核反应堆含硼石墨组件焊缝射线检测.pdf

2024年 第2期（总218期）CFHI检查与测量一重技术1.一重集团大连核电石化有限公司高级工程师，辽宁大连11611310.3969/j.issn.1673-3355.2024.02.16核反应堆含硼石墨组件焊缝射线检测刘立群1，孙远霞1，刘朋策1摘要：介绍核反应堆含硼石墨组件焊缝的射线检测方法，说明射线检测过程中检测时机、射线源、透照厚度、透照布置等射线工艺的选择原则，在保证焊缝质量的基础上，提高焊缝的射线检测效率，保证产品顺利出厂。关键词：含硼石墨组件；透照厚度；透照布置中图分类号：TL351文献标识码：B文章编号：1673-3355（2024）02-0016-02Radiographic Inspection of Welds of Boron-containing graphite assembly of Nuclear ReactorLiu Liqun,Sun Yuanxia,Liu PengceAbstract:This paper introduces the method of radiographic inspection of welds of boron-containing graphite assembly ofthe nuclear reactor,and explains the selection principles of the radiographic inspection process including time ofinspection,ray source,transmission thickness,transmission arrangement and so on.On the basis of guaranteeing weldingquality,apply this method can improve the efficiency of radiographic inspection of the weld and ensure smooth delivery ofproducts.Key words:Boron-containing graphite assembly;transmission thickness;transmission arrangement含硼石墨材料由于屏蔽放射性物质外泄性能良好，在核反应堆中使用越来越广泛。国内某核反应堆堆型中使用大量含硼石墨组件作为内部屏蔽部件。整个核反应堆共用约1 500根含硼石墨组件，将含硼石墨棒封装在罐中，为保证焊缝质量，需对焊接接头进行射线检测。1被检焊缝结构形式含硼石墨组件主要由上端头、钢管、下端头及含硼石墨棒组成，上端头、钢管、下端头材质均为316H不锈钢。按照技术要求，需对上、下端头与钢管的结合焊缝进行射线检测。焊缝外径为180 mm，焊缝厚度为8 mm，手工TIG焊。含硼石墨组件长度3 m（见图1）。1 500根含硼石墨组件焊缝数量约3 000条，每条焊缝均分8份检测，共需射线透照24 000次，按照每次透照10 min，共需4 000 h，合计约200天。因此，在保证检测质量的同时，必须找到高效检测方法。2射线检测标准该核反应堆容器项目有专用射线检测技术条件，但基本参照 NB/T 20003.3-2010核电厂核岛机械设备无损检测第三部分：射线检测中的相关检测参数要求执行。3射线检测技术要求3.1检测时机考虑到罐内含硼石墨棒晃动对焊缝射线检测的1下端头；2钢管；3含硼石墨棒；4上端头图1含硼石墨组件示意图55CFHI2024年 第2期（总218期）检查与测量CFHI TECHNOLOGY影响，先组焊下端头与钢管，组焊后进行射线检测，检测合格后将含硼石墨棒装入罐中，然后焊接上端头与钢管，焊后射线检测。3.2射线源选择根据 NB/T 20003.3-2010，Ir-192 源的透照范围 20 mmT100 mm。用源在内单壁透照方式时，Ir-192最小透照厚度可降低到规定下限值的一半。下端头与钢管焊缝厚度8 mm，不论源在内还是源在外，均无法采用Ir-192源进行透照，只能采用X射线机进行双壁透照。由于已装入含硼石墨棒，上端头与钢管焊缝只能采用源在外的双壁透照，该透照厚度范围可使用 Ir-192源（含硼石墨棒换算成等效不锈钢厚度），但考虑到透照厚度处于Ir192射线源的透照下限，且Ir192射线源具有衰减性，含硼石墨组件数量庞大，制造周期较长，射线源的衰减会增加透照时间，检测效率不及X射线。因此，经过综合考虑，决定使用X射线机对上端头与钢管焊缝进行双壁透照。3.3透照厚度1根据 NB/T 20003.3-2015第 3.1条，透照厚度 t定义为射线透照厚度上材料的公称厚度，多壁透照时为各层材料公称厚度之和。针对含硼石墨屏蔽组件对接焊缝透照选择双壁单影的透照方式，根据NB/T 20003.3-2015第10.4.1.2条确定双壁单影的像质计灵敏度（见表1）。下端头与钢管焊缝透照厚度t为16 mm，应识别像质计丝号为12（线径0.25 mm）。