行切割剖析做比较，通过宏观金相进行焊缝及坡口处进行观察分析，并且进行渗透检测，进一步进行分析，未发现未熔合。通过切开试件切面与底片影像位置的比较，影像位置在试件根部熔合线和坡口熔合区之内。为了进一步验证，通过以下几种方式的改变之后，再进行射线检测。
4.1.1 改变焊接工艺
采取通过改变组对间隙、改变焊接电流，改变填充焊道、钨极伸出长度来改变内部熔池熔焊范围进行实验。通过对最终的底片观察发现，在透照条件相同的前提下，不同焊接工艺得出的试板上都出现了同样的疑似缺陷影像，出现位置基本相同，不随着电流、组对间隙、填充道数的改变而变化。
4.1.2 改变检验时机
采用与之前产生疑似缺陷的相同透照工艺，相同焊接工艺，对试件只进行打底熔焊，即只把根部熔透，不填充焊缝金属。焊接完成进行射线透照进行底片观察，底片上无任何疑似缺陷影像。
4.1.3 改变接头结构
将两块有疑似缺陷的试件，采用相同的透照工艺对一件切除全部垫板进行射线透照，另一件切除一半垫板，保留一半垫板进行多方位比较。切除全部垫板透照的底片，底片疑似缺陷影像更明显，另一件试板一半去除垫板，另一半没有去除垫板进行同条件透照比较，结果显示：去除垫板一侧影像更加明显。
4.1.4 改变透照工艺
其它条件不变，通过改变透照角度，线状疑似缺陷影像的形貌和发生位置会随着射线入射角的微小变化而产生很大变化，甚至消失。其它条件不变，通过改变胶片与试件的距离，线状疑似缺陷影像在底片上的位置会发生位移。通过多次不同透照条件比较发现：线性疑似缺陷影像重现性不好，影像的长度和宽度都有所变化。
4.1.5 影像分析结论
根据相关资料，当焊缝金属定向排列的柱状晶间距与射线入射角及波长符合布拉格（2dsinΦ=nλ）条件时会出现衍射现象，它可以通过改变射线入射角度或能量、工件到胶片的距离、屏蔽等方法对这类疑似缺陷影像进行识别。通过以上实验结果分析，可以判断上述影像为不锈钢焊缝上产生的衍射影像。
4.2 轮廓清晰的线状疑似缺陷影像。
影像出现在焊缝的两侧或单侧坡口根部附近，黑线到到焊缝边缘区域的底片黑底与其余部位有明显的黑度差。经统计发现，该影像出现在以下焊接接头：焊接产生变形后覆面板与垫板间隙偏大处和点焊间隙过大处。
4.2.1 对比试验
取了两个焊接接头试样，取其焊缝截面做宏观金相试验。其中一个试样覆面板与垫板左侧间隙大，右侧间隙小，结果显示为焊缝质量无问题，射线底片上显示为左侧黑线线宽0.5mm，右侧黑线线宽0.3mm，两黑线距离为两板组对间距。另一个试样覆面板与垫板基本紧贴，熔合良好，焊缝质量无问题。结果显示为左侧无黑线，右侧黑线线宽0.1mm，位于组对间距外。
4.2.2 产生原因分析
对焊接接头剖析后发现，该黑线大多数是由于覆面板与垫板之间未贴紧而产生的间隙形成的，根据X射线检测原理，一旦母材与垫板之间出现一定大小的间隙，射线束穿透的厚度也不一样，被衰减能量的大小就会有所不同，在曝光后的底片上则体现为不同的黑度，间隙越大，黑线越明显。
4.2.3 影像的评定
根据相关标准，合理范围内的间隙存在只要不影响焊接接头的完整性，是可以验收合格的。但在评片过程中，应仔细辨别影像实质，与根部未熔合加以区分。根部未熔合在底片上的位置应是焊缝根部的投影位置，线的一侧轮廓整齐且黑度较大，为坡口痕迹，另一侧轮廓可能较规则也可能不规则。通过量出黑线间距，如果距离大于组对间距，或一条黑线距焊缝中线距离大于组对间距的1/2，则可认为根部已熔合。
5 结束语
在核电站不锈钢水池射线底片中，可能会出现一些由于焊接造成的宏观缺陷影像，也可能出现由于不锈钢本身金属组织关系出现在射线底片上不锈钢线状衍射影像，或者由于组对装配不佳或焊接变型，在垫板与覆面板之间产生间隙，从而造成线状黑线影像。虽然此类线状疑似缺陷对焊接接头的质量影响不大，但是其影像容易与条状夹渣、未熔合、未焊透等缺陷相混淆，因此应根据焊接材质、焊接工艺以及射线透照工艺对底片影像加以区分判别。保证评片结果的准确性，从而提高工作效率和降低材料消耗，避免因误判返修产生新的缺陷，另一方面可以指导和改进被检工件的生产制造工艺。进而有效保障了核电站的工程建设质量。
参考文献
[1] 全国特种设备无损检测人员资格考核统编教材.《射线检测》.中国劳动社会保障出版.2007.
