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(中廣核檢測技術(shù)有限公司 蘇州 215021)

在核電廠，一回路主要設(shè)備在每個大修期間都要進(jìn)行定期檢測,以避免由于出現(xiàn)缺陷造成設(shè)備非計劃停堆事故的發(fā)生。在國外的一些核電廠中，已經(jīng)在Inconel 600材料的水室分隔板中發(fā)現(xiàn)了一次側(cè)應(yīng)力腐蝕裂紋(PWSCC)[1]。蒸汽發(fā)生器水室分隔板是將蒸發(fā)器一次側(cè)水室分隔成冷側(cè)和熱側(cè)的部件，其由定位板與分隔板兩部分對接組成[2-3]。分隔板母材為Inconel 600，焊縫材料為Inconel 182,其焊縫分布、檢測區(qū)域及裝配示意如圖1所示。為了對分隔板焊縫的完整性及可靠性進(jìn)行評估，CHINON B(法國)、BLAYAIS(法國)、CRUAS(法國)等核電廠已經(jīng)對分隔板焊縫進(jìn)行了定期檢測并在被檢蒸發(fā)器分隔板焊縫附近發(fā)現(xiàn)了一些顯示。我國 M310型核電廠與上述國外核電廠屬同類型機組，蒸發(fā)器分隔板焊縫均未經(jīng)熱處理，在焊接后會有殘余應(yīng)力存在，長期在高溫、高壓環(huán)境中運行對PWSCC裂紋存在同樣的敏感性。因此進(jìn)行蒸汽發(fā)生器水室分隔板的在役檢測技術(shù)研究，對核電廠的運行監(jiān)測和壽命評估具有重要意義。

筆者研發(fā)了一套遠(yuǎn)程控制蒸發(fā)器分隔板焊縫自動檢查裝置。該裝置包括自動PT(滲透檢測)、視頻檢查以及自動TOFD(超聲波衍射時差法)三種檢測技術(shù)。自動PT和視頻檢查用于發(fā)現(xiàn)顯示并對顯示進(jìn)行長度測量，TOFD檢測技術(shù)用于對顯示進(jìn)行深度測量。

1 檢測區(qū)域介紹

水室分隔板焊縫是由定位板與分隔板對接而成的，定位板起到分隔板與管板相連接的作用。在下封頭分隔板與管板裝配之前，先將定位板焊接在管板上，之后再將定位板與分隔板焊接在一起。定位板與分隔板材料均為Inconel 600合金[4]。檢測區(qū)域位于管板下方10～138 mm范圍內(nèi)的全部分隔板區(qū)域，包括在定位板與分隔板之間的焊縫區(qū)域及其熱影響區(qū)，可能出現(xiàn)相關(guān)顯示的母材部分，以及管板與定位板及水室封頭相連的“三點區(qū)域”。

2 分隔板自動掃查器系統(tǒng)

分隔板自動掃查器即稱SG-DPI(SG Divider Plate Inspector)。SG-DPI主要由機體及雙臂系統(tǒng)、軌道車(檢測工具)系統(tǒng)、基座系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成(見圖2)，該掃查裝置適用于長度約3 180 mm的蒸汽發(fā)生器水室分隔板焊縫的在役檢測。

圖2 SG-DPI自動掃查器結(jié)構(gòu)示意

安裝時，首先將豎向軌道通過人孔送入到水室內(nèi)，豎向軌道的上端通過鎖緊氣爪固定在管板上，下端固定于人孔法蘭面的固定裝置上，從而建立一條連接水室內(nèi)外的豎向軌道。檢測工具由豎向軌道車送入到水室內(nèi)，并固定于水平軌道車上，設(shè)備安裝完成后，由水平軌道車攜帶檢測工具到達(dá)被檢測區(qū)域。所有檢測方法的實施均由遠(yuǎn)程控制并實施相應(yīng)的無損檢測，檢測過程中無需檢測人員進(jìn)入蒸發(fā)器下封頭房間。

3 檢測方法

對分隔板焊縫的檢測主要是為了發(fā)現(xiàn)PWSCC裂紋類顯示，并通過相應(yīng)檢測技術(shù)方法對顯示進(jìn)行長度和高度的測量。文章介紹了三種檢測方法，通過試驗驗證發(fā)現(xiàn)上述方法對顯示的檢出能力及定量測量精度可以達(dá)到客戶要求的技術(shù)條件。

