CN112345561B - 核电焊转子的有效探伤方法 - Google Patents

核电焊转子的有效探伤方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开核电焊转子的有效探伤方法，通过采用输源管将放射源穿过背氩孔放置在焊缝平面中心的曝光焦点位置，采用中心内透照方式进行成像。该方法通过对核电核电焊转子探伤区域的整体结构分析和流程特性分析，对焊缝的射线采用中心周向曝光探伤方式进行有效探伤，通过输源管将曝光焦点放置于与背氩孔中心线存在偏差的焊缝平面中心，从而方可实施对焊缝的射线探伤。

Description

核电焊转子的有效探伤方法
技术领域
本发明涉及无损探伤检验的射线探伤领域，用于对空间狭小、封闭且结构复杂的核电核电焊转子的探伤过程，特别是对不能直接将射线源放置在焊缝平面中心进行曝光的情况，整体考虑到射线的安全防护，并且有一套核电核电焊转子焊缝的透照方式和防护方案模型。本发明对核电核电焊转子的射线检测提出了解决方案和相应的计算方法。
背景技术
核电焊接转子重量大约180吨，直径达3米，长度约13米，通常处于高温高压及蒸汽介质中，且在高速运行中，因此，很容易造成磨损或损害，且安全性要求高；因此，转子的制作通常是整体成型，但是这种制作方法，制作难度大，且制作成本高。而如果在节约成本的前提下，不采用整体成型，则需要通过焊接的方式将转子分段组装焊接为一体，但是如果焊接后不进行探伤检测以确定焊缝是否合格的话，则高速运行的转子的焊缝部位就会存在隐患，从而损伤转子，影响核电机组甚至反应堆的安全运行，因此，需要对转子的焊缝打底层进行射线探伤。
而目前市面上常采用的探伤方式为射线无损检测，其检测原理为通过射线在穿过物质的过程中将发生衰减而使其强度降低，衰减的程度取决于被检测材料的种类，射线种类以及穿透的距离，利用各部位对入射射线的衰减不同，透射射线的强度分布将不均匀。由此，可以检测出物体表面或内部的缺陷，主要是内部缺陷，包括缺陷的种类、大小和分布情况。通过上述缺陷的检测来判断焊缝是否合格。
然而，大型转子的直径最大达3米左右，因而这类转子焊缝的环境复杂，对于这类转子的焊缝进行探伤面临诸多困难。因此，需要提出行之有效的解决方法与实施方案进行核电焊转子的有效探伤。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供一种核电焊转子的有效探伤方法。该方法通过对核电焊转子探伤区域的整体结构分析和流程特性分析，对焊缝的射线探伤采用中心透射探伤方式进行有效探伤，通过输源管将放射源放置于与背氩孔中心线存在偏差的焊缝平面中心的曝光焦点位置上，从而方可实施对焊缝的射线探伤。
本发明采用的技术方案如下：
核电焊转子的有效探伤方法，通过采用输源管将放射源穿过背氩孔放置在焊缝平面中心的曝光焦点位置上，采用中心内透照方式进行成像。
优选的，核电焊转子的所述背氩孔采用直穿孔方式，所述背氩孔中心线与焊缝平面存在偏差。
优选的，所述输源管包括源导管，以及与源导管连接的探入工装导管，所述探入工装导管包括直段部分和弯曲部分，所述直段部分与所述源导管连接。
优选的，所述直段部分与所述源导管通过螺纹连接。
优选的，所述探入工装导管为不锈钢材质。
优选的，所述弯曲部分的实际的弯曲半径满足如下关系：R≥Rmin，其中R为弯曲部分的实际弯曲半径，根据弯曲部分的跨度和背氩孔中心线与焊缝平面的偏差值建立数学公式二获得；Rmin为弯曲半径的最小理论弯曲半径，根据核电焊转子的1/2壁厚，探入工装导管导管的直径，背氩孔的直径建立公式一获得。
优选的，所述弯曲部分的弯曲半径Rmin通过公式一获得，所述公式一如下所示：
(Rmin-d/2)2-(Rmin+d/2-D)2＝T2；
其中，Rmin为弯曲部分的最小弯曲半径，T为核电焊转子的1/2壁厚；d为探入工装导管导管的直径；D为背氩孔的直径。
优选的，所述弯曲部分的实际的弯曲半径通过公式二获得，所述公式二如下：
(R-F)2+L2＝R2；
其中，R为弯曲部分的实际的弯曲半径；F为背氩孔中心线与焊缝平面的偏差值。
优选的，所述核电焊转子的有效探伤方法，具体包括如下步骤：
步骤1：安装探伤机；
