CN111351850B - 一种用于反应堆压力容器接管焊缝的超声检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无损超声检测技术领域，具体公开了一种用于反应堆压力容器接管焊缝的超声检测方法。一种用于反应堆压力容器接管焊缝的超声检测方法，该方法具体包括：1、选择进行反应堆压力容器接管焊缝检测的超声检测设备，并进行探头灵敏度标定；2、设置探头扫查灵敏度，并对反应堆压力容器进出口管进行超声检测；3、进行缺陷定位；4、根据不同角度的探头和不同方向的声束产生的信号强弱，判断缺陷的基本取向和性质；5、对缺陷长度及高度进行测量；该方法满足了无损检测规范对反应堆压力容器接管焊缝超声检测的要求，可在核电厂反应堆压力容器检查中进行应用，并对发现的缺陷进行准确定性和定量。

Description

一种用于反应堆压力容器接管焊缝的超声检测方法
技术领域
本发明属于无损超声检测技术领域，具体涉及一种用于反应堆压力容器接管焊缝的超声检测方法。
背景技术
反应堆压力容器是核电厂中最重要的设备，其质量是保证核电设备安全运行的关键。无损检测是保证核电厂部件安全和结构完整性的重要手段，在核电厂检验规范和检验大纲中，对反应堆压力容器焊缝提出了无损检测的强制性要求。
反应堆压力容器接管焊缝分为反应堆压力容器进水接管与筒体连接焊缝和出水接管与筒体连接焊缝，焊缝为马鞍型结构，焊缝直径大于1000mm，焊缝厚度大于280mm。在制造过程中接管焊缝可能产生焊接裂纹、未熔合、夹杂和气孔等缺陷，在运行服役过程中，处于高温高压以及放射性环境下，可能产生疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹等缺陷。缺陷可能存在的区域包括焊缝及其热影响区的内表面、外表面和内部。为了及时发现危险性缺陷，保障电厂设备的安全运行，需要定期对反应堆压力容器接管焊缝实施无损检测。由于受到焊缝结构、壁厚和环境等因素的限制，射线检测实施困难较大，而且服役后反应堆压力容器出于高辐射环境中，人员无法靠近，因此需要设计出可靠性高的远程超声检测技术。同时，由于接管焊缝的马鞍型结构较为复杂，针对接管焊缝的超声检测发现的缺陷，需要根据使用的具体检测技术和接管焊缝特点设计出缺陷定位、定性和定量方法，以确保能够准确对缺陷定位，并判断出接管焊缝中的危险性缺陷(如裂纹、未熔合等)，同时对缺陷长度和高度进行准确测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于反应堆压力容器接管焊缝的超声检测方法，可以针对具有复杂结构的反应堆压力容器接管焊缝，检测出接管焊缝中的缺陷，特别时危险性缺陷，同时在检测出缺陷时，对缺陷进行准确的定位、性质判断和尺寸测量。
本发明的技术方案如下：一种用于反应堆压力容器接管焊缝的超声检测方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤1、选择进行反应堆压力容器接管焊缝检测的超声检测设备，并进行探头灵敏度标定；
步骤2、设置探头扫查灵敏度，并对反应堆压力容器进出口管进行超声检测；
步骤3、进行缺陷定位；
步骤4、根据不同角度的探头和不同方向的声束产生的信号强弱，判断缺陷的基本取向和性质；
步骤5、对缺陷长度及高度进行测量；
根据非平面型缺陷和平面型缺陷的特点进行缺陷长度及高度测量。
所述的步骤1具体包括：
步骤1.1、针对反应堆压力容器进口管和出口管的焊缝特点选择合适的超声检测设备；
根据反应堆压力容器进出口管焊缝的特点选择对运行编码反馈的多通道超声仪实施超声检测，其中，超声仪采用频率为1～4MH的0°、10°、30°和50°单晶纵波探头；
步骤1.2、利用灵敏度标定试块标定超声仪的基准灵敏度；
