AP1000/CAP1400蒸汽发生器U形管弯管区涡流检测的信号特征

王巍超，曹刚，郭韵

(国核电站运行服务技术有限公司，上海　200233)

AP1000/CAP1400蒸汽发生器U形管弯管区涡流检测的信号特征

王巍超，曹刚，郭韵

(国核电站运行服务技术有限公司，上海200233)

通过分析蒸发器传热管制造阶段的弯管工艺及管壁的形变，探讨相似涡流特征信号的特征，确定该区域信号较为准确的分析方法。

传热管;涡流检测;蒸汽发生器;无损检测

三代核电AP1000/CAP1400蒸汽发生器U形传热管的验收条件较二代及二代加堆型更为严格，在涡流外穿检测及内穿信噪比检测的基础上增加了弯管后涡流内穿式全管检测。内穿式全管涡流检测中对TWD、DFI、NQI、DNG、BLG、PVN、MBM、PDS、TAS及NOS等十类涡流信号的分析记录标准做了明确的要求，其中弯管区域涡流信号的分析，国内外各分析人员存在着不同的见解。因此，研究和了解弯管区涡流信号的特征尤为重要。

U形传热管弯管区域的涡流信号与制造工艺及管壁形变有重要关系。笔者从分析U形管制造工艺对管壁形变造成的影响入手，结合弯管区涡流信号特点，介绍弯管区域切点信号及加速点涡流信号的特征。

1　制造工艺概述

蒸汽发生器传热管选用Inconel690TT合金，提高了Cr含量，降低Ni含量，改善了传热管在役运行中的应力腐蚀和晶间腐蚀问题。目前国内已经完成了三代核电蒸发器传热管的自主化生产并实现了量产。

世界上除个别厂商采用拉拔工艺外，其他均为轧制工艺。以扎制为例，主要生产工艺为锻造开坯、热挤压、冷轧、脱脂、热处理、矫直、弯管、检验、包装。管材要经过三次热处理，即退火、特殊热处理、消除应力。消除应力仅用于较小弯管半径的个别行数管束，并且在弯管后实施。

国内U形传热管的弯管均采用冷弯管工艺，根据不同的弯管半径又分为推弯和模弯两种弯管方式，通常模弯工艺用于小弯管半径的传热管。

推弯工艺依靠图1中的尼龙滚轮3和转臂的规则运动完成规定半径的弯管，其中尼龙滚轮1及尼龙滚轮2用于传热管的固定和驱动传热管轴向运动。模弯工艺与推弯工艺类似(见图2)，传热管依旧沿轴向运动，弯管时转臂围绕弯模中心转动。弯模和挡块也采用尼龙材质，弯模和挡块的加工精度直接影响弯管的质量。

2　弯管对管壁尺寸的影响

弯管过程是一个复杂的弹性、塑性变形过程，管子变形程度除了材料本身物理性能外，还与弯管机施加在管子上的外载荷大小有关［1］。以某厂生产的蒸汽发生器U形传热管为测试对象，使用千分卡尺在弯管区域不同长度上测量A-C、D-B两个方向上直径的变化，使用超声波测厚仪在弯管区域不同长度上测量A、B、C、D四个周向方向上的壁厚变化(见图3)。

图3中，左侧为直管段截面示意图，右侧为弯管段截面示意图，在弯管后A-C方向上的直径略微变小，D-B方向上直径略微变大，并且靠近弯管内测的管壁A点壁厚明显大于弯管外侧管壁C点的壁厚。在0°～180°弯管区域内，自0°起椭圆度逐渐增大，到90°时达到最大，在90°～180°传热管的椭圆度逐渐减小。由于弯管工艺中考虑到管子的回弹，弯管角度会控制在180°±(3°～5°)［2］，因此180°终弯处的变形程度会略大于0°起弯处，这个现象在采用模弯工艺制造的小弯管半径U形传热管中尤为明显。

3　弯管切点信号特点

三代核电AP1000/CAP1400蒸汽发生器U形管涡流检测结果显示，传热管弯管区域存在不同幅值的弯管切点信号(TAS)，在弯管切点信号附近存在近似凹痕(DNG)与凸起(BLG)的疑似信号，且信号特征具备普遍性。国内外厂商普遍发现有近似信号，此类信号与二代及二代加系列压水堆的蒸汽发生器传热管弯管区域的信号有较大的差别，也与当前国内常规岛高、低压加热换热器等不锈钢U形管的信号不同。若不对弯管区信号的成因及特征进行研究将极易造成误判和漏判。

