核电站不锈钢水池覆面射线检测工艺探讨

　　摘要：核电站无论是"M310"第二代到"华龙一号"第三代核电技术，都设计有不锈钢水池，比如乏燃料水池，而华龙一号因设计了非能动的概念，不锈钢水池的数量显著增加，比如内置换料水池和非能动导出水池等。不锈钢水池覆面采用X射线检测，拍片工作量巨大，本文就检测过程中对射线机要求、胶片布置、前后散射线控制、像质指数、衍射现象等技术参数进行优化探讨。

　　关键词：不锈钢覆面;散射灰雾度;背散射;像质指数;衍射现象

　　1不锈钢水池结构射线检测特点

　　不锈钢水池结构特点：水池的高度最低2.846m，最高21.97m，为密闭式结构，覆面施工时设置有预留插片口。水池采用的焊缝形式是一致的，池底覆面板的厚度为6mm、池壁覆面板厚度为4mm、专用型钢与覆面板接触的内扣厚度为6mm，专用型钢内外扣间距为18mm，覆面材质为00Cr19Ni10，坡口形式为V型，坡口角度为25°，无钝边，组对间隙手工氩弧焊为4±1，热丝TIG自动焊为6±1。

　　2X射线机要求

　　采用装有铅光阑、铅屏蔽罩的X射线机，可有效地遮挡非射线检测区的射线。根据不同厚度允许的X射线最高管电压要求，透照壁厚为10mm(4+6)、12mm(6+6)，焊缝最高电压应该低于200kV，所以在选择射线机类型时尽量选择能量小的射线机，一是满足透照要求，二是能量小的射线机机身轻，便于现场移动。比如射线机XXG2005或XXG2505射线机焦点尺寸为2mm×2mm，电流固定为5mA，最大管电压为250kV，辐射角度为40°，设备使用时应进行前散射范围的测试。

　　3X射线检测透照工艺

　　3.1胶片布置方式

　　为了方便简单地布置胶片，将暗袋用透明胶带粘在1mm的不锈钢带上通过预留插片口插入到焊缝的背面，透照可以一次性布置奇数片号或偶数片号，X射线机垂直透照。不锈钢钢带起到一个胶片载体的作用，同时充当防护铅板，此种透照方式能够一次性布置多张底片，单条焊缝只需要布置2次，比原来每次透照都需要布置一次底片，明显提高了检测效率，降低了劳动强度，但是需要控制前散射以免影响相邻胶片。

　　3.2前散射线控制

　　正常透照胶片3时，相邻胶片1和5相隔一张胶片的距离(300mm)，到达胶片的前散射线需要透过钢覆面厚度+专用型钢厚度+暗袋内前铅增感屏厚度。前散射控制实验：在胶片位置2和胶片位置4布置胶片，X射线机透照胶片3，测试电压为允许最大电压值为200kV，测试搭接区域焊缝黑度为2.8～3.2左右(保证胶片中间黑度在4.0以内)，由于射线辐照区两边存有一定能量的差异，所以测试数据是一个范围值。根据表1数据显示，焦距选择700mm时，灰雾度小于0.3区的范围为30mm～40mm，冗余值少不合适。所以焦距控制在560mm～610mm之间，满足上述胶片布置方式射线透照。

　　3.3一次透照长度

　　一次透照长度要满足技术等级要求K=1.03，同时根据前散射线的影响，焦距控制在560mm～610mm，计算一次透照长度为280mm～300mm，一般取280mm。

　　3.4几何不清晰度

　　技术规定几何不清晰度Ug不大于0.3mm。专用型钢内外扣的间隙大约在18mm，按胶片离开焊缝时的最大距离为18mm，焦距选最小要求560mm来计算几何不清晰度：板厚为10mm、12mm，Ug分别为0.105mm、0.113mm，均小于0.3mm。

　　3.5背散射控制和灵敏度试验(像质指数测试)背散射防护，应采用遮挡板，为了便于操作，遮挡板由两层两种材质组成：铅护板(放后增感屏后面一起装在暗袋内)+不锈钢钢带构成。X射线检测要求胶片类型为C4及以上，由于在照相过程中胶片不能紧贴焊缝以及背散射等原因，为了保证灵敏度符合规范要求，在不锈钢水池覆面照相中采用C3类MX125型胶片，像质计放置在源侧，使用线型像质计，像质计放在每张胶片的1/4处，将其横跨在焊缝上，像质计紧贴焊缝表面，保证在底片的母材均匀黑度区域至少可见有10mm的钢丝。

　　试验中：T=10mm，胶片为MX125型胶片，胶片布置在远离焊缝的专用型钢外扣侧。实验1：增感屏+防护铅板方式。像质指数：(1)前后增感屏0.05mm+0.5mm防护铅板+1mm不锈钢钢带，满足背散射要求，灵敏度最高。(2)前后增感屏0.1mm+0.5mm防护铅板+1mm不锈钢钢带，满足灵敏度和背散射要求。实验2：选用厚后增感屏。像质指数：前增感屏0.05mm+后增感屏0.5mm+1mm不锈钢钢带，满足灵敏度和背散射要求。另外，板厚T=6+6=12mm，像质指数要求为13，实验1测试结果同板厚T=4+6=10mm测试结果。

