Водно-химические режимы и надежность металла энергоблоков 500 и 800 МВт - Современные методы неразрушающего контроля и их разрешающая способность

При монтаже и эксплуатации, тепловых электростанций для оценки сплошности металла оборудования, кроме внешнего осмотра, широко применяются ультразвуковой, радиографический, капиллярный и магнитные методы контроля: (табл. 9-4).
Наиболее развиты и дифференцированы количественные нормативы дефектности по данным ультразвукового (УЗК) и радиографического (РГ) контроля. Значения нормативных параметров контроля определяются толщиной стенки свариваемых элементов и типом  сварных соединений [7-2]. В  табл. 9-5 представлена пятибалльная шкала оценки качества сварного шва, рекомендованная Международным институтом сварки (МИС).
Таблица 9-4
Чувствительность методов неразрушающего контроля к обнаружению трещин металла оборудования блоков 500 и £09 МВт

* Указан минимальный диаметр объемного дефекта·
Разработанная методика, анализа нормативов дефектности позволяет статистически оценить различные сложившиеся на практике нормативы чувствительности и найти сопоставимые [9-9] параметры, характеризующие максимально реализуемую чувствительность b и соответствующую степень ослабления а сечения сварного соединения.

Шкала оценки качества сварного шва по пятибалльной системе МИС

 
Полученные численные значения уточняют данные табл. 9-4. Для малых округлых дефектов (диаметром около 0,5 мм), как следует из сопоставления нормативов по указанной методике, чувствительность метода РГ выше, чем УЗК. Однако, как известно, метод УЗК эффективнее РГ по выявлению дефектов с малым раскрытием (типа трещин).
Современные системы оценки дефектности металла по результатам УЗК основываются на данных об эквивалентной площади S, условной высоте ДА, протяженности Δ/ нли количестве N дефектов. Известные ступени дефектности сложились эмпирически путем компромисса между требованиями бездефектности и возможностями технологии сварки. Регрессионный анализ отечественных и зарубежных нормативов по методике ВТИ свидетельствует о значительных вариациях допускаемых уровней дефектности для однотипных по напряженному состоянию конструкций. Действующие нормативы имеют преимущественно технологический характер и соответствуют принципу статистического регулирования по Шьюхерту (при этом задается только верхняя граница поля допуска). При их составлении недостаточно учтены современные возможности УЗК по определению типа дефекта, методические и инструментальные погрешности.
Обобщенная характеристика дефекта, применяемая в теории прочности, — коэффициент концентрации напряжений. Конструкционные дефекты моделируют с помощью эллиптических цилиндров с полуосями а>Ь, однозначно определяющих коэффициент концентрации. Полуоси этого дефекта, а также коэффициент концентрации могут быть найдены по индикатрисе отражения ультразвука, получаемой при облучении дефекта по различным направлениям. Отражающая способность выпуклых объектов пропорциональна корню квадратному из радиуса кривизны поверхности в точке нормального падения луча (9-10]. 

Дефекты типа пор и инородных включений, выявляемость которых не гарантируется при радиографическом контроле

При переменной толщине контролируемого изделия может потребоваться несколько экспозиций для просвечивания всех частей. В таких случаях считается целесообразным закладывать в кассету сразу две пленки: одну — с низкой, а другую — с высокой чувствительностью, например РТ-5 и РТ-1. Иногда это оказывается невозможным, и тогда приходится прибегать к специальным методикам [9-11].
Контрастность — функция плотности почернения и экспозиции, для радиографических пленок различного типа она меняется существенно. Для безэкранных пленок контрастность снимка с ростом плотности почернения увеличивается, поэтому повысить выявляемость можно при работе на верхнем пределе плотности почернения.
В соответствии с ГОСТ 7512-75 плотность почернения изображений на снимке контролируемого шва, околошовной зоны и эталонов чувствительности должна быть не менее 1,5 и не более 3 единиц оптической плотности. При этом уменьшение D на любом участке полученного изображения не должно превышать 0,6—0,4 единиц оптической плотности по сравнению с плотностью почернения в месте расположения эталона чувствительности.

Минимальный размер выявляемого дефекта Ах на снимке приближенно определяется по формуле

где AD — минимальная разность оптических плотностей, различаемых оператором на рентгенограмме; μ — линейный коэффициент поглощения излучения просвечиваемым материалом. При использовании пленки типа РТ-5 повышение D до 3—5 единиц оптической плотности при постоянных значениях остальных параметров обеспечивает в среднем двукратное увеличение дефектоскопической чувствительности радиографического контроля, например, в условиях повышенной температуры контролируемого металла.
По экспериментальным данным, глаз оператора наиболее чувствителен при яркости (негатоскопа) более 30 иит. В этих условиях можно различить разницу яркости около 0,14 нит, т. е. обеспечивается обнаружение минимальной разности плотностей почернения AD, равной 0,006. На практике это значение может снижаться до 0,02 (при расстоянии от глаза оператора до экрана негатоскопа 25 см).

