相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)在核電廠(chǎng)推廣初步研究

王進(jìn) 嚴(yán)海 韓揚(yáng) 劉曉睿 王勤

摘 要

在核電廠(chǎng)在役檢查及檢修工作中，通常采用傳統(tǒng)的射線(xiàn)檢測(cè)方法進(jìn)行缺陷隱患排查，在實(shí)施射線(xiàn)檢測(cè)的過(guò)程中，由于涉及人員輻射防護(hù)的要求，不僅工作流程復(fù)雜煩瑣，檢測(cè)效率較低，而且還會(huì)影響到整個(gè)檢修進(jìn)程。相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)是新型無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，具有掃查速度快、靈活性好、聲束掃查可靠性高、缺陷檢出率高以及檢測(cè)結(jié)果成像直觀、不涉及人員輻射防護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。本文主要針對(duì)不銹鋼薄壁、中厚焊接管道進(jìn)行相控陣檢測(cè)工藝的研究，主要應(yīng)用CIVA仿真軟件進(jìn)行缺陷仿真模擬，制定檢測(cè)工藝，定制專(zhuān)用探頭及楔塊對(duì)模擬仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞

核電廠(chǎng);相控陣超聲;不銹鋼;檢測(cè)工藝;CIVA

中圖分類(lèi)號(hào)： TG441.7;TG115.285;TM623 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 11

0 引言

焊接管道廣泛存在于核電廠(chǎng)設(shè)備中，近年來(lái)管道斷裂等問(wèn)題漸漸出現(xiàn)，核電廠(chǎng)汽水焊接管道在高振動(dòng)水平的惡劣狀況下運(yùn)行，其焊縫等危險(xiǎn)截面會(huì)存在很大的安全隱患，易使管道插套焊的焊縫產(chǎn)生疲勞裂紋;同時(shí)流體加速腐蝕（FAC）也會(huì)對(duì)管道的焊接接頭造成影響，最終導(dǎo)致其泄露，機(jī)組停堆，給核電廠(chǎng)的安全運(yùn)行帶來(lái)巨大威脅。射線(xiàn)檢測(cè)作為廣泛接受的管道檢查方法，能滿(mǎn)足在非在役狀態(tài)下的管道檢測(cè)，但因?yàn)樵O(shè)備？場(chǎng)地？安全等射線(xiàn)檢測(cè)的固有缺點(diǎn)，電廠(chǎng)的焊接管道在役檢查很難使用射線(xiàn)檢測(cè)的方式進(jìn)行檢查，因此需要更加快速高效的無(wú)損檢測(cè)方法以適應(yīng)大量的焊接管道檢查項(xiàng)目。針對(duì)這些限制，新的相控陣技術(shù)檢測(cè)方法應(yīng)運(yùn)而生。相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)具有掃查速度快、靈活性好、聲束掃查可靠性高、缺陷檢出率高以及檢測(cè)結(jié)果成像直觀等多個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。

1 模擬仿真

利用CIVA仿真軟件對(duì)常見(jiàn)的缺陷包括氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、裂紋等進(jìn)行模擬仿真。該軟件的超聲模塊主要包括聲場(chǎng)計(jì)算和缺陷響應(yīng)兩大功能，本次不銹鋼管道焊接接頭仿真主要使用的是其中的缺陷響應(yīng)功能，它能夠在工件內(nèi)部設(shè)置各種形式、規(guī)格的缺陷，并將缺陷放置在工件中的任意位置?？梢愿鶕?jù)實(shí)際需求設(shè)置任意規(guī)格的探頭、楔塊組合，設(shè)置合適的聚焦法則、探頭放置位置和移動(dòng)軌跡，通過(guò)不斷試驗(yàn)最終研發(fā)出適用于被檢管徑的相控陣超聲檢測(cè)工藝。

2 樣管制備

本文選用了材料為316L及0Cr18Ni9，管徑范圍在28mm到660mm，厚度為3mm到20mm的樣管。檢測(cè)設(shè)備采用了GEKKO M2M便攜式相控陣檢測(cè)儀，探頭及楔塊根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行研發(fā)定制，對(duì)比試塊的設(shè)計(jì)是參考國(guó)內(nèi)外相控陣超聲標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上自主設(shè)計(jì)研發(fā)。

3 相控陣超聲與射線(xiàn)檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

將上述14種規(guī)格的樣管一一進(jìn)行相控陣超聲檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果與射線(xiàn)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以Φ28×3mm為例進(jìn)行分析如下。

圖4 Φ1.5氣孔（人工缺陷）相控陣檢測(cè)反射波幅比較低，射線(xiàn)與相控陣檢測(cè)長(zhǎng)度相當(dāng)。圖5夾渣（人工缺陷）設(shè)計(jì)尺寸為4mm，相控陣檢測(cè)測(cè)長(zhǎng)為4.2mm。圖6對(duì)于未焊透（人工缺陷），相控陣二次波、三次波都可以檢測(cè)出根部未焊透，圖像對(duì)比清晰，且人工加工缺陷長(zhǎng)度與射線(xiàn)檢測(cè)長(zhǎng)度以及相控陣檢測(cè)長(zhǎng)度相當(dāng)。相控陣檢測(cè)在焊縫兩側(cè)檢測(cè)波幅相當(dāng)，檢測(cè)長(zhǎng)度相當(dāng)。圖7對(duì)于氣孔（自然缺陷），射線(xiàn)底片缺陷測(cè)量為圓形Φ1，相控陣檢測(cè)長(zhǎng)度為1.3mm，缺陷當(dāng)量反射波幅比較低。

4 結(jié)論

對(duì)比分析奧氏體不銹鋼焊縫樣管相控陣超聲檢測(cè)與射線(xiàn)檢測(cè)結(jié)果，并對(duì)相控陣超聲的可靠性、檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究，得出對(duì)于面積型缺陷的檢出能力，相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)優(yōu)于射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù);對(duì)于體積型缺陷，在研究的樣管規(guī)格范圍內(nèi)，相控陣超聲檢測(cè)能力與射線(xiàn)檢測(cè)能力相當(dāng)。這說(shuō)明采用相控陣超聲新型檢測(cè)技術(shù)既能有效的提升核電廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，又可以豐富現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)的多樣性，對(duì)確保核電站安全運(yùn)行具有重要意義。同時(shí)此項(xiàng)研究成果也成功應(yīng)用于多家核電廠(chǎng)常規(guī)島現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)用此技術(shù)共檢測(cè)221條不銹鋼焊接接頭，發(fā)現(xiàn)的缺陷與實(shí)際缺陷一致，為核電廠(chǎng)大修節(jié)約220工時(shí)，提高了核電廠(chǎng)檢修效率及經(jīng)濟(jì)效益。

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