CN103969332A - 核电站msr大相贯线焊缝区域的无损检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种核电站MSR大相贯线焊缝区域的无损检测方法，用于核电站MSR上的新蒸汽换热器的大相贯线焊缝连接区域的无损检测，所述新蒸汽换热器包括焊接连接的半球形的封头和圆筒柱形的套管，套管偏心设置在所述封头的上部且二者的连接处形成大相贯线焊缝区域，所述无损检测方法利用脉冲反射法超声波探伤原理，利用超声波探伤仪，分别采用K值为1，1.5，2.5的三种横波斜探头对所述封头在所述大相贯线焊缝区域的内外表面进行扫查，查找出所述大相贯线焊缝区域的焊缝缺陷。本发明采用超声波检测方法，采用K1，K1.5和K2.5三种横波斜探头配合，扫查范围完全覆盖MSR大相贯线焊缝区域，实现了全面和准确的无损检测，填补了国内及国际的技术空白，为以后核电站的安全运行保驾护航。

Description

核电站MSR大相贯线焊缝区域的无损检测方法

技术领域

本发明涉及核电站汽水分离再热器（MSR）上大相贯线焊缝区域的无损检测方法。

背景技术

MSR，核电站汽水分离再热器，是核电站常规岛中的一台重要的大型压力容器。它承担着将高压缸的排汽进行汽水分离，并分别由抽汽和新蒸汽进行二级再加热的功能。请参阅图1，其绘示核电站MSR上的新蒸汽换热器的套管和封头焊接示意图。所述新蒸汽换热器1包括焊接连接的半球形的封头2和圆筒柱形的套管3，套管3偏心设置在封头2的上部且二者的连接处形成大相贯线焊缝区域。封头2的表面和套管3的表面形成的锐角，沿上下方向从所述大相贯线焊缝区域的最高点A至最低点B由小渐大变化。如图1所示，这种新蒸汽换热器的筒体直径为5420mm，长度为35mm，封头的半径为4363mm，套管的直径为2423mm，长度为60mm。套管中心线距离壳体中心线933mm。

由于结构的原因，新蒸汽加热器的套管3与封头3形成大相贯焊缝连接，由此带来的高应力成为设备安全性能方面的薄弱环节。

在MSR的在役检查过程中，此高应力部位既是重点，又是难点。在MSR出厂及在役期间，对于该大相贯线焊缝区域的无损检测，由于焊缝的结构原因，现阶段主要是以MT（磁粉探伤）方法进行无损检测。但是MT方法只能检查表面和近表面的焊缝缺陷，焊缝内部的缺陷不能完全探测到。随着设备服役期的增长，高应力部位的缺陷发生率必然增加，为了提高核电站MSR大相贯线焊缝区域缺陷检测的可靠性和有效性，必须在检测装备和检测程序和方法上加以改善和提高。

超声波是频率高于20000Hz的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波的波长比一般声波要短，具有较好的方向性，而且能透过不透明物质，这一特性已被广泛用于超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术。超声波在探伤检验中的应用，主要是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。

由于新蒸汽换热器1的套管3与封头2的相贯线为非轴对称结构，应力分布不相同。因此，通过有限元应力分析方法，分析其应力分布，找到最大应力部位，并加以重点检查和跟踪，是保证大相贯焊缝部位安全运行的关键。为了提高应力分析的准确性和可靠性，发明人通过攻关，仔细分析有限元模型的边界条件，并用各种模型进行试算，最后验证了内压与外压作用下结构最大应力强度位置都位于套管3和封头4连接处的大相贯线焊缝区域。

现有技术中，已经有对汽水分离再热器的超声波检测的全面论述，例如中国期刊文献：“汽水分离再热器的超声波检测”，刘晔等，锅炉制造，总第190期，2003年11月第4期，第71-72页。但是，其中并没有具体公开对核电站MSR大相贯线焊缝区域的无损检测方法。因此，目前亟待开发一种核电站MSR大相贯线焊缝区域的无损检测方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是开发一种核电站MSR大相贯线焊缝区域的无损检测方法，以实现对在役核电站MSR上新蒸汽换热器的套管和封头的大相贯线焊缝区域的无损检测。

按目前的无损检测技术条件，对MSR大相贯线焊缝区域的无损检测可以使用的方法有：射线检测（RT）、超声波检测（UT）、渗透检测（PT）和磁粉检测（MT）。由于结构的原因射线检测实施非常困难，一般情况下不予考虑；渗透检测一般用于表面光滑的非铁磁性材料，对于MSR大相贯线焊缝可以在特殊情况下局部使用；那么剩下的只有UT和MT两种方法可以采用了。

