核电站小支管焊接接头的老化监测和检测技术
发布时间：2021-11-26 22:39
介绍了压水堆核电厂典型的小支管焊接接头结构、典型老化机理和老化影响因素、役致缺陷分布、特征和失效影响,及其老化管理工作中存在的老化监测检测技术难点和需求。重点介绍了核电厂小支管及其插套焊焊接结构的完整性先进监测和检测技术的研究和应用情况,主要包括:相控阵超声技术在小径管及其插套焊焊接接头检测中的研究和应用;微焦点X射线CT成像技术在能力验证试块标准答案制作中的应用;小径管振动的非接触激光多普勒测量技术及其在小径管老化管理中的应用;基于瑞利散射原理的光纤在线监测应变-温度的研究和应用等。此外,分析讨论了上述监测检测技术的优缺点和进一步的研究和应用方向。
【文章来源】：无损检测. 2020,42(10)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图1 支管台连接结构示意
一般而言，采用插套焊结构或对接焊结构的支管接头受制造和服役等因素的影响，产生的典型缺陷主要为：(1)小支管插套焊焊接接头制造过程中易存在未熔合、未焊透等焊接缺陷，并且在焊接缺陷附近存在显著的应力集中；(2)在长期服役过程中，低周疲劳作用易导致从内向外扩展的焊根裂纹或从外向内扩展的焊趾裂纹（见图2);(3)与一回路冷却剂接触的核岛内不锈钢或异种金属小支管焊接接头也存在应力腐蚀开裂的现象，且多从内向外发展并多起源于应力集中部位，特别是小支管焊接接头内表面的焊根和热影响区等部位；(4)对接接头在一定条件下也存在流动加速腐蚀现象，会导致焊接接头或邻近母材局部减薄并最终失效；(5)某些小支管焊接接头和管线特定部位由于易积液、易受伴热管线的影响，并在周期性的冷凝作用、外保温破损等的长期作用下，可能发生保温层下腐蚀；(6)由于管线布置的原因，部分小支管邻近振动管道、设备或其他小支管，可能发生接触摩擦，长期作用会导致外壁局部磨损。核电厂小支管焊接接头结构完整性的监测检测主要包括无损检测、振动测量和应变测量等。其中，制造缺陷和役致缺陷的无损检测一般应根据小支管焊接接头的安全等级、结构形式、规格尺寸和材料等选择不同的检测方法。例如：美国机械工程师协会锅炉压力容器规范第三卷NB分卷（2015版）针对规范一级小支管全焊透对接焊接接头的验收检测，要求进行射线检测（首选）或超声检测，加上液体渗透检测（适用于奥氏体不锈钢材料，核级管道中应用广泛）或磁粉检测（适用于铁磁性材料）；插套焊焊接接头（一般仅适用于直径为50.8mm以下规范一级小支管）应进行射线检测加上液体渗透检测或磁粉检测。役前检查和在役检查阶段，锅炉压力容器规范第XI卷（2015版）对外径小于101.6mm的规范一级小支管全焊透对接焊接接头、插套焊等应定期进行表面检测，但不要求进行体积性检测（射线或超声检测）。核电厂常规岛小支管焊接接头在制造安装阶段，通常参考标准NB/T 47013-2015《承压设备无损检测》进行射线检测或超声检测；服役阶段，NB/T 47013.3-2015《承压设备无损检测第3部分：超声检测》中规定的管道超声检测方法仅适用于外径不小于32mm，且壁厚不小于4mm的环向对接接头。
为获得小支管焊接接头焊接缺陷的标准答案，采用国产微焦点高能量X射线源高分辨力CT（电子计算机断层扫描）成像系统对来自不同厂家的样管进行检测和缺陷三维重构。例如，分别对外径为25.1mm，壁厚为3.4mm，对接环焊缝中含有一个焊接气孔和一个未熔合共2个缺陷的样管A，外径为25.1mm，壁厚为3.14 mm，对接环焊缝中含有一个焊接夹渣和裂纹缺陷的样管B进行缺陷检测和三维重构，样管A,B焊接缺陷的三维重构结果如图3,4所示。结果表明，样管A中的焊接缺陷与设计目标值吻合良好，样管B中的焊接缺陷与设计目标值存在较大差异，特别是裂纹的控制技术急需提升。针对小支管焊接接头超声检测的工艺优化，利用超声检测仿真软件进行传统脉冲反射法或相控阵超声的检测声场、覆盖性、缺陷响应的模拟，可指导并优化检测探头的设计，特别是扫查工艺的优化和透声楔块的设计。现阶段的工艺试验结果表明，利用专门设计的透声楔块和线阵相控阵超声探头，外径为25.4mm及以上的碳钢小支管插套焊焊缝及外径为28mm及以上的不锈钢或异种金属小支管插套焊焊缝的超声检测效果良好，已开展工程应用。但更小外径的小支管插套焊焊缝超声检测还应在探头晶片设计、频率选择、透声楔块的设计上进一步优化。小支管插套焊超声检测仿真结果如图5所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]RCP/VVP系统管道小支管焊缝断裂分析及建议[J]. 杨静,杨家兴,林楠冰. 设备管理与维修. 2015(S2)
