目前汽水分离再热器的无损检测啊

汽水分离再热器的无损检测

摘要：核电站用汽水分离再热器结构复杂，无损检测按英国国家标准和法国ALSTOM公司工程标准进行。本文对汽水分离再热器的无损检测做了全面的论述。

关键词：核电；汽水分离再热器；英国标准；无损检测

汽水分离再热器（MSR）为核电常规设备，由主壳体、新蒸汽换热器和乏蒸汽换热器组成，其无损检测按《BS 5500 非受火熔焊压力容器规范》第5 章“检查和试验”执行，该章规定了无损检测的应用范围、检测阶段、检测人员资格、焊缝的无损检测技术、检测方法的选择、检测报告的记录要求及无损检测发现的焊接缺陷的验收标准。焊缝的无损检测标准为英国标准：射线检测按BS 2600 及BS 2910，射线灵敏度的确定应依据BS 3911；超声波检测按BS 3923

第1 部分2B 级；磁粉检测按BS 6072；着色检测按BS 6443。由于英国标准的适用范围、仪器技术指标、检测参数、系统灵敏度、缺陷的判别及评定与ASME规范及JB 4730 标准有很大的差别，有许多技术难度，因此做了以下技术工作。

1 编制厂化规程

在翻译相应的英国标准及ALSTOM公司工程标准后，编制了用于汽水分离再热器的无损检测规程：HG-N100着色检验规程、HG-N201磁粉检验规程、HG-N302 钢熔化焊对接接头射线检验规程、HG-N405 碳锰钢和低合金钢全焊透接管/支管焊缝超声波规程、HG-N406 碳锰钢和低合金钢全焊透管材和钢板对接焊缝超声波规程、HG-N410 汽水分离再热器碟形封头/ 项盖/ 管板全焊透环缝超声波规程、HG-N411给水加热器和汽水分离再热器全焊透壳体/管板焊缝超声波规程、HG 181/0006 管板堆焊着色检测、HG /Q8.05032 汽水分离再热器管板堆焊超声波检验规程。

与ASME及《JB 4730 压力容器无损检测》不同，英国标准（BS）非常细化。例如射线检测技术标准为BS 2610、BS 2910，象质计及选择等级在BS 3971中，验收标准在BS 5500 表5.7（1）及表5.7（4）中，显得比较分散，因此在编制上述规程中，将每种检测方法所规定的技术要求有机地结合在一起，这样执行起来更方便。

2 射线检测

2.1 底片黑度

RT底片黑度要求严格，如ASME要求底片黑度范围为1.8 ~ 4.0，而HG-N302 要求为2.0 ~ 4.0 之间，其中2.0~ 3.0 最适宜，在焊缝余高保留的情况下，满足其要求非常困难，对整体照相工艺参数要求更严格。例如：在对T=6 mm 焊接工艺评定试板进行RT时发现，该焊缝余高为2.8 mm，即满足BS5500 表5.7（3）焊缝余高0 ~ 3 mm 合格的情况下，要使焊缝余高及母材处的黑度同时满足2.0 ~ 4.0 的黑度范围比较困难，若通过提高管电压来增大宽容度，则IQI 灵敏度又难以满足（注：BS 灵敏度要求比ASME、JB 4730 高），最后只好对焊缝余高提出了更严格的要求，即要求该厚度焊缝余高不能大于1.5mm。表1 列出了汽水分离再热器焊缝的RT照相参数。表0 射线检测用工艺参数

2.2 双壁单影象质计选择

由于N302、N303对双壁单影象质计选择叙述不太明确，经仔细研究BS 2910它是系统级层次上的信息融会控制技术，提出了MSR双壁单影象质计选择的推荐方法：（1）依据单壁焊缝厚度选择象质计灵敏度；（2）将（1）所得的象质计百分比灵敏度乘以2，该值即为象质计放置于射源侧所需达到的象质计百分比灵敏度（参照BS2910：1986第13.1条注1）。（3）制作一个与产品相全部工程完工后同规格的短试样（长约300 ~ 400 mm），将两只合适的象质计分别置于内外焊缝上，采用与产品相同的曝光条件拍摄一张参考底片。射源侧象质计灵敏度应达到（2）数值。同时测量并记录下胶片侧相应象质计灵敏度（参照BS2910：1986 附录C）。实际产品照相时，将象质计放置于胶片侧并放”F”铅标记以示之。所拍产品焊缝底片象质计灵敏度应达到（3）所测数值。

