核電站反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)Ω焊縫渦流檢測(cè)技術(shù)研究

崔洪巖　祁攀　邵文斌　廖述圣

【摘 要】核電站反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)Ω焊縫渦流檢測(cè)中的焊縫區(qū)及熱影響區(qū)是影響渦流檢測(cè)能力的主要因素。本文采用專用渦流探頭對(duì)Ω焊縫裂紋缺陷的檢出能力進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)人工缺陷測(cè)試試塊進(jìn)行測(cè)試和分析，以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的實(shí)際缺陷解剖分析，證明了渦流檢測(cè)系統(tǒng)及方法檢出缺陷的準(zhǔn)確性。

【關(guān)鍵詞】核電站；反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；Ω焊縫；渦流檢測(cè)

中圖分類號(hào)： TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：2095-2457（2018）06-0105-002

【Abstract】The detection ability of eddy current test was mainly affecetd by the quality of weld zone and heat affected zone of reactor control rod driving facility in nuclear power plant. The special probe was made for the study of the detection ability for the defects located in the Ω weld zone. The accuracy of eddy current test system and method was proved by the combined of artificial defects test analysis of test samples and defects on site test and metallographic analysis of the actual faclity.

【Key words】Nuclear power plant； Reactor control rod drive facility； Ω weld； Eddy current test

0 引言

核電站反應(yīng)堆壓力容器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)吊環(huán)螺栓帽與移動(dòng)管座密封焊縫（簡(jiǎn)稱Ω焊縫） 是保證核電站一回路壓力邊界完整性的關(guān)鍵部件，同時(shí)，它也是一個(gè)非常薄弱的環(huán)節(jié)，萬(wàn)一泄漏其事故將直接危及核安全。Ω焊縫在機(jī)組運(yùn)行期間處于汽水分離層，易產(chǎn)生腐蝕裂紋。一般Ω焊縫共有三道，分別為上部、中部和下部Ω焊縫，其布置圖如圖1所示。目前，在國(guó)內(nèi)外多次發(fā)現(xiàn)Ω焊縫及鄰近母材有泄漏現(xiàn)象，所以應(yīng)采取措施對(duì)相應(yīng)的Ω焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)并對(duì)該部件進(jìn)行監(jiān)控。渦流檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)焊縫及母材近表面缺陷，對(duì)超聲波檢測(cè)是一個(gè)良好的補(bǔ)充。但是在渦流檢測(cè)中存在表面提離效應(yīng)以及焊縫區(qū)的局部磁化和電導(dǎo)率變化干擾檢測(cè)信號(hào)采集與分析。本文采用屏蔽渦流差分線圈和銣鐵硼永磁鐵做磁飽和裝置，來(lái)降低提離效應(yīng)和磁導(dǎo)率變化和電導(dǎo)率變化對(duì)檢測(cè)的影響。通過(guò)對(duì)Ω焊縫內(nèi)外壁位置的周向裂紋缺陷進(jìn)行渦流檢測(cè)信號(hào)的檢測(cè)和分析，驗(yàn)證系統(tǒng)的檢測(cè)能力，最后通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的實(shí)際缺陷解剖分析，證明該渦流檢測(cè)系統(tǒng)及方法檢出缺陷的準(zhǔn)確性。

1 方法論述

1.1 研究對(duì)象

Ω焊縫由驅(qū)動(dòng)桿行程套管和密封殼進(jìn)行焊接而成，母材和焊縫區(qū)的材料分別為1Cr18Ni9Ti和0Cr18Ni9Ti。文中采用了中部Ω焊縫作為測(cè)試試塊，其焊縫區(qū)為4mm～5mm，壁厚為2.3mm。如表1所示編號(hào)為CRDM-ET-01的中部Ω焊縫測(cè)試試塊，分別在內(nèi)外壁位置加工了不同深度的周向人工槽，該人工槽周向長(zhǎng)度覆蓋了Ω焊縫整個(gè)母材和焊縫區(qū)。

