反應(yīng)堆壓力容器主螺栓 超聲波檢測技術(shù)介紹

1 ?引言
核反應(yīng)堆壓力容器是核電廠和核動力裝置中最重要的設(shè)備，核反應(yīng)堆壓力容器的質(zhì)量是保證核電設(shè)備和核動力裝置正常安全運(yùn)行的關(guān)鍵。反應(yīng)堆容器主螺栓是連接壓力容器殼體和頂蓋重要的部件，為防止核放射性物質(zhì)的外逸、保障反應(yīng)堆壓力容器正常工作有著十分重要的作用。在核電廠和核動力裝置的檢驗(yàn)規(guī)范和大綱中，對反應(yīng)堆壓力容器主螺栓提出了無損檢測的強(qiáng)制性要求，并指定分別在投入使用前和運(yùn)行一定間隔時間內(nèi)對主螺栓實(shí)施役前檢查和在役檢查。

法國標(biāo)準(zhǔn)《核電廠核島機(jī)械設(shè)備在役檢查規(guī)則》RSEM規(guī)定，對反應(yīng)堆壓力容器主螺栓的無損檢測主要采用超聲波檢測技術(shù)、渦流檢測技術(shù)。本文重點(diǎn)介紹了對核反應(yīng)堆壓力容器主螺栓實(shí)施檢測的超聲波技術(shù)。

2 ?檢驗(yàn)的部位[1]
反應(yīng)堆壓力容器主螺栓，材料為40NCDV7.03，規(guī)格為M155×4mm，檢驗(yàn)范圍包括螺栓的螺紋區(qū)及上、下螺紋區(qū)之間的非螺紋區(qū)。具體的檢測部位見圖1。反應(yīng)堆壓力容器主螺栓超聲波檢測的目的是探測螺紋部位是否有明顯的由腐蝕或者撕裂等引起的金屬損傷以及鄰近螺栓螺紋根部是否存在裂紋。

3  主螺栓超聲波檢測裝備
核反應(yīng)堆壓力容器主螺栓超聲波檢測采用自動化超聲波檢查技術(shù)，檢測儀器分為機(jī)械裝置，電氣控制裝置，以及超聲波信號采集裝置，并具有專門的超聲波數(shù)據(jù)分析軟件，可實(shí)現(xiàn)對超聲波數(shù)據(jù)的精確分析。

3.1檢測儀器的機(jī)械和電氣控制裝置

反應(yīng)堆壓力容器主螺栓的超聲波檢測設(shè)備由兩部分組成，機(jī)械運(yùn)動部分（SUIP掃查器）和電氣控制部分（SIROCO INSIDE）組成。機(jī)械運(yùn)動部分包括驅(qū)動單元和掃查單元組成：驅(qū)動單元直接放置在受檢螺栓的頂端，用于驅(qū)動掃查單元；掃查單元裝有超聲探頭，超聲探頭插入封頭螺栓的中心孔中，在驅(qū)動單元的驅(qū)動下，對主螺栓進(jìn)行掃查檢測。電氣控制部分(SIROCO INSIDE)用以控制驅(qū)動單元完成探頭在螺栓中心孔內(nèi)的運(yùn)動，控制軟件的界面如下圖2所示。通過設(shè)置一定的路徑和掃查方式實(shí)現(xiàn)對主螺栓的檢驗(yàn)。
機(jī)械運(yùn)動部分和電氣控制部分的定位精度可達(dá)0.5mm。

3.2超聲波采集系統(tǒng)[2]

超聲波采集裝置采用MIDAS 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 MIDAS 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是采用客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的自動化超聲波數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；系統(tǒng)組成上主要由 MIDAS 硬件超聲波板卡部分，MIDAS 硬件控制部分（服務(wù)器）、MIDAS 軟件（客戶端）三部分組成，其中 MIDAS 硬件系統(tǒng)由脈沖發(fā)生器/接收器模塊（PR）、采集模塊（AM）及用網(wǎng)絡(luò)同 AM 鏈接的計算機(jī)系統(tǒng)組成。整個系統(tǒng)按照功能可以分成標(biāo)定、計劃、采集、評價四個模塊。其中標(biāo)定模塊：標(biāo)定模塊主要包括探頭設(shè)置、A/D 轉(zhuǎn)換、信號處理三個子模塊的控制實(shí)現(xiàn)；計劃模塊主要包括被檢對象設(shè)定、掃查軸設(shè)定、數(shù)據(jù)記錄參數(shù)設(shè)定、掃查軌跡設(shè)定等子模塊功能；采集模塊可以在數(shù)據(jù)采集過程中實(shí)時監(jiān)測所記錄和存儲的掃查區(qū)域的超聲信號，實(shí)現(xiàn)在主界面上選擇了 A/B/C/D 掃描。評價模塊。
MIDAS 數(shù)據(jù)評價模塊結(jié)合 A、B、C、D 掃描、可實(shí)現(xiàn)三維立體數(shù)據(jù)重建并能對采集的超聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)評價，從而實(shí)現(xiàn)對顯示信號相關(guān)性的判定，MIDAS數(shù)據(jù)采集界面見圖3。