步骤2：连接输源管与探伤机，将输源管的源导管与探伤机连接，调整输源管将放射源通过输源管的探入工装导管穿过背氩孔放置到焊缝平面中心的曝光焦点位置上，使得γ射线束中心通过转子直径，穿透整圈焊缝，射线束辐射角周向覆盖被检焊缝；
步骤3：在焊缝上安装胶片和标记；
步骤4：打开探伤机进行周向曝光，使得胶片成像。
本发明的优点在于，当核电焊转子的背氩孔与焊缝平面存在偏差时，通过采用输源管将放射源穿过背氩孔放置在焊缝平面中心的曝光焦点位置上，从而能够采用中心内透照方式进行成像。要解决当核电焊转子直径最大达3米(叶轮外径，焊缝外径1590mm)左右，透照焦距最大达2800mm，若采用穿透双层焊缝进行检测，则存在探伤机能量不足、防护难度大、探伤效率低下等的问题，以及探伤时间较长，增加了转子的生产制造周期的问题。
附图说明
图1是核电核电焊转子结构图；
图2是放射源在中心曝光示意图；
图3是核电核电焊转子焊接结构图；
图4是曝光焦点位置示意图；
图5是图4Ⅰ中的几何分析图；
图6是输源管结构示意图；
图7是输源管中弯曲部分的弯曲半径和跨度的几何分析图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-核电焊转子；2-背氩孔；3-放射源；4-胶片；5-焊缝；6-输源管；61-源导管；62-直段部分；63-弯曲部分；T-核电焊转子的1/2壁厚；d-探入工装导管的直径；D-背氩孔的直径；R-弯曲部分的弯曲半径；F-背氩孔中心线与焊缝平面的偏差值；L-弯曲部分的跨度。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
核电焊转子1结构如图1所示，其所处焊缝5位置空间狭小，且结构复杂，而在核电焊转子1的制造过程中，必须对焊缝5进行探伤，以确定是否合格，因此，提出一种行之有效的探伤方法是非常必要的。本发明提供一种核电焊转子1的有效探伤方法，具体包括如下步骤：
步骤1：安装探伤机；
步骤2：将输源管6的源导管61与探伤机连接，调整输源管6将放射源3穿过背氩孔2放置在焊缝5平面中心的曝光焦点上，使得γ射线束中心通过核电焊转子1直径，射线束辐射角周向覆盖整圈焊缝5；
步骤3：在焊缝5上安装胶片5，以及定位标记及部位标识；
步骤4：打开探伤机，将放射源3输送至焊缝平面中心的曝光焦点进行曝光，使得胶片成像。
在上述步骤1中的探伤机为本领域技术人员所熟知的设备在这里不再进行详细的阐述。
在上述步骤3中胶片4和标记、标识的安装方式和安装位置为本领域常规技术，在这里不再进行详细的阐述。
在本发明中，通过步骤2采用输源管6将放射源3穿过背氩孔2放置在焊缝5平面中心的曝光焦点上，使得γ射线束中心通过核电焊转子1直径，射线束辐射角周向覆盖整圈焊缝，实现中心内透照方式进行成像，该方式能够大幅度降低焦距，且一次曝光即可完成整圈焊缝5的检测，检测效率最高，如图2所示。
然而，在实际过程中，为保证核电焊转子1的强度及安全性，背氩孔2采用直穿孔方式，使得背氩孔2与焊缝5平面存在一定偏差，如图3所示，因此，要实现将放射源3穿过背氩孔2放置在焊缝5平面中心的曝光焦点上，需要设计的输源管6应包括如下结构：如图6所示，包括源导管61，以及与源导管61连接的探入工装导管导管，所述探入工装导管包括可一体成型的直段部分62和弯曲部分63，所述直段部分62与所述源导管61连接。
在本发明中，探入工装导管的直段部分62与所述源导管61通过螺纹连接，螺纹连接方式为本领技术人员所熟知，在这里不再进行详细的阐述。与此同时，在本发明中常采用的探入工装导管的材质为不锈钢材质，但不局限于上述一种材质。且本发明中的源导管61为本领域技术人员常见的结构，在这里不在进行详细的阐述。
上述探入工装导管的弯曲部分63的实际的弯曲半径必须大于等于最小理论弯曲半径Rmin才能穿过背氩孔2将放射源3放置在焊缝5平面中心曝光焦点上：
通过分析弯曲部分处于焊缝5中的几何关系图，可通过如下方式获得弯曲部分62的最小理论弯曲半径Rmin和实际的弯曲半径R，如图4-7所示，
弯曲部分62的最小理论弯曲半径Rmin，通过核电焊转子1厚度，探入工装导管的直径，以及背氩孔2的直径获得弯曲部分的弯曲半径，计算公式一如下所示：
