“华龙一号”异种金属焊缝射线探伤透照次数的确认

王金友

摘  要：“华龙一号”核电机组稳压器（PRZ）接管异种金属焊缝制造阶段射线检测采用的透照工艺，是遵照法国RCC M《压水堆核岛机械部件设计和建造规范 第6册 MC篇 检验方法》。该文通过理论计算及实验数据得出稳压器（PRZ）上、下封头接管异种金属环焊缝役前和在役检查阶段进行双壁单影法透照时，射线源与异种金属环焊缝中心平面倾斜角度和透照次数。

关键词：异种金属焊缝  双壁单影  斜透法  透照次数

中图分类号：TG44                           文獻标识码：A文章编号：1672-3791（2021）03（c）-0079-03

Confirmation of Radiographic Inspection Times of

"Hualong No.1" Dissimilar Metal Weld

WANG Jinyou

（Fujian Fuqing Nuclear Power Co.， Ltd.， Fuqing， Fujian Province， 350300  China）

Abstract： The radiographic inspection process of dissimilar metal weld of pressurizer （PRZ） nozzle of "Hualong No.1" nuclear power unit are in accordance with the French RCC M Code for the Design and "Construction" of Mechanical Components in PWR Nuclear Islands Volume 6 MC Inspection Methods. In this paper， through theoretical calculation and experiment， it is obtained that the inclination angle of the central plane between the ray source and the dissimilar metal girth weld and the number of transillumination when the dissimilar metal girth weld of the upper and lower heads of PRZ pressurizer is transilluminated by the double wall single shadow method before and during the in-service inspection.

Key Words： Dissimilar metal weld; Double wall single shadow; Oblique penetration method; Number of transillumination

PRZ接管异种金属焊缝因其结构的特殊性，异种金属焊缝极难检出有危害性的缺陷。图1为波动管与安全端焊缝示意图，喷雾管接管[1]与安全端焊缝[2]见示意见图2，安全阀、卸压阀与安全端焊缝结构与图2一致[3]。因其特有的结构PRZ接管焊缝役前及在役检查只能采用双壁单影方法进行透照，为了更好地检出坡口处的缺陷还需采用偏移的方法即平行于坡口进行透照。

1  核电站PRZ接管异种金属焊缝射线检验方法的确定

1.1 PRZ接管异种焊缝射线检验方法初定

PRZ接管焊其射线检验参照法国《压水堆核岛机械部件设计和建造规范》（RCCM MC册，2007年版）。射线源放置在管外侧实施斜透法透照，使射线源偏移接管坡口与堆焊层熔合线的距离分别为67 mm、55 mm、34 mm。检验后底片双片观察时，黑度均可控制在规范要求的2.7～4.5的范围内[4]。

1.2 直透法透照的穿透厚度与透照次数N的关系

直透法透照当把射线源视为点源，胶片暗盒放在源的正对面进行直透法双壁单影透照时，α=θ+η，α=180°/N，θ=η=90°/N。式中：α为半有效角;N为透照次数;θ为影像最大失真角;η为有效半辐射角。

在ΔOBD中，根据角与边的关系可推出：R/r=sin（β+θ）/sinβ，β=arcsin[（R/r）×sinη]-θ。在ΔOBA中，根据角与边的关系可推出射线穿透厚度：

式中：R为管外径，单位为mm：r为管内径单位为mm。

1.3 斜透法透照的穿透厚度与透照次数N的关系

斜透法透照的穿透厚度与透照次数N的关系进行壁单影斜透法透照时，暗盒放在焊缝中心，射线源放置在暗盒对面的不锈钢接管侧，使得入射线与焊缝中心面成一个角度（即γ角），射线源距焊缝中心距离为S。射线最大穿透厚度：Tmax=TEF +TGA;Tmax =2TAB/COSγ，射线最小穿透厚度：Tmin=。式中：γ为入射线与焊缝中心面的夹角，根据以上公式可以看出：当喷雾管、安全阀、波动管的壁厚T、入射角γ为一定值时，也为定值;Tmax随着透照次数N的增大，逐渐减小。故⊿Tmax=Tmax-Tmin 也逐渐减小，底片的最大黑度差⊿Dmax就逐渐减小。

1.4 γ角及透照次数N的确定

由1.3节中分析，PRZ接管异种金属焊缝的γ射线检验，要求检测到高强度低合金钢/镍基堆焊层融合面和镍基堆焊层/填充金属融合面两个部位的微小线性显示，入射线与焊缝中心面的夹角γ符合：γ>μ/2，μ=12，即：γ>6。

