核电设备安装中无损检验方法替代分析

摘要：某核电站现场安装过程中多次出现无损检验不可达问题，以现场预制设备换料水箱（PTR001BA）安装过程中出现的射线检验不可达和管道安装过程中出现的射线检验不可达情况为例，论述现场焊缝无损检验不可达的处理方法，以便在核电站建设过程中避免类似问题的出现和提供处理类似问题的方法。

关键词：无损检验；射线检验；渗透检验；磁粉检验；超声波检验；可达性

Abstract: Inaccessibility of NDT appears occasionally in some nuclear plant under construction. The methods to deal with the accessibility of NDT is discussed by the example of RT inaccessibility for PTR001BA and pipe installation at site, in order to prevent the similar questions and provide the solution.

Keywords：NDT；RT；PT；MT；UT；accessibility

中图分类号：TM623 文献标识码:A

一、引言

无损检验是有效执行过程控制和质量验收的重要手段。核工业无损检验更强调其检验过程的控制。设计人员应考虑无损检验方法的适应性和提供检查的可达性。对检验方法的选用和确保检验的有效性是设计人员的责任。

常见的焊接接头缺陷种类有气孔、夹渣、未熔合、未焊透以及裂纹等。任何缺陷对焊缝都有不同程度的危害，为了保证焊接件的质量和安全运行，必须对焊接件进行无损检验。

常用的无损检验方法有：目视检验（VT）、磁粉检验（MT）、渗透检验（PT）、射线检验（RT）和超声波检验（UT）。

目视检验分为直接目视检验和间接目视检验。直接目视检验应用肉眼进行观察，必要时，可使用放大镜。无法直接目视检验的区域，可采用间接方法进行检验，如使用内窥镜、反射镜、光纤等合适的方法或仪器。主要优点是简单、快速。仅适用于部件的表面检查。

磁粉检验是利用导磁金属在磁场中被磁化或被通以电流而产生磁化，当铁磁性材料表面或近表面存在缺陷从而导致该处的磁阻有足够的变大时，在材料表面空间可形成漏磁场，通过显示介质来检验缺陷特性的一种无损检验方法。适用于铁磁性材料板材、管材、锻件及焊接接头等。只能检验表面与近表面缺陷。

渗透检验是以毛细作用原理为基础的检查非疏孔性材料表面上开口缺陷的一种无损检验方法。适用于金属和非金属板材、锻件、管材及焊接接头等[1]。

射线检验是利用射线透过物质时其强度有衰减，而缺陷处的衰减程度与周围完好部分不同，从而在底片上产生不同黑度的影像来识别物体中缺陷的一种无损检验方法。缺陷影像直观，易于对缺陷定位、定性和定量。适用于金属、非金属及复合材料等各种材料。适用于体积性缺陷[2]。

超声波检验是利用超声波与试件相互作用，对反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的一种无损检验方法。适用于板材、锻件、管材、棒材；对接焊接接头、T型焊接接头、角焊缝、堆焊层等。不适用于晶粒粗大的材料[3]。

把工程中常用的无损检验方法根据其检验范围、适用材料等进行分类，见表1。

表1工程应用中常用无损检验方法的选用

二、案例描述

以某核电站工程现场的实际案例为背景，分析无损检验方法替代的具体过程。

（一）换料水箱问题

换料水箱（PTR001BA）安装总图技术要求：设备对接焊缝及筒体与下封头的角焊缝均采用全焊透结构，探伤方法采用射线检验，检验长度为100%，按2级焊缝标准验收。

1、下封头环形边缘板射线检验问题

下封头环形边缘板采用带垫板的对接焊缝，如图1，根据现场操作情况，若按技术要求的规定进行射线检验存在以下问题难以解决：

1)无法布片

环形边缘板直径较大，且在贴近地面进行安装，离地面间隙非常小，射线检验时无法有效布片；如果为了进行射线检验而进行整体抬高，则存在产生永久性的、无法修复的变形风险。

2)即使按照上述方法进行了射线检验也无法对缺陷进行准确判定：

首先该焊缝为加垫板的对接焊缝，若垫板中存在缺陷，将对底片评定产生影响，评片人员无法判定该缺陷是否存在于焊缝之中；其次，采用该类焊接接头形式进行焊接（手工电弧焊），在焊接过程中产生的焊渣很有可能渗入到环形边缘板与垫板之间的间隙之中，评片人员对底片进行评定时无法判定底片上的投影是缺陷还是焊渣。

图1下封头环形边缘板对接焊缝

Fig.1The butt weld of lower endplate annular edge plate

2、 筒体与下封头角焊缝射线检验问题

筒体与下封头的角焊缝，如图2，若筒体与下封头的角焊缝采用射线检验，下封头紧贴地面，无法进行现场的射线透照布置。同2.1.1 1）节，存在布片困难的情况。

图2 底板与筒体角焊缝

Fig.2The fillet weld between bottom plate and tube body

（二）三通类问题

核电站管道布置中存有大量的非标三通管的预制和现场安装。根据无损检验大纲的要求，当内径大于60mm时焊后有射线检验的要求。

1、关于安放式支管检验的问题

按照设计要求安放式支管的检验应在支管内壁贴片，但是在实际施工中存在一些管径过小或支管较长的情况，造成内壁贴片不可达，特别是对于3级和NC级焊缝，根据无损检验大纲的要求，需要焊接完成后才进行抽批射线检验，其可达性无法提前做出判断，这种情况在施工中普遍存在。是否可按以下方式进行处理：

