CN105556300B - 用于无损测试核反应堆部件的焊接部的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无损测试核反应堆的部件中的焊接部(1)的装置和方法，其中，所述部件包括外表面(10)，所述焊接部(1)包括靠近外表面(10)的第一区域(z1)和远离所述外表面(10)的第二区域(z2)，其中，所述方法使用：‑第一单个元件TOFD传感器(4)，其用于探查所述焊接部(1)的所述第一区域(z1)；和‑多元件TOFD传感器(5)，其用于探查所述焊接部(1)的所述第二区域(z2)。
Description
技术领域
本发明涉及用于在核反应堆的水箱或者增压器中在核反应堆的部件中并且特别地蒸汽发生器中实施的焊接部超声无损测试的方法和装置。本发明更加特别地涉及无损测试具有实质厚度的焊接部，即，厚度大于或者等于80mm的焊接部。
背景技术
核反应堆包括多个部件，通过组装焊接在一起的若干段实施所述多个部件。这样，核反应堆的主水槽包括壁，由焊接组装的铁素体钢的锻件、具有实质性厚度的铁素体首尾相接的环形密封件构成所述壁。同样，使用由具有实质性厚度的环形焊接部组装的钢片或者锻件制成用于核反应堆的蒸汽发生器或者增压器。尽管制造这种部件经受所有预防措施，但是焊接部能够包括需要进行检测的缺陷。
为此，现有技术提出了用于无损测试焊接部的技术，所述技术组合经由焊接部的超声放射线照射技术和人工测试方法。然而，这种技术耗时较长，需要主要测量点、多种手动调整而且其需要进入到待测试的部件内部和外部，而这并非易事。
发明内容
本发明旨在通过提供用于无损测试用于核反应堆的部件的焊接部的方法和装置来克服现有技术缺陷，所述方法和装置比现有技术的方法和装置更快捷，更简单并且不需要进入到部件的内部。
本发明的另一个目的是提出用于体积测试焊接部的方法和装置，所述方法和装置较之现有技术的那些方法和装置更加可靠并且仅仅需要有限数量获取。
为此，本发明提出通过TOFD技术(衍射时差法)和相位排列技术，还称作“多元件”的组合无损测试用于核反应堆的部件的焊接部，以便能够在单数据采集期间自动测试焊接部。
更加精确地，本发明提出了用于无损测试用于核反应堆的部件中的焊接部的方法，所述部件包括外表面，其中，焊接部包括靠近外表面的第一区域和远离外表面的第二区域，其中，所述方法使用：
-第一单原件TOFD传感器，其用于探查焊接部的第一区域；
-多元件TOFD传感器，其用于探查焊接部的第二区域。
术语“单个元件(single-element)TOFD传感器”指的是这样传感器，所述传感器实施传统TOFD技术。这种传感器包括单个元件发射器和单个元件接收器。
术语“多元件(multi-element)TOFD传感器”指的是一种传感器，所述传感器实施多元件TOFD技术。这种传感器包括多元件TOFD发射器和多元件接收器。
如此，本发明提出组合作为传统TOFD技术的单个元件TOFD技术与多元件TOFD技术，所述单个元件TOFD技术用于探查靠近部件的外表面的第一区域，所述多元件TOFD技术用于探查焊接部的远离外表面的区域。像这样，通过使用有限数量的传感器，能够准确地探查具有实质性厚度的焊接部。实际上，这种方法特别地旨在用于这样的焊接部，所述焊接部的厚度介于100mm和300mm之间，更加优选地介于100mm和250mm之间。
根据本发明的方法还具有单独或者以任何技术可行组合的在下文描述的特征中的一个或者多个。
有利地，第一区域的厚度严格小于第二区域的厚度，这使得能够准确地探查靠近焊接部的外表面的区域。
靠近部件的外表面的称作“第一区域”的区域优选地相对于部件的外表面位于介于0mm和10mm之间的深度处。第一区域优选地位于部件的外表面的正下方。
更加优选地以第一频率，优选地等于7.5MHz的频率在第一区域中实施单个元件TOFD技术。
