(中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司，武漢 430223)

我國批量建造的二代改進(jìn)型壓水堆核電廠(CPR1000)、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代先進(jìn)壓水堆核電廠(ACP1000)及三代引進(jìn)技術(shù)示范工程中(AP1000)，前兩種堆型應(yīng)用的規(guī)范是法國的RCC-M規(guī)范，后一種堆型應(yīng)用的是美國的ASME標(biāo)準(zhǔn)，整體評(píng)定上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)基本能保持一致，然而在細(xì)節(jié)上還存在一些差異，這就使得在檢驗(yàn)和評(píng)定方面易產(chǎn)生混亂。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的出發(fā)點(diǎn)在于確保設(shè)備運(yùn)行的安全可靠，而不同的標(biāo)準(zhǔn)都應(yīng)與不同國家的規(guī)范及所設(shè)計(jì)的設(shè)備一一對(duì)應(yīng)，才能構(gòu)成相互協(xié)調(diào)的安全屏障。RCC-M與ASME標(biāo)準(zhǔn)在核級(jí)設(shè)備對(duì)接焊縫的超聲檢測(cè)要求上有所差別，即使同一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備的制造、役前和在役檢查各個(gè)階段，其超聲檢測(cè)要求也不盡相同。筆者主要對(duì)比了兩個(gè)規(guī)范在核級(jí)設(shè)備對(duì)接焊縫超聲檢測(cè)的設(shè)備器材要求、掃查要求、靈敏度評(píng)定和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等方面在役前檢查階段的差異。

1 背景

ASME規(guī)范是最為廣泛，內(nèi)容最為詳盡的一部有關(guān)鍋爐及壓力容器的規(guī)范，于1941年正式頒布，20世紀(jì)60年代開始，每3年修訂1次。其制定的目的在于提供對(duì)設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)質(zhì)量進(jìn)行控制的有關(guān)規(guī)則。

RCC-M規(guī)范是法國根據(jù)本國國情，針對(duì)大型壓水堆核電設(shè)備設(shè)計(jì)制造的專用標(biāo)準(zhǔn)，其將ASME規(guī)范中分散在各章節(jié)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)匯集在一起，重新編制了僅適用于大型壓水堆核電站并符合法國國情的專用標(biāo)準(zhǔn)。該規(guī)范針對(duì)性更強(qiáng)，使用更方便，但就全面性而言，其作用是有限的。因此，有必要將兩個(gè)規(guī)范從細(xì)節(jié)方面作全面比較。

2 設(shè)備及器材

2.1 超聲儀及探頭

ASME第V卷T-431要求中指出，焊縫超聲檢驗(yàn)所用的超聲儀的工作頻率范圍應(yīng)至少覆蓋1 MHz～5 MHz，且有步進(jìn)2.0 dB或者2.0 dB以下的增益旋鈕，規(guī)定一般情況下，探頭的標(biāo)稱頻率應(yīng)為1 MHz～5 MHz。

RCC-M第六冊(cè)MC2131超聲檢驗(yàn)儀器中，規(guī)定所用超聲儀的工作頻率范圍應(yīng)在1 MHz～6 MHz之間，也指出探頭縱波和橫波頻率一般在1 MHz～6 MHz之間，且壓電晶片允許的最大直徑在10～30 mm之間。

2.2 耦合介質(zhì)

ASME第V卷T-433.2明確規(guī)定了耦合劑應(yīng)對(duì)受檢材料無害，特別說明鎳基合金上的耦合劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)不應(yīng)大于2.5×10-4，奧氏體不銹鋼或鈦材上的耦合劑鹵素(氯和氟)總質(zhì)量分?jǐn)?shù)不應(yīng)大于2.5×10-4。

RCC-M第六冊(cè)MC2133中規(guī)定可使用的超聲耦合介質(zhì)有水、糊劑、油、油脂、摻水的纖維素黏合劑等。且在第八冊(cè)F6423中進(jìn)一步指出，奧氏體不銹鋼和鎳基合金設(shè)備表面所涂耦合劑的最大允許質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：氯化物和氟化物2×10-4，硫2×10-4。

在對(duì)耦合介質(zhì)中有害化學(xué)元素的控制方面，RCC-M的要求相較于ASME的要求更為嚴(yán)格。

2.3 參考試塊

ASME規(guī)范和RCC-M規(guī)范都對(duì)校驗(yàn)試塊的一般要求做出了規(guī)定，如反射體(橫孔、平底孔、槽等)需為已知人工反射體，材料和熱處理?xiàng)l件應(yīng)與被檢對(duì)象一致等。

對(duì)于試塊表面粗糙度，RCC-M第六冊(cè)MC2134.2要求對(duì)比試塊掃查面應(yīng)經(jīng)過機(jī)加工，且表面粗糙度不應(yīng)超過6.3 μm。ASME第V卷T-434.1.6要求試塊表面粗糙度應(yīng)代表受檢部件掃查面的粗糙度。