γ增大时，射线穿过材质的距离增大，由于吸收与发散作用，射线的穿透能力降低;被检区在底片上的影像变宽，影响检测灵敏度。

所以，γ的值不宜太大。

双壁单影透照时最少曝光次数N由下列关系式确定：

N=180，α=θ+η， sinη= R×sinθ/（2F-R）

式中：F为透照的焦距;μ为焊缝坡口的角度。

2  实验设备和方法

2.1 实验设备

（1）波动管试块：Ф380×[34+4（热套管壁厚）]mm;（2）喷雾管试块：Ф152×[24+4（热套管壁厚）]mm;（3）安全閥，泄压阀试块：Ф190×30 mm;（4）焦点尺寸为φ3×3 mm的Ir-192γ射线源;（5）AGFA D3工业级胶片，与其相匹配的显、定影液;（6）铅滤光片，厚度分别为1.0 mm、2.0 mm，按壁厚要求组合;（7）铅增感屏，前、后屏=0.25（0.20）mm;中屏2×0.1 mm按壁厚要求组合;（8）暗室处理设备、恒温洗片机等;（9）观片灯、黑白密度计、像质计等。

2.2 实验方法和步骤

按不同透照次数（5、6、7、8）分别对两种试块进行透照，暗袋放在焊缝中心平面的接管处，源放在暗袋对面。接管外环侧（不锈钢侧），与接管预堆边焊融合线成一定距离，使得入射线与对面焊缝/预堆边焊融合线的平面15°的夹角，分别进行实验，然后测量出每张底片的最大和最小黑度值，观察底片焊缝区的黑度变化情况、透照次数和底片黑度的实验结果见表1、表2[5]。

3  试验数据分析

分析表1、表2中的模拟实验数据可知：使用双壁单影透照法进行射线检验时，射线透过被检区中心部位的厚度较端部的厚度小，射线通过中心部位的衰减较小，到达胶片的射线能量较大，胶片产生较强的感光作用，底片黑度较大;相反，射线通过两端部位时衰减较大，到达胶片的射线能量较小，胶片产生的感光作用较弱，底片黑度较小。模拟试验表明，增加单条焊缝的透照次数N，控制每次透照长度，使得底片评片区的黑度差减小，满足规范的黑度要求[6]。

4  结论

综合以上的实验与讨论结果，并结合前面的理论推导，可以得出以下结论。

（1）PRZ各个接管焊缝均实施斜透法双壁单影γ射线检测。

（2）PRZ喷雾管、安全阀，卸压阀接管异种金属焊缝透照6次较为合适。

（3）PRZ波动管接管异种金属焊缝透照8次较为合适。

参考文献

[1] 施宝新.核一级稳压器喷雾阀特性分析与结构设计[J].阀门，2019（6）：10-12，15.

[2] 李庚旺.稳压器波动管湍流穿透现象数值模拟及热流固耦合分析[D].北京化工大学，2020.

[3] MuhammadAbdusSamad.基于有限元方法的稳压器波动管热应力特性分析[D].华北电力大学（北京），2019.

[4] 陈太军，谢进，谭云华，等.带隔离层镍基异种钢环缝无损检测应用[J].西部特种设备，2020，3（3）：40-49.

[5] 张玉龙.管环缝双壁单影倾斜透照中射线管窗口偏移量和抬高量的探讨[J].焊接技术，2019，48（S2）：

PRZ接管异种金属焊缝因其结构的特殊性，异种金属焊缝极难检出有危害性的缺陷。图1为波动管与安全端焊缝示意图，喷雾管接管[1]与安全端焊缝[2]见示意见图2，安全阀、卸压阀与安全端焊缝结构与图2一致[3]。因其特有的结构PRZ接管焊缝役前及在役检查只能采用双壁单影方法进行透照，为了更好地检出坡口处的缺陷还需采用偏移的方法即平行于坡口进行透照。

1  核电站PRZ接管异种金属焊缝射线检验方法的确定

1.1 PRZ接管异种焊缝射线检验方法初定

PRZ接管焊其射线检验参照法国《压水堆核岛机械部件设计和建造规范》（RCCM MC册，2007年版）。射线源放置在管外侧实施斜透法透照，使射线源偏移接管坡口与堆焊层熔合线的距离分别为67 mm、55 mm、34 mm。检验后底片双片观察时，黑度均可控制在规范要求的2.7～4.5的范围内[4]。

1.2 直透法透照的穿透厚度与透照次数N的关系

直透法透照当把射线源视为点源，胶片暗盒放在源的正对面进行直透法双壁单影透照时，α=θ+η，α=180°/N，θ=η=90°/N。式中：α为半有效角;N为透照次数;θ为影像最大失真角;η为有效半辐射角。

在ΔOBD中，根据角与边的关系可推出：R/r=sin（β+θ）/sinβ，β=arcsin[（R/r）×sinη]-θ。在ΔOBA中，根据角与边的关系可推出射线穿透厚度：