在灵敏度标定试块的堆焊层侧设置探头灵敏度，利用试块上的横通孔制作DAC曲线，使标定的每个横通孔的回波幅值都能达到幅度刻度的80％，此时超声仪的增益值即为基准灵敏度G0。
所述的步骤2具体包括：将超声检测时探头扫查灵敏度设置为G0-12dB，在反应堆压力容器进水接管及出水接管内表面平行于接管轴线进行轴向扫查，探头的声速指向压力容器中心，记录最大幅值大于或等于25％DAC的显示信号。
所述的步骤3进行缺陷定位具体包括：
步骤3.1、根据出水接管焊缝的特点，对出水接管的缺陷位置进行几何修正；
根据出水接管焊缝的马鞍型形状，对出水接管处的缺陷位置进行修正后具体为：
Xc1＝Xb
Yc1＝Yb+r-a
Figure BDA0001913696260000031
其中，Xc1为出水口修正后缺陷的X值；Yc1为出水口修正后缺陷的Y值；Zc1为出水口修正后缺陷的Z值；Xb为超声仪中显示的缺陷圆周方向位置；Yb为超声仪中显示的缺陷深度值；Zb为超声仪中显示的缺陷从筒体内表面往接管轴向方向的位置值；R为筒体内表面半径；r为接管半径；a为接管中心线到焊缝中心线的距离；
步骤3.2、根据进水接管焊缝的特点，对进水接管的缺陷位置进行几何修正后具体为
Xc＝Xb
Figure BDA0001913696260000032
Figure BDA0001913696260000033
其中，Xc为进水口修正后缺陷的X值；Yc为进水口修正后缺陷的Y值；Zc为进水口修正后缺陷的Z值；γ为进水接管斜坡角度；L为进水口接管的斜坡在沿中心线方向上的长度；θ为探头角度。
所述的步骤4中进行缺陷基本取向和性质判断的具体步骤为：
平面型缺陷对同一显示不同角度的探头产生的信号幅值差异相对较大，且具有较强的反射回波；体积型缺陷对同一显示不同角度的探头产生的信号幅值差异相对较小，且探头的反射回波较弱；此外，可通过观察缺陷信号中是否出现尖端衍射信号，来判断缺陷是否为平面型缺陷。
所述的步骤5中对缺陷长度测量的具体步骤为：
步骤5.1、根据缺陷的性质进行缺陷长度测量；
步骤5.1.1、对非平面型缺陷进行长度测量；
采用缺陷最高回波-6dB跌落法对非平面型缺陷长度进行测量，即缺陷回波信号从最高波降低6dB时，探头在缺陷长度方向上移动的距离就是缺陷的测量长度；
步骤5.1.2、对平面型缺陷进行长度测量；
采用缺陷最高回波-12dB跌落法对平面型缺陷长度进行测量，即缺陷回波信号从最高波降低12dB时，探头在缺陷长度方向上移动的距离就是缺陷的测量长度。
所述的步骤5中对缺陷高度测量的具体步骤为：
步骤5.2、根据缺陷的性质进行缺陷高度测量；
步骤5.2.1、对非平面型缺陷进行高度测量；
一般非平面型缺陷高度较小且外形常为圆形或椭圆形，采用缺陷最高回波跌落法进行高度测量；
步骤5.2.2、对平面型缺陷进行高度测量；
采用尖端衍射法，通过确定平面型缺陷尖端信号的上、下尖端位置，利用下端点高度值减去上端点高度值的方法测量平面型缺陷高度。
本发明的显著效果在于：本发明所述的一种用于反应堆压力容器接管焊缝的超声检测方法，满足了无损检测规范对反应堆压力容器接管焊缝超声检测的要求，形成了一套有效可靠的反应堆压力容器接管焊缝超声检测方法，可在核电厂反应堆压力容器检查中进行应用，并对发现的缺陷进行准确定性和定量。
具体实施方式
一种用于反应堆压力容器接管焊缝的超声检测方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤1、选择进行反应堆压力容器接管焊缝检测的超声检测设备，并进行探头灵敏度标定；
步骤1.1、针对反应堆压力容器进口管和出口管的焊缝特点选择合适的超声检测设备；
根据反应堆压力容器进出口管焊缝的特点选择对运行编码反馈的多通道超声仪实施超声检测，其中，超声仪采用频率为1～4MH的0°、10°、30°和50°单晶纵波探头；
步骤1.2、利用灵敏度标定试块标定超声仪的基准灵敏度；