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

本次測(cè)試所使用的設(shè)備是CNPO公司生產(chǎn)的渦流探頭以及CEddyACQ采集和CEddyANA分析件，選用CoreStar公司生產(chǎn)的OMNI200渦流儀。渦流探頭線圈在Ω焊縫外表面進(jìn)行布置，其中編號(hào)1到4為差分線圈。如圖2所示編號(hào)為1和4的線圈布置在母材區(qū)，編號(hào)為2和3的線圈覆蓋了整個(gè)焊縫區(qū)和熱影響區(qū)。

1.2.2 數(shù)據(jù)分析設(shè)置

為了減少分析過(guò)程中結(jié)果的偏差，我們制定了固化的分析規(guī)則，詳見(jiàn)上表3中的分析設(shè)置。

表2 數(shù)據(jù)分析設(shè)置

1.3 焊縫區(qū)磁化處理

Ω焊縫與母材的熔合區(qū)是滋生裂紋的重點(diǎn)區(qū)域，并且焊縫區(qū)及熱影響區(qū)的磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率和晶體結(jié)構(gòu)的變化是影響渦流檢測(cè)的主要因素。為了降低該區(qū)域的干擾因素對(duì)渦流信號(hào)的影響，我們?cè)谔筋^骨架上增加磁鐵做磁飽和裝置，來(lái)降低局部磁導(dǎo)率的影響。在差分線圈內(nèi)部增加磁芯，外部增加屏蔽罩來(lái)提高探頭的聚磁能力，將渦流場(chǎng)盡量屏蔽在很小的范圍內(nèi)，降低電導(dǎo)率和晶體結(jié)構(gòu)等其他因素帶來(lái)的影響。

1.4 分析結(jié)果

結(jié)合表2，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)整體信號(hào)的初步分析以及結(jié)合在役檢查現(xiàn)場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)，200KHz頻率下的信號(hào)具有最佳信噪比，因此后續(xù)的分析結(jié)果均在該頻率下進(jìn)行。

1.4.1 差分線圈檢測(cè)結(jié)果

1.4.2分析結(jié)果

（1）Ω焊縫表面布置的4個(gè)線圈，其中1和4號(hào)線圈在焊縫的左右兩側(cè)，屬于母材區(qū)，檢出能力應(yīng)該高于2和3號(hào)線圈所在的焊縫區(qū)及熱影響區(qū)。本分析結(jié)果的檢測(cè)能力以四個(gè)線圈均能夠檢出為準(zhǔn)，共可以檢測(cè)Ω焊縫測(cè)試試塊6個(gè)缺陷。

（2）4個(gè)外壁缺陷均能檢出，其中最小外壁缺陷D為0.46mm。

（3）由于3號(hào)線圈內(nèi)能檢出內(nèi)壁缺陷G，所以最終認(rèn)為只發(fā)現(xiàn)2個(gè)內(nèi)壁缺陷。其中缺陷F為的埋深為1.11mm。

1.5 Ω焊縫裂紋缺陷信號(hào)分析

在國(guó)內(nèi)某核電廠Ω焊縫渦流檢查中，發(fā)現(xiàn)的缺陷信號(hào)非常明顯，并且在周向的2個(gè)渦流探頭上均有信號(hào)，證明缺陷在周向上具有一定長(zhǎng)度，渦流缺陷定位為313.4度。該缺陷焊縫經(jīng)過(guò)解剖實(shí)驗(yàn)分析確定為內(nèi)壁周向裂紋，缺陷位置為312度。通過(guò)該解剖實(shí)驗(yàn)可以看出所有檢測(cè)結(jié)果都非常吻合。也證明了該渦流檢測(cè)系統(tǒng)及方法檢出缺陷的準(zhǔn)確性。

2 總結(jié)

本文針對(duì)Ω焊縫的裂紋缺陷進(jìn)行渦流檢測(cè)技術(shù)研究，并總結(jié)分析了人工周向裂紋缺陷檢出能力和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢出缺陷的解剖對(duì)比。其中本文的渦流檢測(cè)系統(tǒng)可以檢出外壁人工最小缺陷為0.46mm，內(nèi)壁埋深缺陷為1.11mm；現(xiàn)場(chǎng)檢出的缺陷位置與實(shí)際解剖結(jié)果十分吻合。也證明了該渦流檢測(cè)系統(tǒng)及方法檢出缺陷的準(zhǔn)確性。

【參考文獻(xiàn)】

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