核反应堆压力容器超声检测技术研究

1、.PAGE ：.；核反响堆压力容器超声检测技术研讨 许远欢 聂勇核动力运转研讨所，武汉，430074摘 要 核反响堆压力容器作为核设备的重要部件，要求对其进展役前及在役检查。由于核反响堆压力容器包含有不同类型的检测对象，同时实施检测的条件所限制，对于核反响堆压力容器的超声检测，超声检测技术要思索超声探头角度、探头频率、探头方式、晶片尺寸、检测方向、探头托盘的方式、扫查探头的布置、扫查运动方式、标定及校核、选用仪器、缺陷的检测与定量等较多的要素。在综合思索这些要素后，针对每一个检查部位，才干给出详细的检测技术。本文引见了对核反响堆压力容器进展超声检测的检验技术。关键词 反响堆压力容器、超声检测、

2、探头前言核反响堆压力容器是核电厂和核动力安装中最重要的设备，核反响堆压力容器的质量是保证核电设备和核动力安装正常平安运转的关键。为确定压力容器的质量，在核电厂和核动力安装的检验规范和大纲中，对反响堆压力容器的焊缝及其它部位提出了无损检测的强迫性要求，并指定分别在投入运用前和运转一定间隔时间内对反响堆压力容器实施役前检查和在役检查。役前检查和在役检查的结果为分析评定压力容器的运转形状将提供极其重要的根据。在核电厂和核动力安装的检验规范和大纲中，对核反响堆压力容器的无损检测主要采用超声检测技术和视频检测技术。由于核反响堆压力容器的体积较大，受检对象涵盖了厚壁筒体焊缝、接纳焊缝、接纳交贯面、接纳与平

3、安端的厚壁管道对接焊缝以及堆焊层外表等众多不同类型的对象，相应地其检查技术也包含了众多不同类型的检查技术。反响堆压力容器检查的实施是个复杂的过程，它必需依赖公用的机械检查设备和电子控制驱动安装来完成，超声检查系统、机械扫查器和控制系统的一致协作才干完成该大型设备的检查。检查技术的制定不但要从超声检测的技术角度思索，还要根据机械运动的可行性和局限性来思索。本文引见了对核反响堆压力容器实施超声检测的检查技术。被检对象和检验范围在核设备的检查大纲中，要求对反响堆压力容器的检查对象包括一切焊缝、接纳交贯面、堆焊层。除了容器内外表堆焊层采用视频检查外，其他对象都采用超声检测技术。详细来说，超声检测的内容

4、包括有：筒体环焊缝图1 核反响堆压力容器表示图封头环焊缝支撑焊缝筒体与接纳衔接焊缝接纳与平安端衔接焊缝平安端与管道衔接焊缝接纳交贯面及其附加段区域内外表堆焊层区域筒体环焊缝、封头环焊缝、支撑焊缝以及接纳焊缝都是低合金钢厚壁对接焊缝，其中最大厚度到达了330mm。接纳与平安端衔接焊缝是衔接铁素体资料与不锈钢锻件的管道对接异种金属焊缝，该焊缝还包含有镍基合金隔离层。平安端与管道衔接焊缝是衔接不锈钢锻件与不锈钢铸件的管道对接同种金属焊缝。这两类焊缝的厚度根据容器的容量大小有不同的厚度，最大厚度到达了90mm。接纳交贯面是指接纳内弯角径向截面区域。在反响堆压力容器内壁以及接纳管道内壁，都堆焊有一层47

5、mm的不锈钢维护层，即不锈钢堆焊层，见图1。在对这些受检对象的超声检测过程中，根据其资料、厚度以及外形等特点，并结合检测实施方式，采用的超声检测技术也存在不同技术特点。超声检测技术核反响堆压力容器超声检测采用超声自动化检查技术，检查结果有较好的反复性，检查数据可以得到永久的存储，利用公用数据处置软件可以对检查数据进展后处置以便可以对数据进展多种方式的分析。对于核反响堆压力容器的超声检测，超声检测技术要思索较多的要素，这主要包括超声探头角度、探头频率、探头方式、晶片尺寸、检测方向、探头托盘的方式、扫查探头的布置、扫查运动方式、检查前标定及检查过程中的二次标定、灵敏度的选择、选用仪器、缺陷的检测与

