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[摘 要]本文针对不同放射源检测特点的分析,并根据核电站稳压器役前射线检测要求,制定了使用Co-60源进行稳压器筒体焊缝射线检测的技术工艺,为宁德一期核电站1号机组稳压器射线检测工作提供了有利的技术支持。
[关键词]役前检查;Co-60射线检测;射线检测技术
中图分类号:T107 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)13-0220-01
1 前言
根据《压水堆核电站核岛机械部件在役检查规则(RSEM)》[1]要求,核电站的部件和设备在安装与整机调试后,需对机组内部件、设备或系统进行一次完整性检查,称为投入运行前的第一次全面检查,即役前检查。检查结果提供初始状态下数据, 可与核电站设备制造厂的部件制造阶段所得检查记录进行比较,为核电站设备的在役检查提供原始资料和比较依据。稳压器射线检查作为役前检查中的重要检查项目,因其技术难度大、实施风险高,因而成为整个役前检查中的重点关注项目之一。
宁德一期核电站1号机组稳压器是一个立式圆筒,上、下部为椭圆形封头,高约13m,直径约2.5m,净重约79t,其结构见图1。稳压器筒体焊缝射线检测内容及尺寸见表1。
2 稳压器筒体焊缝射线检测技术要点
2.1 稳压器筒体焊缝射线检测的难点
由于稳压器透照焦距比较长(1152mm)、实际透照厚度大以及透照厚度不均匀等特殊特点,使其与一般容器的射线检测技术存在差异性,如何选用放射源进行透照成为稳压器焊缝射线检测的难点。
射线探伤常用源有X射线和γ射线源两类。与X射线检测相比,γ射线检测具有探头尺寸小,能量适中、比活度高和操作灵活等优点。且其性能稳定, 无需电源和冷却系统, 可以连续工作, 不受温度、压力和磁场等外界条件影响。设备体积小、重量轻、携带方便,可用于X射线机管头无法接近的现场。所以核电站役前检查射线检测主要使用的是γ射线检测。
经过实际检测表明,使用Ir-192射线源透照会产生如下问题:透照时间过长(源强为2.96×1012Bq时,稳压器上封头与筒体连接环焊缝的透照时间长达36小时,不满足RCCM MC3142规定[2]:使用Ir-192射线源的透照时间不超过12小时);底片灰雾度增大,降低了灵敏度;延长透照时间带来的辐射防护难度增加等。因此Ir-192射线源不适用于稳压器焊缝检测,需考虑能量更高的C0-60源。同Ir-192源相比,Co-60源具有更硬的线质,并且受检焊缝厚度正处于其可检范围之内;使用Co-60源可以较大幅度减少透照时间(源强为2.96×1012Bq时,透照时间为7小时左右);虽然较之使用Ir-192源,不清晰度增加,但可以使用不锈钢增感屏替代铝增感屏进行补偿,清晰度比铝屏底片高,相应获得了更高的灵敏度。因此,在满足规范要求的前提下,稳压器焊缝射线检测采用Co-60源[3]。
2.2 检测技术特点
2.2.1 透照方式
根据被检对象的规格、几何不清晰度等因素选择合适的透照方式,稳压器筒体焊缝采用中心曝光透照方式。
2.2.2 几何不清晰度
因序号1焊缝水平,故在焊缝所在圆平面中心放置源时,裂纹检出角θ最小,缺陷检出率较高,取源尺寸为Φ3.8×4.5mm,则其几何不清晰度[4]:
由于序号2、3 和4 中的焊缝分部在同一球面上,焊缝垂直于球心径线,故源放置于上封头球心位置进行中心透照全景曝光时,缺陷检出率较高,上封头球心内径为1098mm,其几何不清晰度相同:
序号5 中焊缝为垂直方向,应该尽可能的提高焦距,由于受到电加热元件支撑板的遮挡,故最合适的位置为取样管下部,源位置为球心下部330mm,偏心透照轴向曝光,透照厚度为80+6(堆焊层)=86mm 故取焦距为:
上诉几何不清晰度均满足RCCM 规定的几何不清晰度小于0.6 的要求。
2.2.3 增感屏、滤光板及背屏
使用双胶片技术,所选用的增感屏表面应保持干净、光亮和无划痕。使用的增感屏材质为不锈钢,厚度为0.25mm。
背屏通常采用一个厚度为1.5mm-2.5mm的铅制字母“B”,放置在暗盒与背屏之间,以确定背散射防护效果。
