刘晓睿 梁鹏飞 单春蕾 陈超
（苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004）
【摘要】核电站由于其特殊性，在工业安全以及辐射防护上的要求与其他地方相比要高很多，核电站常规岛的射线探伤工作除了受时间窗口的限制，在各类许可证件的办理、隔离边界的搭设、厂房的清场方面也要耗费很多人力。另外由于厂房场地的限制，很多射线探伤工作要用放射源来进行，射线探伤工作还涉及放射源的运入和运出，为了防止发生意外，还涉及到应急预案的准备。本文结合ASME案例2235，针对核电站常规岛射线探伤工作探讨了利用超声检测来替代的可行性方案。
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关键词 核电站；射线检测；衍射时差法；相控阵超声
0 前言
不论是在大修期间还是在日常情况下，核电站常规岛的射线探伤工作与其他检验检测工作相比有很多不同的地方。为了不影响其他检修、调试等活动的进行，电厂给予射线探伤的时间窗口是有限的，一般安排在晚上11点以后早上6点之前进行。核电站射线探伤管理方案要求在常规岛射线探伤前将整个常规岛清场，常规岛面积大，平时人员进出频繁，存在清场不彻底和无关人员误入隔离区域的风险。在每次射线探伤前安排人员进行设置隔离边界、清场并在射线探伤过程中在几个旋转门处安排专人值守，防止无关人员误闯入。
由于厂房场地的限制，很多焊缝的射线探伤利用X射线机有诸多的不变，现场的射线探伤一般采用放射源来完成。放射源的借还及运输除了要办理《射线探伤许可证》外，还要办理出入厂区许可证以及场内运输许可证，并需要安排专人携带测量仪表沿指定路线押运。使用放射源探伤由于存在发生放射源事故的可能性，在射线探伤前要准备好相关的应急预案。
总体来说，针对配合性的射线探伤工作，一个探伤组算上值守人员需要≥5人，另外还需要一些人员在探伤工作前参与隔离边界搭建和清场的人员，参加射线工作的人员约需7~8人，利用其他方法（UT、MT、PT）来检测，一般只需要2~3人。在满足相应的条件和限制的情况下，如果能用超声检测来代替射线检测，可以减少很多人员需求，也降低了发生各类安全事故的风险。
1 利用超声检测替代射线检测探讨
在核电厂常规岛从事超声检测工作除了需要办理相应的工作票外，除了一些密闭空间需要办理密闭空间许可证外，一般不需要办理其他手续。在手续的办理上与射线相比要少了很多，另外在检测的时间窗口上也没有那么多限制。常规手动超声具有如下特性：面积型缺陷检出率高但是体积型缺陷检出率低，适合检测厚度较大的工件，缺陷显示不直观，定量精度不高，不规则的工件外形会影响检测。TOFD检测有以下优点：可靠性好，与常规手动超声相比，衍射信号的波幅基本不受声束角度的影响，缺陷检出率高于常规手动超声检测，大多数情况下也高于射线将检测；TOFD定量精度高，线性或面积型缺陷的测高误差小于1mm；检测时无需做锯齿形扫查，检测效率高；配有自动或半自动扫查器同时能够全过程记录信号。鉴于TOFD检测技术的一些局限性，例如由于盲区的影响，在近表面和底面检测的可靠性不够，横向缺陷的检测比较困难等。结合常规手动和TOFD技术的优缺点，替代射线的检测方案可以主要采用TOFD检测方法，另外以常规超声和表面检测做补充，来防止由于直通波和底面盲区造成的漏检。
一些标准、规范和案例对超声替代射线做了探讨，ASME 案例2235对超声代替射线的条件和限制做了探讨，该案例指出，主要满足下列条件，焊缝厚度大于13mm的压力容器和锅炉可以用超声检测代替射线检测：（1）超声检测的区域要能覆盖整个焊缝，当母材厚度大于200mm时，还要在焊缝两侧各加上50mm的检测区域，当母材厚度小于200mm时，超声检测除了焊缝外，还要覆盖焊缝两侧25mm（或者焊缝厚度，取两者中小的值），在满足一定的条件下，检测区域可以减小到包括热影响区及以外6mm的区域。（2）需要提供一个标准的可重复的扫查计划，内容包括探头放置位置、探头的移动方式和区域以及声束的覆盖情况、探头的角度、声束相对焊缝中心线的方向。（3）扫查计划要做成程序的形式，这个程序要满足ASME第5卷第四部分的要求，程序要在对比试块上进行验证。对比试块上要包括至少三个缺陷：试块一侧的表面缺陷用来代表容器的外表面，试块一侧的表面缺陷用来代表容器的内表面，一个近表面缺陷，如果试块在超声检测的时候能够翻转，那么上面只要两个缺陷就够了。另外，该案例还对所用的仪器及人员资质做了说明。