6、定量等。在综合思索这些要素后，针对每一个检查部位，才给出详细的检测技术。下面对这些要素的思索进展总体引见。由于核反响堆压力容器体积较大，在役检查时不可接近，在对核反响堆压力容器实施超声检查时采用超声自动化检测技术，即利用公用的反响堆压力容器检查机带动超声检测探头在被检部位区域进展自动扫查。整个超声检查从压力容器的内外表实施检查，检查采用探头与被检部件接触式的检查方式，运用水进展耦合。探头的选择在对核反响堆压力容器的超声检测中，探头的选择最为关键。选择超声探头时要根据被检对象的厚度、外形、焊缝坡口方式等特点以及探头声束的可达性来确定。对于每一个被检对象，采用多角度和多方向的超声波探头。反响堆压力

7、容器超声检测中所用的探头角度如表1所示。表1 超声探头角度的选择检查部位探头角度探头方式筒体环焊缝、封头环焊缝0、45、60、70单晶、双晶支撑焊缝0、45单晶筒体与接纳衔接焊缝0、45、60、7010、30、50单晶、双晶单晶接纳与平安端衔接焊缝、平安端与管道衔接焊缝0、45、60、703545双晶双晶接纳交贯面及其附加段区域45、70双晶内外表堆焊层区域45、70双晶普通检查大纲要求要对一切焊缝进展全体积的检查，由于焊缝的厚度都较大，同时在探头扫差的容器内壁存在一定厚度的堆焊层，在检测技术中，将被检焊缝的检查区域分为近外表区域和内部区域两部分。近外表区域的范围普通为030mm，内部区域的范

8、围普通为30mmT焊缝壁厚。近外表区域和内部区域所运用的探头角度以及探头方式有所不同。以筒体环焊缝和封头环焊缝为例，所运用的超声探头中，用于检查近外表区域探头和内部区域探头如表二所示。表二 筒体环焊缝、封头环焊缝超声探头角度的选择检查部位检查区域探头角度探头方式筒体环焊缝、封头环焊缝近外表区域0、45、70双晶内部区域0、45、60单晶在近外表区域的检查探头中，0、45、70探头都为双晶纵波探头；而内部区域的检测探头中，45、60探头为单晶横波探头，0探头为单晶直探头。探头频率的选择，按照检测区域及检测用途来确定。对于近外表区域，可采用较高的频率4MHz，而内部区域所采用的频率普通为22.5M

9、Hz。在声束衰减较大的焊缝中如平安端焊缝，运用较高的频率将会产生更多的噪声信号，因此要根据检测厚度和资料衰减情况以及探头性能来确定探头的频率，探头的频率普通处于14MHz的范围内。探头晶片的选择是根据检查范围的大小以及探头性能综合思索。对于厚壁焊缝的超声检测探头，为了能检测到远间隔 的部位，所运用较大的晶片从而获得较大的能量。如筒体环焊缝，45、60单晶横波探头的晶片尺寸普通为2030mm 的椭圆晶片。而对于双晶纵波探头，那么根据探头焦距的大小来确定。在保证探头性能的情况下，采用较小的晶片，从而整个探头的外壳也相对减少，有利于探头与扫查曲面的耦合。在整个检查所用的探头中，探头的外壳尺寸(长宽)

10、主要为3030mm和4040mm。检测方向对于每一个被检部件，都采用多方向进展扫查。筒体环焊缝、底封头环焊缝和平安端管道焊缝，在焊缝的两侧采用斜探头的声束面向焊缝的两个方向上进展轴向扫查，在沿焊缝方向周向上采用斜探头的声束沿着焊缝的两个正对方向顺时针和逆时针进展周向扫查。接纳与筒体的衔接焊缝是插入容器筒体内的插入式焊缝，构成了马鞍面的外形，焊缝厚度也较厚300mm左右。由于构造的关系，在对接纳与筒体的衔接焊缝的检查中，将扫查分为从接纳内侧进展检查和从筒体侧进展检查。从接纳内侧的检查为对焊缝的轴向检查。从筒体侧进展的检查为对焊缝的周向检查，该检查方式为探头声束沿着焊缝的长度方向即焊缝的切向挪动扫