整個超聲波檢測系統(tǒng)連接見圖4。

3.3超聲波數(shù)據(jù)分析軟件
采用MASERA-NT 數(shù)據(jù)分析軟件，該軟件主要功能是對超聲波檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、定量、測量。此軟件具有良好的兼容性，可實(shí)現(xiàn)對SUMIAD、MIDAS、TOMOSCAN和RDTIFF等多種系統(tǒng)采集的文件進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。基本功能包括 A/B/C/D 掃描功能、數(shù)據(jù)循環(huán)、聲線跟蹤分析等功能；還可增加 SAFT、信號處理運(yùn)算、 自適應(yīng)分析和三維數(shù)據(jù)重建等功能；并可以針對某些行業(yè)用戶的特殊檢測需求，增加相應(yīng)的專業(yè)化分析和圖形處理工具的專用數(shù)據(jù)分析軟件。 此軟件基于中心軸對稱、空間重建理論，應(yīng)用笛卡爾坐標(biāo)系或圓柱參考坐標(biāo)系可對采集的超聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行超聲波檢測過程重建；數(shù)據(jù)重建過程完畢后，通過一系列的輔助窗口，可以完成以下分析功能：顯示某一個通道的完整/全部數(shù)據(jù)；可同時打開多個通道的數(shù)據(jù)，以便于不同通道 采集的信號之間的對比。對某一關(guān)注區(qū)域進(jìn)行放大或縮小；從而采用尺寸測量工具對顯示信號進(jìn)行精確的尺寸和位置測量；測量結(jié)果可直接生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析報告。

4  超聲波檢測技術(shù)
反應(yīng)堆壓力容器主螺栓超聲波檢測技術(shù)要考慮較多的因素，這主要包括超聲波探頭、檢測方向、掃查運(yùn)動方式、檢查的標(biāo)定、靈敏度的選擇、缺陷的檢測與定量等。下面分別對這些因素進(jìn)行分析。

4.1探頭的選擇與掃查方式
反應(yīng)堆壓力容器主螺栓的探頭采用組合式探頭由兩個45°探頭組成，探頭頻率為2.5MHz，探頭采用特殊的設(shè)計與螺栓內(nèi)孔壁要充分接觸，保證了耦合的效果，采用去離子水作為耦合劑。

掃查采用軸向掃查，周向步進(jìn)的矩形掃查。對掃查步進(jìn)的選擇：即要做到不能步進(jìn)太大，太大會漏掉缺陷，RSEM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要可以記錄大于0.5mm的刻槽，所以要保證探頭的主聲束至少掃過0.5mm的刻槽3次，這樣才能不會漏掉標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的記錄要求。步進(jìn)不能太小，太小會影響檢測的效率。對超聲采集的速度的選擇要考慮所支持的超聲波采集的硬件。

4.2標(biāo)定

標(biāo)定分為在標(biāo)定螺栓和轉(zhuǎn)移試塊中進(jìn)行，反應(yīng)堆壓力容器主螺栓的檢查過程中，包含基準(zhǔn)靈敏度標(biāo)定和檢查過程中的靈敏度校核標(biāo)定。基準(zhǔn)靈敏的標(biāo)定是在標(biāo)定螺栓上進(jìn)行。在檢查過程中，要求對整個超聲系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)，以確定其靈敏度的有效性，每次檢查開始前和每次檢查結(jié)束后，均需對每一個探頭進(jìn)行靈敏度的校核。此次標(biāo)定在轉(zhuǎn)移標(biāo)定試塊上進(jìn)行，即將每一個探頭靈敏度轉(zhuǎn)移到二次標(biāo)定試塊的反射體的靈敏度上。

按照標(biāo)準(zhǔn)RSE-M規(guī)定：標(biāo)定螺栓的螺紋和光桿加工槽深為0.5-2mm的刻槽，刻槽的所在的平面垂直于螺栓的軸線，全尺寸標(biāo)定螺栓與被檢螺栓的材料及加工方法應(yīng)該相一致。在標(biāo)定螺栓的上、下兩段螺紋區(qū)域內(nèi)各有一組加工成與螺紋平行、并位于螺紋根部的刻槽，它們的深度分別0.5mm、1mm、2mm。另有兩組類似的刻槽位于光桿段的平整表面上，它們與螺栓的軸線垂直，深度也分別是0.5mm、1mm、2mm。為了更加方便的進(jìn)行標(biāo)定，考慮到螺栓檢驗(yàn)的螺紋相對于中間的光桿上下對稱，則在刻槽的過程中也進(jìn)行了上下對稱的刻槽，故在進(jìn)行標(biāo)定時，只需標(biāo)定上部螺紋與光桿的刻槽，或者只需標(biāo)定下部螺紋的刻槽與光桿刻槽即可，這樣既保證了設(shè)備的有效性，又提高了標(biāo)定的效率。

