CN101192458A - 压力容器顶盖驱动机构下部ω焊缝超声波检查方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超声波检查方法，具体为一种反应堆压力容器顶盖驱动机构下部Ω焊缝超声波检查方法。该方法是通过超声探头对Ω焊缝进行扫查，使用数字化超声仪对信号进行采集，然后通过PC机对信号进行分析，其中，对焊缝扫查时是采用4个超声探头布阵扫查，4个超声探头均以折射角为横波35度角入射，聚焦探头的焦点落在与声轴线垂直的Ω焊缝轴心线上。另外，本方法还采用双晶片探头对Ω焊缝的根部和中部进行一发一收式穿透扫查，并通过涡流探头对Ω焊缝表面及近表面的缺陷进行检查。本发明通过单侧布阵，能够对反应堆压力容器顶盖驱动机构下部的Ω焊缝进行全体积超声波检查。

Description

压力容器顶盖驱动机构下部Ω焊缝超声波检查方法及装置
技术领域
本发明涉及一种超声波检查方法，具体为一种反应堆压力容器顶盖驱动机构下部Ω焊缝超声波检查方法。
背景技术
反应堆压力容器驱动机构下部Ω密封焊缝(简称Ω焊缝)的结构属于不锈钢薄壁管，外径Φ20mm，壁厚3mm，材料为0Cr18Ni9Ti和1Cr18Ni9Ti。由于此焊缝的特殊结构，外圆直径小、壁厚很薄、形状为圆形且焊缝中间有一驱动机构，使检查空间位置狭小，导致常规超声检查不能实施，因此，目前只能对压力容器顶盖驱动机构下部的Ω焊缝进行表面检查，而无法对其内部缺陷进行检查。
发明内容
本发明的目的在于针对压力容器顶盖驱动机构下部Ω焊缝的位置和结构的特殊性，提供一种切实可行的超声波检查方法及其专用设备，能够对该Ω焊缝进行全体积超声波检查。
本发明的技术方案如下：一种压力容器顶盖驱动机构下部Ω焊缝超声波检查方法，该方法是通过超声探头对Ω焊缝进行扫查，使用数字化超声仪对信号进行采集，然后通过PC机对信号进行分析，其中，对焊缝扫查时是采用4个超声探头布阵扫查，4个超声探头均以折射角为横波35度角入射，聚焦探头的焦点落在与声轴线垂直的Ω焊缝轴心线上。
如上所述的压力容器顶盖驱动机构下部Ω焊缝超声波检查方法，其中，本方法还采用另外两个双晶片探头对Ω焊缝的根部和中部进行一发一收式穿透扫查；根部扫查时，纵波折射角44.4°垂直于焊缝扫查；中部扫查时，纵波折射角58.2°垂直于焊缝扫查。
如上所述的压力容器顶盖驱动机构下部Ω焊缝超声波检查方法，其中，本方法还通过涡流探头对Ω焊缝表面及近表面的缺陷进行检查。
一种上述Ω焊缝超声波检查方法专用的扫查器，包括圆筒状的扫查器外壳和设在外壳上的定位架，定位架上设有用于周向定位的气缸，外壳内侧圆周上设有多个超声探头座，超声探头座上设有超声探头，在外壳外侧圆周上设有多个用于轴向定位的导向座，外壳的内侧设有密封水的气囊。
如上所述的扫查器，其中，在扫查器外壳的内侧还设有涡流探头和摄像头。
如上所述的扫查器，其中，外壳内侧圆周上共设有4个超声探头座，其中3个超声探头座内还分别设有根部扫查双晶片探头、中部扫查双晶片探头和轴向45度双晶片横波探头。
本发明采用4个探头布阵扫查，检查范围可覆盖焊缝及热影响区域，4个探头均以折射角为横波35度角入射，水浸聚焦检测，由于声束有一定宽度，因而扫查区域不会出现盲区；运用水浸聚焦偏心探伤方法，使聚焦探头的焦点落在轴心线上，当焦点落在轴心线上探头的声束传播不会进行扩散衰减；加测两穿透法，根部扫查和中部扫查，保证了超声波检验此焊缝的准确性和可靠性。
附图说明
图1为本发明检查系统的原理图。
图2为探头某一入射点进行扫查的原理图。
图3为聚焦探头的焦点示意图。
图4为四点入射形成的扫查轨迹示意图。
图5为单探头入射形成的声束扫查轨迹示意图。
图6为根部穿透法扫查示意图。
图7为中部穿透法扫查示意图。
图8为扫查器的结构示意图。