對(duì)于直徑小于500 mm的核級(jí)設(shè)備焊縫試塊曲率，ASME第V卷T-434.1.7中規(guī)定，一塊單一曲率基準(zhǔn)試塊可用于工件曲率范圍為基準(zhǔn)試塊直徑的0.9～1.5倍的檢驗(yàn)。RCC-M第六冊(cè)MC2635要求全焊透焊縫超聲波檢驗(yàn)對(duì)比試塊應(yīng)具有與被檢驗(yàn)件相同的曲率半徑(偏差為±25%)。

3 掃查要求

3.1 表面準(zhǔn)備

ASME第V卷第四章T-471.5表面制備中要求，當(dāng)母材或焊縫表面妨礙檢驗(yàn)時(shí)，母材或焊縫應(yīng)進(jìn)行處理以滿足可能的檢驗(yàn)。RCC-M 第六冊(cè)MC 2141要求掃查面應(yīng)無油漆、無疏松氧化皮、無干耦合劑以及其他可能影響超聲波在被檢工件中傳播的物質(zhì)，或者有礙探頭自由移動(dòng)以及引起結(jié)果評(píng)定錯(cuò)誤的表面雜質(zhì)和不平整。

3.2 檢測(cè)范圍

ASME第III卷NB5140中規(guī)定了對(duì)接焊縫表面檢測(cè)應(yīng)包含每邊至少13 mm范圍內(nèi)的相鄰母材。RCC-M第七冊(cè)焊接篇S7712中規(guī)定了對(duì)接焊縫體積檢驗(yàn)對(duì)于厚度大于30 mm的焊件受檢區(qū)包括焊縫和距離實(shí)際坡口至少10 mm范圍內(nèi)的熱影響區(qū)，對(duì)于厚度小于等于30 mm的焊件，相對(duì)于實(shí)際坡口的距離，或在補(bǔ)焊情況下相對(duì)于挖補(bǔ)坑的距離至少為5 mm。ASME要求的檢測(cè)范圍比RCC-M要求的略大。

3.3 掃查方式

關(guān)于對(duì)接焊縫的掃查要求，RCC-M第六冊(cè)MC2634.1中要求對(duì)焊縫的檢測(cè)需要沿14個(gè)檢測(cè)方向，除非幾何形狀不允許或不可接近，應(yīng)覆蓋所有的檢測(cè)范圍，其中2個(gè)方向用縱波波束，12個(gè)方向用橫波波束。還提出了要求能夠檢測(cè)焊縫的平行缺陷和垂直缺陷，且掃查還應(yīng)該覆蓋頂端和底端的結(jié)合面。且橫波波束掃查時(shí)，根據(jù)焊縫厚度和幾何形狀所選擇的折射角應(yīng)在35°～70°之間，當(dāng)需要兩個(gè)不同折射角的橫波檢驗(yàn)時(shí)，這兩個(gè)折射角原則上至少相差15°。

ASME第V卷T-472.1規(guī)定了4個(gè)掃查方向(2個(gè)平行焊縫方向，2個(gè)垂直焊縫方向)，并聲明了45°(或適合被檢對(duì)象外觀的)探測(cè)角是必須存在的。從這點(diǎn)看來，ASME標(biāo)準(zhǔn)對(duì)掃查覆蓋范圍的規(guī)定比RCC-M標(biāo)準(zhǔn)對(duì)掃查覆蓋范圍的規(guī)定要小得多。然而，ASME 第V卷第四章的非強(qiáng)制附錄I中也做出了聲明：45°，60°，70°(或者其他適合的角度)也是需要的。若兩個(gè)平行焊縫和兩個(gè)垂直焊縫的4個(gè)掃查方向的3個(gè)角度都考慮進(jìn)去，則一共有12個(gè)掃查角，與RCC-M的要求基本一致，再加上垂直掃查的要求，兩規(guī)范的覆蓋范圍則相似。

4 靈敏度

4.1 靈敏度標(biāo)定

對(duì)于靈敏度，兩個(gè)法規(guī)都運(yùn)用基于距離-波幅(DAC)曲線的參考等級(jí)，其設(shè)置DAC曲線的標(biāo)定試塊可用橫孔(SDH)的反射信號(hào)來繪制DAC曲線。其中RCC-M第六冊(cè)MC2635.2規(guī)定用于標(biāo)定的人工反射體直徑為2 mm，且其直徑不會(huì)隨著檢測(cè)厚度的增大而增大。ASME第V卷T-434.2.1所使用的標(biāo)定試塊的橫孔直徑是隨著檢測(cè)厚度的增大而增大的。

當(dāng)檢測(cè)條件一定時(shí)，長橫孔回波聲壓與長橫孔直徑的平方根成正比，因此靈敏度的差異可通過不同孔徑長橫孔回波聲壓的差值進(jìn)行理論計(jì)算,關(guān)系如下

(1)

式中:Δ為靈敏度的差異值；D1，D2為兩反射體的孔徑；X2，X1為兩反射體到聲源的距離。

兩規(guī)范的標(biāo)定橫孔在聲程大于3N(N為進(jìn)場(chǎng)區(qū)的長度)的范圍，幅值響應(yīng)差異如表1所示，理論計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)RCC-M的標(biāo)定靈敏度相較于ASME的高約1～6 dB。

