Контроль сварных соединений с применением гамма-дефектоскопа Иридий-192 и комплекса цифровой радиографии «Цифракон»

Протяженность основных и вспомогательных трубопроводов на АЭС составляет несколько километров. В зависимости от ответственности трубопровода, температуры и агрессивности транспортируемой среды используют различные марки стали: от углеродистых (сталь 20), хром-молибден-ванадиевых (12Х1МФ, 15ХМ1Ф, 10Х9МФБ) до высоколегированных нержавеющих (08Х18Н10Т). Диаметры трубопроводов варьируются в большом диапазоне от 10 до 920 мм, толщины соответственно - от 1 до 80 мм. Распространены холоднотянутые и горячекатаные бесшовные трубы, а для вспомогательных трубопроводов чаще всего используют трубы с продольным сварным швом. Трубы соединяются между собой, с запорной арматурой и с оборудованием путем сварных или штампосварных соединений. В зависимости от классов безопасности все соединения проходят контроль качества в объеме от 20 до 100 %.

Объекты контроля, его особенности и сложности контроля

Объекты - сварные соединения стальных трубопроводов атомных станций, катушек и металлоконструкций.

Области, в которых используется оборудование – атомная энергетика.

Центр внимания: кольцевые сварные соединения трубопроводов, стыковые и угловые сварные соединения плоских объектов

Основная задача: достичь требования контроля и повысить его производительность.

Особенности: цилиндрическая форма объекта контроля без доступа внутрь, разнообразные стыковые сварные соединения трубопроводов например, 10х1, 426х80, 465х70, 920х60 мм, при этом в толстостенных сварных соединениях сварной шов получен слоями, каждый из которых выполняется за один или несколько проходов – многослойные и многослойные многопроходные сварные швы.

Рис.1. Сварные швы: однослойный, многослойный, многослойный многопроходный

Сложности оценки качества сварного соединения неразрушающим методом:
- выявление дефектов скрытых от визуального контроля внутри материала;
- измерение истинного размера выявленных дефектов;
- измерение координат расположения выявленных дефектов.

Какую нормативную документацию используем

2.1. ПНСТ 394-2020
2.2. НП-084-15
2.3. ГОСТР 50.05.07—2018
2.4. ГОСТ ISO 17636-2-2017
2.5. ПНАЭГ-7-010-89 (отменен в РФ, но действует на строящихся за рубежом станциях, проектная документация которых согласована по данному документу)

В сварных соединениях (шве и околошовной зоне) ищем

Трещины, непровары, поры, металлические и неметаллические включения, плотность которых отличается от плотности металла сварного соединения (вольфрамовых, шлаковых, оксидных и т.п.), недоступные для внешнего осмотра подрезы, прожоги и т.п.

Логика выбора метода контроля

Для выявления внутренних дефектов неразрушающим методом контроля обычно используют радиографический контроль (РК) или ультразвуковой контроль (УЗК).
Оценка качества сварного соединения на наличие внутренних дефектов проводится по результатам одного из методов или совместного использования РК и УЗК.
УЗК не определяет истинных размеров дефектов, поэтому для ответственных объектов надежнее использовать РК с дополнительным подтверждением наличия дефектов и координат расположения дефектов методом УЗК.
Техническая сложность проведения РК состоит в ограничениях по возможной просвечиваемой толщине и достижении заданной контрастной чувствительности (качества) снимка. Задача усугубляется отсутствием доступа внутрь трубопровода и фактически увеличением вдвое просвечиваемой толщины фронтально через две стенки.

Подбор оборудования и расходных материалов

Примеры контроля сварных соединений: стальной трубопровод II категории 426х27 мм (просвечиваемая толщина через две стенки с усилением сварного шва около 56 мм), труба 25х2,5 мм (просвечиваемая толщина на эллипс 6 мм), плита со (радиационная толщина с усилением сварного шва 12 мм), тавр с угловым сварным швом (радиационная толщина свыше 12 мм).

Места проведения контроля – строящийся энергоблок и участок РГК.

В качестве источника излучения можно выбрать переносные рентгеновские аппараты постоянного потенциала с напряжением трубки до 300 кВ, которые подходят для полевых и цеховых условий и контролируют толщины до 65-70 мм по стали. Однако в номенклатуре есть трубопроводы с толщиной стенки 40 мм и более, что требует более высокой энергии излучения и приводит к использованию гамма-дефектоскопов. Они широко распространены в атомной отрасли из-за больших толщин объектов контроля, собственного производства радионуклидов и собственной перезарядки гамма-дефектоскопов.

Кроме того, встречаются объекты, расположенные на высоте, в условиях ограниченного пространства, поэтому принимаются в расчет относительно малые габариты, масса ампулопровода и отсутствие необходимости подачи линии сетевого питания 220 В. Для пленочных систем различных классов типа D2, D3, D4, D5, D7 источник излучения Иридий-192 может применяться в диапазоне радиационных толщин свыше 5 мм до 100 мм включительно. Согласно ГОСТ ISO 17636-2-2017 на цифровые плоскопанельные детекторы можно достигать эквивалентных чувствительности контроля и выявляемости дефектов при работе в диапазоне толщин 20-100 мм включительно.

Экономическая целесообразность и оперативность принятия решений при использовании комплексов цифровой радиографии приводит к их внедрениям в различных областях радиографического контроля.

Мы проверили на практике возможности совместного использования Иридий-192 и комплекса цифровой радиографии «Цифракон» c диапазоном рабочих энергий 40-450 кВ.

Ход контроля (схема, процесс)

Рис. 2. Схема контроля - просвечивание через две стенки с изображением одной стенки

Рис. 3. Схема контроля – просвечивание через две станки с изображением двух стенок (на эллипс)

Рис. 4. Схема контроля для плоских сварных швов при просвечивании через одну стенку

Рис. 5. Схема контроля угловых сварных швов (тавр)

Рис. 6. Подготовка к контролю трубопровода 426х24 мм

Полученные результаты

Рис. 7. Труба 426х27, контроль через 2 стенки, с расшифровкой одного изображения участка, прилегающего к детектору. Чувствительность по НТД 0,75 мм, достигнутая – 0,5 мм

Рис. 8. Труба 25х2,5, контроль через две стенки (на эллипс), с расшифровкой двух изображений. Чувствительность по НТД 0,2 мм, достигнутая – 0,2 мм.

Рис. 9. Плита L250 S12. Чувствительность по НТД 0,2 мм, достигнутая – 0,2 мм.

Рис.10. Тавр с угловым сварным швом S12 мм. Чувствительность по НТД 0,3 мм, достигнутая – 0,2 мм

Выводы

Подтверждена на практике возможность совместного использования гамма-дефектоскопа на основе Иридий-192 и комплекса цифровой радиографии «Цифракон».
Достигнуты требования чувствительности контроля, ее значения эквивалентны пленочным системам.
Продемонстрирована возможность оперативного контроля многослойных швов, что сводит к минимуму простои сварочных работ при строительстве.
Применение комплекса цифровой радиографии «Цифракон» перспективно в атомной отрасли для повышения производительности контроля без потери контрастной чувствительности.