第二区域优选地位于这样的深度处，所述深度大于30mm，更加优选地大于35mm。第二区域的厚度优选地介于100mm和300mm之间。像这样，使用单个传感器测试具有实质性厚度的全部第二区域，这节省了时间。
第二区域优选地位于这样的深度处，所述深度介于30mm和250mm之间，更加优选地介于35mm和250mm之间。
更加优选地在等于2MHz的第二频率的条件下实施第二区域中的多元件TOFD技术。有利地，焊接部还包括第三区域，所述第三区域位于第一区域和第二区域之间，其中，所述方法使用第二单个元件TOFD传感器来探查焊接部的第三区域。
第三区域优选地位于这样的深度处，所述深度介于5mm和40mm之间，优选地介于6mm和36mm之间。第三区域更加优选地具有这样的厚度，所述厚度介于10mm和40mm之间，更加优选地介于10mm和30mm之间。
每个TOFD传感器更加优选地包括位于焊接部的任意一侧上的发射器和接收器。
第一单个元件TOFD传感器的发射器和接收器更加优选地间隔开第一距离D1。
多元件TOFD传感器的发射器和接收器更加优选地间隔开第二距离D3。
第二单个元件TOFD传感器的发射器和接收器更加优选地间隔开第三距离D3。
每个TOFD传感器的发射器和接收器更加优选地按照垂直于焊接部的轴线布置。
有利地，测试方法还使用第一多元件传感器，所述第一多元件传感器发射横波束。
第一多元件传感器更加优选地包括位于焊接部的同一侧上的发射器和接收器。
第一多元件传感器的发射器和接收器更加优选地根据一轴线对准，所述轴线平行于焊接部。
有利地，第一多元件传感器发射介于45°和70°之间的折射角的光束。
有利地，第一多元件传感器以这种方式根据介于-15°和+15°之间的迷失方向发射光束，以便优化焊接部的反射表面。
有利地，方法还使用第二多元件传感器，所述第二多元件传感器使得能够检测横向缺陷。
本发明的另一个方面还涉及一种用于无损测试核反应堆的部件中的焊接部的装置，其中，装置包括板，在所述板上固定有：
-第一单个元件传感器，其用于探查焊接部的第一区域；
-多元件TOFD传感器，其用于探查焊接部的第二区域。
每个单个元件TOFD传感器均包括单个元件TOFD发射器和单个元件TOFD接收器。
多元件TOFD传感器包括多元件TOFD发射器和多元件TOFD接收器。
有利地，装置还包括第二单个元件TOFD传感器，用于探查焊接部的第三区域。
装置更加优选地还包括第一多元件传感器。
装置更加优选地还包括第二多元件传感器。
附图说明
参照附图当阅读以下详细描述时本发明的其它特征和优势将变得显而易见，其中：
图1是根据本发明的实施例的方法检查的部件的俯视图；
图2是根据本发明的实施例的方法检查的部件的截面图；
图3是根据本发明的实施例的方法检查的部件的截面图；
图4是根据本发明的实施例的方法检查的多元件传感器的侧视图；
图5是图4的传感器的透视图；
图6和图7是图4的传感器的俯视图；
图8是根据本发明的实施例的检查方法检查的部件的俯视图；
图9是根据本发明的实施例的方法检查的部件的截面图。
为了更加清晰，在所有附图中，用相同或者类似的附图标记表示相同或者相似元件。
具体实施方式
图1示出了利用根据本发明的实施例的测试装置和方法测试的焊接部1的部件的俯视图。
在图1中示出了用于测试的装置2。这种用于测试的装置2包括板3，在所述板3上固定有：
-第一单个元件TOFD传感器4，其使得能够探查焊接部的第一区域z1；
-多元件TOFD传感器5，其使得能够探查焊接部的第二区域z2；
-第二单个元件TOFD传感器6，其使得能够探查焊接部的第三区域z3。
第一单个元件TOFD传感器4包括单个元件TOFD发射器7和单个元件TOFD接收器8。发射器7和接收器8根据轴线11对准，所述轴线11垂直于焊接部1沿其延伸的轴线。发射器7和接收器8之间的距离D1被选择为：使得第一传感器4能够测试焊接部的第一区域z1，所述第一区域z1位于待测试的部件的外表面10的正下方。区域z1优选地相对于部件的外表面位于介于1.5mm和9.5mm之间的深度p1处。