表1 標(biāo)定橫孔在聲程大于3N范圍的

4.2 掃查靈敏度

ASME第V卷T-471.4指出掃查靈敏度至少要比參考靈敏度高6 dB，另推薦掃查靈敏度要高于參考靈敏度14 dB。而RCC-M第六冊(cè)MC2144要求的掃查靈敏度為實(shí)際檢測(cè)時(shí)不被噪聲淹沒的盡可能高的靈敏度。兩個(gè)規(guī)范鑒別能力大致相近，但RCC-M標(biāo)準(zhǔn)推薦以實(shí)際掃查可用的最高靈敏度來進(jìn)行掃查，這種方法是可得到的最高靈敏度。

4.3 靈敏度評(píng)定

ASME第V卷T-482.1指出所有波幅超過20%基準(zhǔn)線的信號(hào)均應(yīng)考慮并進(jìn)一步評(píng)定。RCC-M第七冊(cè)S7714.4要求不小于50%基準(zhǔn)反射波振幅的顯示都應(yīng)記錄。

結(jié)合標(biāo)定靈敏度基準(zhǔn)和評(píng)定記錄線，繪制了ASME與RCC-M規(guī)范靈敏度的對(duì)比圖，由圖1可以看出，盡管RCC-M的標(biāo)定靈敏度相較于ASME的高1～6 dB，但RCC-M觸發(fā)評(píng)定記錄的缺陷靈敏度較ASME的仍要低2～7 dB。

5 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

ASME第III卷NB-5331在一級(jí)部件的長度和信號(hào)超出DAC曲線等級(jí)時(shí)，有相關(guān)的明確規(guī)定。如果顯示有裂紋、未熔合或者未焊透特征，不論長度如何均不可被接受；對(duì)其他類型缺陷的最大可接受長度為(t為)：① 6 mm，當(dāng)t≤19 mm時(shí)；② 1/3t，當(dāng)19 mm57 mm時(shí)。

圖1 非平面缺陷參考值/評(píng)定值/可接受幅值

RCC-M第七冊(cè)S7714.4中規(guī)定，任何非體積顯示均為不合格，這一點(diǎn)兩規(guī)范要求相同。同時(shí)，S7714.4指出體積顯示需根據(jù)材料厚度、信號(hào)幅值和顯示長度等綜合評(píng)判，不同厚度驗(yàn)收要求如表2，3所示。

6 結(jié)語

RCC-M標(biāo)準(zhǔn)是在ASME標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上編寫的具有針對(duì)性的規(guī)范，相比ASME要求更明確和嚴(yán)格，但在全面性和細(xì)節(jié)方面，RCC-M標(biāo)準(zhǔn)不如ASME標(biāo)

表2 RCC-M在材料厚度≥50 mm時(shí)的驗(yàn)收要求

表3 RCC-M在材料厚度<50 mm時(shí)的驗(yàn)收要求

準(zhǔn)。對(duì)我國核電站而言，ASME標(biāo)準(zhǔn)是各類民用核動(dòng)力裝置適用的最低滿足標(biāo)準(zhǔn)，而RCC-M標(biāo)準(zhǔn)是大型壓水堆核電站的專用標(biāo)準(zhǔn)，后者對(duì)于我國國情更有參考作用。對(duì)于不同的設(shè)計(jì)，要區(qū)分參考。在核級(jí)設(shè)備對(duì)接焊縫制造階段進(jìn)行超聲檢驗(yàn)和評(píng)定中,要注意兩者的差異，不要混為一體。

(1) 在設(shè)備及器材要求方面，兩規(guī)范均有各自的基本要求，如：超聲儀及探頭、試塊表面粗糙度和適用曲率范圍等；其中對(duì)耦合介質(zhì)中有害元素的要求上，RCC-M標(biāo)準(zhǔn)相較于ASME標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格。

(2) 在表面準(zhǔn)備方面，兩規(guī)范均以工件表面狀態(tài)不影響正常檢測(cè)為基本要求；在檢測(cè)范圍要求上，ASME標(biāo)準(zhǔn)的要求比RCC-M標(biāo)準(zhǔn)的略大；在掃查方式上，兩規(guī)范的覆蓋范圍相似。

(3) 在靈敏度標(biāo)定以及評(píng)定基準(zhǔn)方面，兩規(guī)范有較為明顯的差異，盡管RCC-M的標(biāo)定靈敏度相較于ASME的高1～6 dB，但RCC-M觸發(fā)評(píng)定記錄的缺陷靈敏度較ASME的仍要低2～7 dB。

(4) 在驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)方面，兩規(guī)范規(guī)定：任何非體積顯示均為不合格；對(duì)體積型缺陷，ASME規(guī)范對(duì)材料厚度進(jìn)行區(qū)間劃分后，根據(jù)顯示長度來進(jìn)行驗(yàn)收，RCC-M標(biāo)準(zhǔn)則根據(jù)部件厚度和缺陷幅值來綜合判斷，評(píng)價(jià)步驟也更為復(fù)雜。