反應(yīng)堆壓力容器接管與筒體連接焊縫相控陣超聲檢驗(yàn)技術(shù)研究

張運(yùn)平 張志鵬 周帆

【摘 要】介紹了接管與筒體連接焊縫的相控陣超聲檢驗(yàn)技術(shù)方案，闡述了研究過程中相控陣探頭的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)，以及與常規(guī)超聲技術(shù)對(duì)比分析。結(jié)合檢驗(yàn)技術(shù)要求，采用理論分析以及試驗(yàn)對(duì)比等手段相結(jié)合的方式，結(jié)果表明：通過試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的相控陣探頭，可以有效替代多種常規(guī)檢測探頭，設(shè)計(jì)的相控陣檢測技術(shù)的檢測及定量能力優(yōu)于常規(guī)探頭，并能有效減少現(xiàn)場檢驗(yàn)時(shí)間。

【關(guān)鍵字】反應(yīng)堆壓力容器;接管與筒體連接焊縫;超聲相控陣;核電廠

中圖分類號(hào)： TG441.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）03-0205-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.085

Ultrasonic Phased Array Technique Research for Nozzle Weld of Nuclear Reactor Pressure Vessel

ZHANG Yun-ping ZHANG Zhi-peng ZHOU Fan LI Ying-chun

（China Nuclear Power Operation Technology Corporation Ltd.，Wuhan Hubei 430223，China）

【Abstract】This article introduced technical scheme of ultrasonic phased array testing for weld of nozzle to nuclear reaction pressure vessel， and described the key technology and technology analysis compared with conventional ultrasonic method. According to requirement of testing technology， theoretical analysis and contrast test are combined used in this paper. The results showed that ultrasonic phased array probes which were proved by the numerical simulation and contrast test can instead of multiple conventional ultrasonic probe， meanwhile， the detection and sizing of designed ultrasonic phased array probe for the defect are superior to conventional ultrasonic probe， and inspection time in nuclear power plant can be effectively reduced.

【Key words】Reactor pressure vessel; Nozzle weld; Ultrasonic phased array; Nuclear power plant

0 前言

反應(yīng)堆壓力容器接管與筒體的連接焊縫是插入容器筒體內(nèi)的插入式焊縫，形成了馬鞍面的外形，焊縫厚度較厚（300mm左右）。由于結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，焊接過程中比較容易產(chǎn)生制造缺陷，這種制造過程中的缺陷，在長期高溫、高壓、輻照的在役條件下，可能成為疲勞、晶間腐蝕等問題的源發(fā)地。目前，國內(nèi)某電廠已出現(xiàn)過在反應(yīng)堆壓力容器接管與筒體連接焊縫中發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷的先例，因此定期對(duì)接管與筒體連接焊縫進(jìn)行超聲檢驗(yàn)顯得十分必要，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊縫中產(chǎn)生的危險(xiǎn)性缺陷，并對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確定量，為缺陷的分析和評(píng)定提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，使其得到盡快處理，從而維護(hù)和保障核電設(shè)施的安全。

隨著我國核電事業(yè)的發(fā)展，核電站核反應(yīng)堆數(shù)量不斷增加，承擔(dān)的反應(yīng)堆壓力容器超聲檢驗(yàn)任務(wù)愈加頻繁，并對(duì)檢驗(yàn)質(zhì)量，檢驗(yàn)效率和檢驗(yàn)工期的要求也越來越高，接管與筒體的連接焊縫的復(fù)雜結(jié)構(gòu)型式也對(duì)超聲檢測技術(shù)提出了更高的要求。因此，在研制開發(fā)高效可靠的新掃查裝置的同時(shí)，在已有較成熟的常規(guī)超聲檢驗(yàn)技術(shù)基礎(chǔ)上，開展接管與筒體連接焊縫相控陣超聲檢驗(yàn)應(yīng)用技術(shù)方面的分析和研究，設(shè)計(jì)出先進(jìn)、可靠、快捷的可應(yīng)用于核電現(xiàn)場反應(yīng)堆壓力容器接管與筒體連接焊縫相控陣超聲檢驗(yàn)技術(shù)，發(fā)揮相控陣檢測技術(shù)的優(yōu)勢，提高反應(yīng)堆壓力容器接管安全端焊縫超聲檢驗(yàn)的工作效率，縮短檢驗(yàn)時(shí)間，減少核電大修窗口時(shí)間，減少人員所受的輻射劑量，將具有很大的市場需求和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 反應(yīng)堆壓力容器接管與筒體連接焊縫相控陣超聲檢驗(yàn)技術(shù)

