相控陣超聲檢測技術在核電廠推廣初步研究

王進 嚴海 韓揚 劉曉睿 王勤

摘 要

在核電廠在役檢查及檢修工作中，通常采用傳統的射線檢測方法進行缺陷隱患排查，在實施射線檢測的過程中，由于涉及人員輻射防護的要求，不僅工作流程復雜煩瑣，檢測效率較低，而且還會影響到整個檢修進程。相控陣超聲檢測技術是新型無損檢測技術，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結果成像直觀、不涉及人員輻射防護等優點。本文主要針對不銹鋼薄壁、中厚焊接管道進行相控陣檢測工藝的研究，主要應用CIVA仿真軟件進行缺陷仿真模擬，制定檢測工藝，定制專用探頭及楔塊對模擬仿真結果進行驗證。

關鍵詞

核電廠;相控陣超聲;不銹鋼;檢測工藝;CIVA

中圖分類號： TG441.7;TG115.285;TM623 ?文獻標識碼： 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設備中，近年來管道斷裂等問題漸漸出現，核電廠汽水焊接管道在高振動水平的惡劣狀況下運行，其焊縫等危險截面會存在很大的安全隱患，易使管道插套焊的焊縫產生疲勞裂紋;同時流體加速腐蝕（FAC）也會對管道的焊接接頭造成影響，最終導致其泄露，機組停堆，給核電廠的安全運行帶來巨大威脅。射線檢測作為廣泛接受的管道檢查方法，能滿足在非在役狀態下的管道檢測，但因為設備？場地？安全等射線檢測的固有缺點，電廠的焊接管道在役檢查很難使用射線檢測的方式進行檢查，因此需要更加快速高效的無損檢測方法以適應大量的焊接管道檢查項目。針對這些限制，新的相控陣技術檢測方法應運而生。相控陣超聲檢測技術具有掃查速度快、靈活性好、聲束掃查可靠性高、缺陷檢出率高以及檢測結果成像直觀等多個方面的優點。

1 模擬仿真

利用CIVA仿真軟件對常見的缺陷包括氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、裂紋等進行模擬仿真。該軟件的超聲模塊主要包括聲場計算和缺陷響應兩大功能，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功能，它能夠在工件內部設置各種形式、規格的缺陷，并將缺陷放置在工件中的任意位置。可以根據實際需求設置任意規格的探頭、楔塊組合，設置合適的聚焦法則、探頭放置位置和移動軌跡，通過不斷試驗最終研發出適用于被檢管徑的相控陣超聲檢測工藝。

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。檢測設備采用了GEKKO M2M便攜式相控陣檢測儀，探頭及楔塊根據仿真結果進行研發定制，對比試塊的設計是參考國內外相控陣超聲標準的基礎上自主設計研發。

3 相控陣超聲與射線檢測結果對比

將上述14種規格的樣管一一進行相控陣超聲檢測，并將檢測結果與射線檢測結果進行對比，以Φ28×3mm為例進行分析如下。

圖4 Φ1.5氣孔（人工缺陷）相控陣檢測反射波幅比較低，射線與相控陣檢測長度相當。圖5夾渣（人工缺陷）設計尺寸為4mm，相控陣檢測測長為4.2mm。圖6對于未焊透（人工缺陷），相控陣二次波、三次波都可以檢測出根部未焊透，圖像對比清晰，且人工加工缺陷長度與射線檢測長度以及相控陣檢測長度相當。相控陣檢測在焊縫兩側檢測波幅相當，檢測長度相當。圖7對于氣孔（自然缺陷），射線底片缺陷測量為圓形Φ1，相控陣檢測長度為1.3mm，缺陷當量反射波幅比較低。

4 結論

對比分析奧氏體不銹鋼焊縫樣管相控陣超聲檢測與射線檢測結果，并對相控陣超聲的可靠性、檢測技術進行研究，得出對于面積型缺陷的檢出能力，相控陣超聲檢測技術優于射線檢測技術;對于體積型缺陷，在研究的樣管規格范圍內，相控陣超聲檢測能力與射線檢測能力相當。這說明采用相控陣超聲新型檢測技術既能有效的提升核電廠的經濟效益，又可以豐富現場檢測技術的多樣性，對確保核電站安全運行具有重要意義。同時此項研究成果也成功應用于多家核電廠常規島現場，應用此技術共檢測221條不銹鋼焊接接頭，發現的缺陷與實際缺陷一致，為核電廠大修節約220工時，提高了核電廠檢修效率及經濟效益。

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