[2] 民用核安全设备无损检验人员资格鉴定委员会.民用核安全设备射线检验技术.2010.
[3] 郑世才.评片技术.无损检测第22卷第1期.
[4] 李衍.不锈钢焊缝射线照相中的疑似缺陷影像及判别.无损探伤.第30卷第1期.
[关键词]不锈钢；射线底片；疑似缺陷；线状
中图分类号：G356 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）30-0237-01
引言
在CPR1000核电站不锈钢乏燃料水池的无损检测中，对焊缝的射线检测要求是100%检测。检测过程中发现，底片上常常出现一些影像是因不锈钢本身材质的原因或带垫板对接接头的结构形式造成的，并非是焊接缺陷产生的影像。这些情况使得射线评定人员难以对焊接接头质量进行准确的评定。本文总结了一些不锈钢射线底片上的线状疑似缺陷显示，并对其产生原因以及如何区分于缺陷显示，通过一些实例来剖析，以供大家参考。
1 不锈钢乏燃料水池简介
CPR1000核电站中，不锈钢乏燃料水池作为核设施整个运行期间核燃料及乏燃料运输和贮存的密封性容器，其主要功能是长期或换料期内充满硼酸水，对核燃料棒的放射性进行屏蔽，通过后装法在四周墙面和底板贴一层4mm～6mm厚的不锈钢覆面作为内衬。覆面通过与角型托架和衬垫型材组成的骨架及锚固管板焊接从而与混凝土主体结构牢固相连。
2 水池安装相关参数及要求
水池尺寸为底面积12.6×8㎡，高度为12.7m。墻面和底板覆面板，特殊型钢垫板使用的材质均为Z2CN18.10。焊接接头填充金属为ER308L（φ1.6，φ2.4）。墙面覆面板板厚为4mm，坡口型式为I型，组对间隙4±1mm，焊接位置有横焊和立焊.底板覆面板板厚为6mm，坡口型式为V型（25°），组对间隙4～6mm，焊接位置为平焊。焊接方法为钨极氩弧焊。不加焊丝打底，直流正接，焊接电流100～160A。
3 射线检测条件
根据以下条件，对6mm厚覆面板的带垫板焊缝进行射线检测。仪器：X射线机（200EGS2）；胶片：柯达MX125；增感屏：铅箔增感屏；像质计：10FE16；焦距：600mm；管电压：180KV；管电流：5mA；透照时间：2Min；显影定影为厂家推荐的配方。
4 底片影像分析
在底片评定中，射线底片上发现了两种线状疑似缺陷影像。
4.1 轮廓模糊的线状疑似缺陷影像
影像显示为模糊两道线，位于焊缝中间，两道影像间距为1mm左右，宽度为1～2mm，分布在焊缝根部之间。
为了弄清影像的性质，选择其中两块底片疑似缺陷影像比较严重的试板进行切割剖析做比较，通过宏观金相进行焊缝及坡口处进行观察分析，并且进行渗透检测，进一步进行分析，未发现未熔合。通过切开试件切面与底片影像位置的比较，影像位置在试件根部熔合线和坡口熔合区之内。为了进一步验证，通过以下几种方式的改变之后，再进行射线检测。
4.1.1 改变焊接工艺
采取通过改变组对间隙、改变焊接电流，改变填充焊道、钨极伸出长度来改变内部熔池熔焊范围进行实验。通过对最终的底片观察发现，在透照条件相同的前提下，不同焊接工艺得出的试板上都出现了同样的疑似缺陷影像，出现位置基本相同，不随着电流、组对间隙、填充道数的改变而变化。
4.1.2 改变检验时机
采用与之前产生疑似缺陷的相同透照工艺，相同焊接工艺，对试件只进行打底熔焊，即只把根部熔透，不填充焊缝金属。焊接完成进行射线透照进行底片观察，底片上无任何疑似缺陷影像。
4.1.3 改变接头结构
