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標題: 反應堆壓力容器主螺栓超聲波檢測技術介紹 [打印本頁]

作者: 自由鳥/;f 時間: 2014-4-11 15:05
標題: 反應堆壓力容器主螺栓超聲波檢測技術介紹
1 ?引言
核反應堆壓力容器是核電廠和核動力裝置中最重要的設備，核反應堆壓力容器的質量是保證核電設備和核動力裝置正常安全運行的關鍵。反應堆容器主螺栓是連接壓力容器殼體和頂蓋重要的部件，為防止核放射性物質的外逸、保障反應堆壓力容器正常工作有著十分重要的作用。在核電廠和核動力裝置的檢驗規范和大綱中，對反應堆壓力容器主螺栓提出了無損檢測的強制性要求，并指定分別在投入使用前和運行一定間隔時間內對主螺栓實施役前檢查和在役檢查。

法國標準《核電廠核島機械設備在役檢查規則》RSEM規定，對反應堆壓力容器主螺栓的無損檢測主要采用超聲波檢測技術、渦流檢測技術。本文重點介紹了對核反應堆壓力容器主螺栓實施檢測的超聲波技術。

2 ?檢驗的部位[1]
反應堆壓力容器主螺栓，材料為40NCDV7.03，規格為M155×4mm，檢驗范圍包括螺栓的螺紋區及上、下螺紋區之間的非螺紋區。具體的檢測部位見圖1。反應堆壓力容器主螺栓超聲波檢測的目的是探測螺紋部位是否有明顯的由腐蝕或者撕裂等引起的金屬損傷以及鄰近螺栓螺紋根部是否存在裂紋。

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3 主螺栓超聲波檢測裝備
核反應堆壓力容器主螺栓超聲波檢測采用自動化超聲波檢查技術，檢測儀器分為機械裝置，電氣控制裝置，以及超聲波信號采集裝置，并具有專門的超聲波數據分析軟件，可實現對超聲波數據的精確分析。

3.1檢測儀器的機械和電氣控制裝置

反應堆壓力容器主螺栓的超聲波檢測設備由兩部分組成，機械運動部分（SUIP掃查器）和電氣控制部分（SIROCO INSIDE）組成。機械運動部分包括驅動單元和掃查單元組成：驅動單元直接放置在受檢螺栓的頂端，用于驅動掃查單元；掃查單元裝有超聲探頭，超聲探頭插入封頭螺栓的中心孔中，在驅動單元的驅動下，對主螺栓進行掃查檢測。電氣控制部分(SIROCO INSIDE)用以控制驅動單元完成探頭在螺栓中心孔內的運動，控制軟件的界面如下圖2所示。通過設置一定的路徑和掃查方式實現對主螺栓的檢驗。
機械運動部分和電氣控制部分的定位精度可達0.5mm。

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3.2超聲波采集系統[2]

超聲波采集裝置采用MIDAS 數據采集系統。 MIDAS 數據采集系統是采用客戶機/服務器結構的自動化超聲波數據采集和數據分析系統；系統組成上主要由 MIDAS 硬件超聲波板卡部分，MIDAS 硬件控制部分（服務器）、MIDAS 軟件（客戶端）三部分組成，其中 MIDAS 硬件系統由脈沖發生器/接收器模塊（PR）、采集模塊（AM）及用網絡同 AM 鏈接的計算機系統組成。整個系統按照功能可以分成標定、計劃、采集、評價四個模塊。其中標定模塊：標定模塊主要包括探頭設置、A/D 轉換、信號處理三個子模塊的控制實現；計劃模塊主要包括被檢對象設定、掃查軸設定、數據記錄參數設定、掃查軌跡設定等子模塊功能；采集模塊可以在數據采集過程中實時監測所記錄和存儲的掃查區域的超聲信號，實現在主界面上選擇了 A/B/C/D 掃描。評價模塊。
MIDAS 數據評價模塊結合 A、B、C、D 掃描、可實現三維立體數據重建并能對采集的超聲波數據進行詳細準確的數據評價，從而實現對顯示信號相關性的判定，MIDAS數據采集界面見圖3。