Эталоны чувствительности применяемые при радиографическом контроле оборудования мощных блоков

Здесь меньшие значения AD соответствуют большим дефектам и малым отношениям длины дефекта к его ширине (до 20), а большие значения — малым дефектам и большим отношениям длины дефекта х его ширине (до 70).
Для радиографической пленки безэкранных типов чувствительность К определяется по величине, обратно пропорциональной экспозиционной дозе Э, необходимой для получения плотности почернения пленки

В настоящее время разрешающая способность ксерорадиографической пластины в условиях сухого способа проявления может достигать 60 линий на 1 мм, а в случае применения жидкостных проявителей 120 линий на 1 мм. Однако на практике при использовании освоенных серийно ксерорадиографических пластин и обычных процессов переноса изображения разрешающая способность часто не превышает 8—12 линий на 1 мм.

Рис. 9-3. Кривые чувствительности.

/ — при просвечивании микротроном РИ-ЗОТ с рентгенографическим экраном; 2—при просвечивании микротроном РИ-ЗОТ с экраном из Csl (Т!), черная заделка, фокусное расстояние 2 м; 3 и 4 —-то же, зеркальная заделка, фокусное расстояние соответственно 2 и 0,9 м; 5 — при использовании рентгеновской трубки и пленки РТ*5 [6]; в — то же при использовании пленок РТ-1 и «Структурикс Д7».

Анализ результатов исследования сравнительной выявляемости дефектов методами ксерорадиографии и рентгенографии показал более высокую выявляемости разноразмерных щелей и отверстий в случае рентгенографии с использованием пленки РТ-5 и практически одинаковую чувствительность обоих методов к выявлению канавок и проволочек при толщинах просвечивания до 50 мм {9-12]. Отсюда следует, что на практике более высокая выявляемость глубины дефектов обеспечивается при использовании дефектбметров в виде одинаковых канавок и цилиндрических полостей как моделей дефектов типа непроваров и пор. В  [9-13] по данным выявляемости статистических эталонов чувствительности типа щелей методами рентгенотеле- видения, ксерорадиографии и рентгенографии вероятность уверенной выявляемости дефектов при заданной эталонной чувствительности оценивалась в 75‘%‘ для всех трех методов по предложенной методике анализа статистических кривых выявляемости дефектов.
Дефектоскопическая чувствительность проверялась в зависимости от толщины стали при просвечивании микротроном. Чувствительность определялась по канавочным дефектометрам. В качестве регистратора использовали пленку РТ-1 и структурикс Д7, а также рентгенотелевизионный интроскоп РИ-ЗОТ.
Из рис. 9-3 (кривая 6) следует, что при использовании радиографической пленки чувствительность метода с ростом толщины контролируемой стали в пределах 40— 80 мм повышается от 1,2 до 0,6— 0,4% и. затем остается неизменной вплоть до толщины 400 мм. Такой рост чувствительности при радиографии стали больших толщин можно объяснить, по-видимому, ослаблением рассеянного излучения толстыми (3 мм) свинцовыми усиливающими экранами.
Чувствительность при регистрации с помощью рентгенотелевизионного интроскопа составила (рис, 9-3, кривая 2) 3,0—1,5, 1,0—1,5 и 1,5—3% при просвечивании стали 20—60,         80—220 и 230—320 мм соответственно. Полученные здесь цифры — результат усреднения данных измерений трех операторов. Среднеквадратичные отклонения не превышали 10—15%1
Использование рентгенотелевизионного интроскопа вместо радиографической пленки решает проблему дистанционного способа контроля, особенно в условиях ремонта оборудования на тепловых электростанциях при температуре контролируемого металла 50—80°С.
Нами исследовалась выявляемость искусственных технологических дефектов типа непровара шириной 0,6, глубиной 1,5 и длиной 270 мм по периметру кольцевого шва сварного соединения трубопроводов Dy = 500 мм.