滤光板由一层薄铅板制成,它放置在需射线照相的部件与装有胶片和增感屏的暗盒之间。RCCM MC3147.2规定:对于低合金钢厚度超过60mm,可使用厚度为2的铅制滤光板,其上还应钻有2个直径3mm 的孔。
2.2.4 像质计:
像质计均放置于片侧,每隔120°均匀等间距布置,使用F标记,同样的,经过在片侧和源测对比验证满足RCCM 要求后,片侧像质计提高一个等级,现场采用孔型像质计,可知项目1、2、3、4中像质计灵敏度为H10(第5 孔),像质计最小可见孔径为1.00mm,像质计型号为H9。项目5 中像质计灵敏度为H11(第4 孔),像质计要求最小可见孔径为1.25mm,像质计型号为H9。
2.2.5 胶片布置
根据RCCM MC3312.4规定,使用Co-60透照时,采用C1和C2型胶片系统,实际采用AGFA D3 胶片,属于C2类,符合要求。
对于序号1,取胶片尺寸为400×150mm,搭接长度要求至少20mm,故布片所需张数为[4]:
对于序号2、3、4、5,泄压管嘴、喷淋管嘴、3 个安全阀管嘴与上封头连接焊缝采用96°的弧形规格胶片,布置4张;稳压器上封头与人孔连接焊缝采用56°的弧形规格胶片,布置8张;下封头与波动管连接焊缝采用56°弧形规格胶片,布置7张。
3 检测结果与分析
根据以上工艺,对宁德一期1号机组稳压器筒体焊缝进行射线检测,黑度和像质剂灵敏度均满足规范要求,未发现不可接受缺陷。实践结果表明,该工艺所获得的检测结果真实、可靠,能够完全满足标准规范的要求,为核电站安全运行提供有力保障。Co-60源稳压器筒体射线检测熟练运用还将为后续在役检查赢得时间,减少环境影响,降低工作人员受照剂量。
参考文献
[1] RSEM(1997版+2000补遗)[M],压水堆核电站核岛机械部件在役检查规则.
[2] RCCM(1997版+2000补遗)[M],压水堆核岛机械设备设计和建造规则.
[3] 李苏甲,孙孝友, 对接焊缝检验中_60_Co源替代_192_Ir源的可行性试验[J],核动力工程,第16卷第1期,1995.
[4] 强天鹏,《射线检测》[M],北京:中国劳动社会保障出版社,2007.
作者简介
黄少衡,1983年出生,工程师,主要从事核电站役前检查工作。
[关键词]役前检查;Co-60射线检测;射线检测技术
中图分类号:T107 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)13-0220-01
1 前言
根据《压水堆核电站核岛机械部件在役检查规则(RSEM)》[1]要求,核电站的部件和设备在安装与整机调试后,需对机组内部件、设备或系统进行一次完整性检查,称为投入运行前的第一次全面检查,即役前检查。检查结果提供初始状态下数据, 可与核电站设备制造厂的部件制造阶段所得检查记录进行比较,为核电站设备的在役检查提供原始资料和比较依据。稳压器射线检查作为役前检查中的重要检查项目,因其技术难度大、实施风险高,因而成为整个役前检查中的重点关注项目之一。
宁德一期核电站1号机组稳压器是一个立式圆筒,上、下部为椭圆形封头,高约13m,直径约2.5m,净重约79t,其结构见图1。稳压器筒体焊缝射线检测内容及尺寸见表1。
2 稳压器筒体焊缝射线检测技术要点
2.1 稳压器筒体焊缝射线检测的难点
由于稳压器透照焦距比较长(1152mm)、实际透照厚度大以及透照厚度不均匀等特殊特点,使其与一般容器的射线检测技术存在差异性,如何选用放射源进行透照成为稳压器焊缝射线检测的难点。
射线探伤常用源有X射线和γ射线源两类。与X射线检测相比,γ射线检测具有探头尺寸小,能量适中、比活度高和操作灵活等优点。且其性能稳定, 无需电源和冷却系统, 可以连续工作, 不受温度、压力和磁场等外界条件影响。设备体积小、重量轻、携带方便,可用于X射线机管头无法接近的现场。所以核电站役前检查射线检测主要使用的是γ射线检测。