在原有常規(guī)超聲檢測技術(shù)基礎(chǔ)上，考慮用一個(gè)相控陣探測探頭替代常規(guī)超聲技術(shù)中所有的探測探頭，同時(shí)用一個(gè)相控陣定量探頭替代常規(guī)超聲技術(shù)中所有的定量探頭：

采用1個(gè)一維相控陣探頭，使用固定角度法則替代常規(guī)技術(shù)中0°、10°、30°、50°探測探頭;

采用1個(gè)一維相控陣探頭，使用固定角度法則替代常規(guī)技術(shù)中定量探頭。

相控陣技術(shù)方案見表1。探頭掃查方式同常規(guī)超聲方法的掃查方式，軸向掃查方式，具體的掃查方式和掃查參數(shù)見表2。

2 試驗(yàn)方法及試驗(yàn)結(jié)果

2.1 設(shè)備及試塊

采用DYNARAY相控陣超聲儀器進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)試塊為帶人工缺陷的接管焊縫試塊。其中試驗(yàn)試塊接管尺寸為Φ558.8mm（內(nèi)徑）×110mm，筒體尺寸為 Φ3906mm（內(nèi)徑）×263.5mm。試驗(yàn)試塊中缺陷包括外表面平面型缺陷、埋藏體積型缺陷、內(nèi)表面平面型缺陷。試塊中人工缺陷設(shè)計(jì)參數(shù)如表3所示。

2.2 掃查方式

采用自動(dòng)掃查裝置，從接管內(nèi)表面進(jìn)行掃查。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

使用探測用1維相控陣探頭在參考試塊上制作TGC曲線，對(duì)試驗(yàn)試塊上的3個(gè)缺陷進(jìn)行自動(dòng)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)缺陷后，采用定量用1維相控陣探頭進(jìn)行定量檢驗(yàn)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)平面型缺陷后，采用-6dB法進(jìn)行測長，端點(diǎn)衍射法進(jìn)行測高;當(dāng)發(fā)現(xiàn)體積型缺陷后，采用-6dB法進(jìn)行測長和測高。為了對(duì)比檢查結(jié)果，將相控陣的檢查結(jié)果同常規(guī)自動(dòng)超聲的檢查結(jié)果，以及缺陷的設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較。試塊的檢測結(jié)果如表4所示，典型信號(hào)圖見圖1所示。

從檢測試驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用的相控陣檢測技術(shù)，均可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)表面平面型缺陷、埋藏缺陷和外表面缺陷的檢測，相控陣探頭能夠?qū)崿F(xiàn)聲波對(duì)被檢接管焊縫的全體積覆蓋。采用超聲相控陣技術(shù)的缺陷高度測量誤差范圍為-0.9～1.2mm、長度測量誤差范圍為3.7～12mm，采用常規(guī)自動(dòng)超聲檢查高度測量誤差范圍為0～3.7mm、長度測量誤差范圍為1.4～5mm，均滿足缺陷定量精度要求中的長度測量誤差范圍為-6～25mm、高度測量誤差小于±5mm。

3 結(jié)語

本著提高反應(yīng)堆壓力容器接管與筒體連接焊縫超聲檢驗(yàn)工作效率，縮短作業(yè)時(shí)間，減少核電大修關(guān)鍵路徑時(shí)間的原則，針對(duì)核電站反應(yīng)堆壓力容器管與筒體連接焊縫，提出采用相控陣檢查技術(shù)替代常規(guī)超聲自動(dòng)檢測。選用1維相控陣縱波探頭對(duì)含自然缺陷的接管與筒體連接焊縫試塊進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明：研究的相控陣技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)試塊全體積缺陷的檢測和定量，定量結(jié)果符合定量精度的要求。如果通過進(jìn)一步優(yōu)化及改進(jìn)，該技術(shù)可以推廣到核電站反應(yīng)堆壓力容器接管與筒體連接焊縫的檢測中。

【參考文獻(xiàn)】

[1]鄭輝，林樹青.超聲檢測[M].北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2008，171-210.