接管安全端焊缝修复层相控阵超声检测技术

刘健　柴玉琨

【摘 要】核电站反应堆中的接管安全端焊缝，由于长期处于严峻工况中，为了保证其运行安全，对该对接焊缝进行了堆焊修复，修复层的结构和厚度与常规堆焊层有差异，因此通过探头研制，对比试块设计加工及扫查试验，开展了接管焊缝修复层超声检测技术研究。实现了该类修复层的超声检测。

【关键词】修复层；相控阵；超声检测

随着能源和环境问题的日趋严峻，作为清洁高效的能源，核电站在各国迅速发展。但受到日本福岛核电事故等的警示，核电站的安全比以往任何时候都更严格。特别是很多核电站已经运行多年，许多重要部件可能出现疲劳裂纹等严重威胁运行安全的缺陷，其中，管道安全端对接焊缝就属于此类，因长期承受高温、高压、高辐照的恶劣工况，对疲劳有较高的敏感性，易诱发疲劳裂纹。

针对管道安全端对接焊缝的预防性修复，目前国内外常用的技术是在管道外表面进行堆焊修复，对原焊缝进行加强修复。相比于常规堆焊层焊缝，该焊缝结构特殊，修复层于管道的外表面，而且厚度较厚，需要针对该修复层开展超声检测技术研究，确保修复层检测的可靠性，保证后期运行的安全。

1 检测对象

1.1 结构尺寸

该检测技术的被检对象为核电站稳压器的波动管、喷雾管及卸压管等焊缝的修复层。以波动管为例，结构尺寸示意图如图1所示。

1.2 检测区域

修复堆焊层检测区域如图2所示，包含A-B-C-D的区域及热影响区。

2 检测器材

接管安全端修复层的检测器材主要包括：超声波探伤仪、探头、对比试块及耦合剂。

2.1 超声波探伤仪

针对检测对象的结构，检测的空间，采用超声相控阵探伤仪超声检测技术。超声相控阵探伤仪的型号为DANARAY-256/256PR，其实物图见图3。

2.2 超声探头

相控阵探头频率2MHz～5MHz，型号分别为ZPA-PB1D-LL-5MHZ-REX-5M-HY和ZPA-PB1D-LL-2.25MHZ-REX-5M-HY，探头线长度为5米，具体参数见表1。探头实物图如图4所示。

2.3 对比试块

对比试块的材料、结构尺寸、曲率、焊接及热处理工艺和加工方式与实际产品相同，同时，对比试块堆焊层的声学性能与实际产品相同或接近。

对比试块采用直径1.6mm横孔，布置深度为结合面、热影响区及堆焊层厚度1/4、1/2、3/4处，三块对比试块编号分别为T1506154，T1506155，T1506154，对比试块实物图见图5。

2.4 耦合剂

检验时采用润湿性好、透声性好，且不损伤检验表面的核级耦合剂，并对人体无害的耦合剂，含硫量不大于200mg/L，卤素（氟和氯）的总含量不大于200mg/L，检验过程中，耦合剂的性质应稳定不变化，检验和校准过程中，应使用相同的耦合剂，本技术研究采用型号为CG-10的耦合剂。

3 检测实施

分别在三块对比试块开展了超声相控阵检测试验，超声扫查分为纵向扫查和横向扫查两个方向，每个方向分别扫查深度为5mm、15mm和25mm的人工缺陷，扫查时移动探头，保证每个深度缺陷的幅度为最大，然后记录其增益、折射角、信号幅度、噪声幅度及信噪比等数据。图6为检测波形图示例。

4 结语

通过对接管安全端焊缝修复层进行超声相控阵检查技术研究，开展了探头研制，试块设计加工及扫查试验等工作，能有效发现不同埋藏深度直径1.6mm横孔，信噪比满足检查的要求，能够对核电站稳压器波动管、喷雾管及卸压管焊缝修复堆焊层进行检查，可为核电站接管安全端焊缝修复层及类似结构提供技术参考。

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[责任编辑：张涛]