CN112362743A - 核电站一回路不锈钢boss焊缝相控阵超声检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测装置及检测方法，所述检测装置包括自聚焦式相控阵超声探头、探头楔块和超声检测系统；所述自聚焦式相控阵超声探头的频率为2～2.5MHz，探头晶片数为16～32，主动孔径8mm‑16mm。本发明核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测装置及检测方法比常规超声波检测具有更高的缺陷检测能力，并能有效减小BOSS焊缝结构导致的检验盲区，提高待测焊缝缺陷的检出率，对核电站一回路BOSS焊缝的质量控制和在役监督具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于核电站一回路不锈钢BOSS焊缝无损检测领域，更具体地说，本发明涉及一种核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测装置及检测方法。
背景技术
目前，BOSS结构广泛分布于国内核电厂核一、二回路中，BOSS焊缝质量及可靠性直接影响核电厂的安全性和经济性。一回路中BOSS焊缝结构支管的管径较小且管壁较薄，常用射线、液体渗透等无损检测方法对该焊缝进行无损检测，以保障质量和安全。
但是，采用射线检测或渗透检测均具有局限性：
其一，采用射线检测，存在人员误照射风险；BOSS焊缝呈锥形结构，透照方向受限且透照方向焊缝厚度差异大，射线检测存在有效检验区域小、散射严重、缺陷放大、畸变等问题；另外在进行射线检测时，需要进行场地人员清离，影响核电厂检修时间；
其二，采用渗透方法检测，只能检测表面开口的缺陷，对于埋藏性缺陷无法发现。
有鉴于此，确有必要提供一种能够解决上述问题的核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测装置及检测方法。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种具有更高焊缝缺陷检测能力的核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测装置及检测方法，以解决现有技术中存在的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测装置，其包括自聚焦式相控阵超声探头、探头楔块和超声检测系统；所述自聚焦式相控阵超声探头的频率为2～2.5MHz，探头晶片数为16～32，主动孔径8mm-16mm。
作为本发明核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测装置的一种改进，所述探头楔块朝向焊缝的一面加工成弧面，弧面的曲率半径为33mm-100mm。
作为本发明核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测装置的一种改进，所述超声检测系统用于将待测焊缝的焊缝结构输入相控阵进行超声检测装置，开展扫查信息分析得到扫查信号图，包括A型显示和S型显示。
为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测方法，其包括以下步骤：
S1，根据待测焊缝选择探头楔块，将自聚焦式相控阵超声探头安装于探头楔块；所述自聚焦式相控阵超声探头的频率为2～2.5MHz，探头晶片数为16～32，主动孔径8mm-16mm；
S2，将待测焊缝的焊缝结构输入相控阵超声检测装置，设置自聚焦式相控阵超声探头为全晶片激发，相控阵的扇形扫描角度范围为30°～70°；
S3，使用自聚焦式相控阵超声探头以预设扫查速度对待测焊缝进行超声检查，在相控阵超声检测装置中生成A型显示和S型显示，用S型显示发现缺陷，利用A扫查信号的-6dB的方法对已发现的缺陷进行长度测量。
作为本发明核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测方法的一种改进，所述探头楔块朝向焊缝的一面为弧面，步骤S1中根据待测焊缝选择探头楔块是选择选择弧面曲率半径与待测焊缝外径相匹配的探头楔块。
作为本发明核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测方法的一种改进，所述步骤S3是在待测焊缝的支管处对待测焊缝进行超声扫查。
作为本发明核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测方法的一种改进，所述步骤S3中预设扫查速度为50mm/s。
