核反应堆压力容器超声检测技术研究.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：核反应堆压力容器超声检测技术研究许远欢聂勇（核动力运行研究所，武汉，430074）摘要核反应堆压力容器作为核设备的重要部件，要求对其进行役前及在役检查。由于核反应堆压力容器包含有不同类型的检测对象，同时实施检测的条件所限制，对于核反应堆压力容器的超声检测，超声检测技术要考虑超声探头角度、探头频率、探头形式、晶片尺寸、检测方向、探头托盘的形式、扫查探头的布置、扫查运动方式、标定及校核、选用仪器、缺陷的检测与定量等较多的因素。在综合考虑这些因素后，针对每一个检查部位，才能给出具体的检测技术。本文介绍了对核反应堆压力容器进行超声检测的检验技术。关键词反应堆压力容器、超声检测、探头前言核反应堆压力容器是核电厂和核动力装置中最重要的设备，核反应堆压力容器的质量是保证核电设备和核动力装置正常安全运行的关键。为确定压力容器的质量，在核电厂和核动力装置的检验规范和大纲中，对反应堆压力容器的焊缝及其它部位提出了无损检测的强制性要求，并指定分别在投入使用前和运行一定间隔时间内对反应堆压力容器实施役前检查和在役检查。役前检查和在役检查的结果为分析评定压力容器的运行状态将提供极其重要的依据。在核电厂和核动力装置的检验规范和大纲中，对核反应堆压力容器的无损检测主要采用超声检测技术和视频检测技术。由于核反应堆压力容器的体积较大，受检对象涵盖了厚壁筒体焊缝、接管焊缝、接管交贯面、接管与安全端的厚壁管道对接焊缝以及堆焊层表面等众多不同类型的对象，相应地其检查技术也包含了众多不同类型的检查技术。反应堆压力容器检查的实施是个复杂的过程，它必须依赖专用的机械检查设备和电子控制驱动装置来完成，超声检查系统、机械扫查器和控制系统的统一协作才能完成该大型设备的检查。检查技术的制定不但要从超声检测的技术角度考虑，还要根据机械运动的可行性和局限性来考虑。本文介绍了对核反应堆压力容器实施超声检测的检查技术。被检对象和检验范围在核设备的检查大纲中，要求对反应堆压力容器的检查对象包括所有焊缝、接管交贯面、堆焊层。除了容器内表面堆焊层采用视频检查外，其余对象都采用超声检测技术。具体来说，超声检测的内容包括有：筒体环焊缝图1核反应堆压力容器示意图封头环焊缝支撑焊缝筒体与接管连接焊缝接管与安全端连接焊缝安全端与管道连接焊缝接管交贯面及其附加段区域内表面堆焊层区域筒体环焊缝、封头环焊缝、支撑焊缝以及接管焊缝都是低合金钢厚壁对接焊缝，其中最大厚度达到了330mm。接管与安全端连接焊缝是连接铁素体材料与不锈钢锻件的管道对接异种金属焊缝，该焊缝还包含有镍基合金隔离层。安全端与管道连接焊缝是连接不锈钢锻件与不锈钢铸件的管道对接同种金属焊缝。这两类焊缝的厚度根据容器的容量大小有不同的厚度，最大厚度达到了90mm。接管交贯面是指接管内弯角径向截面区域。在反应堆压力容器内壁以及接管管道内壁，都堆焊有一层4~7mm的不锈钢保护层，即不锈钢堆焊层，见图1。在对这些受检对象的超声检测过程中，根据其材料、厚度以及形状等特点，并结合检测实施方式，采用的超声检测技术也存在不同技术特点。超声检测技术核反应堆压力容器超声检测采用超声自动化检查技术，检查结果有较好的重复性，检查数据可以得到永久的存储，利用专用数据处理软件可以对检查数据进行后处理以便可以对数据进行多种方式的分析。对于核反应堆压力容器的超声检测，超声检测技术要考虑较多的因素，这主要包括超声探头角度、探头频率、探头形式、晶片尺寸、检测方向、探头托盘的形式、扫查探头的布置、扫查运动方式、检查前标定及检查过程中的二次标定、灵敏度的选择、选用仪器、缺陷的检测与定量等。在综合考虑这些因素后，针对每一个检查部位，才给出具体的检测技术。下面对这些因素的考虑进行总体介绍。由于核反应堆压力容器体积较大，在役检查时不可接近，在对核反应堆压力容器实施超声检查时采用超声自动化检测技术，即利用专用的反应堆压力容器检查机带动超声检测探头在被检部位区域进行自动扫查。整个超声检查从压力容器的内表面实施检查，检查采用探头与被检部件接触式的检查方式，使用水进行耦合。探头的选择在对核反应堆压力容器的超声检测中，探头的选择最为关键。选择超声探头时要根据被检对象的厚度、形状、焊缝坡口形式等特点以及探头声束的可达性来确定。对于每一个被检对象，采用多角度和多方向的超声波探头。反应堆压力容器超声检测中所用的探头角度如表1所示。表1超声探头角度的选择检查部位探头角度探头形式筒体环焊缝、封头环焊缝0°、45°、60°、70°单晶、双晶支撑焊缝0°、45°单晶筒体与接管连接焊缝0