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整個超聲波檢測系統連接見圖4。

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3.3超聲波數據分析軟件
采用MASERA-NT 數據分析軟件，該軟件主要功能是對超聲波檢測數據進行分析、定量、測量。此軟件具有良好的兼容性，可實現對SUMIAD、MIDAS、TOMOSCAN和RDTIFF等多種系統采集的文件進行準確的分析。基本功能包括 A/B/C/D 掃描功能、數據循環、聲線跟蹤分析等功能；還可增加 SAFT、信號處理運算、自適應分析和三維數據重建等功能；并可以針對某些行業用戶的特殊檢測需求，增加相應的專業化分析和圖形處理工具的專用數據分析軟件。此軟件基于中心軸對稱、空間重建理論，應用笛卡爾坐標系或圓柱參考坐標系可對采集的超聲波數據進行超聲波檢測過程重建；數據重建過程完畢后，通過一系列的輔助窗口，可以完成以下分析功能：顯示某一個通道的完整/全部數據；可同時打開多個通道的數據，以便于不同通道采集的信號之間的對比。對某一關注區域進行放大或縮小；從而采用尺寸測量工具對顯示信號進行精確的尺寸和位置測量；測量結果可直接生成相應的數據分析報告。

4 超聲波檢測技術
反應堆壓力容器主螺栓超聲波檢測技術要考慮較多的因素，這主要包括超聲波探頭、檢測方向、掃查運動方式、檢查的標定、靈敏度的選擇、缺陷的檢測與定量等。下面分別對這些因素進行分析。

4.1探頭的選擇與掃查方式
反應堆壓力容器主螺栓的探頭采用組合式探頭由兩個45°探頭組成，探頭頻率為2.5MHz，探頭采用特殊的設計與螺栓內孔壁要充分接觸，保證了耦合的效果，采用去離子水作為耦合劑。

掃查采用軸向掃查，周向步進的矩形掃查。對掃查步進的選擇：即要做到不能步進太大，太大會漏掉缺陷，RSEM標準規定要可以記錄大于0.5mm的刻槽，所以要保證探頭的主聲束至少掃過0.5mm的刻槽3次，這樣才能不會漏掉標準規定的記錄要求。步進不能太小，太小會影響檢測的效率。對超聲采集的速度的選擇要考慮所支持的超聲波采集的硬件。

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4.2標定

標定分為在標定螺栓和轉移試塊中進行，反應堆壓力容器主螺栓的檢查過程中，包含基準靈敏度標定和檢查過程中的靈敏度校核標定。基準靈敏的標定是在標定螺栓上進行。在檢查過程中，要求對整個超聲系統穩定性進行檢驗，以確定其靈敏度的有效性，每次檢查開始前和每次檢查結束后，均需對每一個探頭進行靈敏度的校核。此次標定在轉移標定試塊上進行，即將每一個探頭靈敏度轉移到二次標定試塊的反射體的靈敏度上。

按照標準RSE-M規定：標定螺栓的螺紋和光桿加工槽深為0.5-2mm的刻槽，刻槽的所在的平面垂直于螺栓的軸線，全尺寸標定螺栓與被檢螺栓的材料及加工方法應該相一致。在標定螺栓的上、下兩段螺紋區域內各有一組加工成與螺紋平行、并位于螺紋根部的刻槽，它們的深度分別0.5mm、1mm、2mm。另有兩組類似的刻槽位于光桿段的平整表面上，它們與螺栓的軸線垂直，深度也分別是0.5mm、1mm、2mm。為了更加方便的進行標定，考慮到螺栓檢驗的螺紋相對于中間的光桿上下對稱，則在刻槽的過程中也進行了上下對稱的刻槽，故在進行標定時，只需標定上部螺紋與光桿的刻槽，或者只需標定下部螺紋的刻槽與光桿刻槽即可，這樣既保證了設備的有效性，又提高了標定的效率。

