蒸汽发生器水室分隔板焊缝在役自动检测装置及其应用

,,,

(中广核检测技术有限公司 苏州 215021)

在核电厂，一回路主要设备在每个大修期间都要进行定期检测,以避免由于出现缺陷造成设备非计划停堆事故的发生。在国外的一些核电厂中，已经在Inconel 600材料的水室分隔板中发现了一次侧应力腐蚀裂纹(PWSCC)[1]。蒸汽发生器水室分隔板是将蒸发器一次侧水室分隔成冷侧和热侧的部件，其由定位板与分隔板两部分对接组成[2-3]。分隔板母材为Inconel 600，焊缝材料为Inconel 182,其焊缝分布、检测区域及装配示意如图1所示。为了对分隔板焊缝的完整性及可靠性进行评估，CHINON B(法国)、BLAYAIS(法国)、CRUAS(法国)等核电厂已经对分隔板焊缝进行了定期检测并在被检蒸发器分隔板焊缝附近发现了一些显示。我国 M310型核电厂与上述国外核电厂属同类型机组，蒸发器分隔板焊缝均未经热处理，在焊接后会有残余应力存在，长期在高温、高压环境中运行对PWSCC裂纹存在同样的敏感性。因此进行蒸汽发生器水室分隔板的在役检测技术研究，对核电厂的运行监测和寿命评估具有重要意义。

笔者研发了一套远程控制蒸发器分隔板焊缝自动检查装置。该装置包括自动PT(渗透检测)、视频检查以及自动TOFD(超声波衍射时差法)三种检测技术。自动PT和视频检查用于发现显示并对显示进行长度测量，TOFD检测技术用于对显示进行深度测量。

1 检测区域介绍

水室分隔板焊缝是由定位板与分隔板对接而成的，定位板起到分隔板与管板相连接的作用。在下封头分隔板与管板装配之前，先将定位板焊接在管板上，之后再将定位板与分隔板焊接在一起。定位板与分隔板材料均为Inconel 600合金[4]。检测区域位于管板下方10～138 mm范围内的全部分隔板区域，包括在定位板与分隔板之间的焊缝区域及其热影响区，可能出现相关显示的母材部分，以及管板与定位板及水室封头相连的“三点区域”。

2 分隔板自动扫查器系统

分隔板自动扫查器即称SG-DPI(SG Divider Plate Inspector)。SG-DPI主要由机体及双臂系统、轨道车(检测工具)系统、基座系统以及控制系统组成(见图2)，该扫查装置适用于长度约3 180 mm的蒸汽发生器水室分隔板焊缝的在役检测。

图2 SG-DPI自动扫查器结构示意

安装时，首先将竖向轨道通过人孔送入到水室内，竖向轨道的上端通过锁紧气爪固定在管板上，下端固定于人孔法兰面的固定装置上，从而建立一条连接水室内外的竖向轨道。检测工具由竖向轨道车送入到水室内，并固定于水平轨道车上，设备安装完成后，由水平轨道车携带检测工具到达被检测区域。所有检测方法的实施均由远程控制并实施相应的无损检测，检测过程中无需检测人员进入蒸发器下封头房间。

3 检测方法

对分隔板焊缝的检测主要是为了发现PWSCC裂纹类显示，并通过相应检测技术方法对显示进行长度和高度的测量。文章介绍了三种检测方法，通过试验验证发现上述方法对显示的检出能力及定量测量精度可以达到客户要求的技术条件。

检测技术包括：① 自动渗透检测系统，用于发现相关显示；② 远程视频检测系统，用于分析显示并对显示进行长度测量；③ 自动TOFD检测系统，用于对相关显示进行高度测量。

3.1 自动渗透检测系统

液体渗透检测按照RCCM标准要求实施检测。自动渗透检测系统包括：清洗工具、渗透工具以及显像工具三部分组成(见图3)。清洗工具采用滚筒刷结构，自身携带可以喷洒清洗剂的喷嘴，用于渗透过程中对被检区域进行清洗。渗透工具包含一个渗透喷嘴、两个空气喷嘴以及两个水喷嘴，用于喷洒渗透剂、清洗及干燥被检区域。显像工具包含一个显像剂喷嘴、两个空气喷嘴，用于显像剂的喷洒。检测人员可通过远程摄像头来观察检测工具的安装以及液体渗透检测的实施。具体实施步骤如下所述。

图3 液体渗透工具结构示意

(1) 自动滚刷对检测区域进行表面清理：将清洗工具加装到设备主体轨道车上，通过气压将清洗剂喷洒到清洗头上，再通过清洗头的旋转和轨道车的运动对被检区域进行清洗。

(2) 检测工具施加渗透剂：通过自然干燥或通入干燥空气对预清洗的被检表面进行干燥，通过气压将渗透剂均匀喷洒到分隔板被检区域，通过轨道车的运动对整个被检区域进行喷涂。渗透时间不少于20 min，在整个渗透时间内，被检表面必须保持润湿状态。