第二单个元件TOFD传感器6包括单个元件TOFD发射器12和单个元件TOFD接收器13。发射器12和接收器13根据轴线14对准，所述轴线14垂直于焊接部1沿着其延伸的轴线。发射器12和接收器13之间的距离D3被选择为：使得第二传感器6能够控制焊接部的区域z3，所述区域z3位于区域z1的下方。区域z3优选地相对于部件的外表面位于6mm和36mm之间的深度p3处。
多元件TOFD传感器5包括多元件TOFD发射器15和多元件TOFD接收器16。发射器15和接收器16根据轴线17对准，所述轴线17垂直于焊接部1沿其延伸的轴线。发射器15和接收器16之间的距离D2被选择为：使得多元件TOFD传感器能够测试焊接电的区域z2，所述区域z2位于区域z3的下方。焊接部的区域z2优选地相对于部件的外表面位于介于35mm和250mm之间的深度p2处。多元件TOFD发射器15能够例如包括十六个元件，每个元件均实施TOFD技术。能够独立于其它元件测试多元件TOFD发射器的每个元件，以便发射超声束，从而使得能够探查焊接部的区域z2的部分。为此，测试参数插入到计算器中并且限定关于元件的延迟脉动的规律。每个元件均具有检测角度和深度的功能。TOFD技术根据用于靠近表面的区域z1、z2的传统传感器和用于远离外表面的区域z2的多元件的组合来实施。待检查的厚度分为若干区域。通过专用的TOFD构造检查每个区域。根据在具有凹口的集团上实施的测试和模拟限定区域z1、z2、z3。能够利用TOFD技术测试介于35mm和250mm之间的厚度，在现有技术中并非如此。能够根据两种方法使用如此获得的采集：平行于焊接扫描和非平行于焊接扫描。
第一和第二单个元件TOFD传感器更加优选地以7.5MHz的频率操作。多元件TOFD传感器更加优选地以2MHz的频率操作。
板3还包括第一多元件传感器18，所述第一多元件传感器18包括多元件发射器19和多元件接收器20。第一多元件传感器18使得能够在45°至70°的范围内改变打开角度并且更能够更加优选地在-15°至+15°的范围内改变倾斜角度，如图5和图6所示。
多元件发射器19和多元件接收器20布置在焊接部的同一侧上。在图4至图5中更加精确地示出了多元件发射器19。多元件发射器19包括56个单独元件21的矩阵，能够独立控制每个所述单独元件21。这些单独元件21连接到适于控制的电子装置，所述电子装置使得能够相对于通道中的每一条独立以及同时发射和接收。这些电子装置还必须能够在发射和接收时针对每条通道采用不同的电子延时。传统机械扫描由电子扫描替代，所述电子扫描更快，这使得能够检测纵向和横向缺陷。电子对焦使得能够使用单个传感器，以便在不同深度条件下操作。电子偏转引起单个传感器入射角变化。
多元件传感器18使得能够产生：横向波，所述横向波具有这样的折射角，所述折射角介于45°至70°之间，以及称作“倾斜”的迷失方向(disorientation)，其介于-15°至+15°之间。
板3还包括第二多元件传感器22。如图8所示，如此形成的板3按照路径24、轴线x和轴线y相对于焊接部移动。经由“光栅”扫描获取超声数据。轴线x的解析(resolution)限定了传感器的光束的方向上的空间获取点，所述传感器垂直地以焊接部为目标。轴线y的解析限定了以平行方式以焊接部为目标的传感器的光束的方向上的空间获取点。
参照图9，多元件传感器定位成便于获得放大60°角度的优化扫描。
因此根据本发明的板能够与所有传感器同时并且以相对于焊接部相同的振幅移动。其还使得能够仅仅经由待测试的部分的外表面测试厚焊接部。
自然地。本发明并不局限于参照附图描述的实施例并且能够在不背离本发明的范围的前提下考虑替代方案。
Claims (11)
