某核电工程支管射线检测方法探讨

某核电工程支管射线检测方法探讨

据不完全统计，在设计核岛时，在270天内，无法进行标准波束试验的200个分支的螺纹。对此工程问题,业主单位、设计、施工单位都给予了足够的重视,并根据规范提出增加层间液体渗透检验的补充要求。但由于规范要求、施工管理、支管设计等各方面的制约,支管无法射线检验问题仍未彻底解决,文章就此工程问题作出分析并提出建议和解决办法。1支管接头检验根据RCC-M2000《压水堆核电机械设备设计和建造规则》标准规定,对于RCC-M2、3级安放式和插入式支管焊缝焊后状态的射线检验为:①内径大于60mm且外径小于114mm时,贴一张胶片(如果该胶片上发现不合格缺陷,则应对该焊缝进行100%的RT检验)。②外径大于114mm时,RCC-M2级100%检验,RCC-M3级进行10%检验。③NA级支管接头抽样检验比例5%,其余要求同RCC-M3级。另外,在RCC-M2000MC3312.5.3规定:①安放式支管贴片位置为支管内壁。②插入式支管贴片位置为支管内壁或外壁。根据管道布置设计图纸及现场无损检验人员反馈,现场安装的支管全部为安放式结构,故此处的研究对象为安放式支管焊缝的射线检验。2工程困难和解决方案2.1支管和胶片的固定若需满足内壁贴片的规范要求,检验时机应选取在支管焊接完毕并且支管侧未封闭的状态,只有在满足可达性的条件下,无损检验人员才可以按规范要求把胶片手工固定于支管内壁,并采用源在外的透照方式进行正常透照,但是由于以下工程原因,上述标准操作难以实现:①可达性差,包括支管直径过小、长度过大等原因造成的手工贴片困难。②对于RCC-M3级及NA级支管,由于此规范级别的支管数量大而且先焊接后抽批,待RT检验时,抽中的支管可能由于施工安排已封闭,支管内壁无法贴片。针对以上问题,拟从设计角度并结合RCC-M级别要求分别给出解决方案。2.2解决方案2.2.1支管长度设计要求为保证支管射线检验的顺利进行,在不影响其他设计要求的前提下,支管设计长度需控制在300mm以下。特别对于内径60mm至外径114mm的此类规范有要求但可达性差的支管,应尽量保证长度在200mm以下,从而从设计源头保证建议的可达性。2.2.2再进行焊接的质量控制在施工过程中,对于要求100%RT检验的RCC-M2级支管焊接,可通过以下措施保证质量:(1)支管焊口必须在RT检验后再进行后续焊接,建议施工单位加强焊接进度管理和无损检验工作的配合协调,并设置类似停工待检点的工作程序,防止RCC-M2级支管出现支管侧封闭,造成内壁贴片不可达从而无法满足规范要求的情况。(2)对于支管过长、源布置空间受限等其他原因造成的无法进行RT检验的,应在焊接过程中补充进行分层PT检验,并报设计确认。(3)对于重要系统的碳钢材质支管接头,可附加超声波检验。2.2.3双壁单影射线检验,满足低层间pt针对抽批10%的RCC-M3级支管焊缝和抽批5%的NA级支管焊缝,考虑到人工与进度因素,现场支管焊缝全部停工等待RT抽检在工程中操作性差,在现场已执行的措施是对RCC-M3级和NA级支管焊缝在焊接过程中进行分层PT检验,但现场由于多方面原因仍有漏检,造成未进行层间PT检验并且已经无法贴片的状态。针对支管焊缝不可达且并未进行层间PT的现实情况,经过与现场无损检验人员技术探讨并经过一定的实践检验后,初步认为对于不可达的安放式支管焊缝可进行双壁单影射线检验,验收标准同RCC-M规范。由于支管焊缝是空间曲线,在马鞍形空间曲线上透照厚度变化大,无法在各个位置均满足规范要求的黑度值处于2.7至4.5,导致满足黑度要求的一次透照胶片长度有限,一个支管焊缝需要约8次甚至更多次数的曝光才可以满足整条焊缝100%透照。