(3) 显像工具施加显像剂：施加显像剂之前应通过气压将去离子水喷洒到被检区域的上部，通过水自上而下的流动去除隔板上多余的渗透剂，并应充分干燥被检区域的表面。待被检件表面干燥后，通过恒定气压用喷雾罐均匀喷洒显像剂，一边喷洒，一边匀速运动轨道车，保证整个被检区域都被覆盖上一层均匀的显像剂。

(4) 观察及评定：待显像完毕后，通过轨道车的运动对整个被检区域进行观察。在显像剂施加后7～30 min内进行评定。当发现可记录或达到记录标准的缺陷显示时，应使检测设备暂停运动，静止(定格)至少10 s，观察并录像。在检测报告中给出缺陷显示的位置坐标、性质及尺寸。

(5) 后处理：检测完毕，残余的试剂应用清洗剂进行清洗。

3.2 远程视频检测系统

若液体渗透检测发现了相关显示，则需实施电视检测来对显示进行分析及测长。电视检测包含两组镜头，即广角镜头和聚焦镜头。广角镜头用来发现整个焊缝区域的渗透显示，并对其进行坐标定位，聚焦镜头用来对显示进行定性及测长。在电视检测系统中内置坐标系统，以便对标记出的显示图像进行精确定位。图4为含两组镜头的电视检测工具，图5为视频及测量系统的结构框图。电视检测的测长精度要求为：显示长度<10 mm时，测量精度±1 mm；显示长度≥10 mm时，测量精度±2 mm。电视检测的定位精度为±4 mm。

图4 间接目视检测工具外观

图5 视频及测量系统结构框图

图6 探头通过无缺陷部位和有缺陷部位时的D扫图像

3.3 TOFD检测

TOFD为条件性检测，对于未发现线性显示时，无需进行TOFD检测。对于渗透显示发现长度大于5 mm的PWSCC型线性显示，需用TOFD超声探头对线性显示深度进行测量。TOFD由一发一收两个宽频带窄脉冲探头组合而成，初始扫查时深度聚焦设为5 mm以保证上下覆盖范围。测量精度要求：当2 mm

3.4 检测结果

检测前，将PT灵敏度试片置于蒸汽发生器水室分隔板模拟体中，通过调整喷射压力、距离来保证其能同时显示灵敏度试片上的3个缺陷，并记录该压力和距离作为实际检测参数。灵敏度试片检测结果如图7所示，可见 能清晰地分辨出3个辐射状裂纹显示。

图7 PT灵敏度试片检测结果

自动PT检测前后的对比如图8所示。图8(a)为检测前的初始状态；图8(b)为显像后视频观察的状态，可看出自动PT显像喷涂均匀，对比度较好。

图8 自动PT检测前及检测后对比

将TOFD扫查器置于带有电火花表面开口槽的对比试块上进行检测，得到图谱如图9所示。由图9可明显看出,两幅分图中的直通波断开并出现缺陷下端点信号。对两个缺陷多次测量，取实测平均值，如表1所示。由表1可见，缺陷1标称深度为2 mm，实测平均值为2.3 mm;缺陷2标称深度为

表1 EDM开口槽实测对比表 mm

图9 深度2，4 mm电火花槽的TOFD图谱

4 mm,实测平均值为4.2 mm，误差均在±1 mm以内，满足TOFD精度测量要求。

4 结论

针对国内M310堆型核电站蒸汽发生器水室分隔板在役检测需求，制定了分隔板焊缝无损检测工艺，并自主研制了分隔板焊缝自动检测设备。该设备已在我国某核电厂20 a大修在役检测期间对其中一台蒸发器分隔板焊缝进行了自动渗透检测和视频检测，检测结果表明，该检测设备稳定可靠，相关检测技术满足检测要求。该检测系统的成功研制为水室分隔板的无损检测积累了丰富经验，对全面评估蒸汽发生器服役寿期提供了重要技术基础。

[1] D′ANNUCCI F, LECOUR E. Inspection of the steam generator divider plate[C]∥Proceedings of the 18th International Conference on Nuclear Engineering. Xi′an:[s.n.],2010.

[2] 陶于春，梁瞻翔，林忠元，等.压水堆核电站在役检查用无损检测技术发展概况[J].无损检测，2009，31(12):959-966.

[3] 马官兵，王小刚，高建民. 压水堆核电站蒸汽发生器役前检查无损检测概述[C]∥远东无损检测新技术论坛.苏州：[出版者不详],2011:1-7.

[4] 许俊龙，江小勇，曾晨明，等.核电站蒸汽发生器水室分隔板的无损检测[C].远东无损检测新技术论坛.珠海：[出版者不详]，2015.