用于AP1000型核电站核级主设备厚壁焊缝的常规超声自动检验技术研究

杨勇　巩希德　夏中杰

【摘 要】AP1000核电机组是目前国际上先进的第三代核电机组，按照ASME规范要求，核级设备（例如：蒸发发生器等）的焊缝需要进行超声检验，而这类焊缝均有厚壁较厚等特点。目前，在国内均使用常规手动超声方式进行检验，效率相对较低，为高效完成检验，可采用自动化设备一次搭载多个常规超声探头同时进行扫查，形成可存储的数据以便离线分析。本文通过研究和试验验证，形成了一套适用于AP1000核级主设备厚壁焊缝的常规超声自动检验方法。

【關键词】AP1000；核级主设备；厚壁焊缝；常规超声自动检验

中图分类号： TG441.7 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）11-0007-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.003

【Abstract】AP1000 nuclear power unit is the advanced third generation nuclear power unit in the world.According to the requirements of the ASME specification， the weld of nuclear grade equipment（such as evaporation generator，etc.） needs ultrasonic inspection，and the thick wall of this kind of weld has the characteristics of thick wall.At present，the conventional manual ultrasonic method is used in domestic inspection，the efficiency is relatively low.In order to complete the high efficiency test，a number of conventional ultrasonic probes can be carried by automatic equipment at the same time to scan it at the same time，and the data can be stored for off-line analysis.Through research and experimental verification，a set of conventional ultrasonic automatic inspection method for thick wall welds of AP1000 nuclear grade main equipment has been formed.

【Key words】AP1000；Nuclear class main equipment；Thick wall welds；Automatic ultrasonic examination

1 引言

根据ASME规范，AP1000型核电站核级主设备筒体焊缝需要进行超声检验，由于焊缝位于核一回路压力边界，一般厚壁都较厚。国内对于现有此类厚壁焊缝的超声检验都采用了常规单晶超声探头人工手动方式进行，但其检验结果却容易受到人因因素的影响。同时，手动超声面临着无法进行检验数据的记录和无法数据离线分析的问题，不利于缺陷的查看和分析。

自动超声检验已成为了当前技术发展的趋势[1]，越来越多地应用于核电相关无损检测行业[2]，可存储的数据对于检验过程的把控也变得更加容易。但自动超声检验需要针对特定的受检对象进行单独设计，其成本投入相对较大。目前国内外不管是制造阶段还是役检阶段，一般仍采用手动方式进行，尚无相关从大型设备外壁进行自动检验信息和经验。

2 设备厚壁焊缝常规超声自动检验技术

2.1 检测对象介绍

本文选取AP1000核电机组核级主设备厚壁焊缝中壁厚最厚且内壁带有堆焊层的蒸汽发生器下封头与管板连接焊缝（核安全1级）作为相控阵超声检验技术的研究对象。焊缝基本信息：母材材料为SA508 GR3 CL2，规格尺寸：3979.6mm×（基体金属254mm+堆焊层5.9mm）。

2.2 超声技术能力验证要求

核级主设备厚壁焊缝不属于特殊验证项目，其超声检验验证要求将参考ASME规范XI卷规定性附录VIII的反应堆压力容器的筒体焊缝要求进行。

2.3 自动机械和控制系统的要求

参考核电中管道自动检验的机械和控制要求，考虑到核级主设备的特点，自动机械和控制的要求如下：

1、扫查装置应有两个运动轴，能够实现从设备外表面对焊缝进行轴向和周向扫查。

2、各扫查轴在运动过程中，不能出现打滑和晃动现象，运动过程中应有良好的位置重复性。

3、各扫查轴的定位精度和重复定位精度小于±5mm。

2.4 难点分析

2.4.1 超声检验难点分析

1、厚度大会造成的声束传播路径长，超声信号噪声随之加大，使得缺陷的分析变得困难。

2、检测对象的底面堆焊层会使得底面缺陷信号弱，进行平面型缺陷高度定量时存在容易造成偏差较大或是无法有效定量的情况。

2.4.2 机械装置和控制系统难点分析

1、设备直径大，为能够进行不间断扫查，装置轨道的尺寸需设计较长，对现场设备快速安装是一项挑战。

2、检验对象周围空间情况复杂，要兼顾到不同直径设备上受检对象的运动需求特点，需要扫查装置尽量的灵活以适应不同的工况。