在检验技术上可通过以下措施提高宽容度:①一次曝光,暗盒装有两组双片(胶片类型不同)。②进行多次曝光,以满足黑度要求。以上措施可以改善胶片质量,同时对于这种空间复杂曲线的马鞍形焊缝,还需要明确焊缝上任意位置贴片时的焦距、源的定位、透照厚度、几何不清晰度。上述参数是选择曝光量,确定一次有效贴片长度的必要输入参数,并最终决定射线检验质量。曾有同行探讨过特殊规格如等径三通、支管特殊位置的透照参数计算问题3单阴影单民事透视模型的构建3.1射线源位置的影响要建立模型,确定射线检验的透照条件,需要明确初始条件与透照参数的关系。首先以图表的形式确定模型的各参数的关系,见图1。因模型计算的是马鞍形焊缝上的一点的透照参数,故贴片位置定义为所要透射的焊缝上特定一点的空间位置。图1中注(1)表示对应的初始条件仅是其影响因素之一。需要解释的是,坡口型式和焊接工艺决定了缺陷产生的类型和取向,射线源与所检测焊缝必须成一定的入射角度以利于缺陷的检出,故坡口型式影响着源的放置位置。一般来说源的位置应处于支管坡口面的外延平面上或与此平面呈一定的角度(<103.2维协同模型基于3.1透照参数关系分析,使用三维制图软件Solidworks建立三维模型,同时建立坐标零点,并在模型中实现初始条件的参数化,从而进一步通过模型计算各个透照参数并分析其影响因素。3.2.1模型坡口为方便说明,建立模型及坐标系如图2所示,给定初始条件如下:支管规格为φ323.8mm×8mm+φ114.3mm×2.9mm;焊角高为4mm;坡口型式为单边V型;胶片至焊缝表面距离为4mm;源尺寸为3mm×3mm(仅在计算几何不清晰度时使用,模型中简化为一一点)。3.缝的透照部位分析给定支管的规格后,按照正常的射线检验规程考虑对这样一条马鞍形空间焊缝如何合理布置胶片。由于直支管马鞍形焊缝在坐标系中4个卦限内是对称分布的,故只需考虑1/4的马鞍形焊缝(第二卦限)进行透照的情况,如图3(a)所示。此处选取透照平面夹角为60°(即剖面与XOZ面的夹角)为例进行分析.如图3(b)所示明确了贴片位置(见图1的初始条件),就可以反推出源的所在平面。考虑尽可能得到最大的一次贴片长度，选取源的位置位于主管外壁上。3.2.3支管坡口点位置的识别要保证射线方向对根部未焊透及危害性裂纹等缺陷具有最高的检出率，了解坡口形式和焊接特点是非常重要的。工程上安放式支管采用的是单边型坡口,在Solidworks中定义射线方向必须通过支管所开坡口的端点,并根据坡口角度给定射线束与支管轴线夹角呈60°,以利于检出支管坡口平面可能出现的焊接缺陷,如图4(a)所示。这样射线束在透照平面上与母管的外壁交于一点,这一点就是对贴片位置处焊缝具有最佳检出率的射线源的精确位置,如图4(b)所示S点。通过以上步骤，在已知支管规格、坡口形式、贴片位置点的条件下,根据射线检验特点和焊接坡口形式所得的几何关系就完全定义了射线源的位置,因此在Solidworks中即可直接读取射线源S的空间坐标(一93,161.09,16.22)。同时,于基Solidworks的智能尺寸功能3.2.4透照厚度计算S通过3.2.1至3.2.3步骤,选取透照平面和根据坡口特点反演出射线源的位置以后,所有驱动尺寸和几何关系已经完全定义。焦距可通过智能标注工具直接得出，数值为281.50mm,如图5所示。此时，可定义以下4点来计算透照厚度:射线束与焊缝内壁交点W;,见图6;射线束与焊缝外壁交点W2.见图6;射线束同母管外壁交点W1,见图7;射线束与母管内壁交点W通过智能尺寸标注工具直接测量两次的穿透壁距享,两个穿透厚度的累加值即实际透照厚度。