Панорамное просвечивание швов толщиной 32 и 90 мм с использованием радиоактивного изотопа кобальт-60 активностью 60 г-экв радия (диаметром 4X4 мм) при экспозиции 25 мин обеспечило выявление всех искусственных дефектов при чувствительности    0,8—1,2% (проволочный дефектометр со стороны источника).
Панорамное просвечивание сварного шва парового коллектора Dy=860 мм в условиях ремонта (после вырезки дефектной зоны) проводилось с использованием специально разработанного дистанционно упрыавляемого гамма-дефектоскопического устройства на базе радиационной головки ГИД-К-6. Рентгенограммы были получены в процессе послойного заполнения шва до толщины 15, 30, 45, 65, 75 и 85 мм при экспозициях 3—23 мин с использованием высококонтрастной радиографической пленки, свинцовых усиливающих экранов толщиной по 0,1 мм и проволочных дефектометров при чувствительности 2—3%.
Из анализа полученных результатов следует, что чувствительность радиографического контроля равна 1,5 и 1% для контролируемых толщин 65 и 85 мм, а при меньших толщинах 2,5—3%.
При расшифровке рентгенограмм аустенитных швов следует учесть возможность появления полос, обусловленных дендритным строением или различной плотностью высоколегированного наплавленного металла. Поэтому для повышения надежности выявления истинных дефектов в аустенитных швах для каждой партии предварительно необходимо провести металлографическое исследование металла шва с измерением микротвердости, а также микрорентгеноспектральный анализ. Для предупреждения ошибок при оценке рентгенограмм участки шва с подобными полосами следует повторно просветить с двух сторон под углом 20—30° к оси шва. При исчезновении полос шов следует считать удовлетворительным.

Рис. 9-4. Выявляемость трещин в зависимости от угла наклона пучка лучей к поверхности образца.
Δ - 75 кВ; 0—90 кВ.
Было показано [9-14], что в стали толщиной 22 мм трещины длиной 5 и шириной раскрытия 0,08 мм хорошо выявляются при рентгеновском просвечивании (энергия до 0,2 МэВ), несколько худее — при использовании изотопного источника иридий-192 (энергия 0,41 МэВ) и еще хуже — при использовании изотопа кобальт-60 (энергия 1,25 МэВ).
При рентгенографическом контроле по выявляемости трещин в стали толщиной до 6,5 мм установлено, что с увеличением угла наклона луча относительно перпендикуляра к контролируемой поверхности свыше 10—15° выявляемость значительно ухудшается (рис. 9-4), при этом с повышением ускоряющего напряжения от 75 до 90 кВ нерезкость снижается с 0,005 до 0,076 мм, а контрастность уменьшается с 27,6 до 22,4.

Повышение радиографической выявляемости непроваров и трещин в сварных швах трубопроводов без увеличения расхода пленки обеспечивается в результате трех экспозиций дефектного участка на одну радиографическую пленку под углами 0 и ±15° по отношению к осевой линии шва [9-15].
При радиографическом контроле за элементами трубопроводов и котельного оборудования существенное влияние оказывают рассеянное излучение, возникающее при взаимодействии проходящего пучка ионизирующего излучения с просвечиваемым объектом, а также тепловая радиация от контролируемого металла. Это влияние суммарно выражается в появлении равномерного фона потемнения рентгеновского снимка, обусловливая при этом снижение дефектоскопической чувствительности.
Радиография в условиях повышенной температуры (50—8СгС) может проводиться путем использования водоохлаждаемых металлических усиливающих экранов и обдувки сжатым воздухом кассеты с рентгеновской пленкой во время просвечивания.
Повысить чувствительность контроля можно, увеличив мощность экспозиционной дозы или продолжительность экспозиции с тем, чтобы обеспечить получение оптической плотности 3—5 единиц для пленки РТ-5. Плотный снимок затем подвергают фоторепродуцированию. На репродуцированном снимке будет позитивное изображение объекта с нормальной оптической плотностью почернения.
Здесь уместно отметить, что для высокочувствительных пленок РТ-1 и РТ-2 увеличение экспозиционной дозы (т. е. плотности почернения снимка) приводит к потере контрастности, так как в этом случае рабочая точка будет находиться на нелинейном участке характеристической кривой, в то время как для высококонтрастных пленок такое увеличение экспозиционной дозы не смещает рабочей точки в область соляризации. Поэтому для них увеличение яркости негатоскопа повышает дефектоскопическую чувствительность.
Сравнительный анализ указывает на большие возможности неразрушающих методов контроля. Вместе с тем обеспечение эффективности их применения сопряжено с преодолением многих технических трудностей, которые устраняются по мере проведения исследований и накопления опыта практического применения методов контроля. Полученные положительные результаты по совершенствованию применяемых методов внедряются при оценке сплошности металла энергооборудования мощных блоков.