例如某一工件单壁焊缝厚度为8 mm，可按如下步骤选择象质计：

（1）根据HG N302 展会主办方更将在A区及B区的展会观众入口表1 查得单壁透照时所要求达到的象质计百分比灵敏度为1.6%，8X 1.6% = 0.128 mm 取d = 0.125 mm。

（2）双壁单影透照时，射源侧需达到1.6% x 2 = 3.2%，d = 8 x 3.2% = 0.256 mm，取d = 0.25 mm。

（3）在对比实验参考底片上射源侧象质计应达到d=0.25 mm，若此时胶片侧发现d=0.20 mm 钢丝影像则记录这个数值位居全国同行业第1。

（4）实际产品底片评定时，若象质计（胶片侧）达到d=0.20 mm 就认为该象质计灵敏度达到了标准BS2910：1986的要求。

2.3 汽水分离再热器γ照相技术的引进

由于N303、N303 规定的射线设备都是X光机，对于现场环缝照相，布片对位麻烦，检验周期长，如汽水分离再热器壳体每条环缝需拍63 张底片，若采用普通的X光机单壁外透法照相，每张底片曝光时间至少需要5分钟，且多次拍片对X光机的损耗很大。为此，利用一块与汽水分离再热器壳体厚度（T=30 mm）相同的焊接试板，采用与汽水分离再热器壳体环缝空间条件相同的布片条件用Ir-192γ源进行周向曝光透照试验，最后得到了满足BS 261如果夹具按结构划分0、BS2901、BS 3971、N302、N303 的合格底片，透照条件为：Ir-192γ源80 居里，曝光时间2 小时，焦距f=2700mm、胶片KODAK AA，前增感屏0.15 mm pb。然后依据BS 5500 5.6.6.1条：如果能证明可以达到相似的灵敏度，允许采用其它的技术。经与法方协商同意后，将采用Ir-192对汽水分离再热器壳体环缝进行射线照相技术编入HG-N302 规程中。对环缝的射线检测中，采用Ir-192γ射线周向曝光，一次检测整条环缝，底片照相质量、底片黑度、灵敏度完全满足标准要求，提高了检测效率，缩短了检测周期。同样，采用Co-60γ射线对新蒸封头) 水室环缝实施周向曝光技术，替代了采用4MeV加速器单片分段检测技术。

2.4 乏蒸汽内部管道焊缝双壁单影法及双片技术的组合使用

乏蒸汽内部管道为弯管/直管、弯管/ 弯管不等厚对接环缝，用常规X射线单壁单影、双壁单影或γ射线周向曝光技术或不能实施、或不满足技术要求，为此尝试采用Ir-192γ射线双壁单影透照，并采用双片曝光技术组合评片方式，试验结果良好。采用双壁单影保证了几何不清晰度要求，采用双片组合评片观测，增大了底片宽容度，保证了底片黑度要求；采用定向探头，使射线束集聚，对位更加准确，减少了大量的散乱射线，降低了散射比，进一步提高了底片成像质量，满足了象质计灵敏度要求，最终解决了现场弯管结构及不等壁厚所造成的射线检测困难。

2.5 底片的贮存、包装及标识

对汽水分离再热器底片包装进行了严格的技术管理。首先，底片的包装必须封装在原胶片制造厂提供的原装胶片盒内，底片之间夹纸分隔，双片时除中间夹纸外，另加一折纸加以包裹，与相邻底片分开。每个部件的检验底片独立存放，先用透明袋予以热密封抽真空，再放入大的底片盒中（通过密封袋可看清部件清单），封盒后数盒底片并入运输盒内。从最终装入密封防水的整台产品清单中，可清楚识别运输底片的所有信息，此类包装及运输法对于射线照相底片的贮存、包装及运输，有指导和借鉴作用。

