本文摘要：摘要：核電站反應堆鋼制安全殼是防止反應堆放射性物質(zhì)進入外界環(huán)境的最后一道屏障.對核電站的安全運行至關(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用。通過在埋藏有一定數(shù)
摘要：核電站反應堆鋼制安全殼是防止反應堆放射性物質(zhì)進入外界環(huán)境的最后一道屏障.對核電站的安全運行至關(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的缺陷定位、定量的能力，是一種可靠、高效及經(jīng)濟的檢測手段。
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，是中國機械工程學會與上海材料研究所主辦、中國科協(xié)主管的應用類技術(shù)刊物，全國無損檢測學會會刊，學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)進入外界環(huán)境的最后一道屏障，對核電站的安全運行至關(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)焊接中的危險性缺陷，設(shè)計文件及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險，迫切需要找到其他的行之有效的無損檢測技術(shù)手段。基于此原因，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情況。
1檢測實施難點分析
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)域的厚度應為工件厚度加上焊縫余高。
3試驗方案
3.1檢測設(shè)備
采用的試驗設(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行掃查。
4能力驗證模擬缺陷試塊
為了驗證超聲相控陣和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收的相關(guān)要求，參考第xi卷中強制性附錄vm《超聲檢測系統(tǒng)的性能驗證》中對容器焊縫的性能驗證的規(guī)定，制作了3件厚度為52mm的能力驗證焊接試塊，能力驗證試塊中共預埋了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試驗結(jié)果分析
試驗結(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)，下面從缺陷的實際檢出率、位置、長度以及缺陷的高度等方面與設(shè)計值進行對比分析。
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)場缺陷檢測時應以PAUT為主，采用TOFD技術(shù)現(xiàn)場檢測時應考慮近內(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，沒有明顯的上下端點信號，而對面狀類缺陷的測高較準確，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，應重點關(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)濟的檢測手段。
參考文獻：
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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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