将两块有疑似缺陷的试件，采用相同的透照工艺对一件切除全部垫板进行射线透照，另一件切除一半垫板，保留一半垫板进行多方位比较。切除全部垫板透照的底片，底片疑似缺陷影像更明显，另一件试板一半去除垫板，另一半没有去除垫板进行同条件透照比较，结果显示：去除垫板一侧影像更加明显。
4.1.4 改变透照工艺
其它条件不变，通过改变透照角度，线状疑似缺陷影像的形貌和发生位置会随着射线入射角的微小变化而产生很大变化，甚至消失。其它条件不变，通过改变胶片与试件的距离，线状疑似缺陷影像在底片上的位置会发生位移。通过多次不同透照条件比较发现：线性疑似缺陷影像重现性不好，影像的长度和宽度都有所变化。
4.1.5 影像分析结论
根据相关资料，当焊缝金属定向排列的柱状晶间距与射线入射角及波长符合布拉格（2dsinΦ=nλ）条件时会出现衍射现象，它可以通过改变射线入射角度或能量、工件到胶片的距离、屏蔽等方法对这类疑似缺陷影像进行识别。通过以上实验结果分析，可以判断上述影像为不锈钢焊缝上产生的衍射影像。
4.2 轮廓清晰的线状疑似缺陷影像。
影像出现在焊缝的两侧或单侧坡口根部附近，黑线到到焊缝边缘区域的底片黑底与其余部位有明显的黑度差。经统计发现，该影像出现在以下焊接接头：焊接产生变形后覆面板与垫板间隙偏大处和点焊间隙过大处。
4.2.1 对比试验
取了两个焊接接头试样，取其焊缝截面做宏观金相试验。其中一个试样覆面板与垫板左侧间隙大，右侧间隙小，结果显示为焊缝质量无问题，射线底片上显示为左侧黑线线宽0.5mm，右侧黑线线宽0.3mm，两黑线距离为两板组对间距。另一个试样覆面板与垫板基本紧贴，熔合良好，焊缝质量无问题。结果显示为左侧无黑线，右侧黑线线宽0.1mm，位于组对间距外。
4.2.2 产生原因分析
对焊接接头剖析后发现，该黑线大多数是由于覆面板与垫板之间未贴紧而产生的间隙形成的，根据X射线检测原理，一旦母材与垫板之间出现一定大小的间隙，射线束穿透的厚度也不一样，被衰减能量的大小就会有所不同，在曝光后的底片上则体现为不同的黑度，间隙越大，黑线越明显。
4.2.3 影像的评定
根据相关标准，合理范围内的间隙存在只要不影响焊接接头的完整性，是可以验收合格的。但在评片过程中，应仔细辨别影像实质，与根部未熔合加以区分。根部未熔合在底片上的位置应是焊缝根部的投影位置，线的一侧轮廓整齐且黑度较大，为坡口痕迹，另一侧轮廓可能较规则也可能不规则。通过量出黑线间距，如果距离大于组对间距，或一条黑线距焊缝中线距离大于组对间距的1/2，则可认为根部已熔合。
5 结束语
在核电站不锈钢水池射线底片中，可能会出现一些由于焊接造成的宏观缺陷影像，也可能出现由于不锈钢本身金属组织关系出现在射线底片上不锈钢线状衍射影像，或者由于组对装配不佳或焊接变型，在垫板与覆面板之间产生间隙，从而造成线状黑线影像。虽然此类线状疑似缺陷对焊接接头的质量影响不大，但是其影像容易与条状夹渣、未熔合、未焊透等缺陷相混淆，因此应根据焊接材质、焊接工艺以及射线透照工艺对底片影像加以区分判别。保证评片结果的准确性，从而提高工作效率和降低材料消耗，避免因误判返修产生新的缺陷，另一方面可以指导和改进被检工件的生产制造工艺。进而有效保障了核电站的工程建设质量。
参考文献
[1] 全国特种设备无损检测人员资格考核统编教材.《射线检测》.中国劳动社会保障出版.2007.
[2] 民用核安全设备无损检验人员资格鉴定委员会.民用核安全设备射线检验技术.2010.
[3] 郑世才.评片技术.无损检测第22卷第1期.
[4] 李衍.不锈钢焊缝射线照相中的疑似缺陷影像及判别.无损探伤.第30卷第1期.