(Rmin-d/2)2-(Rmin+d/2-D)2＝T2；换算过后即：(2Rmin-D)(D-d)＝T2
其中，T为核电焊转子的1/2壁厚；d为探入工装导管的直径；D为背氩孔的直径，Rmin为弯曲部分的最小理论弯曲半径。
再次，通过弯曲部分的跨度，背氩孔中心线与焊缝平面的偏差值获得弯曲部分的实际的弯曲半径，计算公式二如下所示：
(R-F)2+L2＝R2；
其中，R为弯曲部分的实际的弯曲半径；F为背氩孔中心线与焊缝平面的偏差值；L为弯曲部分的跨度，根据转子直径大小选择。
通过上述计算公式二计算实际的弯曲部分实际的弯曲半径R是否大于等于弯曲半径的最小理论弯曲半径Rmin，从而确定能否在特定的背氩孔2下该输源管将放射源3穿过背氩孔2准确放置到焊缝5平面中心的曝光焦点上，从而方可实施对焊缝5的射线探伤。
具体的，当背氩孔的直径D为18mm，核电焊转子的壁厚为2T＝143mm，T＝71.5mm，背氩孔中心线与焊缝平面的偏差值F为50mm，探入工装导管的直径d为10mm时。
通过公式一：(Rmin-d/2)2-(Rmin+d/2-D)2＝T2；换算过后，即(2Rmin-D)(D-d)＝T2计算获得弯曲部分的弯曲半径Rmin＝329mm。即当弯曲半径大于329mm时，该输源管就可穿过ф18mm的背氩孔。
当弯曲部分的跨度L＝650mm，即根据低压转子的直径大小所需要的长度，在背氩孔中心线与焊缝平面的偏差值F为50mm条件下，通过公式二：
(R-F)2+L2＝R2；
获得弯曲部分的实际的弯曲半径R＝4250mm大于Rmin为329mm，因此，当弯曲部分的跨度L＝650mm时，可以穿过ф18mm的背氩孔，将放射源3送到偏离ф18mm的背氩孔50mm的焊缝平面中心的曝光焦点位置。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.核电焊转子的有效探伤方法，其特征在于，通过采用输源管将放射源穿过背氩孔放置在焊缝平面中心的曝光焦点位置上，采用中心内透照方式进行成像；
核电焊转子的所述背氩孔采用直穿孔方式，所述背氩孔中心线与焊缝平面存在偏差；
所述输源管包括源导管，以及与源导管连接的探入工装导管，所述探入工装导管包括直段部分和弯曲部分，所述直段部分与所述源导管连接；
所述弯曲部分的实际的弯曲半径满足如下关系：R≥Rmin，其中R为弯曲部分的实际弯曲半径，根据弯曲部分的跨度和背氩孔中心线与焊缝平面的偏差值建立数学公式二获得；Rmin为弯曲半径的最小理论弯曲半径，根据核电焊转子的1/2壁厚，探入工装导管导管的直径，背氩孔的直径建立公式一获得。
2.根据权利要求1所述的核电焊转子的有效探伤方法，其特征在于，所述直段部分与所述源导管通过螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的核电焊转子的有效探伤方法，其特征在于，所述探入工装导管为不锈钢材质。
4.根据权利要求1所述的核电焊转子的有效探伤方法，其特征在于，所述弯曲部分的弯曲半径Rmin通过公式一获得，所述公式一如下所示：
(Rmin-d/2)2-(Rmin+d/2-D)2＝T2；
其中，Rmin为弯曲部分的最小理论弯曲半径，T为核电焊转子的1/2壁厚；d为探入工装导管导管的直径；D为背氩孔的直径。
5.根据权利要求4所述的核电焊转子的有效探伤方法，其特征在于，所述弯曲部分的实际的弯曲半径通过公式二获得，所述公式二如下：
(R-F)2+L2＝R2；
其中，R为弯曲部分的实际的弯曲半径；F为背氩孔中心线与焊缝平面的偏差值。
6.根据权利要求3所述的核电焊转子的有效探伤方法，其特征在于，所述核电焊转子的有效探伤方法，具体包括如下步骤：
步骤1：安装探伤机；
步骤2：连接输源管与探伤机，将输源管的源导管与探伤机连接，调整输源管将放射源通过输源管的探入工装导管穿过背氩孔放置到焊缝平面中心的曝光焦点位置上，使得γ射线束中心可通过转子直径，穿透整圈焊缝，射线束辐射角周向覆盖被检焊缝；
步骤3：在焊缝上安装胶片和标记；
步骤4：打开探伤机进行周向曝光，使得胶片成像。
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