由于套管内部为加热器壳侧筒体，探头无法深入，UT检测只能在套管外实施，在套管外可以实施的方法只有壳体封头内外表面。目前UT技术发展迅速，相共振技术已具有实用的趋势，但由于没有可执行的标准，而且仪器设备的可靠性有待进一步提高。所以，结合目前核电站常规岛现场检验检测条件，对内部缺陷的检测，采用已十分成熟和普及的A型脉冲反射式超声波技术。

磁粉检测对铁磁性材料非常有效，灵敏度很高，根据核电站的实际情况，建议采用灵敏度较高的荧光磁粉检测技术，但磁粉检测只能检测焊缝表面及近表面缺陷而内部缺陷时无法检测到的，所以内部缺陷只能运用UT检测方法。

因此，为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种核电站MSR大相贯线焊缝区域的无损检测方法，用于核电站MSR上的新蒸汽换热器的大相贯线焊缝连接区域的无损检测，所述新蒸汽换热器包括焊接连接的半球形的封头和圆筒柱形的套管，所述套管偏心设置在所述封头的上部且二者的连接处形成大相贯线焊缝区域，其特征在于：所述无损检测方法利用脉冲反射法超声波探伤原理，利用超声波探伤仪，分别采用K值为1，1.5，2.5的三种横波斜探头对所述封头在所述大相贯线焊缝区域的内外表面进行扫查，查找出所述大相贯线焊缝区域的焊缝缺陷。

所述新蒸汽换热器中，所述封头的表面和所述套管的表面形成的锐角，沿上下方向从所述大相贯线焊缝区域的最高点至最低点由小渐大变化。

其中，所述三种横波斜探头分别为：K值为1，入射角α为45°的第一探头；K值为1.5，入射角α为56.3°的第二探头、K值为2.5，入射角α为68.2°的第三探头。

进一步地，所述三种横波斜探头有两组，其中一组探头的探头晶片尺寸均为8*12mm，用于对所述封头在所述大相贯线焊缝区域的内表面进行扫查检测；另一组探头的探头晶片尺寸均为13*13mm，用于对所述封头在所述大相贯线焊缝区域的外表面进行扫查检测。

由于采用上述技术方案，本发明提供的核电站MSR大相贯线焊缝区域的无损检测方法，采用K1，K1.5和K2.5三种横波斜探头配合，扫查范围完全覆盖MSR大相贯线焊缝区域，不会存在漏检区域，实现了全面和准确的无损检测，填补了国内及国际的在MSR大相贯线焊缝区域无损检测的盲区，为以后核电站的安全运行保驾护航。

附图说明

图1为核电站MSR的新蒸汽加热器套管与封头焊接示意图。

图2为在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1横波斜探头从封头外表面扫查时的不可达区示意图。

图3为在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1横波斜探头从封头内表面扫查时的不可达区示意图。

图4为在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1横波斜探头从封头内外表面扫查时的不可达区示意图。

图5为在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1.5横波斜探头从封头外表面扫查时的不可达区示意图。

图6为在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1.5横波斜探头从封头内表面扫查时的不可达区示意图。

图7为在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1.5横波斜探头从封头内外表面扫查时的不可达区示意图。

图8为在大相贯线焊缝区域最高点处采用K2.5横波斜探头从封头外表面扫查时的不可达区示意图。

图9为在大相贯线焊缝区域最高点处采用K2.5横波斜探头从封头内表面扫查时的不可达区示意图。

图10为在大相贯线焊缝区域最高点处采用K2.5横波斜探头从封头内外表面扫查时的不可达区示意图。

图11为在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1，K1.5两种横波斜探头从封头内外表面扫查时的不可达区示意图。

图12为在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1，K2.5两种横波斜探头从封头内外表面扫查时的不可达区示意图。

图13为在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1.5，K2.5两种横波斜探头从封头内外表面扫查时的不可达区示意图。

图14为在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1，K1.5，K2.5三种横波斜探头从封头内外表面扫查时的不可达区示意图。

图15为在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1横波斜探头从封头外表面扫查时的不可达区示意图。

图16为在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1横波斜探头从封头内表面扫查时的不可达区示意图。

图17为在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1横波斜探头从封头内外表面扫查时的不可达区示意图。

图18为在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1.5横波斜探头从封头外表面扫查时的不可达区示意图。

图19为在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1.5横波斜探头从封头内表面扫查时的不可达区示意图。

图20为在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1.5横波斜探头从封头内外表面扫查时的不可达区示意图。

图21为在大相贯线焊缝区域最低点处采用K2.5横波斜探头从封头外表面扫查时的不可达区示意图。

图22为在大相贯线焊缝区域最低点处采用K2.5横波斜探头从封头内表面扫查时的不可达区示意图。

图23为在大相贯线焊缝区域最低点处采用K2.5横波斜探头从封头内外表面扫查时的不可达区示意图。

图24为在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1，K1.5两种横波斜探头从封头内外表面扫查时的不可达区示意图。

