本文摘要：摘要：核電站反應堆鋼制安全殼是防止反應堆放射性物質進入外界環境的最后一道屏障.對核電站的安全運行至關重要。主要介紹了在不去除焊緣表面余高的情況下.相控陣(PAUT)和衍射時差法(TOFD)超聲檢測技術在鋼制安全殼對接焊縫中的檢測應用。通過在埋藏有一定數
摘要：核電站反應堆鋼制安全殼是防止反應堆放射性物質進入外界環境的最后一道屏障.對核電站的安全運行至關重要。主要介紹了在不去除焊緣表面余高的情況下.相控陣(PAUT)和衍射時差法(TOFD)超聲檢測技術在鋼制安全殼對接焊縫中的檢測應用。通過在埋藏有一定數量的典型焊接缺陷的模擬試塊上的試驗表明：相控陣和衍射時差法超聲檢測技術對焊.接缺陷具有較高的檢出率和較強的缺陷定位、定量的能力，是一種可靠、高效及經濟的檢測手段。
關鍵詞：鋼制安全殼;成像;相控陣超聲波檢測;衍射時差法;定量
機械方向論文投稿刊物：《無損檢測》(月刊)創刊于1979年，是中國機械工程學會與上海材料研究所主辦、中國科協主管的應用類技術刊物，全國無損檢測學會會刊，學會對外交流指定用刊。
鋼制安全殼是用來阻擋來自燃料的裂變產物及一回路放射性物質進入外界環境的最后一道屏障，對核電站的安全運行至關重要⑴。三代核電站CAP1400鋼制安全殼，主要采用SA-738Gr.B鋼板拼焊而成，其屬于低合金高強度鋼，焊接性能較好，但由于鋼中含有Cr，Mo等元素.焊接過程中焊接接頭熱影響區容易出現熱應變脆化而產生焊接裂紋⑵，也可能產生夾渣、氣孔、未焊透等常見的焊接缺陷。為了檢測焊接質量以及時發現焊接中的危險性缺陷，設計文件及ASME第III卷NE分卷《MC級部件》中均要求制造階段對其進行100%射線檢測。
鋼制安全殼直徑為40m，高度為66m，上下封頭壁厚為45.0mm，第一環筒體壁厚為55.0mm，其他筒體壁厚為52.0mm;故其上的焊縫數量和尺寸都較大。與常規A型脈沖超聲檢測技術相比，射線檢測技術的優點是產生的底片可記錄存儲，可以直觀地顯示缺陷影像•缺點是有射線輻射，受時間窗口限制、檢測效率低，對厚壁焊縫中的微小型面狀缺陷容易漏檢⑶，且需要采用大量的膠片。因此對于制造廠而言，在滿足檢測質量的前提下，為了能提高檢測效率和降低檢測成本及安全風險，迫切需要找到其他的行之有效的無損檢測技術手段�；诖嗽颍P者介紹了超聲相控陣檢測技術和TOFD檢測技術在鋼制安全殼焊縫檢測中的試驗情況。
1檢測實施難點分析
超聲檢測受焊縫表面余高影響(焊縫余高高度為2~3mm，寬度為32mm)，探頭在掃查過程中移動受限，檢測覆蓋困難，特別是對焊縫近表面缺陷及橫向缺陷的檢岀及定量較困難，故為保證覆蓋及不漏檢，必須采用一次反射波檢測焊縫.而這樣會增加探頭移動的距離，給檢測工藝的制定和掃查探頭的布置增加難度。
2檢測區域
鋼制安全殼對接焊縫的檢測區域由焊縫檢測區寬度和焊縫檢測區厚度表征。焊縫檢測區的寬度應為焊縫本身加上焊縫熔合線兩側各10mm，焊縫檢測區域的厚度應為工件厚度加上焊縫余高。
3試驗方案
3.1檢測設備
采用的試驗設備為美國ZETEC公司的DYNARAY-256相控陣檢測系統。
3.2檢測探頭
PAUT檢測探頭為5MHz，32晶片的一維線性陣列探頭。TOFD探頭采用了頻率為5MHz，晶片尺寸為06mm，折射角度為60°的縱波探頭，探頭中心間距設置為122mm⑷。
3.3檢測覆蓋
相控陣采用直射波和一次反射體進行檢測.直射波覆蓋厚度范圍為3~52mm，—次反射波覆蓋厚度范圍為0〜52mm。
3.4掃查方式
為了發現平行于焊縫的縱向缺陷和垂直于焊縫的橫向缺陷，試驗主要采用縱向缺陷掃查布置和橫向缺陷掃查布置兩種方式進行掃查。
4能力驗證模擬缺陷試塊
為了驗證超聲相控陣和TOFD自動檢測技術的可行性，依據ASME第HI卷NE分卷、第V卷《無損檢測》中的關于鋼制安全殼對接焊縫檢測及驗收的相關要求，參考第xi卷中強制性附錄vm《超聲檢測系統的性能驗證》中對容器焊縫的性能驗證的規定，制作了3件厚度為52mm的能力驗證焊接試塊，能力驗證試塊中共預埋了12個模擬自然缺陷，包括裂紋、夾渣、坡口未熔合、未焊透、氣孔等，分布于近外表面、中上部、中部、根部等區域。
5試驗結果分析
試驗結果主要是基于超聲相控陣和TOFD技術對試塊正面和反面自動采集的數據，下面從缺陷的實際檢出率、位置、長度以及缺陷的高度等方面與設計值進行對比分析。
6結論
(1)采用的檢測工藝能同時完成PAUT和TOFD自動檢測，可顯示A掃、B掃、S掃、C掃和D掃數據影像，檢測數據可永久保存，可供多人同時離線分析，數據使用方便快捷。(2)對3件模擬焊縫試塊上共12個缺陷進行檢測，缺陷的最大定位偏差不大于2mm，滿足ASME第XI卷附錄W中對缺陷綜合定位偏差為士5mm的要求。(3)PAUT對缺陷的檢出幾乎不受焊縫余高的影響，能100%檢出能力驗證試塊上的12個不同位置和性質的缺陷，而TOFD檢測受焊縫表面余高影響，部分近內外表面的缺陷未檢出或檢出效果不佳，所以現場缺陷檢測時應以PAUT為主，采用TOFD技術現場檢測時應考慮近內外表面盲區的影響。
(4)在缺陷測長方面，PAUT長度偏差最大為-3.5mm，TOFD檢測受表面余高的影響，對于一些盲區附近的缺陷測長偏差較大;所以缺陷測長時，應綜合考慮PAUT和TOFD的檢測結果。(5)在缺陷測高方面.PAUT對氣孔類缺陷的測高不敏感，S掃影像上通常顯示為一個反射點，沒有明顯的上下端點信號，而對面狀類缺陷的測高較準確，測高誤差小于1.5mm;TOFD檢測對缺陷的測高不受缺陷性質的影響，端點衍射信號明顯，測量誤差較小;所以對于體積類缺陷的測高，應重點關注TOFD的檢測結果。
綜上所述，相控陣和衍射時差法超聲檢測技術對焊接缺陷具有較高的檢出率及定位定量精度•是可靠、高效及經濟的檢測手段。
參考文獻：
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