在检测数据的分析上，该案例有如下规定，在使用基于波幅检测技术时，所有超过参考基准20%的反射体的位置和波幅都要记录下来。在使用不基于波幅的检测技术时，满足以下一些情况，应该要记录缺陷的位置和长度：（1）当焊缝的厚度小于等于38mm时，所有大于3.8mm的指示都要记录下来；（2）当焊缝的厚度大于38mm但是小于100mm时，所有长度大于5mm的指示都要记录下来；（3）当焊缝的厚度大于100mm时，所有长度大于0.05倍焊缝厚度或者19mm（取两者中小的那个）的指示都要记录下来。在记录下来以后，还要判断指示是属于缺陷还是工件轮廓回波。
工件轮廓回波分为表面结构或者材料冶金结构引起的指示，这些显示是不需要确定指示的类型或者定量；不需要参照缺陷验收规范进行评定；需要记录指示的最大波幅的位置。工件轮廓回波要按照下列方法进行分类：利用检测程序来解释有反射波的位置；利用截面图的形式来显示反射体或者表面不连续的位置，审查安装或者焊接图纸。超声数据记录和分析最后要经过超声Ⅲ级人员审核。
国内标准对TOFD检测方法的应用也做了相应的规定，NB/T47013.10《衍射时差法超声检测》适用的焊接接头为全焊透式焊接接头，所用材料是碳素钢或低合金钢，工件厚度在12~400mm之间。TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》规定压力容器的对接接头应当采用射线检测或者超声检测，其中超声检测包括了衍射时差法超声检测、可记录的脉冲反射法超声检测以及不可记录的脉冲反射法超声检测，当采用不可记录的脉冲反射法超声检测时，应当采用射线检测或者衍射时差法超声检测作为附加局部检测。2007年质监总局“关于进一步完善锅炉压力容器压力管道安全监察工作的通知“中规定对现场制造的厚度60mm以上的压力容器，可以采用TOFD检测方法代替射线法进行无损检测。
除了TOFD技术以外，还可以考虑采用超声相控阵技术进行检测。相控阵探头晶片的激发时间可以通过软件来调节，来控制声束偏转和聚焦等特性的换能器晶片阵列。由于相控阵的探头角度是一个阵列区间，与常规超声相比，更有利于检测难以接近的部位。相控阵常见的扫查方式是非平行扫查和平行扫查，检测速度比锯齿形扫查要快得多。通过设置聚焦法则，可以对工件进行高速、全方位、多角度的检测；结合偏转、聚焦的特性以及仪器自带的焊缝覆盖功能可实现对复杂结构件和盲区位置缺陷的检测。TOFD检测工件厚度至少为12mm，相控阵检测没有这个限制，因此可以用于小径管的检测。超声相控阵检测的实际应用还有很多，例如对接焊缝的检测、T型焊缝的检测、板材的检测、搭接焊缝检测、环焊缝的检测、角焊缝的检测、结构件的检测、母材的检测等。在现场检测中，若进行相控阵检测，需要办理的手续和常规超声基本相同，与射线检测相比大为简化，且有大量实验证明相控阵的缺陷检出率要高于射线检测。
2 总结
射线检测在手续办理、时间窗口、人员配置等方面与超声检测相比要麻烦很多，因此在条件允许的情况下利用超声检测来代替射线检测不失为一个很好的解决方案。在缺陷检出率等方面衍射时差法超声检测和相控阵超声检测与射线检测相比有很大的优势。若在有关单位批准且准备好相应的检测程序的前提上应用上述检测技术，必将能提高检测的速度提升缺陷检出率。
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参考文献
［1］ASME Boiler and Pressure Vessel Committee on Nondestructive Examination. ASME Section V Article 4 Code Cases 2235: Use of Ultrasonic Examinations in Lieu of Radiography Section Ⅰ;Section Ⅷ,Division 1 and 2;and Section Ⅻ [S]. The American Society of Mechanical Engineers，2005-10-11.
［2］Michael D.C.Moles.Introduction to Phased Array Ultrasonic Technology Applications [M]. Olympus,2004:20-25.
［3］NB/T47013.10-2010 承压设备无损检测 第10部分：衍射时差法超声检测[S].衍射时差法超声检测，2010,8:27.
［责任编辑：薛俊歌］
