相控阵超声检测技术在核电厂推广初步研究

来源:用户上传      作者:

　　摘 要
　　在核电厂在役检查及检修工作中，通常采用传统的射线检测方法进行缺陷隐患排查，在实施射线检测的过程中，由于涉及人员辐射防护的要求，不仅工作流程复杂烦琐，检测效率较低，而且还会影响到整个检修进程。相控阵超声检测技术是新型无损检测技术，具有扫查速度快、灵活性好、声束扫查可靠性高、缺陷检出率高以及检测结果成像直观、不涉及人员辐射防护等优点。本文主要针对不锈钢薄壁、中厚焊接管道进行相控阵检测工艺的研究，主要应用CIVA仿真软件进行缺陷仿真模拟，制定检测工艺，定制专用探头及楔块对模拟仿真结果进行验证。
　　关键词
　　核电厂;相控阵超声;不锈钢;检测工艺;CIVA
　　中图分类号： TG441.7;TG115.285;TM623  文献标识码： A
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 11
　　0 引言
　　焊接管道广泛存在于核电厂设备中，近年来管道断裂等问题渐渐出现，核电厂汽水焊接管道在高振动水平的恶劣状况下运行，其焊缝等危险截面会存在很大的安全隐患，易使管道插套焊的焊缝产生疲劳裂纹;同时流体加速腐蚀（FAC）也会对管道的焊接接头造成影响，最终导致其泄露，機组停堆，给核电厂的安全运行带来巨大威胁。射线检测作为广泛接受的管道检查方法，能满足在非在役状态下的管道检测，但因为设备？场地？安全等射线检测的固有缺点，电厂的焊接管道在役检查很难使用射线检测的方式进行检查，因此需要更加快速高效的无损检测方法以适应大量的焊接管道检查项目。针对这些限制，新的相控阵技术检测方法应运而生。相控阵超声检测技术具有扫查速度快、灵活性好、声束扫查可靠性高、缺陷检出率高以及检测结果成像直观等多个方面的优点。
　　1 模拟仿真
　　利用CIVA仿真软件对常见的缺陷包括气孔、夹渣、未熔合、未焊透、裂纹等进行模拟仿真。该软件的超声模块主要包括声场计算和缺陷响应两大功能，本次不锈钢管道焊接接头仿真主要使用的是其中的缺陷响应功能，它能够在工件内部设置各种形式、规格的缺陷，并将缺陷放置在工件中的任意位置。可以根据实际需求设置任意规格的探头、楔块组合，设置合适的聚焦法则、探头放置位置和移动轨迹，通过不断试验最终研发出适用于被检管径的相控阵超声检测工艺。
　　2 样管制备
　　本文选用了材料为316L及0Cr18Ni9，管径范围在28mm到660mm，厚度为3mm到20mm的样管。检测设备采用了GEKKO M2M便携式相控阵检测仪，探头及楔块根据仿真结果进行研发定制，对比试块的设计是参考国内外相控阵超声标准的基础上自主设计研发。
　　3 相控阵超声与射线检测结果对比
　　将上述14种规格的样管一一进行相控阵超声检测，并将检测结果与射线检测结果进行对比，以Φ28×3mm为例进行分析如下。
　　图4 Φ1.5气孔（人工缺陷）相控阵检测反射波幅比较低，射线与相控阵检测长度相当。图5夹渣（人工缺陷）设计尺寸为4mm，相控阵检测测长为4.2mm。图6对于未焊透（人工缺陷），相控阵二次波、三次波都可以检测出根部未焊透，图像对比清晰，且人工加工缺陷长度与射线检测长度以及相控阵检测长度相当。相控阵检测在焊缝两侧检测波幅相当，检测长度相当。图7对于气孔（自然缺陷），射线底片缺陷测量为圆形Φ1，相控阵检测长度为1.3mm，缺陷当量反射波幅比较低。
　　4 结论
　　对比分析奥氏体不锈钢焊缝样管相控阵超声检测与射线检测结果，并对相控阵超声的可靠性、检测技术进行研究，得出对于面积型缺陷的检出能力，相控阵超声检测技术优于射线检测技术;对于体积型缺陷，在研究的样管规格范围内，相控阵超声检测能力与射线检测能力相当。这说明采用相控阵超声新型检测技术既能有效的提升核电厂的经济效益，又可以丰富现场检测技术的多样性，对确保核电站安全运行具有重要意义。同时此项研究成果也成功应用于多家核电厂常规岛现场，应用此技术共检测221条不锈钢焊接接头，发现的缺陷与实际缺陷一致，为核电厂大修节约220工时，提高了核电厂检修效率及经济效益。
　　参考文献
　　[1]Moles M， Ginzel E. Phased Arrays for Small Diameter， Thin-walled Piping Inspections[C].18th World Conference on Nondestructive Testing， Durban， South Africa. 2012： 16-20.
　　[2]Ramesh A S. SEMI-AUTOMATED PHASED ARRAY UT IN LIEU OF RADIOGRAPHY FOR SMALL DIAMETER， REDUCED WALL THICKNESS PIPE WELD JOINTS[J].
　　[3]ASME Boiler &Pressue Vessel Code 2011a，Section V，Art.4.Ultrasonnic Examination Methods for Welds[s].
　　[4]金南辉，牟彦春.小径管对接焊接接头相控阵超声检测技术[J]. 无损检测，2010，32（6）：427-430.
　　[5]严宇，张晓峰，杨会敏，周炜璐，等.核电主管道奥氏体不锈钢焊缝的相控阵超声检测[J].无损检测，2018，40（2）：24-28.
　　[6]朱琪，孙磊，庞兵.奥氏体不锈钢小径管相控阵超声检测方法探究[J].电力勘测设计，2019（03）：49-54.
　　[7]原可义，吴开磊，杨齐，侯金刚.相控阵超声检测中的近场和远场选择[J].无损检测，2019，41（03）：1-5.
　　[8]徐冰，严海，刘晓睿.不锈钢小径管疲劳裂纹类缺陷相控阵超声检测的可靠性验证[J].无损检测，2018，40（09）：38-43.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15205766.htm