至此,得到了3.2.1节给出的支管焊缝在透射平面夹角60°时射线检验的实际透照厚度TA和焦距F为:TA=母管部分透照厚度+支管焊缝部分透照厚度=11.70+4.07=15.77mmF=281.50mm(未计算焊缝表面至胶片距离)3.2.5透照模型参数的确定3.2.1节至3.2.4节透照参数的反演过程只限于透照焊缝的指定的一一点即图1中定义的贴片位置,相当于仅仅明确贴片中心位置的透照参数。在实际工程中,为保证透照的经济性和工程的可行性还必须考虑一张胶片范围内的透照条件:总透照厚度、检验区透照厚度、焦距,明确了上述条件才可选择适宜的曝光量以及计算几何不清晰度,这对提高成像质量是十分有必要的。同时射线束在焊缝各处的入射角度与坡口的几何关系也是十分重要的问题，其直接影响到裂纹缺陷检出率。通过3.2.3节反演步骤，可确定给定位置射线源在任意透照平面角度下的透照参数,当然针对单张胶片可以推算出胶片范围内的透照参数。图8是透照模型参数示意图(透照平面夹角45°TA=母管部分透照厚度+支管焊缝部分透照厚度=13.25+5.43=18.68mmF=279.24mm(未计算焊缝表面至胶片距离)射线束与支管轴线夹角58.3°(几何角参见图4(a)的定义),同理,可得源S在图3(a)定义52.5°,67.5°,75°处焊缝的实际透照厚度和焦距，结果详见表1。在此例给出的初始条件下,透照厚度变化约3mm,射线束与支管轴线夹角变化约2°。可见,此模型可以有效计算出源S在任意焊缝位置的实际透照厚度、焦距、射线束与坡口角度。同时,该模型也可用于计算射线检验中的重要几何参数影响。例如,为了提高裂纹检出率,可假定并在软件中标记不同的裂纹开口宽度,裂纹截面形状,从而在不同的透照几何条件下计算裂纹形态参数与透照几何条件的关系。3.2.6几何不清晰度验证几何不清晰度公式:式中:U为几何不清晰度,mm;d为射线源有效焦点尺寸，mm;α为被检区射线入射表面至胶片距离,mm;F为射线源至胶片距离,即焦距,mm。几何不清晰度是影响照相清晰度的重要因素,在RCC-M规范中对几何不清晰度有着严格的限制。将3.2.4节和3.2.5节所得数据代入式(1),取胶片至焊缝表面距离4mm,得;从上述结果看出,在给定的初始条件和胶片范围内,几何不清晰度满足规范要求(采用192Ir射线透照,几何不清晰度应不超过0.3mm)。贴片位置中心点的几何不清晰度为最小值,随着焊缝空间形态的变化,几何不清晰度有所增大,并且在同一胶片不同位置几何不清晰度变化速率有所不同,对于母管支管直径比较大的情况下尤其要注意计算,因为其同时也影响到一次有效透照长度值。4相关从动尺寸的自动计算在对第3节建立的模型的驱动尺寸和几何关系完全定义以)后,使用SolidWorks软件自动生成系列零件设计表的功能如图9所示，利用建立起的完整的支管双壁透照的参数模型，可以方便地通过Excel表格输入数据驱动模型，立即可得到相关从动尺寸,同时可利用Excel的公式功能自动计算所需要的参数。例如,输入以下参数(即驱动尺寸):母管规格323mm×8mm;支管规格323mm×8mm;焊角高10mm;照角度65°(参见图4(a));源所在平面45°(参见图3(b));剖面所在平面29°(参见图8(b))。然后,即可直接自动获取所有从动尺寸(透照厚度、焦距、射线束与坡口夹角等),同时可在Excel中输入公式，自动计算几何不清晰度,如图10所示。通过以上例子说明,此模型可以通过Excel表格快速自动计算任意规格、任意角度支管的透照厚度总厚度T5几何不清晰度的控制提出了一种基于S(1)根据模型确定在任意位置的透照参数时,要注意到固定源的透照角度在马鞍形焊缝上是不断变化的,其有效的裂纹检出角也在变