经过实际检测表明,使用Ir-192射线源透照会产生如下问题:透照时间过长(源强为2.96×1012Bq时,稳压器上封头与筒体连接环焊缝的透照时间长达36小时,不满足RCCM MC3142规定[2]:使用Ir-192射线源的透照时间不超过12小时);底片灰雾度增大,降低了灵敏度;延长透照时间带来的辐射防护难度增加等。因此Ir-192射线源不适用于稳压器焊缝检测,需考虑能量更高的C0-60源。同Ir-192源相比,Co-60源具有更硬的线质,并且受检焊缝厚度正处于其可检范围之内;使用Co-60源可以较大幅度减少透照时间(源强为2.96×1012Bq时,透照时间为7小时左右);虽然较之使用Ir-192源,不清晰度增加,但可以使用不锈钢增感屏替代铝增感屏进行补偿,清晰度比铝屏底片高,相应获得了更高的灵敏度。因此,在满足规范要求的前提下,稳压器焊缝射线检测采用Co-60源[3]。
2.2 检测技术特点
2.2.1 透照方式
根据被检对象的规格、几何不清晰度等因素选择合适的透照方式,稳压器筒体焊缝采用中心曝光透照方式。
2.2.2 几何不清晰度
因序号1焊缝水平,故在焊缝所在圆平面中心放置源时,裂纹检出角θ最小,缺陷检出率较高,取源尺寸为Φ3.8×4.5mm,则其几何不清晰度[4]:
由于序号2、3 和4 中的焊缝分部在同一球面上,焊缝垂直于球心径线,故源放置于上封头球心位置进行中心透照全景曝光时,缺陷检出率较高,上封头球心内径为1098mm,其几何不清晰度相同:
序号5 中焊缝为垂直方向,应该尽可能的提高焦距,由于受到电加热元件支撑板的遮挡,故最合适的位置为取样管下部,源位置为球心下部330mm,偏心透照轴向曝光,透照厚度为80+6(堆焊层)=86mm 故取焦距为:
上诉几何不清晰度均满足RCCM 规定的几何不清晰度小于0.6 的要求。
2.2.3 增感屏、滤光板及背屏
使用双胶片技术,所选用的增感屏表面应保持干净、光亮和无划痕。使用的增感屏材质为不锈钢,厚度为0.25mm。
背屏通常采用一个厚度为1.5mm-2.5mm的铅制字母“B”,放置在暗盒与背屏之间,以确定背散射防护效果。
滤光板由一层薄铅板制成,它放置在需射线照相的部件与装有胶片和增感屏的暗盒之间。RCCM MC3147.2规定:对于低合金钢厚度超过60mm,可使用厚度为2的铅制滤光板,其上还应钻有2个直径3mm 的孔。
2.2.4 像质计:
像质计均放置于片侧,每隔120°均匀等间距布置,使用F标记,同样的,经过在片侧和源测对比验证满足RCCM 要求后,片侧像质计提高一个等级,现场采用孔型像质计,可知项目1、2、3、4中像质计灵敏度为H10(第5 孔),像质计最小可见孔径为1.00mm,像质计型号为H9。项目5 中像质计灵敏度为H11(第4 孔),像质计要求最小可见孔径为1.25mm,像质计型号为H9。
2.2.5 胶片布置
根据RCCM MC3312.4规定,使用Co-60透照时,采用C1和C2型胶片系统,实际采用AGFA D3 胶片,属于C2类,符合要求。
对于序号1,取胶片尺寸为400×150mm,搭接长度要求至少20mm,故布片所需张数为[4]:
对于序号2、3、4、5,泄压管嘴、喷淋管嘴、3 个安全阀管嘴与上封头连接焊缝采用96°的弧形规格胶片,布置4张;稳压器上封头与人孔连接焊缝采用56°的弧形规格胶片,布置8张;下封头与波动管连接焊缝采用56°弧形规格胶片,布置7张。
3 检测结果与分析
根据以上工艺,对宁德一期1号机组稳压器筒体焊缝进行射线检测,黑度和像质剂灵敏度均满足规范要求,未发现不可接受缺陷。实践结果表明,该工艺所获得的检测结果真实、可靠,能够完全满足标准规范的要求,为核电站安全运行提供有力保障。Co-60源稳压器筒体射线检测熟练运用还将为后续在役检查赢得时间,减少环境影响,降低工作人员受照剂量。
参考文献
[1] RSEM(1997版+2000补遗)[M],压水堆核电站核岛机械部件在役检查规则.
[2] RCCM(1997版+2000补遗)[M],压水堆核岛机械设备设计和建造规则.
[3] 李苏甲,孙孝友, 对接焊缝检验中_60_Co源替代_192_Ir源的可行性试验[J],核动力工程,第16卷第1期,1995.
[4] 强天鹏,《射线检测》[M],北京:中国劳动社会保障出版社,2007.
作者简介
黄少衡,1983年出生,工程师,主要从事核电站役前检查工作。