在灵敏度标定试块的堆焊层侧设置探头灵敏度，利用试块上的横通孔制作距离－波幅曲线(DAC曲线)，使标定的每个横通孔的回波幅值都能达到幅度刻度的80％，此时超声仪的增益值即为基准灵敏度G0；
步骤2、设置探头扫查灵敏度，并对反应堆压力容器进出口管进行超声检测；
将超声检测时探头扫查灵敏度设置为G0-12dB，在反应堆压力容器进水接管及出水接管内表面平行于接管轴线进行轴向扫查，探头的声速指向压力容器中心，记录最大幅值大于或等于25％DAC的显示信号；
步骤3、进行缺陷定位；
步骤3.1、根据出水接管焊缝的特点，对出水接管的缺陷位置进行几何修正；
根据出水接管焊缝的马鞍型形状，对出水接管处的缺陷位置进行修正后具体为：
Xc1＝Xb
Yc1＝Yb+r-a
Figure BDA0001913696260000061
其中，Xc1为出水口修正后缺陷的X值；Yc1为出水口修正后缺陷的Y值；Zc1为出水口修正后缺陷的Z值；Xb为超声仪中显示的缺陷圆周方向位置；Yb为超声仪中显示的缺陷深度值；Zb为超声仪中显示的缺陷从筒体内表面往接管轴向方向的位置值；R为筒体内表面半径；r为接管半径；a为接管中心线到焊缝中心线的距离；
步骤3.2、根据进水接管焊缝的特点，对进水接管的缺陷位置进行几何修正后具体为
Xc＝Xb
Figure BDA0001913696260000062
Figure BDA0001913696260000063
其中，Xc为进水口修正后缺陷的X值；Yc为进水口修正后缺陷的Y值；Zc为进水口修正后缺陷的Z值；γ为进水接管斜坡角度；L为进水口接管的斜坡在沿中心线方向上的长度；θ为探头角度；
步骤4、根据不同角度的探头和不同方向的声束产生的信号强弱，判断缺陷的基本取向和性质；
平面型缺陷对同一显示不同角度的探头产生的信号幅值差异相对较大，且具有较强的反射回波；体积型缺陷对同一显示不同角度的探头产生的信号幅值差异相对较小，且探头的反射回波较弱；此外，可通过观察缺陷信号中是否出现尖端衍射信号，来判断缺陷是否为平面型缺陷；
步骤5、对缺陷长度及高度进行测量；
步骤5.1、根据缺陷的性质进行缺陷长度测量；
步骤5.1.1、对非平面型缺陷进行长度测量；
采用缺陷最高回波-6dB跌落法对非平面型缺陷长度进行测量，即缺陷回波信号从最高波降低6dB时，探头在缺陷长度方向上移动的距离就是缺陷的测量长度；
步骤5.1.2、对平面型缺陷进行长度测量；
采用缺陷最高回波-12dB跌落法对平面型缺陷长度进行测量，即缺陷回波信号从最高波降低12dB时，探头在缺陷长度方向上移动的距离就是缺陷的测量长度；
步骤5.2、根据缺陷的性质进行缺陷高度测量；
步骤5.2.1、对非平面型缺陷进行高度测量；
一般非平面型缺陷高度较小且外形常为圆形或椭圆形，采用缺陷最高回波跌落法进行高度测量；
步骤5.2.2、对平面型缺陷进行高度测量；
采用尖端衍射法，通过确定平面型缺陷尖端信号的上、下尖端位置，利用下端点高度值减去上端点高度值的方法测量平面型缺陷高度。

Claims (6)

1.一种用于反应堆压力容器接管焊缝的超声检测方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：
步骤1、选择进行反应堆压力容器接管焊缝检测的超声检测设备，并进行探头灵敏度标定；
步骤2、设置探头扫查灵敏度，并对反应堆压力容器进出口管进行超声检测；
步骤3、进行缺陷定位；
步骤3.1、根据出水接管焊缝的特点，对出水接管的缺陷位置进行几何修正；
根据出水接管焊缝的马鞍型形状，对出水接管处的缺陷位置进行修正后具体为：
Xcl＝Xb
Ycl＝Yb+r-a
Figure FDA0003815286170000011
其中，Xcl为出水口修正后缺陷的X值；Ycl为出水口修正后缺陷的Y值；Zcl为出水口修正后缺陷的Z值；Xb为超声仪中显示的缺陷圆周方向角；Yb为超声仪中显示的缺陷深度值；Zb为超声仪中显示的缺陷从筒体内表面往接管轴向方向的位置值；R为筒体内表面半径；r为接管半径；a为接管中心线到焊缝中心线的距离；