图25为在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1，K2.5两种横波斜探头从封头内外表面扫查时的不可达区示意图。

图26为在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1.5，K2.5两种横波斜探头从封头内外表面扫查时的不可达区示意图。

图27为在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1，K1.5，K2.5三种横波斜探头从封头内外表面扫查时的不可达区示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

请参阅图1，本实施例提供的一种核电站MSR大相贯线焊缝区域的无损检测方法，用于对如图1所示的核电站MSR上的新蒸汽换热器1的大相贯线焊缝连接区域的无损检测。新蒸汽换热器1包括焊接连接的半球形的封头2和圆筒柱形的套管3，套管3偏心设置在封头2的上部且二者的连接处形成大相贯线焊缝区域，封头3的表面和套管2的表面形成的锐角β，沿上下方向从所述大相贯线焊缝区域的最高点A至最低点B由小渐大变化。

所述无损检测方法利用脉冲反射法超声波探伤原理，利用超声波探伤仪，分别采用K值为1，1.5，2.5的三种横波斜探头对所述封头2在所述大相贯线焊缝区域的内外表面进行扫查，查找出所述大相贯线焊缝区域的焊缝缺陷。

三种横波斜探头分别为：K值为1，入射角α为45°的第一探头；K值为1.5，入射角α为56.3°的第二探头、K值为2.5，入射角α为68.2°的第三探头。

考虑到内外表面耦合状况的不同，三种横波斜探头需要有两组。其中一组探头的探头晶片尺寸均为8*12mm，用于对封头在所述大相贯线焊缝区域的内表面进行扫查检测。另一组探头的探头晶片尺寸均为13*13mm，用于对所述封头在所述大相贯线焊缝区域的外表面进行扫查检测。本实施例所采用的超声波探头均从超声电子定制。

由图1可以看出由于套管3与封头2不是同心圆，所以二者的大相贯线焊缝并不是一个中心对称的几何体，且最高点A处封头2的表面与套管3的表面所形成的锐角角度最小，最低点B处封头2的表面与套管3的表面所形成的锐角角度最大，在最高点A到最低点B之间封头2的表面与套管3的表面所形成的锐角角度是一个由小到大的渐进变化。根据对此结构的有限元应力分析得知焊缝部位的最高点A和最低点B也是应力最为集中的两个地方。因此，需要对最高点A和最低点B两个地方的焊缝进行仿真才能知道整个焊缝的结构情况。

最高点A处超声仿真的过程及结果具体描述如下。

采用的三种探头规格分别为：第一探头：K=1，α=45°；第二探头：K=1.5，α=56.3°；第三探头：K=2.5，α=68.2°。

如图2所示，在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1横波斜探头从封头2外表面扫查时，漏检区域在焊缝右下部。

如图3所示，在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1横波斜探头从封头2内表面扫查时，漏检区域在焊缝右下部。

如图4所示，在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1横波斜探头从封头2内外表面扫查时，漏检区域在焊缝右下部。

如图5所示，在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1.5横波斜探头从封头2外表面扫查时，漏检区域在焊缝左侧和中下部。

如图6所示，在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1.5横波斜探头从封头2内表面扫查时，漏检区域在焊缝左侧和中下部。

如图7所示，在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1.5横波斜探头从封头2内外表面扫查时，漏检区域在焊缝左侧和中下部。

如图8所示，在大相贯线焊缝区域最高点处采用K2.5横波斜探头从封头2外表面扫查时，漏检区域在焊缝左右两侧。

如图9所示，在大相贯线焊缝区域最高点处采用K2.5横波斜探头从封头2内表面扫查时，漏检区域在焊缝左右两侧。

如图10所示，在大相贯线焊缝区域最高点处采用K2.5横波斜探头从封头2内外表面扫查时，漏检区域在焊缝左右两侧。

如图11所示，在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1，K1.5两种横波斜探头配合从封头2内外表面扫查时，漏检区域在焊缝中下部。

如图12所示，在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1，K2.5两种横波斜探头配合从封头2内外表面扫查时，漏检区域在焊缝右侧。

如图13所示，在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1.5，K2.5两种横波斜探头配合从封头2内外表面扫查时，漏检区域在焊缝左侧。

如图14所示，在大相贯线焊缝区域最高点处采用K1，K1.5，K2.5三种横波斜探头配合从封头2内外表面扫查时，无漏检区域。

由以上结果可知，在大相贯线焊缝区域最高点处，需用K1，K1.5，K2.5三种探头配合从封头2内外表面扫查，才能完全覆盖焊缝检测区域。

最低点B处超声仿真的过程及结果具体描述如下。

采用的三种探头规格分别为：第一探头：K=1，α=45°；第二探头：K=1.5，α=56.3°；第三探头：K=2.5，α=68.2°。

如图15所示，在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1横波斜探头从封头2外表面扫查时，漏检区域在焊缝中下部。

