本文摘要：摘要：核電站反應(yīng)堆鋼制安全殼是防止反應(yīng)堆放射性物質(zhì)進(jìn)入外界環(huán)境的最后一道屏障.對核電站的安全運(yùn)行至關(guān)重要。主要介紹了在不去除焊緣表面余高的情況下.相控陣(PAUT)和衍射時差法(TOFD)超聲檢測技術(shù)在鋼制安全殼對接焊縫中的檢測應(yīng)用。通過在埋藏有一定數(shù)
摘要：核電站反應(yīng)堆鋼制安全殼是防止反應(yīng)堆放射性物質(zhì)進(jìn)入外界環(huán)境的最后一道屏障.對核電站的安全運(yùn)行至關(guān)重要。主要介紹了在不去除焊緣表面余高的情況下.相控陣(PAUT)和衍射時差法(TOFD)超聲檢測技術(shù)在鋼制安全殼對接焊縫中的檢測應(yīng)用。通過在埋藏有一定數(shù)量的典型焊接缺陷的模擬試塊上的試驗(yàn)表明：相控陣和衍射時差法超聲檢測技術(shù)對焊.接缺陷具有較高的檢出率和較強(qiáng)的缺陷定位、定量的能力，是一種可靠、高效及經(jīng)濟(jì)的檢測手段。
關(guān)鍵詞：鋼制安全殼;成像;相控陣超聲波檢測;衍射時差法;定量
機(jī)械方向論文投稿刊物：《無損檢測》(月刊)創(chuàng)刊于1979年，是中國機(jī)械工程學(xué)會與上海材料研究所主辦、中國科協(xié)主管的應(yīng)用類技術(shù)刊物，全國無損檢測學(xué)會會刊，學(xué)會對外交流指定用刊。
鋼制安全殼是用來阻擋來自燃料的裂變產(chǎn)物及一回路放射性物質(zhì)進(jìn)入外界環(huán)境的最后一道屏障，對核電站的安全運(yùn)行至關(guān)重要⑴。三代核電站CAP1400鋼制安全殼，主要采用SA-738Gr.B鋼板拼焊而成，其屬于低合金高強(qiáng)度鋼，焊接性能較好，但由于鋼中含有Cr，Mo等元素.焊接過程中焊接接頭熱影響區(qū)容易出現(xiàn)熱應(yīng)變脆化而產(chǎn)生焊接裂紋⑵，也可能產(chǎn)生夾渣、氣孔、未焊透等常見的焊接缺陷。為了檢測焊接質(zhì)量以及時發(fā)現(xiàn)焊接中的危險(xiǎn)性缺陷，設(shè)計(jì)文件及ASME第III卷NE分卷《MC級部件》中均要求制造階段對其進(jìn)行100%射線檢測。
鋼制安全殼直徑為40m，高度為66m，上下封頭壁厚為45.0mm，第一環(huán)筒體壁厚為55.0mm，其他筒體壁厚為52.0mm;故其上的焊縫數(shù)量和尺寸都較大。與常規(guī)A型脈沖超聲檢測技術(shù)相比，射線檢測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生的底片可記錄存儲，可以直觀地顯示缺陷影像•缺點(diǎn)是有射線輻射，受時間窗口限制、檢測效率低，對厚壁焊縫中的微小型面狀缺陷容易漏檢⑶，且需要采用大量的膠片。因此對于制造廠而言，在滿足檢測質(zhì)量的前提下，為了能提高檢測效率和降低檢測成本及安全風(fēng)險(xiǎn)，迫切需要找到其他的行之有效的無損檢測技術(shù)手段�；诖嗽�，筆者介紹了超聲相控陣檢測技術(shù)和TOFD檢測技術(shù)在鋼制安全殼焊縫檢測中的試驗(yàn)情況。
1檢測實(shí)施難點(diǎn)分析
超聲檢測受焊縫表面余高影響(焊縫余高高度為2~3mm，寬度為32mm)，探頭在掃查過程中移動受限，檢測覆蓋困難，特別是對焊縫近表面缺陷及橫向缺陷的檢岀及定量較困難，故為保證覆蓋及不漏檢，必須采用一次反射波檢測焊縫.而這樣會增加探頭移動的距離，給檢測工藝的制定和掃查探頭的布置增加難度。
2檢測區(qū)域
鋼制安全殼對接焊縫的檢測區(qū)域由焊縫檢測區(qū)寬度和焊縫檢測區(qū)厚度表征。焊縫檢測區(qū)的寬度應(yīng)為焊縫本身加上焊縫熔合線兩側(cè)各10mm，焊縫檢測區(qū)域的厚度應(yīng)為工件厚度加上焊縫余高。
3試驗(yàn)方案
3.1檢測設(shè)備
