核電站反應堆控制棒驅動機構Ω焊縫渦流檢測技術研究

崔洪巖　祁攀　邵文斌　廖述圣

【摘 要】核電站反應堆控制棒驅動機構Ω焊縫渦流檢測中的焊縫區及熱影響區是影響渦流檢測能力的主要因素。本文采用專用渦流探頭對Ω焊縫裂紋缺陷的檢出能力進行了研究，通過對人工缺陷測試試塊進行測試和分析，以及對現場檢測的實際缺陷解剖分析，證明了渦流檢測系統及方法檢出缺陷的準確性。

【關鍵詞】核電站；反應堆控制棒驅動機構；Ω焊縫；渦流檢測

中圖分類號： TM623 文獻標識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）06-0105-002

【Abstract】The detection ability of eddy current test was mainly affecetd by the quality of weld zone and heat affected zone of reactor control rod driving facility in nuclear power plant. The special probe was made for the study of the detection ability for the defects located in the Ω weld zone. The accuracy of eddy current test system and method was proved by the combined of artificial defects test analysis of test samples and defects on site test and metallographic analysis of the actual faclity.

【Key words】Nuclear power plant； Reactor control rod drive facility； Ω weld； Eddy current test

0 引言

核電站反應堆壓力容器驅動機構吊環螺栓帽與移動管座密封焊縫（簡稱Ω焊縫） 是保證核電站一回路壓力邊界完整性的關鍵部件，同時，它也是一個非常薄弱的環節，萬一泄漏其事故將直接危及核安全。Ω焊縫在機組運行期間處于汽水分離層，易產生腐蝕裂紋。一般Ω焊縫共有三道，分別為上部、中部和下部Ω焊縫，其布置圖如圖1所示。目前，在國內外多次發現Ω焊縫及鄰近母材有泄漏現象，所以應采取措施對相應的Ω焊縫進行無損檢測并對該部件進行監控。渦流檢測可以發現焊縫及母材近表面缺陷，對超聲波檢測是一個良好的補充。但是在渦流檢測中存在表面提離效應以及焊縫區的局部磁化和電導率變化干擾檢測信號采集與分析。本文采用屏蔽渦流差分線圈和銣鐵硼永磁鐵做磁飽和裝置，來降低提離效應和磁導率變化和電導率變化對檢測的影響。通過對Ω焊縫內外壁位置的周向裂紋缺陷進行渦流檢測信號的檢測和分析，驗證系統的檢測能力，最后通過對現場檢測的實際缺陷解剖分析，證明該渦流檢測系統及方法檢出缺陷的準確性。

1 方法論述

1.1 研究對象

Ω焊縫由驅動桿行程套管和密封殼進行焊接而成，母材和焊縫區的材料分別為1Cr18Ni9Ti和0Cr18Ni9Ti。文中采用了中部Ω焊縫作為測試試塊，其焊縫區為4mm～5mm，壁厚為2.3mm。如表1所示編號為CRDM-ET-01的中部Ω焊縫測試試塊，分別在內外壁位置加工了不同深度的周向人工槽，該人工槽周向長度覆蓋了Ω焊縫整個母材和焊縫區。

1.2 研究方法

1.2.1 實驗設備

本次測試所使用的設備是CNPO公司生產的渦流探頭以及CEddyACQ采集和CEddyANA分析件，選用CoreStar公司生產的OMNI200渦流儀。渦流探頭線圈在Ω焊縫外表面進行布置，其中編號1到4為差分線圈。如圖2所示編號為1和4的線圈布置在母材區，編號為2和3的線圈覆蓋了整個焊縫區和熱影響區。

1.2.2 數據分析設置

為了減少分析過程中結果的偏差，我們制定了固化的分析規則，詳見上表3中的分析設置。

表2 數據分析設置

1.3 焊縫區磁化處理

Ω焊縫與母材的熔合區是滋生裂紋的重點區域，并且焊縫區及熱影響區的磁導率、電導率和晶體結構的變化是影響渦流檢測的主要因素。為了降低該區域的干擾因素對渦流信號的影響，我們在探頭骨架上增加磁鐵做磁飽和裝置，來降低局部磁導率的影響。在差分線圈內部增加磁芯，外部增加屏蔽罩來提高探頭的聚磁能力，將渦流場盡量屏蔽在很小的范圍內，降低電導率和晶體結構等其他因素帶來的影響。

1.4 分析結果

結合表2，對采集的數據進行分析，通過對整體信號的初步分析以及結合在役檢查現場的經驗，200KHz頻率下的信號具有最佳信噪比，因此后續的分析結果均在該頻率下進行。

1.4.1 差分線圈檢測結果

1.4.2分析結果

（1）Ω焊縫表面布置的4個線圈，其中1和4號線圈在焊縫的左右兩側，屬于母材區，檢出能力應該高于2和3號線圈所在的焊縫區及熱影響區。本分析結果的檢測能力以四個線圈均能夠檢出為準，共可以檢測Ω焊縫測試試塊6個缺陷。

（2）4個外壁缺陷均能檢出，其中最小外壁缺陷D為0.46mm。

（3）由于3號線圈內能檢出內壁缺陷G，所以最終認為只發現2個內壁缺陷。其中缺陷F為的埋深為1.11mm。

1.5 Ω焊縫裂紋缺陷信號分析

在國內某核電廠Ω焊縫渦流檢查中，發現的缺陷信號非常明顯，并且在周向的2個渦流探頭上均有信號，證明缺陷在周向上具有一定長度，渦流缺陷定位為313.4度。該缺陷焊縫經過解剖實驗分析確定為內壁周向裂紋，缺陷位置為312度。通過該解剖實驗可以看出所有檢測結果都非常吻合。也證明了該渦流檢測系統及方法檢出缺陷的準確性。

2 總結

本文針對Ω焊縫的裂紋缺陷進行渦流檢測技術研究，并總結分析了人工周向裂紋缺陷檢出能力和現場實際檢出缺陷的解剖對比。其中本文的渦流檢測系統可以檢出外壁人工最小缺陷為0.46mm，內壁埋深缺陷為1.11mm；現場檢出的缺陷位置與實際解剖結果十分吻合。也證明了該渦流檢測系統及方法檢出缺陷的準確性。

【參考文獻】

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[3]ASME_XI-附錄Ⅳ-附件2管道和容器表面檢驗鑒定要求.