在U形管内穿式涡流检测的验收条件中对所允许的最大凹痕及凸起的数量有明确的规定，并且对单一凹痕或凸起信号的幅值也有严格的要求;同时也对不同行数区间内的传热管弯管切点信号的幅值要求做了详细的规定。对于图4中的涡流信号，国内外在该区域信号的判定上有着各自不同的看法，笔者将详细讨论弯管区域信号的特征，以正确区分特征信号及缺陷信号。

4　弯管切点信号

传热管涡流检测中在主频差分通道上切点信号基本在水平方向上(ASME标准样管上通孔信号相位设为40°，4个20%外壁平底孔信号电压设置为4 V)，起弯处切点信号在主频差分通道的水平方向分量上朝向右方，而终弯处切点信号在主频差分通道的水平方向分量上朝向左方。

涡流bobbin探头在从直管段部分向弯管部分以及从弯管部分向直管段部分移动过渡时，探头的中心将偏离管中轴线，从而会引起阻抗的变化;另一方面，弯管过程会导致管壁发生变形，AC方向直径会略微变小，整个弯管区域可看作为一个在弯管内侧轴向方向上有一定长度的“凹痕”，两处的切点信号分别为该“凹痕”的两个端点信号，因此切点信号的相位大多在水平方向上(见图5)。

由于弯管过程中，半径较大的弯管其管壁的变形也较小，因此在主频差分通道上的切点信号幅值随着行号的增大而减小，其变化规律见图6。

一般而言，在推弯工艺中，起弯处切点信号通常大于终弯处切点信号;但在模弯工艺中，终弯处结束位置在180°±(3°～5°)，终弯处形变明显要大于起弯处，因此终弯处切点信号幅值反而会高于起弯处切点信号。

5　加速点信号

在实际检测中，半径较大(例如行号90以上)的区域除切点信号外也会存在另一类似于凹痕或凸起的信号，该信号通常靠近于弯管的起弯处，距离起弯处切点信号一般在100 mm以内(见图7)。

在弯管过程中转臂的移动速度并非恒定，起始速度较慢，之后以相对较快的速度运转直至结束，故存在一个加速点，并且此时滚轮3处的受力情况由于速度的陡变而发生变化，会导致管壁的形变，因此该类似于凹痕或凸起的信号实质上为加速点信号。由于加速点的幅值与弯管机上滚轮3上施加的力有关，通过调节滚轮3的行程与压力能较好地控制加速点信号的幅值。

加速点信号的位置和幅值与弯管机的参数设置有直接的关系，对于不同的弯管半径的U形管，其加速点信号也略有不同，甚至可以靠近起弯处，使切点信号与加速点信号形成新的复合信号，见图8。

6　结语

三代核电AP1000/CAP1400蒸汽发生器U形管在弯管区域的切点信号和加速点信号在涡流信号上虽然类似于凹痕或凸起，但有着不同的信号特征和形成原因。熟悉及理解这两类信号的特征尤为重要。

弯管区域的切点信号的评定，对于图7中两处信号在轴向方向上能明显区分的，起弯处和终对于弯管区域的加速点信号，在当前的验收条件中并未做详细的规定，此类信号可视为局部噪声，按照弯管区域噪声(NOS)的记录准则处理较为妥当。参考文献:

弯处切点信号应按照切点信号的相关记录准则评定;对于图8中切点信号与加速点信号较为接近信号，若能区分，则应区分对待;图4中两者复合为一个信号，则应当视为切点信号处理，按切点信号的记录标准评定。

［1］姜素云，董静.核电蒸发器用传热管生产工艺简介［J］.冶金设备，2012(S1):117-119.

［2］张军.浅析一种U型管冷弯快速成型法［J］.装备制造技术，2011(3):164-165.

Signature of Eddy Current Indications at U-tube Bend Areas of AP1000/CAP1400 Steam Generators

Wang Weichao，Cao Gang，Guo Yun
(State Nuclear Power Plant Service Company，Shanghai 200233，China)

By analyzing the bending technology and wall deformation characteristics of heat-transfer tubes in a steam generator，the signature of similar eddy current indications was studied，so as to find an appropriate method for analysis on signals detected from this region.

heat-transfer tube;eddy current testing;steam generator;NDT

TL353.13

A

1671-086X(2016)01-0043-03

2015-07-18

王巍超(1986—)，男，工程师，主要从事涡流检测工作。

E-mail:18930176938@189.cn