CN104282348A - 一种压力容器钢无损在线寿命检测方法 - Google Patents

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王荣山
范念青
刘向兵
黄平
吕峰
钱王洁
彭啸
陈明亚
徐超亮
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China General Nuclear Power Corp
CGN Power Co Ltd
Suzhou Nuclear Power Research Institute Co Ltd
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China General Nuclear Power Corp
CGN Power Co Ltd
Suzhou Nuclear Power Research Institute Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种压力容器钢无损在线寿命检测方法，它包括以下步骤：（a）测试并记录未经服役的压力容器钢的热电势系数；（b）多次测试并记录老化或服役的压力容器钢的热电势系数；（c）以压力容器钢的老化时间为横轴、热电势系数为纵轴，建立模型；（d）测试并记录使用中压力容器钢的热电势系数，并将其代入步骤（c）所述的模型中，进行演算得到压力容器钢相的老化程度。通过将压力容器钢的老化时间为横轴、热电势系数为纵轴建立模型，从而可以轻松地利用使用中压力容器钢的热电势系数计算得到其老化程度，这样能在压力容器钢任意部位直接检测，以降低运行成本提高核电站的使用率。

Description

一种压力容器钢无损在线寿命检测方法
技术领域
 本发明涉及一种极端条件下的金属构件的寿命评估方法，具体涉及一种压力容器钢无损在线寿命检测方法。
背景技术
在全球普遍面临经济危机、气候变化异常和资源严重短缺的挑战面前，新能源和低碳经济得到了全世界的关注。为当今世界提供约16%电力的核电是目前世界公认的唯一可大规模替代化石燃料的清洁能源，其凭借资源丰富、环境污染低等优势成为国际能源领域投资的新热点，在能源格局中扮演越来越重要的角色。
压力容器（RPV）作为核电站不可更换部件之一，其安全可靠很大程度上决定着核电站的安全。压力容器运行过程中除承受高温、高压、流体冲刷、腐蚀之外，还面临着强烈的快中子辐照。压力容器钢是用于制造压力容器的主体设备和零件的专业用钢，引起其老化的因素主要有：辐照脆化，热老化、疲劳和磨损等。早期的辐照脆化研究表明，辐照及热老化后的压力容器材料（压力容器钢）主要产生以下三类缺陷：（1）基体缺陷，包括：空位、位错环等；（2）富Cu团簇；（3）P、S等杂质元素的晶界偏析；这些缺陷的产生，改变材料内部结构，引起材料内部电子移动规律发生变化，宏观上表现为材料热电势（Thermoelectric Power，简称TEP）发生变化。 核电站服役条件下的压力容器材料（压力容器钢）试验样品的获得一般需要数年，甚至十几年，而且中子辐照耗费非常大，且辐照监督管内试样数量有限，因此中子辐照试样非常珍贵。有损检测技术虽然能得到工程运用所需的数据，但是试验是破坏性的，基本无法重复使用样品进行多种数据的测量，且实验总是存在误差的；考虑到电站许可证延续论证的需求，为得到更确切的数据，有损检测对样品数量的需求是很大的。由于热电势对材料成分、基体内缺陷浓度、析出物等敏感，因此基于热电势的压力容器无损检测技术得到了愈来愈多的关注。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种压力容器钢无损在线寿命检测方法。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种压力容器钢无损在线寿命检测方法，它包括以下步骤：
（a）测试并记录未经服役的压力容器钢的热电势系数；
（b）多次测试并记录老化或服役的压力容器钢的热电势系数；
（c）以压力容器钢的老化时间为横轴、热电势系数为纵轴，建立模型；
（d）测试并记录使用中压力容器钢的热电势系数，并将其代入步骤（c）所述的模型中，进行演算得到压力容器钢相的老化程度。
优化地，所述热电势系数采用探针式微分热电势测量法。
优化地，步骤（b）中，所述压力容器钢为长时间高温或堆外辐照等方式处理的压力容器钢或者从已知环境条件、已知服役时间的容器钢中取样。
优化地，步骤（c）中，所述模型通过将热电势系数存入计算机中建立。
优化地，所述步骤（a）和步骤（b）中，测试压力容器钢的热电势系数后对其进行力学性能测试；所述步骤（c）中，以压力容器钢力学性能的变化量为横轴、热电势系数为纵轴，再建立另一模型；所述步骤（d）中，将所述使用中压力容器钢的热电势系数代入另一模型中演算得到其力学性能信息。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明压力容器钢无损在线寿命检测方法，通过将压力容器钢的老化时间为横轴、热电势系数为纵轴建立模型，从而可以轻松地利用使用中压力容器钢的热电势系数计算得到其老化程度，这样能在压力容器钢任意部位直接检测，能较早的预测材料的性能，帮助核电站业主制定更好的运行、输出、在役检查计划，以降低运行成本提高核电站的使用率。
具体实施方式
下面将对本发明优选实施方案进行详细说明。
本发明压力容器钢无损在线寿命检测方法，包括以下步骤：
首先采用探针式微分法热电势测量方式，微分法核心为采用热电势系数已知的两种材料A、B（通常采用铜与康铜），这两种材料一方面自身也会产生热电势效应与样品热电势形成环路，另一方面这两种材料本身在系统中也充当导电传递信号的作用，常见做法为将两根铜-康铜金属丝焊接在样品的两端。假设样品的热电势为Sμ，铜与康铜的热电势分别为SA和SB,则有一下公式：
；
这种方式的好处是无需在样品两端提供较大的温差。当温差ΔT趋近于0时，
，，
最终样品的热电势即为：
因此探针式微分法只需提供1或2个触点进行连线即可测试，适合于被测样品形状不规则的情况下使用。利用上述的探针式微分法测试未经服役的压力容器钢（即原始的、未经辐射或高温处理的压力容器钢）的热电势系数。由于微分法热电势测量方式不需要特别平整的表面，所需变温范围小，便于设计成探针式热电势监测仪，从而适合压力容器钢等具有曲型表面的构件。需要注意的是压力容器钢具有不同的品质，在测试前需要根据压力容器钢的成分或者制造厂家进行归类；而且在测试热电势后可以对其进行力学性能测试，确保其力学性能满足服役要求。
其次，多次测试并记录老化或服役的压力容器钢的热电势系数，多次测试的选取方式有很多例如等间隔分次测试或者随机选取测试（测试的间隔不能太短，否则造成后续建模误差较大）。压力容器钢的老化可以采取模拟老化的方式，即通过长时间高温或堆外辐照等方式对钢样品模拟服役造成的老化；服役的压力容器钢则是指从已知环境条件与服役时间的压力容器钢中取样。同样在测试热电势后可以对压力容器钢取样，测试其力学性能。
接着，以压力容器钢的老化时间或其力学性能的变化量为横轴、热电势系数为纵轴，分别建立线性或非线性模型（一般情况下模型为线性单调递增函数）。当然，可以将上面测试得到的各种数据存入计算机或热电势测试仪本中建立数据库，利用计算机数据库或热电势测试仪进行建模，从而提高工作效率，节约时间，提高精确度
最后，对使用中的压力容器钢进行测试，记录其热电势系数，将测试得到的热电势系数代入上述的模型中，进行演算或者计算得到压力容器钢相的老化程度或其力学性能信息，避免了对使用中压力容器的破坏。这样可以通过手持便携式热电势监测仪在现场对各个服役过程中的容器钢构件进行在线检测，并将各部位的热电势系数记录在便携式仪器中，并反馈出相应的数据。
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 (5)