与现有技术相比，本发明核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测装置及检测方法比常规超声波检测具有更高的缺陷检测能力，并能有效减小BOSS焊缝结构导致的检验盲区，提高待测焊缝缺陷的检出率，对核电站一回路BOSS焊缝的质量控制和在役监督具有重要的意义。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测装置及检测方法进行详细说明。
图1为本发明加工的一个BOSS焊缝模拟试块示意图。
图2为图1中圆圈部分的放大图。
图3为某次实验的CIVA仿真的结果示意图。
图4为对某模拟试块的焊缝进行超声检查生成的S型显示。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
核电站一回路BOSS焊缝结构为安放式管座角焊缝，材质为不锈钢，焊接采用的焊材均为ER316L焊丝+E316L焊条；焊缝壁厚10mm～35mm之间；外径为30mm～100mm。
核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测装置包括自聚焦式相控阵超声探头、探头楔块和超声检测系统。本发明通过以下方法确定相控阵探头和探头楔块：
(1)梳理一回路BOSS焊缝的基本特性，包括焊缝材质、焊接工艺、焊缝形式、尺寸范围，根据BOSS焊缝的基本特性初步确定检测时采用自聚焦式相控阵超声探头，并且采用弧面的曲率半径与待测焊缝的外径相匹配的探头楔块。
(2)收集和分析核电站现场BOSS焊缝失效的案例、BOSS焊缝的射线和渗透检测结果，对常见缺陷的位置和性质进行梳理，并加工一系列带有真实缺陷的BOSS焊缝模拟试块；图1和图2所示为本发明加工的一个BOSS焊缝模拟试块示意图。
经过对核电站现场实际检测结果调研，一回路BOSS焊缝中常见的缺陷为未熔和少量夹渣、气孔。由于管座焊缝内壁空间较小，焊接时难于操作，所以缺陷多出现于焊缝厚度方向中下部即小于等于内壁1/3壁厚。未熔合为上下坡口处的坡口未熔合，夹渣和气孔随机分布于焊缝中间。
(3)对被检工件和拟采用的自聚焦式相控阵超声探头进行CIVA仿真，分析自聚焦式相控阵超声探头和被检工件的匹配性，作为工艺开发的理论基础；图2为某次实验的CIVA仿真的结果示意图。
BOSS焊缝结构复杂，选择在支管处进行检查。通过CIVA仿真分析自聚焦式相控阵超声探头的焊缝可达性，确定相控阵的扇形扫描角度范围为30°～70°。
(4)将焊缝结构图输入相控阵超声检测装置，用专用自聚焦式相控阵超声探头在已加工模拟试块上进行检查，分析缺陷的A型显示、S型显示，判别缺陷能否发现，利用-6dB的方法对已发现的缺陷进行长度测量。图3为对某模拟试块的焊缝进行超声检查生成的S型显示。
(5)重复以上步骤，确定自聚焦式相控阵超声探头的频率为2～2.5MHz，探头晶片数为16～32，主动孔径8mm-16mm。
据此，本发明提供的核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测装置包括自聚焦式相控阵超声探头、探头楔块和超声检测系统。所述自聚焦式相控阵超声探头的频率为2～2.5MHz，探头晶片数为16～32，主动孔径8mm-16mm。探头楔块朝向焊缝的一面加工成弧面，弧面的曲率半径与待测焊缝的外径相匹配，考虑到待测焊缝、管线的公差，弧面的曲率半径为33mm-100mm，以保证检测期间与焊缝的耦合。
超声检测系统用于将待测焊缝的焊缝结构输入相控阵超声检测装置进行超声检测，开展扫查信息分析得到扫查信号图，包括但不限于A型显示和S型显示。
本发明核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测方法包括以下步骤S1～S4：
S1，根据待测焊缝选择探头楔块，将自聚焦式相控阵超声探头安装于探头楔块；所述自聚焦式相控阵超声探头的频率为2～2.5MHz，探头晶片数为16～32，主动孔径8mm-16mm。
其中，根据待测焊缝选择探头楔块是选择与待测BOSS焊缝外径的匹配的探头楔块。具体来说，探头楔块朝向焊缝的一面为弧面，选择弧面曲率半径与待测焊缝外径相匹配的探头楔块。
S2，将待测焊缝的焊缝结构输入相控阵超声检测装置，设置自聚焦式相控阵超声探头为全晶片激发，相控阵的扇形扫描角度范围为30°～70°。
S3，在待测焊缝的支管处，使用自聚焦式相控阵超声探头以预设扫查速度对待测焊缝进行超声检查，在相控阵超声检测装置中生成A型显示和S型显示，用S型显示发现缺陷，利用A扫查信号的-6dB的方法对已发现的缺陷进行长度测量。其中，预设扫查速度为50mm/s。
通过以上描述可知，本发明所采用的自聚焦式相控阵超声探头参数、相控阵的扇形扫描角度等均是经过多次仿真实验得出的最佳结果，因此比常规超声波检测具有更高的缺陷检测能力，并能有效减小BOSS焊缝结构导致的检验盲区，提高待测焊缝缺陷的检出率，对核电站一回路BOSS焊缝的质量控制和在役监督具有重要的意义。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