式中：R为管外径，单位为mm：r为管内径单位为mm。

1.3 斜透法透照的穿透厚度与透照次数N的关系

斜透法透照的穿透厚度与透照次数N的关系进行壁单影斜透法透照时，暗盒放在焊缝中心，射线源放置在暗盒对面的不锈钢接管侧，使得入射线与焊缝中心面成一个角度（即γ角），射线源距焊缝中心距离为S。射线最大穿透厚度：Tmax=TEF +TGA;Tmax =2TAB/COSγ，射线最小穿透厚度：Tmin=。式中：γ为入射线与焊缝中心面的夹角，根据以上公式可以看出：当喷雾管、安全阀、波动管的壁厚T、入射角γ为一定值时，也为定值;Tmax随着透照次数N的增大，逐渐减小。故⊿Tmax=Tmax-Tmin 也逐渐减小，底片的最大黑度差⊿Dmax就逐渐减小。

1.4 γ角及透照次数N的确定

由1.3节中分析，PRZ接管异种金属焊缝的γ射线检验，要求检测到高强度低合金钢/镍基堆焊层融合面和镍基堆焊层/填充金属融合面两个部位的微小线性显示，入射线与焊缝中心面的夹角γ符合：γ>μ/2，μ=12，即：γ>6。

γ增大时，射线穿过材质的距离增大，由于吸收与发散作用，射线的穿透能力降低;被检区在底片上的影像变宽，影响检测灵敏度。

所以，γ的值不宜太大。

双壁单影透照时最少曝光次数N由下列关系式确定：

N=180，α=θ+η， sinη= R×sinθ/（2F-R）

式中：F为透照的焦距;μ为焊缝坡口的角度。

2  实验设备和方法

2.1 实验设备

（1）波动管试块：Ф380×[34+4（热套管壁厚）]mm;（2）喷雾管试块：Ф152×[24+4（热套管壁厚）]mm;（3）安全阀，泄压阀试块：Ф190×30 mm;（4）焦点尺寸为φ3×3 mm的Ir-192γ射线源;（5）AGFA D3工业级胶片，与其相匹配的显、定影液;（6）铅滤光片，厚度分别为1.0 mm、2.0 mm，按壁厚要求组合;（7）铅增感屏，前、后屏=0.25（0.20）mm;中屏2×0.1 mm按壁厚要求组合;（8）暗室处理设备、恒温洗片机等;（9）观片灯、黑白密度计、像质计等。

2.2 实验方法和步骤

按不同透照次数（5、6、7、8）分别对两种试块进行透照，暗袋放在焊缝中心平面的接管处，源放在暗袋对面。接管外环侧（不锈钢侧），与接管预堆边焊融合线成一定距离，使得入射线与对面焊缝/预堆边焊融合线的平面15°的夹角，分别进行实验，然后测量出每张底片的最大和最小黑度值，观察底片焊缝区的黑度变化情况、透照次数和底片黑度的实验结果见表1、表2[5]。

3  试验数据分析

分析表1、表2中的模拟实验数据可知：使用双壁单影透照法进行射线检验时，射线透过被检区中心部位的厚度较端部的厚度小，射线通过中心部位的衰减较小，到达胶片的射线能量较大，胶片产生较强的感光作用，底片黑度较大;相反，射线通过两端部位时衰减较大，到达胶片的射线能量较小，胶片产生的感光作用较弱，底片黑度较小。模拟试验表明，增加单条焊缝的透照次数N，控制每次透照长度，使得底片评片区的黑度差减小，满足规范的黑度要求[6]。

4  结论

综合以上的实验与讨论结果，并结合前面的理论推导，可以得出以下结论。

（1）PRZ各个接管焊缝均实施斜透法双壁单影γ射线检测。

（2）PRZ喷雾管、安全阀，卸压阀接管异种金属焊缝透照6次较为合适。

（3）PRZ波动管接管异种金属焊缝透照8次较为合适。

参考文献

[1] 施宝新.核一级稳压器喷雾阀特性分析与结构设计[J].阀门，2019（6）：10-12，15.

[2] 李庚旺.稳压器波动管湍流穿透现象数值模拟及热流固耦合分析[D].北京化工大学，2020.

[3] MuhammadAbdusSamad.基于有限元方法的稳压器波动管热应力特性分析[D].华北电力大学（北京），2019.

[4] 陈太军，谢进，谭云华，等.带隔离层镍基异种钢环缝无损检测应用[J].西部特种设备，2020，3（3）：40-49.

[5] 张玉龙.管环缝双壁单影倾斜透照中射线管窗口偏移量和抬高量的探讨[J].焊接技术，2019，48（S2）：47-49.

[6] 祁开云.浅析如何提高压力钢管焊接射线探伤一次验收合格率[J].农业科技与信息，2020（19）：121-122，128.

47-49.

[6] 祁開云.浅析如何提高压力钢管焊接射线探伤一次验收合格率[J].农业科技与信息，2020（19）：121-122，128.