轉(zhuǎn)移試塊，采用特殊的有弧面的試塊，即類似于斜探頭靈敏度的V2校驗(yàn)試塊。這樣可以保證帶有楔塊的探頭能夠充分的接觸。以50mm的弧面為反射面找到最大回波，記錄下其增益值（dB），以用來確定標(biāo)定的漂移，法國標(biāo)準(zhǔn)RCC-M規(guī)定：如果校驗(yàn)時測得的漂移值不大于土2dB，則可認(rèn)為該次校驗(yàn)結(jié)果正常。如超過士2dB，則自前次校驗(yàn)后所檢驗(yàn)的全部零件須重新檢驗(yàn)。標(biāo)定需在每輪開始檢驗(yàn)前和檢驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行。

4.3靈敏度設(shè)置
檢驗(yàn)靈敏度調(diào)節(jié)時，盡量把信噪比調(diào)大。調(diào)節(jié)增益，使V2試塊上50mm弧面的最大反射回波幅值大于45dB；將噪聲水平調(diào)節(jié)到10dB至20dB之間，此時的增益值即為檢驗(yàn)靈敏度。如果螺栓的螺紋回波幅值超過60dB，則需要降低增益，使螺紋回波最大幅值在30dB至60dB之間。調(diào)整好檢驗(yàn)靈敏度后，將探頭置于標(biāo)定螺栓中心孔中，觀察0.5mm、1mm、2mm深的刻槽信號，并記錄下其幅值。對于標(biāo)定螺栓螺紋區(qū)內(nèi)0.5mm深的人工切槽所產(chǎn)生的信號都應(yīng)當(dāng)可以與本底噪聲信號明顯分辨開。

4.4檢測實(shí)施
將螺栓周向設(shè)為步進(jìn)軸X軸，螺栓的永久標(biāo)識號設(shè)為X軸的零點(diǎn)，逆時針方向旋轉(zhuǎn)為正（從螺栓頂部往下看）；將螺栓的軸向設(shè)為掃查軸Y軸，螺栓下端面設(shè)為Y軸的零點(diǎn)，垂直向上的方向?yàn)閅軸正向；探頭連接好置于螺栓中心孔中，使探頭上端面與螺栓上端面位于同一水平面，并旋轉(zhuǎn)探頭使組合探頭聲束軸線與X軸的零點(diǎn)對齊； 探頭沿螺栓中心孔向下運(yùn)動，當(dāng)探頭架下端面與螺栓底部端塞接觸時，記錄下此時Y軸坐標(biāo)L（L應(yīng)大于0），此坐標(biāo)設(shè)為檢查時Y軸的下限位，其上限位為下面的探頭對螺栓上部螺紋掃查時螺紋信號消失的位置。X軸的上下限位為0-363°（為了保證充分的覆蓋，多掃3°）， 設(shè)定X軸運(yùn)動速度小于等于15°/s，設(shè)定Y軸運(yùn)動速度小于等于25mm/s。根據(jù)掃查計劃，啟動SIROCO INSIDE 和MIDAS采集軟件，實(shí)施對封頭螺栓的掃查。

5  結(jié)論
核反應(yīng)堆壓力容器主螺栓的超聲波檢測技術(shù)是一種自動化程度較高的檢測技術(shù)。檢測技術(shù)具體體現(xiàn)在機(jī)械和控制的系統(tǒng)、超聲波探頭參數(shù)的選擇、掃查的方式、缺陷的檢測和定量、信號的采集和分析等方面。在綜合考慮這些因素的情況下，形成了有效的核反應(yīng)堆壓力容器主螺栓超聲波檢測技術(shù)。采用該檢測技術(shù)，已在國內(nèi)核電站反應(yīng)堆壓力容器主螺栓的役前檢查中得到了很好的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)
[1] 法國標(biāo)準(zhǔn)RSE-M《核電廠核島機(jī)械設(shè)備在役檢查規(guī)則》
[2] 李明, 陳懷東, 肖學(xué)柱等，核電站反應(yīng)堆壓力容器超聲檢查技術(shù)及裝備研究[J]．電力系統(tǒng)第十一屆無損檢測學(xué)術(shù)會議論文集，2009．

馬官兵，1982.8出生，男，工學(xué)碩士，從事核電承壓設(shè)備的無損檢測與技術(shù)研究。
通訊地址：蘇州市西環(huán)路1788號，215004，0512-68664652，[email protected]

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游客，如果您要查看本帖隱藏內(nèi)容請回復(fù)

有沒有發(fā)真的的裂紋?

謝謝，希望看到

這個比較高端，我這有一個便捷式的螺栓相控陣掃查裝置，如附件。可做參考

下載，學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)！！！

學(xué)無止境！

值得好好學(xué)習(xí)

樓主你好!請問是否能檢測下圖的兩裂紋,謝謝!我這邊用了磁粉30%能顯示,滲透不能顯示,超聲波只有齒輪波,O相控陣MX1只有齒輪波,泛美1000i只有齒輪波,探頭縱波小角度探頭8.5度10度,16度,20度,2MHZ直徑3.5毫米,2.25MHZ8毫米,14毫米都試了.

學(xué)習(xí)了。了解核電設(shè)備的無損檢測。謝謝！

不是很詳細(xì)