接管安全端焊縫修復層相控陣超聲檢測技術

劉健　柴玉琨

【摘 要】核電站反應堆中的接管安全端焊縫，由于長期處于嚴峻工況中，為了保證其運行安全，對該對接焊縫進行了堆焊修復，修復層的結構和厚度與常規堆焊層有差異，因此通過探頭研制，對比試塊設計加工及掃查試驗，開展了接管焊縫修復層超聲檢測技術研究。實現了該類修復層的超聲檢測。

【關鍵詞】修復層；相控陣；超聲檢測

隨著能源和環境問題的日趨嚴峻，作為清潔高效的能源，核電站在各國迅速發展。但受到日本福島核電事故等的警示，核電站的安全比以往任何時候都更嚴格。特別是很多核電站已經運行多年，許多重要部件可能出現疲勞裂紋等嚴重威脅運行安全的缺陷，其中，管道安全端對接焊縫就屬于此類，因長期承受高溫、高壓、高輻照的惡劣工況，對疲勞有較高的敏感性，易誘發疲勞裂紋。

針對管道安全端對接焊縫的預防性修復，目前國內外常用的技術是在管道外表面進行堆焊修復，對原焊縫進行加強修復。相比于常規堆焊層焊縫，該焊縫結構特殊，修復層于管道的外表面，而且厚度較厚，需要針對該修復層開展超聲檢測技術研究，確保修復層檢測的可靠性，保證后期運行的安全。

1 檢測對象

1.1 結構尺寸

該檢測技術的被檢對象為核電站穩壓器的波動管、噴霧管及卸壓管等焊縫的修復層。以波動管為例，結構尺寸示意圖如圖1所示。

1.2 檢測區域

修復堆焊層檢測區域如圖2所示，包含A-B-C-D的區域及熱影響區。

2 檢測器材

接管安全端修復層的檢測器材主要包括：超聲波探傷儀、探頭、對比試塊及耦合劑。

2.1 超聲波探傷儀

針對檢測對象的結構，檢測的空間，采用超聲相控陣探傷儀超聲檢測技術。超聲相控陣探傷儀的型號為DANARAY-256/256PR，其實物圖見圖3。

2.2 超聲探頭

相控陣探頭頻率2MHz～5MHz，型號分別為ZPA-PB1D-LL-5MHZ-REX-5M-HY和ZPA-PB1D-LL-2.25MHZ-REX-5M-HY，探頭線長度為5米，具體參數見表1。探頭實物圖如圖4所示。

2.3 對比試塊

對比試塊的材料、結構尺寸、曲率、焊接及熱處理工藝和加工方式與實際產品相同，同時，對比試塊堆焊層的聲學性能與實際產品相同或接近。

對比試塊采用直徑1.6mm橫孔，布置深度為結合面、熱影響區及堆焊層厚度1/4、1/2、3/4處，三塊對比試塊編號分別為T1506154，T1506155，T1506154，對比試塊實物圖見圖5。

2.4 耦合劑

檢驗時采用潤濕性好、透聲性好，且不損傷檢驗表面的核級耦合劑，并對人體無害的耦合劑，含硫量不大于200mg/L，鹵素（氟和氯）的總含量不大于200mg/L，檢驗過程中，耦合劑的性質應穩定不變化，檢驗和校準過程中，應使用相同的耦合劑，本技術研究采用型號為CG-10的耦合劑。

3 檢測實施

分別在三塊對比試塊開展了超聲相控陣檢測試驗，超聲掃查分為縱向掃查和橫向掃查兩個方向，每個方向分別掃查深度為5mm、15mm和25mm的人工缺陷，掃查時移動探頭，保證每個深度缺陷的幅度為最大，然后記錄其增益、折射角、信號幅度、噪聲幅度及信噪比等數據。圖6為檢測波形圖示例。

4 結語

通過對接管安全端焊縫修復層進行超聲相控陣檢查技術研究，開展了探頭研制，試塊設計加工及掃查試驗等工作，能有效發現不同埋藏深度直徑1.6mm橫孔，信噪比滿足檢查的要求，能夠對核電站穩壓器波動管、噴霧管及卸壓管焊縫修復堆焊層進行檢查，可為核電站接管安全端焊縫修復層及類似結構提供技術參考。

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[責任編輯：張濤]