核电用冷凝罐BOSS焊缝的射线检测

孙 彪，闫 超，孟 帅，程宏霞，苗畅颖，原 瑜

(青岛兰石重型机械设备有限公司，青岛 266426)

核电用冷凝罐安装于差压式变送器的测量管线上，主要作用为冷却管线中的水汽，避免其在仪表管线中冷凝积累。核电厂冷凝罐BOSS焊缝主要是指小支管与筒体的安放式角焊缝，装焊工艺通常为先将带坡口的棒材安放在筒体上(预钻孔)，完成施焊，再对棒材钻孔，最终形成BOSS焊缝。在实际检测过程中，不能对BOSS焊缝的内部缺陷进行渗透检测，同时按客户要求增加了体积型缺陷辅助检测，超声检测也无法对此类结构较小焊缝进行检测，只能选择射线检测方法[1]。

以筒体尺寸为88.9 mm×7.62 mm(直径×壁厚)，接管外径为26.5 mm，单壁厚度为10.25 mm，高度为27 mm的BOSS焊缝为例，参照标准RCC-M-2007 《压水堆核岛机械设备设计与建造规则》的要求，对射线检测工艺进行研究。

1 结构及参数

1.1 基本结构

冷凝罐基本结构如图1所示，BOSS焊缝结构如图2所示。

图1 冷凝罐基本结构示意

图2 BOSS焊缝结构示意

1.2 焊接及检测要求

对于BOSS焊缝，考虑到焊材填充量以及接管直线度的要求，焊工施焊难度较大，该焊缝坡口角度为30°，母材为Z2CND18-12控氮不锈钢，焊材为ER316L奥氏体不锈钢焊丝，焊丝直径为2.0 mm，综合考虑，采用手工钨极氩弧焊对此类接头施焊。

按照分批生产的原则，一般每批为2030台，按批次对BOSS焊缝抽取3%(不足3条，按3条)进行射线检测。如发现不合格，则在同批焊缝中再抽取4条焊缝进行射线检测；如仍有不合格，则对该批所有焊缝进行射线检测。

2 射线检测工艺制定

2.1 透照设备的选择

根据RCC-M-2007标准中关于透照设备的要求，BOSS焊缝最小透照厚度为20.5 mm，现有的450 kV(额定电压)X射线机(COMET MXR-451/26型)符合标准要求。

对于X射线源，焦距参考插套焊焊缝的要求，应大于支管外径的10倍，假定焦距为850 mm，以C3等级胶片为例，通过计算获得450kV射线机的曝光参数(见表1)，X射线检测的对比度和清晰度高，曝光时间短，工作效率高。

表1 450 kV射线机的曝光参数

2.2 像质计的选择及摆放

根据RCC-M-2007标准要求，像质计应符合标准BS EN 462-1-1994 《中英文版 无损检测-射线底片质量 第1部分：像质计 图像质量评价》，识别丝号按BOSS焊缝两个管壁的厚度(两层壁厚)进行选择，由于此结构余高变化量较大，可适当加余高，需看到12号丝，像质计型号为10 FE EN。

像质计的摆放方式有2种，分别为钢丝平行于焊缝或垂直于焊缝(见图3)，标*处代表需要识别的像质计的钢丝。

图3 像质计放置方向示意

如果平行放置，接管高度为27 mm，像质计长度为70 mm，宽度为30 mm，没有太多的摆放空间，所识别的钢丝也不能放置于焊缝位置，且透照厚度变化较大，像质计的丝径显示不能够代表真实的灵敏度，因此该放置方式不合适。

像质计垂直焊缝放置时，可以把要识别的钢丝放置在接管孔中心，铅字标识放置在母管上，这样，像质计钢丝显示较长，焊缝处的丝径也能够代表真实厚度的灵敏度，故选择像质计垂直焊缝放置[2]。

2.3 胶片技术、胶片等级、增感屏的选择

参考RCC-M-2007标准，由于BOSS焊缝的直径小，透照厚度差比较大，为提高底片宽容度，选择双胶片技术进行透照。因透照设备为X射线机，胶片等级选择C3类胶片，如锐珂MX125型胶片。