1.一种压力容器钢无损在线寿命检测方法，其特征在于，它包括以下步骤：
（a）测试并记录未经服役的压力容器钢的热电势系数；
（b）多次测试并记录老化或服役的压力容器钢的热电势系数；
（c）以压力容器钢的老化时间为横轴、热电势系数为纵轴，建立模型；
（d）测试并记录使用中压力容器钢的热电势系数，并将其代入步骤（c）所述的模型中，进行演算得到压力容器钢相的老化程度。
2.根据权利要求1所述的压力容器钢无损在线寿命检测方法，其特征在于：所述热电势系数采用探针式微分热电势测量法。
3.根据权利要求1所述的压力容器钢无损在线寿命检测方法，其特征在于：步骤（b）中，所述压力容器钢为长时间高温或堆外辐照等方式处理的压力容器钢或者从已知环境条件、已知服役时间的容器钢中取样。
4.根据权利要求1所述的压力容器钢无损在线寿命检测方法，其特征在于：步骤（c）中，所述模型通过将热电势系数存入计算机中建立。
5.根据权利要求1所述的压力容器钢无损在线寿命检测方法，其特征在于：所述步骤（a）和步骤（b）中，测试压力容器钢的热电势系数后对其进行力学性能测试；所述步骤（c）中，以压力容器钢力学性能的变化量为横轴、热电势系数为纵轴，再建立另一模型；所述步骤（d）中，将所述使用中压力容器钢的热电势系数代入另一模型中演算得到其力学性能信息。
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