图8中，1.定位架 2.超声探头座 3.电机 4.摄像头 5.涡流探头 6.扫查器外壳 7.气缸 8.导向座 9.气囊
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
压力容器顶盖驱动机构下部Ω焊缝超声波检查方法是通过超声探头对Ω焊缝进行扫查，使用数字化超声仪对信号进行采集，然后通过PC机对信号进行分析，其中，对焊缝扫查时是采用4个超声探头布阵扫查，四点入射形成的扫查轨迹见图4，4个超声探头均以折射角为横波35度角入射，水浸聚焦检测，由于声束有一定宽度，从图中可以看出扫查区域将不会出现盲区。
为保证超声波在工件中传播不会进行扩散衰减，运用水浸聚焦偏心探伤方法，聚焦探头的焦点落在与声轴线垂直的Ω焊缝轴心线上，见图3。当焦点落在轴心线上探头的声束传播轨迹如图5所示，即声束传播不会进行扩散衰减。理论计算如下：
a.确定偏心距X
设定折射角β＝35°
根据公式得出θ＝15.2°
根据公式 sin θ = X R 得出偏心距X＝2.62mm
b.确定水层厚度H
为使横波的三次反射处于水层地第一次和第二次反射之间可求出水层厚度应该大于6.25mm。取水层厚度等于8mm。
c.确定焦距F
探头的焦点应落在与声轴线垂直的管线上。
则有公式 F = H + R 2 - X 2 得出F＝17.65mm
d.确定聚焦曲率半径(有机玻璃声透镜)
根据公式： F = c 1 r c 1 - c 2 得出F＝2.2r则r＝8mm
校验：焦距F与近场区长度N的关系：
F＝17.65mm
N = D 2 4 λ 得出N＝42mm
因F＜N则聚焦有效。
为保证超声波检验此焊缝的准确性和可靠性，加测两穿透法，根部扫查和中部扫查。
根部扫查：纵波折射角44.4°垂直于焊缝扫查，扫查焊缝根部部分，采用一发一收式，一发一收式是指双晶片探头，一个晶片发射出超声波，一个晶片接收超声波，这样的优点是可以提高探头的灵敏度，见图6：
根据公式
Figure A20061016074500064
得出入射角θ＝18.9°。
中部扫查：纵波折射角58.2°垂直于焊缝扫查，采用一发一收式，见图7：
根据公式得出入射角θ＝23.2°。
本检查方法用于反应堆压力容器顶盖驱动机构下部Ω焊缝超声波检查，整个系统包含了5个子系统即：机械系统、控制系统、超声检查系统、涡流检查系统、视频检查及监控系统。
其中机械系统的机械装置即扫查器，其结构包括以下各项(见图8)：
Figure A20061016074500071
三个导向座，进行轴向定位；
Figure A20061016074500072
可安装4个超声探头座、1个涡流探头座、以及1个检查摄像头和4个监视摄像头；每个超声探头座可装载2个探头，本发明的4个超声探头座总共装载了7个探头同时扫查，即4个布阵扫查探头、一个根部扫查双晶片探头、一个中部扫查双晶片探头、一个轴向45度双晶片横波探头；
Figure A20061016074500073
气缸用来周向定位；
气囊充气后，密封水；
Figure A20061016074500075
1个直流司服电机和编码器；
Figure A20061016074500076
气动控制系统控制周向定位气缸的运动，同时给密封气囊提供压缩空气；
Figure A20061016074500077
自动供水系统为超声检测提供耦合用水。
控制系统的驱动器采用LS-4020型直流线性伺服驱动器，消除了PWM型驱动器对外界产生的电磁干扰。此驱动器工作在电流反馈模式下而不是常见的速度模式下，通过PID参数的调节实现速度的恒定和平稳加减速。此驱动器为免维护型，无需任何额外保护措施和恢复操作。编码器为500ppr差分形式，传输距离＞200m，同时在控制器内进行了四倍频，提高了控制精度。网络设备使用10/100MB自适应以太网交换机。控制电缆包括电机驱动电源电缆和含有编码器信号、接近开关信号、气动控制信号的信号传输电缆，采用屏蔽电缆，最大限度地消除了外部干扰。电机组件带有直流有刷伺服电机、1∶86减速比的减速头、500ppr分辨率编码器和预制接插件的套件。此电机减速器输出轴与传动部分的减速比理论值为1∶15。