11、查，简称切向扫查。这两种扫查方式，在选择探头时，探头的角度和方式也所不同，见表1。接纳交贯面及其附加段区域那么采用周向扫查两个方向的方式。内壁堆焊层的检查采用轴向扫查和周向扫查共四个方向的方式。扫查探头的布置600457045706045AB图2 筒体环焊缝轴向扫查探头布置图由于对每一个检查部位的检测都采用了多探头多方向的方式，同时为减少占用核反响堆压力容器的时间，并减少多次检查的风险性，在实施超声检测时，采用多探头同时进展检测的方式。因此对于每一个检查对象将尽量把一切探头安装在一同同时扫查。在安排扫查探头时，同时也思索减小扫查范围，提高检查效率。以筒体环焊缝轴向扫查为例，将8个探头同时安装在

12、一个托盘上，在托盘一次扫查后，这8个探头都可以完成扫查。详细扫查时，将扫查间隔 较长的60探头放在外侧，而把扫查间隔 相对较短的45探头放在内侧。详细探头的布置见图2。其它检查部位的探头安排将按照类似的方式进展陈列。标定在反响堆压力容器检查过程中，包含基准灵敏度标定和检查过程中的灵敏度校核标定。基准灵敏的标定是在相应的对比试块上进展。在检查过程中，要求对整个超声系统稳定性进展检验，以确定其灵敏度的有效性。每次检查开场前和每次检查终了后，以及每次检查开场后每间隔12小时或更少时间，均需对每一个探头进展灵敏度的校核。在运用公用机械工具的检查过程中，为了不使整个检查探头从容器内取出来进展灵敏度校核，

13、灵敏度的校核是在公用二次标定试块上进展的。利用二次标定试块，将每一个探头灵敏度转移到二次标定试块的反射体的灵敏度上。对系统的校核，即转移到二次标定试块中反射体的灵敏度的校核。公用二次标定试块普通固定在水下容器内或容器附近。在二次标定试块上可以对托盘上的每一个探头进展灵敏度校核。超声仪对核反响堆压力容器超声检查，采用多通道超声波检测系统，该检测系统由超声检测仪、超声数据采集软件和超声数据分析软件组成。超声检测仪至少含有12个独立通道。超声仪应具有较强的抗干扰才干，以及较高的数模转换率。超声仪与探头能有较好的匹配，有较大的带宽。采集和分析软件应有较强的功能，它能实时显示A/B/C/D-SCAN、动

14、态显示、多显示组合，并具有辅助定量丈量功能。缺陷的检测与定量在整个检测技术中，对每一个检查部件，都存在针对缺陷的检测和定量的检测技术。缺陷的检测是指以发现缺陷信号为主，也称缺陷的检出。缺陷的定量是指对缺陷的长度和本身高度的丈量。在检测探头中，都有指定分别用作检测和定量的探头。根据被检出的缺陷的位置和特点，对于一些部件，检测探头和定量探头可以是同一个探头，如筒体环焊缝中，45单晶横波探头即作为内部区域间测试的检测探头，也作为内部区域缺陷的定量探头。而对于一些部件，那么有公用的检测探头和定量探头。在在役检查中，按照规范的要求，对缺陷的定量普通采用-6dB的方法进展丈量。而目前，针对在役检查时所发现

15、的缺陷特点，而主要思索缺陷为面状缺陷。对这种面状缺陷多采用尖端衍射法对缺陷进展本身高度定量。因此，在检测过程中时，缺陷的检出与缺陷的定量普通采用不同检测灵敏度。在定量中采用较高的灵敏度有利于发现面状缺陷的尖端衍射信号。以检测堆焊层下缺陷为例，由于堆焊层下缺陷处于近外表，缺陷的检出采用70双晶纵波探头。70探头角度大，同时双晶纵波探头可以抑制不锈钢堆焊层的声束衰减，易于发现近外表的缺陷。在对堆焊层下缺陷的定量时，那么采用45双晶纵波探头。45探头在堆焊层下角度扭曲较小，程度线性准确，尖端信号分辨率高，便于缺陷本身高度的准确丈量。图3 是采用70探头和45探头对同一缺陷检测Bscan图示。图中可以明显看出，70探头发现缺陷的信号较为剧烈，45探头能明显分辨缺陷的尖端信号。70探头扫查结果45探头扫查结果图3 对堆焊层下缺陷70探头与45探头扫查结果对比终了语核反响堆压力容器的超声检测技术是一个比较复