1.一种用于无损测试核反应堆的部件中的焊接部(1)的方法，其中，所述部件包括外表面(10)，所述焊接部(1)包括靠近所述外表面(10)的第一区域(z1)和远离所述外表面(10)的第二区域(z2)，其中，所述方法使用：
-第一单个元件TOFD传感器(4)，其用于探查所述焊接部(1)的所述第一区域(z1)；第一单个元件TOFD传感器(4)包括单个元件TOFD发射器(7)和单个元件TOFD接收器(8)；单个元件TOFD发射器(7)和单个元件TOFD接收器(8)根据第一轴线(11)对准，所述第一轴线(11)垂直于焊接部(1)沿其延伸的轴线；
-多元件TOFD传感器(5)，其用于探查所述焊接部(1)的所述第二区域(z2)；多元件TOFD传感器(5)包括多元件TOFD发射器(15)和多元件TOFD接收器(16)；多元件TOFD发射器(15)和多元件TOFD接收器(16)根据第二轴线(17)对准，所述第二轴线(17)垂直于焊接部(1)沿其延伸的轴线；
所述方法包括通过第一单个元件TOFD传感器和多元件TOFD传感器获取超声数据的步骤，该获取超声数据的步骤通过光栅扫描按照路径(24)进行，所述路径(24)包括任选地以非平行于焊接部的方向扫描的子步骤和平行于焊接部的方向扫描的子步骤。
2.根据前述权利要求所述的方法，其中，所述第一区域(z1)位于介于0mm和10mm之间的深度(p1)处。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二区域(z2)位于介于30mm和300mm之间的深度(p2)处。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述焊接部(1)还包括第三区域(z3)，所述第三区域位于所述第一区域(z1)和所述第二区域(z2)之间，其中，所述方法使用第二单个元件TOFD传感器(6)来探查所述焊接部(1)的所述第三区域(z3)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第三区域(z3)位于介于5mm和40mm之间的深度处。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其还使用第一多元件传感器(18)，所述第一多元件传感器发射横向波束。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其还使用第二多元件传感器(22)。
8.一种用于实施用于根据权利要求1-7中任意一项所述的无损测试核反应堆的部件中的焊接部的方法的装置，其中，所述装置包括板(3)，在所述板上固定有：
-第一单个元件TOFD传感器(4)，其用于探查所述焊接部(1)的第一区域(z1)；第一单个元件TOFD传感器(4)包括单个元件TOFD发射器(7)和单个元件TOFD接收器(8)；单个元件TOFD发射器(7)和单个元件TOFD接收器(8)根据第一轴线(11)对准，所述第一轴线(11)垂直于焊接部(1)沿其延伸的轴线；
-多元件TOFD传感器(5)，其用于探查所述焊接部(1)的第二区域(z2)；多元件TOFD传感器(5)包括多元件TOFD发射器(15)和多元件TOFD接收器(16)；多元件TOFD发射器(15)和多元件TOFD接收器(16)根据第二轴线(17)对准，所述第二轴线(17)垂直于焊接部(1)沿其延伸的轴线。
9.根据权利要求8所述的装置，其还包括第二单个元件TOFD传感器(6)，所述第二单个元件TOFD传感器能够探查所述焊接部(1)的第三区域(z3)。
10.根据权利要求8或者9所述的装置，其还包括第一多元件传感器(18)。
11.根据权利要求8或9所述的装置，其还包括第二多元件传感器(22)。
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