檢測技術(shù)包括：① 自動滲透檢測系統(tǒng)，用于發(fā)現(xiàn)相關(guān)顯示；② 遠(yuǎn)程視頻檢測系統(tǒng)，用于分析顯示并對顯示進(jìn)行長度測量；③ 自動TOFD檢測系統(tǒng)，用于對相關(guān)顯示進(jìn)行高度測量。

3.1 自動滲透檢測系統(tǒng)

液體滲透檢測按照RCCM標(biāo)準(zhǔn)要求實施檢測。自動滲透檢測系統(tǒng)包括：清洗工具、滲透工具以及顯像工具三部分組成(見圖3)。清洗工具采用滾筒刷結(jié)構(gòu)，自身攜帶可以噴灑清洗劑的噴嘴，用于滲透過程中對被檢區(qū)域進(jìn)行清洗。滲透工具包含一個滲透噴嘴、兩個空氣噴嘴以及兩個水噴嘴，用于噴灑滲透劑、清洗及干燥被檢區(qū)域。顯像工具包含一個顯像劑噴嘴、兩個空氣噴嘴，用于顯像劑的噴灑。檢測人員可通過遠(yuǎn)程攝像頭來觀察檢測工具的安裝以及液體滲透檢測的實施。具體實施步驟如下所述。

圖3 液體滲透工具結(jié)構(gòu)示意

(1) 自動滾刷對檢測區(qū)域進(jìn)行表面清理：將清洗工具加裝到設(shè)備主體軌道車上，通過氣壓將清洗劑噴灑到清洗頭上，再通過清洗頭的旋轉(zhuǎn)和軌道車的運動對被檢區(qū)域進(jìn)行清洗。

(2) 檢測工具施加滲透劑：通過自然干燥或通入干燥空氣對預(yù)清洗的被檢表面進(jìn)行干燥，通過氣壓將滲透劑均勻噴灑到分隔板被檢區(qū)域，通過軌道車的運動對整個被檢區(qū)域進(jìn)行噴涂。滲透時間不少于20 min，在整個滲透時間內(nèi)，被檢表面必須保持潤濕狀態(tài)。

(3) 顯像工具施加顯像劑：施加顯像劑之前應(yīng)通過氣壓將去離子水噴灑到被檢區(qū)域的上部，通過水自上而下的流動去除隔板上多余的滲透劑，并應(yīng)充分干燥被檢區(qū)域的表面。待被檢件表面干燥后，通過恒定氣壓用噴霧罐均勻噴灑顯像劑，一邊噴灑，一邊勻速運動軌道車，保證整個被檢區(qū)域都被覆蓋上一層均勻的顯像劑。

(4) 觀察及評定：待顯像完畢后，通過軌道車的運動對整個被檢區(qū)域進(jìn)行觀察。在顯像劑施加后7～30 min內(nèi)進(jìn)行評定。當(dāng)發(fā)現(xiàn)可記錄或達(dá)到記錄標(biāo)準(zhǔn)的缺陷顯示時，應(yīng)使檢測設(shè)備暫停運動，靜止(定格)至少10 s，觀察并錄像。在檢測報告中給出缺陷顯示的位置坐標(biāo)、性質(zhì)及尺寸。

(5) 后處理：檢測完畢，殘余的試劑應(yīng)用清洗劑進(jìn)行清洗。

3.2 遠(yuǎn)程視頻檢測系統(tǒng)

若液體滲透檢測發(fā)現(xiàn)了相關(guān)顯示，則需實施電視檢測來對顯示進(jìn)行分析及測長。電視檢測包含兩組鏡頭，即廣角鏡頭和聚焦鏡頭。廣角鏡頭用來發(fā)現(xiàn)整個焊縫區(qū)域的滲透顯示，并對其進(jìn)行坐標(biāo)定位，聚焦鏡頭用來對顯示進(jìn)行定性及測長。在電視檢測系統(tǒng)中內(nèi)置坐標(biāo)系統(tǒng)，以便對標(biāo)記出的顯示圖像進(jìn)行精確定位。圖4為含兩組鏡頭的電視檢測工具，圖5為視頻及測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。電視檢測的測長精度要求為：顯示長度<10 mm時，測量精度±1 mm；顯示長度≥10 mm時，測量精度±2 mm。電視檢測的定位精度為±4 mm。