1)对所有按照无损检验大纲要求进行RT检验的3级和NC级安放式支管焊缝全部增加层间PT（打底焊道和以后每三层）检验代替RT检验；

2)对所有按无损检验大纲要求有RT检验要求的1、2级安放式支管焊缝增加层间PT，同时按无损检验大纲的要求进行RT检验，当遇到RT检验不可达的情况时发设计澄清进行确认是否可用已做的层间PT代替RT，如设计认为不可行，则设计根据实际情况再给出解决方案。

2、 三通类焊口检验问题

在现场实际焊接过程中，当一些焊口（如三通类焊口）无法进行射线检验时，是否可以采用分层液体渗透的方式代替射线检验。

三、问题分析及理论依据

根据不同部件、设备的材料和级别，按照无损检验大纲和相关图纸或技术规格书的要求，对产品焊缝进行相应的无损检验。由于现场操作条件的制约和射线检验方法的特性，可能存在产品焊缝检验不可达的情况（根据无损检验方法的特点，不可达情况一般指射线检验不可达）。此时为了检验产品焊缝的质量，需要其他无损检验方法做替代补充检验。

在产品焊缝射线检验不可达的情况下，对于碳钢、低合金钢材料焊接接头，接头厚度大于或等于10mm的全焊透对接接头、角接头可按照《焊接接头超声波检验》的要求进行超声波检验。小于10mm厚度接头可在焊接过程中做分层液体渗透检验。对于奥氏体不锈钢材料接头，由于其材料特点和超声波检验的适用性，目前不适用超声波检验。可在焊接过程中增加分层液体渗透检验。

RCC-M C3252.1制造和无损检验的要求 e)从设计阶段开始，制造者必须对下列各点给予特别注意：

在可能的情况下，对全焊透焊缝应选用封根焊的设计；

能够进行无损检验，并达到C4000中所规定的要求[4]。

因此，在某一制造阶段后，对不能接近的部位进行所规定的检验时，设计者应保证在这个制造阶段之前可接近这些部位的时候，能够对其进行检查，并达到所规定的要求。

当设备的几何结构不能满足射线探伤和超声波检验所规定的技术要求时，制造者应采用焊接见证件进行各种必要的检验，以保证所选择的检验方法能够探出缺陷，并能够确定缺陷的特征。

因此在设计和施工中，尤其要考虑产品焊缝检验的可达性问题，应提前对图纸进行审查，对于由于环境（主要指空间位置的可达性）限制而无法进行焊后射线检验的接头，由于焊接过程的不可逆性，要在焊接过程中补充适当检验，防止由于设计和图纸审查的疏忽，没有考虑到焊后可达性问题，导致焊后无法检验。对于实际出现的不可达情况其无损检验方法的替代形式应具体情况具体分析。

四、解决方案

针对2.1节，根据无损检验大纲的规定，对于带坡口的全焊透焊缝，焊后射线检验要求为2级100%，3级和NC级按照抽样方法进行检验。全焊透角焊缝焊后射线检验要求为2级100%，3级和NC级按照抽样方法进行检验，如果不可能进行RT，则进行UT（碳钢材料）。如果不可能进行RT或UT，特别是对于内径等于或小于60mm的法兰和三通接头，则按照“焊接过程中”的要求进行检验（即分层检验）。换料水箱（PTR001BA为规范2级设备）的材料是00Cr19Ni10，为不锈钢材料。产品焊缝不适用超声波检验，因此为了保证产品焊缝质量，对于下封头环形边缘板对接焊缝和筒体与下封头角焊缝的无损检验在焊接过程中增加分层液体渗透检验。另外，根据技术规格书的规定，要求下封头环形边缘板的对接焊缝制作一个焊接见证件，也满足了RCC-M C3252.1的要求。

针对2.2.1节，根据RCC-M S册焊缝射线检验抽样方法的规定，对于3级管道焊缝，对每批焊缝抽样检验10%（对同一批每10条焊缝中的一条进行100%检验）。对于NC级焊缝，对同一批每20条焊缝中的一条进行100%检验。抽样检验方法规定了焊缝检验的范围和比例。

对于安放式三通管道焊缝，焊后射线检验要求为：60mm114mm时透视一张胶片（60mm为内径，114mm外径）。114mm时2级100，3级和NC级按抽样方法的规定进行检验。

对于现场安装中提出的问题，同意对各级别管道焊缝增加分层液体渗透检验。但对于各个级别管道焊缝的射线检验要求保持不变。在无法做射线检验的情况下，因涉及管道级别、内部介质、压力水平等因素，因此应就具体情况报设计后处理。

针对2.2.2节，由于射线检验不可达出现原因不同，或者其检验替代方法的不同，对于出现的其他射线检验不可达情况，不应一概而论，应具体问题具体分析。

由于各种无损检验方法的原理不同，且适用性不同，因此要按照以上思路，分析问题的实际情况，最终给出解决方案。

五、总结

无损检验是保证焊接接头质量的有效手段，设计人员在设计之初就应考虑焊接接头无损检验方法的适应性和提供检查的可达性，根据无损检验大纲的要求进行相应的无损检验（包括检验方法和检验比例）。在不可达的情况下，应充分分析其原因，选用合适的可补充的无损检验方法来检验焊接接头质量。

参考文献：

[1]胡学知．渗透检测[M]．北京：中国劳动社会保障出版社，2007．

[2]强天鹏．射线检测[M]．北京：中国劳动社会保障出版社，2007．

[3]李家伟，陈积懋．无损检测手册[M]．北京：机械工业出版社，2001.1．

[4]RCC-M (2000+2002补遗) 压水堆核岛机械设备设计和建造规则[S].

作者简介：石立波（1981－），男，山东人，工程师，硕士，从事核设备焊接与无损检测设计工作。