采用的試驗(yàn)設(shè)備為美國ZETEC公司的DYNARAY-256相控陣檢測系統(tǒng)。
3.2檢測探頭
PAUT檢測探頭為5MHz，32晶片的一維線性陣列探頭。TOFD探頭采用了頻率為5MHz，晶片尺寸為06mm，折射角度為60°的縱波探頭，探頭中心間距設(shè)置為122mm⑷。
3.3檢測覆蓋
相控陣采用直射波和一次反射體進(jìn)行檢測.直射波覆蓋厚度范圍為3~52mm，—次反射波覆蓋厚度范圍為0〜52mm。
3.4掃查方式
為了發(fā)現(xiàn)平行于焊縫的縱向缺陷和垂直于焊縫的橫向缺陷，試驗(yàn)主要采用縱向缺陷掃查布置和橫向缺陷掃查布置兩種方式進(jìn)行掃查。
4能力驗(yàn)證模擬缺陷試塊
為了驗(yàn)證超聲相控陣和TOFD自動檢測技術(shù)的可行性，依據(jù)ASME第HI卷NE分卷、第V卷《無損檢測》中的關(guān)于鋼制安全殼對接焊縫檢測及驗(yàn)收的相關(guān)要求，參考第xi卷中強(qiáng)制性附錄vm《超聲檢測系統(tǒng)的性能驗(yàn)證》中對容器焊縫的性能驗(yàn)證的規(guī)定，制作了3件厚度為52mm的能力驗(yàn)證焊接試塊，能力驗(yàn)證試塊中共預(yù)埋了12個模擬自然缺陷，包括裂紋、夾渣、坡口未熔合、未焊透、氣孔等，分布于近外表面、中上部、中部、根部等區(qū)域。
5試驗(yàn)結(jié)果分析
試驗(yàn)結(jié)果主要是基于超聲相控陣和TOFD技術(shù)對試塊正面和反面自動采集的數(shù)據(jù)，下面從缺陷的實(shí)際檢出率、位置、長度以及缺陷的高度等方面與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對比分析。
6結(jié)論
(1)采用的檢測工藝能同時完成PAUT和TOFD自動檢測，可顯示A掃、B掃、S掃、C掃和D掃數(shù)據(jù)影像，檢測數(shù)據(jù)可永久保存，可供多人同時離線分析，數(shù)據(jù)使用方便快捷。(2)對3件模擬焊縫試塊上共12個缺陷進(jìn)行檢測，缺陷的最大定位偏差不大于2mm，滿足ASME第XI卷附錄W中對缺陷綜合定位偏差為士5mm的要求。(3)PAUT對缺陷的檢出幾乎不受焊縫余高的影響，能100%檢出能力驗(yàn)證試塊上的12個不同位置和性質(zhì)的缺陷，而TOFD檢測受焊縫表面余高影響，部分近內(nèi)外表面的缺陷未檢出或檢出效果不佳，所以現(xiàn)場缺陷檢測時應(yīng)以PAUT為主，采用TOFD技術(shù)現(xiàn)場檢測時應(yīng)考慮近內(nèi)外表面盲區(qū)的影響。
(4)在缺陷測長方面，PAUT長度偏差最大為-3.5mm，TOFD檢測受表面余高的影響，對于一些盲區(qū)附近的缺陷測長偏差較大;所以缺陷測長時，應(yīng)綜合考慮PAUT和TOFD的檢測結(jié)果。(5)在缺陷測高方面.PAUT對氣孔類缺陷的測高不敏感，S掃影像上通常顯示為一個反射點(diǎn)，沒有明顯的上下端點(diǎn)信號，而對面狀類缺陷的測高較準(zhǔn)確，測高誤差小于1.5mm;TOFD檢測對缺陷的測高不受缺陷性質(zhì)的影響，端點(diǎn)衍射信號明顯，測量誤差較小;所以對于體積類缺陷的測高，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注TOFD的檢測結(jié)果。
綜上所述，相控陣和衍射時差法超聲檢測技術(shù)對焊接缺陷具有較高的檢出率及定位定量精度•是可靠、高效及經(jīng)濟(jì)的檢測手段。
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[4]NB/T47013.10承壓設(shè)備無損檢測第10部分：衍射時差法超聲檢測[S].
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