如图16所示，在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1横波斜探头从封头2内表面扫查时，漏检区域在焊缝中下部。

如图17所示，在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1横波斜探头从封头2内外表面扫查时，漏检区域在焊缝中下部。

如图18所示，在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1.5横波斜探头从封头2外表面扫查时，漏检区域在焊缝左右两侧和中下部。

如图19所示，在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1.5横波斜探头从封头2内表面扫查时，漏检区域在焊缝左右两侧和中下部。

如图20所示，在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1.5横波斜探头从封头2内外表面扫查时，漏检区域在焊缝左右两侧。

如图21所示，在大相贯线焊缝区域最低点处采用K2.5横波斜探头从封头2外表面扫查时，漏检区域在焊缝左右两侧。

如图22所示，在大相贯线焊缝区域最低点处采用K2.5横波斜探头从封头2内表面扫查时，漏检区域在焊缝左右两侧。

如图23所示，在大相贯线焊缝区域最低点处采用K2.5横波斜探头从封头2内外表面扫查时，漏检区域在焊缝左右两侧。

如图24所示，在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1，K1.5两种横波斜探头配合从封头2内外表面扫查时，无漏检区域。

如图25所示，在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1，K2.5两种横波斜探头配合从封头2内外表面扫查时，无漏检区域。

如图26所示，在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1.5，K2.5两种横波斜探头配合从封头2内外表面扫查时，漏检区域在焊缝左右两侧。

如图27所示，在大相贯线焊缝区域最低点处采用K1，K1.5，K2.5三种横波斜探头配合从封头2内外表面扫查时，无漏检区域。

由以上结果可知，在焊缝最低点处K1和K2.5两种探头可以将K1.5探头的扫查范围完全覆盖，也就是说在最低点只需用K1，K2.5两种探头即可。但由于在最高点处必需用K1，K1.5，K2.5三种探头配合检测才能全部覆盖焊缝检测区域，且此大相贯线焊缝区域在最高点到最低点之间封头2的表面与套管3的表面所形成的锐角角度是渐进变化的，我们并不知道从哪一点开始K1.5探头的扫查范围被K1，K2.5两种探头配合扫查时完全覆盖，从核安全的角度来看，K1.5探头的扫查在整个检验程序中也是必不可少的。

为了有效提高核电站MSR大相贯线焊缝区域无损检测的有效性和准确性，对比试块是比不可少的装备。为了便于制作，降低成本以及容易存放，本实施例按照1:1的比例制作局部试块用于仪器调试。

本实施例通过局部部件的有限元应力分析、UT检测的仿真研究，最终确立了以K1，K1.5和K2.5三种横波斜探头配合对核电站MSR大相贯线焊缝区域的无损检测方法，实现了对核电站MSR大相贯线焊缝区域的全面、准确的无损检测，填补了国内及国际在MSR大相贯线焊缝区域无损检测的盲区，为以后核电站的安全运行保驾护航。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种核电站MSR大相贯线焊缝区域的无损检测方法，用于核电站MSR上的新蒸汽换热器的大相贯线焊缝连接区域的无损检测，所述新蒸汽换热器包括焊接连接的半球形的封头和圆筒柱形的套管，所述套管偏心设置在所述封头的上部且二者的连接处形成大相贯线焊缝区域，其特征在于：所述无损检测方法利用脉冲反射法超声波探伤原理，利用超声波探伤仪，分别采用K值为1，1.5，2.5的三种横波斜探头对所述封头在所述大相贯线焊缝区域的内外表面进行扫查，查找出所述大相贯线焊缝区域的焊缝缺陷。

2.根据权利要求1所述的核电站MSR大相贯线焊缝区域的无损检测方法，其特征在于：所述封头的表面和所述套管的表面形成的锐角，沿上下方向从所述大相贯线焊缝区域的最高点至最低点由小渐大变化。

3.根据权利要求1所述的核电站MSR大相贯线焊缝区域的无损检测方法，其特征在于：所述三种横波斜探头分别为：K值为1，入射角α为45°的第一探头；K值为1.5，入射角α为56.3°的第二探头、K值为2.5，入射角α为68.2°的第三探头。

4.根据权利要求3所述的核电站MSR大相贯线焊缝区域的无损检测方法，其特征在于：所述三种横波斜探头有两组，其中一组探头的探头晶片尺寸均为8*12mm，用于对所述封头在所述大相贯线焊缝区域的内表面进行扫查检测；另一组探头的探头晶片尺寸均为13*13mm，用于对所述封头在所述大相贯线焊缝区域的外表面进行扫查检测。