　　实验2：前增感屏0.05mm+后增感屏0.5mm+1mm不锈钢钢带和前增感屏0.1mm+后增感屏0.5mm+1mm不锈钢钢带，均满足灵敏度和背散射要求。因防护铅板需要放置在暗袋内，所以0.5mm防护铅板尺寸需要定做，也可以用0.5mm的增感屏代替，但是有增感的那面必须背对胶片方向。由于不锈钢水池覆面射线检测照相过程中需要穿插胶片，胶片本身很容易脏，在拆封胶片时容易引起增感屏污染，需要定期清理增感屏，避免造成伪影像和白点。成堆的装有胶片的暗袋不能直接摞在一起。

　　3.6暗室处理暗室处理显、定影液采用与胶片型号匹配的药液。

　　显影的时间一般控制在4min～6min，温度控制在20℃±2℃。定影的时间一般控制在10min～15min，温度控制在20℃±2℃。为了保证显影效果，随着显影液的不断消耗，可以补充显影液，每次添加显影液不得超过显影槽中液体总体积的2%或3%，当加入的补充液达到原显影液体积2倍时，药液必须更换。

　　4常见缺陷评定

　　4.1夹钨

　　由于钨的密度比不锈钢大，射线难于穿透钨金属，因而在底片上表现为白的亮度特征，与其他缺陷的影像颜色相反，如果能测黑度的话，夹钨处黑度极小，大多数单个出现，形状有条状、圆状、三角形等，常出现在手工氩弧焊中，结构中拐角处易见。

　　4.2夹渣

　　不锈钢焊缝也存在夹渣(杂)，多层焊时，每层焊道间的氧化物未清除干净，焊丝或母材上占有杂质物，周边清洁度不能满足要求，经常有杂物落入焊道内，缺陷有呈方块或长方块，也经常存在近似圆形的影像，轮廓不太清晰，不像气孔边缘圆滑，一般带有棱角。手工氩弧焊和热丝TIG自动焊中都存在由于焊接环境影响，底板焊缝缺陷居多，横缝在坡口上缘位置会存在断续的点状影像，主要是专用型钢背面灰尘掉落清理不干净而焊接的缘故引起的。

　　4.3气孔

　　气孔有单个的，密集的，呈黑点或者黑色圆形、椭圆形，轮廓比较圆滑、清晰，其黑度中心较大，至边缘稍减小。

　　4.4未熔合

　　焊缝的坡口形式是没有钝边的，专用型钢充当垫板，手工氩弧焊的间距为3mm～5mm，自动化间距为5mm～7mm。未熔合由焊接工艺不恰当、焊接电流偏小、电弧过长、焊接线能量不足、焊接行走速度过大等原因造成。此类未熔合出现在焊缝的中间，有长条的、有局部的、面积型，有一定的宽度，影像比较淡，自动焊居多，一般情况下通条焊缝都会存在同样的问题。

　　4.5坡口未熔合

　　因电弧偏在坡口一边，焊接速度过快造成，坡口未熔合影像一般分布在焊缝边缘，影像比焊缝中间未熔合要窄，沿着坡口方向呈直线黑线，有一定的长度。

　　4.6不锈钢衍射现象

　　不锈钢水池焊缝衍射影像主要以线型为主，一般情况有存在焊缝中间单根黑线、对称的双黑影像、偶尔也存在3根黑线情况，此类影像一般连续，长度较长，影像的宽度在0.5mm～1mm左右，影像边界模糊、不清晰，可以参照参考底片确认衍射现象的宽度、位置、类型。同时可以改变照相的方法：使用最高电压(照相时电压控制在180kV～200kV);将胶片放置在最远离焊缝侧;在X射线机头放置不大于0.3mm的铅滤光板进行检测。使用参考底片比对和改变照相的方法都无法判别是否为衍射现象时，应按缺陷评定。

　　5结论

　　(1)采用装有铅光阑、铅屏蔽罩的X射线机，焦距控制在560mm～610mm，一次透照长度为280mm，采用奇数和偶数布片方式照相，符合标准对射线检测工艺要求，检测效率明显提高。(2)不锈钢覆面射线检测背散射防护时采用遮挡板由两层材质组成：铅护板(放后增感屏后面一起装在暗袋内)+不锈钢钢带构成。

　　(3)前后增感屏0.05mm+0.5mm防护铅板+1mm不锈钢钢带，满足背散射要求，灵敏度最高。(4)不锈钢焊缝也存在夹渣(杂)，主要由于多层焊时，每层焊道间的氧化物未清除干净，焊丝或母材上占有杂质物，周边清洁度不能满足要求，经常有杂物落入焊道内造成的。(5)X射线衍射影像可以通过对比参考底片和改变照相的方法进行辨别。

　　参考文献：

　　[1]强天鹏.NDT全国特种设备无损检测人员资格考核统编教材.射线检测，第2版.北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

　　[2]NB/T20003.3-2010核电厂核岛机械设备无损检测第3部分：射线检测.

　　[3]福建福清核电5、6号机组技术规格书-4.08不锈钢覆面现场焊缝射线检验方案.1188JT0408B版，2014.

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