3 超声波检测

3.1 超声波探头的设计

汽水分离再热器超声波检测用探头的综合性能指标要求很高，其直探头应满足ESI 98 - 7 标准，斜探头应满足ESI 98 - 2 标准。汽水分离再热器壳体壁厚为30 mm，封头壁厚为35 mm，插入式接管壁厚为17.5 - 160 mm中国在天然橡胶和合成橡胶市场都占据最大比例，板质为低合金钢。超声波探头的频率一般可选为2.5 MHz 和5 MHz，选用较高频率时，具有脉冲宽度窄、分辨力高、指向性好等优点，缺点是当某些方向性缺陷的法线与主声束轴线之间的夹角较大时，回波波幅低。由于汽水分离再热器产品焊缝的超声波检测中采用多种角度（0°、45°、60°、70°）探测，故对不同方向的缺陷都有很好的检出效果，因此选择检测频率为5MHz。晶片尺寸也是探头的一个重要参数，晶片尺寸较小时具有近场区短的优点，但DAC的曲线较陡，晶片尺寸较大时具有DAC曲线平缓的优点，但近场区长，所以选定晶片的有效直径为10 ~ 15 mm。汽水分离再热器的超声波检测中需要单直探头、双直探头和单斜探头，对于双直探头，由于其延迟块为可修磨的塑料，可以修磨成与工件曲面形状相吻合，声耦合条件大大改善。最后完成了单直探头（5P14Z、5P20Z）、双直探头（5P14/2 X 2、5P20/2 X 2、5P10 X 12 X 2）、单斜探头（5P13 X 13 X 38、5P13 X 13 X 45、5P13 X 13 X 60、5P13X 13 X 70）的设计工作。另外，还从德国购买了用于管板堆焊层超声波检测的ESMB 4H 双晶直探头（频率4MHz、晶片尺寸ф11 mm）。

3.2 超声波缺陷分类与定量检测技术

超声波检测具有检测速度快、成本低、对危害性缺陷灵敏度高的优点，因此广泛应用于焊缝内部缺陷的无损检测中，也存在显示不直观、对检测人员技术水平要求高的特点。ASME 规范与JB 4730 标准仅要求测定缺陷的回波幅度及指示长度（采用6dB法和50%DAC法），而英国标准对超声波检测人员的水平要求更高，BS 3923 有关于回波动态波形的4种分类（波形1，波形2，波形3，波形4），缺陷类型的6 种分类（点状、线状、体积状、平面状、多重性、根部轮廓）、测长方法有6dB、最大波幅法和20dB 法，不仅要测定缺陷的长度，还要测定缺陷的高度，按BS5500对缺陷评定时，又将缺陷分为平面纵向显示：显示具有平面性，它平行或近似平行于焊缝轴向（即纵向裂纹、侧壁未熔合、层间未熔合）；平面横向显示：显示具有平面性，它位于焊缝轴线横向（即横向裂纹）；平面性表面：显示为平面纵向显示或平面横向显示，它位于邻近表面的0.25 壁厚或6 mm 范围内，两者取小者（即纵向和横向裂纹、侧壁未熔合、根部未熔合或根部未焊透）；多重显示：密集或成群显示，适用于在所用灵敏度下按照单个显示无法评价时（即密集或成群空穴或夹渣）；体积显示：显示具有可测量长度或可测量壁厚方向通透尺寸的特征，并且不能定为平面性显示（即线性或球形孔穴或夹渣）；线性显示：显示有测量长度但没有测量宽度或壁厚方向尺寸的特性，并且不能定为平面性显示（即线性夹渣）；独立显示：显示不能测量尺寸，但在选用灵敏度下能与邻近的显示区分开。因此操作起来非常困难，在此情况下，焊制了带有缺陷的典型坐式接管焊缝，进行对比试验，掌握了超声检测波形分类及测长技术。

3.3 插入式全焊透接管角焊缝的超声波检测

水分离再热器插入式全焊透接管角焊缝的超声波检测采用HG 使应变丝产生附加变形而酿成的电阻变化；N405 规程，该规程依据BS 3923 和ALSTOM工程标准N405 编制。BS 3923 标准将两连接管之间的焊接接头分为三类：分支焊缝、接管焊缝和管接头焊缝。分支焊缝小径管的直径大于等于大径管的一半；接管焊缝小径管直径小于大径管直径的一半；管接头焊缝是接管焊缝的一种，其小径管内径小于等于120 mm，壁厚