本发明的超声波检查系统使用16通道数字化超声仪(TOMOSCAN-III)，采集和分析软件为ZETEC公司的TOMOVIEW软件。探头使用水浸线聚焦探头，频率10MHz，晶片尺寸φ6mm。测长采用6dB法，缺陷的当量确定采用试块比较方法，缺陷的高度测量优先采用TOFD法，如不能发现衍射信号则采用高度比较方法。
本检查方法用于反应堆压力容器顶盖驱动机构下部Ω焊缝的检查，其具体实施时步骤顺序如下：
首先在安装扫查器之前，用长杆工具携带视频摄像头对焊缝进行整体检查，主要检查是否有泄漏痕迹；
Figure A20061016074500082
将标定好的扫查器安装在Ω焊缝上，用扫查器上的摄像头监视安装是否正常；
安装就位后，打开电磁阀，伸开定位气缸，进行扫查器周向定位；
Figure A20061016074500084
打开水密封气囊电磁阀，气囊充气；
用接进开关进行零点校核；
Figure A20061016074500086
定位完成后，进行第二次视频检查，这时用的是安装在扫查器上的小摄像头，对焊缝状况进行视频检查；
无水状态下，进行涡流检测，检测表面和近表面缺陷；
Figure A20061016074500088
充水；
进行超声检测，发现缺陷显示，如有必要，更换辅助检查探头进行重新检查；
Figure A200610160745000810
涡流和超声检测数据初步分析；
Figure A200610160745000811
排水；
Figure A200610160745000812
进行最后一次视频检查；
Figure A200610160745000813
收回定位气缸；
气囊排气；
Figure A200610160745000815
提升扫查器，更换到另一个CRDM的Ω焊缝，重复以上步骤。

Claims (6)

1.一种压力容器顶盖驱动机构下部Ω焊缝超声波检查方法，该方法是通过超声探头对Ω焊缝进行扫查，使用数字化超声仪对信号进行采集，然后通过PC机对信号进行分析，其特征在于：对焊缝扫查时是采用4个超声探头布阵扫查，4个超声探头均以折射角为横波35度角入射，聚焦探头的焦点落在与声轴线垂直的Ω焊缝轴心线上。
2.如权利要求1所述的压力容器顶盖驱动机构下部Ω焊缝超声波检查方法，其特征在于：本方法还采用另外两个双晶片探头对Ω焊缝的根部和中部进行一发一收式穿透扫查；根部扫查时，纵波折射角44.4°垂直于焊缝扫查；中部扫查时，纵波折射角58.2°垂直于焊缝扫查。
3.如权利要求1或2所述的压力容器顶盖驱动机构下部Ω焊缝超声波检查方法，其特征在于：本方法还通过涡流探头对Ω焊缝表面及近表面的缺陷进行检查。
4.一种上述Ω焊缝超声波检查方法专用的扫查器，其特征在于：包括圆筒状的扫查器外壳(6)和设在外壳上的定位架(1)，定位架(1)上设有用于周向定位的气缸(7)，外壳内侧圆周上设有多个超声探头座(2)，超声探头座上设有超声探头，在外壳外侧圆周上设有多个用于轴向定位的导向座(8)，外壳的内侧设有密封水的气囊(9)。
5.如权利要求4所述的扫查器，其特征在于：在扫查器外壳的内侧还设有涡流探头(5)和摄像头(4)。
6.如权利要求4或5所述的扫查器，其特征在于：外壳内侧圆周上共设有4个超声探头座(2)，其中3个超声探头座内还分别设有根部扫查双晶片探头、中部扫查双晶片探头和轴向45度双晶片横波探头。
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