选用管电压小于400 kV的X射线机，透照厚度小于30 mm时采用双片技术，可不用中屏，增感屏选用前后0.1 mm厚的铅箔。

2.4 透照方式和方向的选择

参考相关标准发现，BOSS焊缝结构的透照方式，都是支管内侧贴片，支管外侧放置放射源，沿支管垂线方向，向支管侧偏移0°10°进行透照，因为产品支管内径太小且无法布片，所以参考小径管的焊缝结构和插套焊焊缝结构的检测方式，选择平面法进行透照。

接管和筒体焊缝相贯线曲率半径变化较大，参考插套焊的透照方式，透照两次，两次相隔90°，一次沿筒体的周向方向透照[见图4(a)]，一次沿筒体的轴向方向透照[见图4(b)]。

图4 透照方向示意

沿筒体的轴向方向透照时，底片上显示的透照区域范围小，焊缝及热影响区母材轮廓不清楚，会造成母管焊缝根部缺陷漏检。沿筒体周向方向透照时，底片上焊缝及母材轮廓非常清晰，能够全部投影到胶片上，透照区域尺寸大(见图5)，因此，选择周向方向透照一次。

图5 两种透照方向的检测底片

2.5 底片黑度的要求

参考RCC-M-2007标准中的黑度要求，单片观察时黑度为2.0～4.5，双片观察时黑度为2.7～4.5，且两张底片评定区内相同点黑度差应不大于0.5。

2.6 评定要求

根据此类冷凝罐产品的技术等级要求，BOSS焊缝理论厚度为10.25 mm，按RCC-M-2007标准进行验收，不允许出现以下缺陷：① 裂纹、未熔合、未焊透或咬边;② 直径大于3.41 mm的气孔;③ 在123 mm长度上，累计尺寸大于10.25 mm的线状或密集气孔。间距小于较大气孔尺寸6倍的气孔，可视为同一线状/密集气孔;④ 夹渣长度大于6.83 mm;⑤ 在123 mm长度内，累计尺寸大于20.5 mm的夹渣组，相邻间距小于较小缺陷长度的6倍，可视为同一夹渣组。

3 工艺验证

采用上述工艺进行验证，单片观察时支管孔中心(箭头处)能够清楚地识别所需灵敏度所对应的12号钢丝(见图6)。双片观察时，黑度最小区域为支管内孔根部1#点，黑度为2.92，满足标准要求(2.73.5之间)，支管侧中心孔焊缝2#点黑度大于4.5，单片观察时，测量3#点黑度为2.8，4#点黑度为2.1，且两张单片同位置黑度差值小于0.5，由此可见，该射线工艺的黑度及灵敏度均满足标准要求(见图7)，可以执行该检测工艺。

图6 像质计灵敏度观察结果

图7 单双片黑度观察结果

4 实际产品检测中的应用效果

在产品制造过程中，按上述射线检测工艺，对该类产品多批次的BOSS焊缝进行射线检测抽检，发现多类型危害性焊接缺陷，例如根部未熔合、未焊透、层间未熔合等，共抽查BOSS焊缝69个，发现层间未熔合5处，气孔2处，根部未焊透3处，缺陷检出率高(见图8)。

图8 典型缺陷底片

通过相关的缺陷分析，得出缺陷产生的原因，做出相应的整改措施。焊接打底后和内孔机加工钻通后，应使用内窥镜对焊缝根部成型进行目视检测，以确保根部焊接质量。焊接过程中应增加互检、专检的次数，采用多层多道焊接，保证单道焊道厚度为23 mm，避免单道焊道过厚所产生的层间缺陷。

在后续的产品制造过程中，对该类焊缝结构进行射线检测抽检，合格率为99.4%。说明整改措施大大提升了产品质量。

5 结语

分析了冷凝罐BOSS焊缝的射线检测工艺，重点解决了像质计摆放和透照方向等技术难点，经检测验证，底片成像质量符合相关标准要求，而且能够有效提高层间未熔合、根部未熔合、未焊透缺陷的检出率，提升核电产品的合格率。该射线检测工艺能够满足产品BOSS焊缝的质量检测要求，值得推广应用。