上端头与钢管焊缝区域都被含硼石墨棒遮挡，透照厚度应为两倍焊缝厚度加含硼石墨棒厚度。X射线机以焦距500 mm、曝光时间1.8 min、底片黑度3.1对不锈钢阶梯块进行透照试验（见图2），确定阶梯厚度6 mm位置底片黑度与160 mm含硼石墨棒底片黑度相近（底片黑度3.05），即透照160 mm石墨相当于透照6 mm不锈钢。因此，上端头与钢管焊缝透照厚度t为22 mm，应识别像质计丝号为11（线径0.32 mm）。透照厚度t（mm）t33t66t1010t1616t2525t3232t40像质计应识别编号1514131211109像质计可见最小线径（mm）0.1250.160.200.250.320.400.50表1像质计灵敏度要求3.4透照布置考虑到3 000条焊缝的检测工作量巨大，对项目整体工期有很大影响。因此，决定设计专用工装和托辊以提高检测效率。参照第4.2条射线源中的叙述，上、下端头与钢管焊缝均使用X射线机检测。为提高检测效率，决定按照周向X射线设备设计工装辅具，以便同时检测两件含硼石墨组件焊缝。定制周向X射线设备架源工装要保证透照窗口直对焊缝中心，射线源固定不动，节省架源时间。订购数组托辊实现含硼石墨组件周向旋转，提高布片速率（见图3）。4检测效果该射线检测工艺已成功应用（下转第63页）图2不锈钢阶梯块图3工件与射线源摆放位置布置图56CFHI2024年 第2期（总218期）CFHI TECHNOLOGY电力传动及自动化程序的移植性及主程序调用、移植和升级，各子程序被设计为应用程序接口（API）函数，方便主程序调用不同的功能模块，以及移植和升级。单片机采用不同频率的脉冲控制步进电机的速度，位置控制由定时器和脉冲频率共同实现。上位机采用 EasyBuilderPro 设计与下载人机界面，将MODBUS协议的板级支持包烧入单片机中（见图3、图4），实现单片机与上位机的通信8。上位机报文接收CRC校验功能码判断执行功能下位机写入NY图3MODBUS板级支持包程序流程图图4人机交互界面4结语本文基于 STM32的动平衡机控制系统，采用主从结构，以HMI人机界面取代电脑作为上位机，由单片机及信号采集硬件电路组成下位机，上、下位机间通过MODBUS协议进行信息交互。下位机接收到上位机的命令后开始测试，将传感器及采集系统的数据处理后传给上位机，通过上位机进行检测与显示。该系统控制显示一体化，电路连接简单，测量直观方便，工作稳定，必将取代以往的动平衡设备。参考文献 1 王邦继，等.步进电机控制系统建模及加减速曲线优化J.电机与控制学报,2018，22(1):37-42；52.2 吕颖利,赵会娟.基于单片机的步进电机控制系统研究J.南方农机,2022，53(08):132-134.3 赵鹏，等.步进电机控制系统设计与实现.自动化仪表J,2022，43(11):87-90；94.4 金博丕，等.智能调节续流模式的步进电机细分控制J.东北大学学报（自然科学版）,2022，43(3):390-396；403.5 耿兴华，等.基于STM32的电机控制实验平台设计与实现J.实验室科学,2022，25(3):66-69；74.6 丁力，等.基于STM32的嵌入式测控系统设计J.中南大学学报(自然科学版),2013，44(S1):260-265.7 周明,王振,马睿.STM32单片机与组态屏Modbus通讯模拟设计J.电脑知识与技术,2020，16(26):207-208.8 王春雷,曹东兴.两相混合式步进电机全速范围无位置传感器速度控制J.电机与控制学报,2022，26(3):41-48.收稿日期：2023-10-08（上接第56页）在核反应堆含硼石墨组件焊缝检测上，能够同时检测两件含硼石墨组件焊缝，工作稳定，成片率高，显著提升产品检测效率。5结语针对含硼石墨组件焊缝数量多，透照时间长的检测要求，通过合理布置透照方式，实现同时检测两条含硼石墨组件焊缝的目标，在保证焊缝质量的基础上，透照时间减少一半，解决检测周期长的难题，为国家重点项目按节点完成提供有力保障。参考文献 1 NB/T 20003.3-2015 核电厂核岛机械设备无损检测第3部分：射线检测S收稿日期：2024-03-01 4 Li-xin TIAN.Design and implementation of motion control systemfor plate cutting machine based on PLCJ.HydromechatronicsEngineering，2015(12):95-100.5 孙勤，章德平，陈彪.PLC开发平台的研究及实现J.现代制造工程，2007（7）:116-119.6 廖常初.S7-1200 PLC编程及应用M.北京：机械工业出版社，2021.7 王海珍，彭梅香.一种基于 PCL 的柔性自动化生产线系统J.企业技术开发，2015（7）：45-52.8 刘兆亮.基于PLC控制的柔性生产线中自动分拣系统的研究D.湖北:湖北工业大学,2017.9 陆雪影基于PLC的工业机器人控制系统关键技术研究J科技创新与应用，2018，9(12)：148149.收稿日期：2023-11-01（上接第67页）63