1)采用了自聚焦式相控阵探头，提高了超声波声束的能量集中程度，有利于缺陷的检出；
2)本发明使用了不同曲率半径的探头楔块，能够适用于不同外径的BOSS焊缝；
3)本发明制作了不同类型的模拟试块，并在试块中加工了不同位置的真实缺陷，用于检测工艺验证，得出了自聚焦式相控阵超声探头的最佳参数范围和相控阵的扇形扫描角度，提高了相控阵超声检测技术的可信度。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (8)
1.一种核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测装置，其特征在于，包括自聚焦式相控阵超声探头、探头楔块和超声检测系统；所述自聚焦式相控阵超声探头的频率为2～2.5MHz，探头晶片数为16～32，主动孔径8mm-16mm。
2.根据权利要求1所述的核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测装置，其特征在于，所述探头楔块朝向焊缝的一面加工成弧面，弧面的曲率半径为33mm-100mm。
3.根据权利要求1所述的核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测装置，其特征在于，所述超声检测系统用于将待测焊缝的焊缝结构输入相控阵进行超声检测装置，开展扫查信息分析得到扫查信号图，包括A型显示和S型显示。
4.一种核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测方法，其特征在于包括以下步骤：
S1，根据待测焊缝选择探头楔块，将自聚焦式相控阵超声探头安装于探头楔块；所述自聚焦式相控阵超声探头的频率为2～2.5MHz，探头晶片数为16～32，主动孔径8mm-16mm；
S2，将待测焊缝的焊缝结构输入相控阵超声检测装置，设置自聚焦式相控阵超声探头为全晶片激发，相控阵的扇形扫描角度范围为30°～70°；
S3，使用自聚焦式相控阵超声探头以预设扫查速度对待测焊缝进行超声检查，在相控阵超声检测装置中生成A型显示和S型显示，用S型显示发现缺陷，利用A扫查信号的-6dB的方法对已发现的缺陷进行长度测量。
5.根据权利要求4所述的核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测方法，其特征在于，所述探头楔块朝向焊缝的一面为弧面，步骤S1中根据待测焊缝选择探头楔块是选择选择弧面曲率半径与待测焊缝外径相匹配的探头楔块。
6.根据权利要求4所述的核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测方法，其特征在于，所述步骤S3是在待测焊缝的支管处对待测焊缝进行超声扫查。
7.根据权利要求6所述的核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测方法，其特征在于，所述步骤S3中预设扫查速度为50mm/s。
8.根据权利要求4所述的核电站一回路不锈钢BOSS焊缝相控阵超声检测方法，其特征在于，在进行步骤S1之前，先通过以下步骤确定相控阵探头及其参数：
(1)梳理一回路BOSS焊缝的基本特性，包括焊缝材质、焊接工艺、焊缝形式、尺寸范围，根据BOSS焊缝的基本特性初步确定检测时采用自聚焦式相控阵超声探头，并且采用弧面的曲率半径与待测焊缝的外径相匹配的探头楔块；
(2)收集和分析核电站现场BOSS焊缝失效的案例、BOSS焊缝的射线和渗透检测结果，对常见缺陷的位置和性质进行梳理，并加工一系列带有真实缺陷的BOSS焊缝模拟试块；
(3)对被检工件和拟采用的自聚焦式相控阵超声探头进行CIVA仿真，分析自聚焦式相控阵超声探头和被检工件的匹配性；BOSS焊缝结构复杂，选择在支管处进行检查，通过CIVA仿真分析自聚焦式相控阵超声探头的焊缝可达性，确定相控阵的扇形扫描角度范围为30°～70°；
(4)将焊缝结构图输入相控阵超声检测装置，用自聚焦式相控阵超声探头在已加工模拟试块上进行检查，分析缺陷的A型显示、S型显示，判别缺陷能否发现；利用-6dB的方法对已发现的缺陷进行长度测量；
(5)重复以上步骤，确定自聚焦式相控阵超声探头的频率为2～2.5MHz，探头晶片数为16～32，主动孔径8mm-16mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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