圖4 間接目視檢測工具外觀

圖5 視頻及測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖6 探頭通過無缺陷部位和有缺陷部位時的D掃圖像

3.3 TOFD檢測

TOFD為條件性檢測，對于未發(fā)現(xiàn)線性顯示時，無需進(jìn)行TOFD檢測。對于滲透顯示發(fā)現(xiàn)長度大于5 mm的PWSCC型線性顯示，需用TOFD超聲探頭對線性顯示深度進(jìn)行測量。TOFD由一發(fā)一收兩個寬頻帶窄脈沖探頭組合而成，初始掃查時深度聚焦設(shè)為5 mm以保證上下覆蓋范圍。測量精度要求：當(dāng)2 mm

3.4 檢測結(jié)果

檢測前，將PT靈敏度試片置于蒸汽發(fā)生器水室分隔板模擬體中，通過調(diào)整噴射壓力、距離來保證其能同時顯示靈敏度試片上的3個缺陷，并記錄該壓力和距離作為實際檢測參數(shù)。靈敏度試片檢測結(jié)果如圖7所示，可見 能清晰地分辨出3個輻射狀裂紋顯示。

圖7 PT靈敏度試片檢測結(jié)果

自動PT檢測前后的對比如圖8所示。圖8(a)為檢測前的初始狀態(tài)；圖8(b)為顯像后視頻觀察的狀態(tài)，可看出自動PT顯像噴涂均勻，對比度較好。

圖8 自動PT檢測前及檢測后對比

將TOFD掃查器置于帶有電火花表面開口槽的對比試塊上進(jìn)行檢測，得到圖譜如圖9所示。由圖9可明顯看出,兩幅分圖中的直通波斷開并出現(xiàn)缺陷下端點信號。對兩個缺陷多次測量，取實測平均值，如表1所示。由表1可見，缺陷1標(biāo)稱深度為2 mm，實測平均值為2.3 mm;缺陷2標(biāo)稱深度為

表1 EDM開口槽實測對比表 mm

圖9 深度2，4 mm電火花槽的TOFD圖譜

4 mm,實測平均值為4.2 mm，誤差均在±1 mm以內(nèi)，滿足TOFD精度測量要求。

4 結(jié)論

針對國內(nèi)M310堆型核電站蒸汽發(fā)生器水室分隔板在役檢測需求，制定了分隔板焊縫無損檢測工藝，并自主研制了分隔板焊縫自動檢測設(shè)備。該設(shè)備已在我國某核電廠20 a大修在役檢測期間對其中一臺蒸發(fā)器分隔板焊縫進(jìn)行了自動滲透檢測和視頻檢測，檢測結(jié)果表明，該檢測設(shè)備穩(wěn)定可靠，相關(guān)檢測技術(shù)滿足檢測要求。該檢測系統(tǒng)的成功研制為水室分隔板的無損檢測積累了豐富經(jīng)驗，對全面評估蒸汽發(fā)生器服役壽期提供了重要技術(shù)基礎(chǔ)。

[1] D′ANNUCCI F, LECOUR E. Inspection of the steam generator divider plate[C]∥Proceedings of the 18th International Conference on Nuclear Engineering. Xi′an:[s.n.],2010.

[2] 陶于春，梁瞻翔，林忠元，等.壓水堆核電站在役檢查用無損檢測技術(shù)發(fā)展概況[J].無損檢測，2009，31(12):959-966.

[3] 馬官兵，王小剛，高建民. 壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器役前檢查無損檢測概述[C]∥遠(yuǎn)東無損檢測新技術(shù)論壇.蘇州：[出版者不詳],2011:1-7.

[4] 許俊龍，江小勇，曾晨明，等.核電站蒸汽發(fā)生器水室分隔板的無損檢測[C].遠(yuǎn)東無損檢測新技術(shù)論壇.珠海：[出版者不詳]，2015.