步骤3.2、根据进水接管焊缝的特点，对进水接管的缺陷位置进行几何修正后具体为
Xc＝Xb
Figure FDA0003815286170000012
Figure FDA0003815286170000021
其中，Xc为进水口修正后缺陷的X值；Yc为进水口修正后缺陷的Y值；Zc为进水口修正后缺陷的Z值；γ为进水接管斜坡角度；L为进水口接管的斜坡在沿中心线方向上的长度；θ为探头角度；Xb为超声仪中显示的缺陷圆周方向角；Yb为超声仪中显示的缺陷深度值；Zb为超声仪中显示的缺陷从筒体内表面往接管轴向方向的位置值；R为筒体内表面半径；r为接管半径；a为接管中心线到焊缝中心线的距离；
步骤4、根据不同角度的探头和不同方向的声束产生的信号强弱，判断缺陷的基本取向和性质；
步骤5、对缺陷长度及高度进行测量；
根据非平面型缺陷和平面型缺陷的特点进行缺陷长度及高度测量。
2.根据权利要求1所述的一种用于反应堆压力容器接管焊缝的超声检测方法，其特征在于：所述的步骤1具体包括：
步骤1.1、针对反应堆压力容器进口管和出口管的焊缝特点选择合适的超声检测设备；
根据反应堆压力容器进出口管焊缝的特点选择对运行编码反馈的多通道超声仪实施超声检测，其中，超声仪采用频率为1～4MH的0°、10°、30°和50°单晶纵波探头；
步骤1.2、利用灵敏度标定试块标定超声仪的基准灵敏度；
在灵敏度标定试块的堆焊层侧设置探头灵敏度，利用试块上的横通孔制作DAC曲线，使标定的每个横通孔的回波幅值都能达到幅度刻度的80％，此时超声仪的增益值即为基准灵敏度G0。
3.根据权利要求2所述的一种用于反应堆压力容器接管焊缝的超声检测方法，其特征在于：所述的步骤2具体包括：将超声检测时探头扫查灵敏度设置为G0-12dB，在反应堆压力容器进水接管及出水接管内表面平行于接管轴线进行轴向扫查，探头的声速指向压力容器中心，记录最大幅值大于或等于25％DAC的显示信号。
4.根据权利要求1所述的一种用于反应堆压力容器接管焊缝的超声检测方法，其特征在于：所述的步骤4中进行缺陷基本取向和性质判断的具体步骤为：
平面型缺陷对同一显示不同角度的探头产生的信号幅值差异相对较大，且具有较强的反射回波；体积型缺陷对同一显示不同角度的探头产生的信号幅值差异相对较小，且探头的反射回波较弱；此外，可通过观察缺陷信号中是否出现尖端衍射信号，来判断缺陷是否为平面型缺陷。
5.根据权利要求1所述的一种用于反应堆压力容器接管焊缝的超声检测方法，其特征在于：所述的步骤5中对缺陷长度测量的具体步骤为：
步骤5.1、根据缺陷的性质进行缺陷长度测量；
步骤5.1.1、对非平面型缺陷进行长度测量；
采用缺陷最高回波-6dB跌落法对非平面型缺陷长度进行测量，即缺陷回波信号从最高波降低6dB时，探头在缺陷长度方向上移动的距离就是缺陷的测量长度；
步骤5.1.2、对平面型缺陷进行长度测量；
采用缺陷最高回波-12dB跌落法对平面型缺陷长度进行测量，即缺陷回波信号从最高波降低12dB时，探头在缺陷长度方向上移动的距离就是缺陷的测量长度。
6.根据权利要求1所述的一种用于反应堆压力容器接管焊缝的超声检测方法，其特征在于：所述的步骤5中对缺陷高度测量的具体步骤为：
步骤5.2、根据缺陷的性质进行缺陷高度测量；
步骤5.2.1、对非平面型缺陷进行高度测量；
非平面型缺陷高度较小且外形为圆形或椭圆形，采用缺陷最高回波跌落法进行高度测量；
步骤5.2.2、对平面型缺陷进行高度测量；
采用尖端衍射法，通过确定平面型缺陷尖端信号的上、下尖端位置，利用下端点高度值减去上端点高度值的方法测量平面型缺陷高度。
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