本文编号：3521053
【文章来源】：无损检测. 2020,42(10)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图1 支管台连接结构示意
一般而言，采用插套焊结构或对接焊结构的支管接头受制造和服役等因素的影响，产生的典型缺陷主要为：(1)小支管插套焊焊接接头制造过程中易存在未熔合、未焊透等焊接缺陷，并且在焊接缺陷附近存在显著的应力集中；(2)在长期服役过程中，低周疲劳作用易导致从内向外扩展的焊根裂纹或从外向内扩展的焊趾裂纹（见图2);(3)与一回路冷却剂接触的核岛内不锈钢或异种金属小支管焊接接头也存在应力腐蚀开裂的现象，且多从内向外发展并多起源于应力集中部位，特别是小支管焊接接头内表面的焊根和热影响区等部位；(4)对接接头在一定条件下也存在流动加速腐蚀现象，会导致焊接接头或邻近母材局部减薄并最终失效；(5)某些小支管焊接接头和管线特定部位由于易积液、易受伴热管线的影响，并在周期性的冷凝作用、外保温破损等的长期作用下，可能发生保温层下腐蚀；(6)由于管线布置的原因，部分小支管邻近振动管道、设备或其他小支管，可能发生接触摩擦，长期作用会导致外壁局部磨损。核电厂小支管焊接接头结构完整性的监测检测主要包括无损检测、振动测量和应变测量等。其中，制造缺陷和役致缺陷的无损检测一般应根据小支管焊接接头的安全等级、结构形式、规格尺寸和材料等选择不同的检测方法。例如：美国机械工程师协会锅炉压力容器规范第三卷NB分卷（2015版）针对规范一级小支管全焊透对接焊接接头的验收检测，要求进行射线检测（首选）或超声检测，加上液体渗透检测（适用于奥氏体不锈钢材料，核级管道中应用广泛）或磁粉检测（适用于铁磁性材料）；插套焊焊接接头（一般仅适用于直径为50.8mm以下规范一级小支管）应进行射线检测加上液体渗透检测或磁粉检测。役前检查和在役检查阶段，锅炉压力容器规范第XI卷（2015版）对外径小于101.6mm的规范一级小支管全焊透对接焊接接头、插套焊等应定期进行表面检测，但不要求进行体积性检测（射线或超声检测）。核电厂常规岛小支管焊接接头在制造安装阶段，通常参考标准NB/T 47013-2015《承压设备无损检测》进行射线检测或超声检测；服役阶段，NB/T 47013.3-2015《承压设备无损检测第3部分：超声检测》中规定的管道超声检测方法仅适用于外径不小于32mm，且壁厚不小于4mm的环向对接接头。
为获得小支管焊接接头焊接缺陷的标准答案，采用国产微焦点高能量X射线源高分辨力CT（电子计算机断层扫描）成像系统对来自不同厂家的样管进行检测和缺陷三维重构。例如，分别对外径为25.1mm，壁厚为3.4mm，对接环焊缝中含有一个焊接气孔和一个未熔合共2个缺陷的样管A，外径为25.1mm，壁厚为3.14 mm，对接环焊缝中含有一个焊接夹渣和裂纹缺陷的样管B进行缺陷检测和三维重构，样管A,B焊接缺陷的三维重构结果如图3,4所示。结果表明，样管A中的焊接缺陷与设计目标值吻合良好，样管B中的焊接缺陷与设计目标值存在较大差异，特别是裂纹的控制技术急需提升。针对小支管焊接接头超声检测的工艺优化，利用超声检测仿真软件进行传统脉冲反射法或相控阵超声的检测声场、覆盖性、缺陷响应的模拟，可指导并优化检测探头的设计，特别是扫查工艺的优化和透声楔块的设计。现阶段的工艺试验结果表明，利用专门设计的透声楔块和线阵相控阵超声探头，外径为25.4mm及以上的碳钢小支管插套焊焊缝及外径为28mm及以上的不锈钢或异种金属小支管插套焊焊缝的超声检测效果良好，已开展工程应用。但更小外径的小支管插套焊焊缝超声检测还应在探头晶片设计、频率选择、透声楔块的设计上进一步优化。小支管插套焊超声检测仿真结果如图5所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]RCP/VVP系统管道小支管焊缝断裂分析及建议[J]. 杨静,杨家兴,林楠冰. 设备管理与维修. 2015(S2)
本文编号：3521053
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3521053.html