轉移試塊，采用特殊的有弧面的試塊，即類似于斜探頭靈敏度的V2校驗試塊。這樣可以保證帶有楔塊的探頭能夠充分的接觸。以50mm的弧面為反射面找到最大回波，記錄下其增益值（dB），以用來確定標定的漂移，法國標準RCC-M規定：如果校驗時測得的漂移值不大于土2dB，則可認為該次校驗結果正常。如超過士2dB，則自前次校驗后所檢驗的全部零件須重新檢驗。標定需在每輪開始檢驗前和檢驗結束后進行。

4.3靈敏度設置
檢驗靈敏度調節時，盡量把信噪比調大。調節增益，使V2試塊上50mm弧面的最大反射回波幅值大于45dB；將噪聲水平調節到10dB至20dB之間，此時的增益值即為檢驗靈敏度。如果螺栓的螺紋回波幅值超過60dB，則需要降低增益，使螺紋回波最大幅值在30dB至60dB之間。調整好檢驗靈敏度后，將探頭置于標定螺栓中心孔中，觀察0.5mm、1mm、2mm深的刻槽信號，并記錄下其幅值。對于標定螺栓螺紋區內0.5mm深的人工切槽所產生的信號都應當可以與本底噪聲信號明顯分辨開。

4.4檢測實施
將螺栓周向設為步進軸X軸，螺栓的永久標識號設為X軸的零點，逆時針方向旋轉為正（從螺栓頂部往下看）；將螺栓的軸向設為掃查軸Y軸，螺栓下端面設為Y軸的零點，垂直向上的方向為Y軸正向；探頭連接好置于螺栓中心孔中，使探頭上端面與螺栓上端面位于同一水平面，并旋轉探頭使組合探頭聲束軸線與X軸的零點對齊；探頭沿螺栓中心孔向下運動，當探頭架下端面與螺栓底部端塞接觸時，記錄下此時Y軸坐標L（L應大于0），此坐標設為檢查時Y軸的下限位，其上限位為下面的探頭對螺栓上部螺紋掃查時螺紋信號消失的位置。X軸的上下限位為0-363°（為了保證充分的覆蓋，多掃3°），設定X軸運動速度小于等于15°/s，設定Y軸運動速度小于等于25mm/s。根據掃查計劃，啟動SIROCO INSIDE 和MIDAS采集軟件，實施對封頭螺栓的掃查。

5 結論
核反應堆壓力容器主螺栓的超聲波檢測技術是一種自動化程度較高的檢測技術。檢測技術具體體現在機械和控制的系統、超聲波探頭參數的選擇、掃查的方式、缺陷的檢測和定量、信號的采集和分析等方面。在綜合考慮這些因素的情況下，形成了有效的核反應堆壓力容器主螺栓超聲波檢測技術。采用該檢測技術，已在國內核電站反應堆壓力容器主螺栓的役前檢查中得到了很好的應用。

參考文獻
[1] 法國標準RSE-M《核電廠核島機械設備在役檢查規則》
[2] 李明, 陳懷東, 肖學柱等，核電站反應堆壓力容器超聲檢查技術及裝備研究[J]．電力系統第十一屆無損檢測學術會議論文集，2009．

馬官兵，1982.8出生，男，工學碩士，從事核電承壓設備的無損檢測與技術研究。
通訊地址：蘇州市西環路1788號，215004，0512-68664652，[email protected]

回復后，可以下載論文word版哦~

作者: 阿黃 時間: 2014-4-12 09:00
有沒有發真的的裂紋?

作者: gpmz49 時間: 2014-4-15 05:41
謝謝，希望看到

作者: yangbinjsk123 時間: 2014-4-15 09:14
這個比較高端，我這有一個便捷式的螺栓相控陣掃查裝置，如附件。可做參考

作者: /xin乾程似錦 時間: 2014-4-17 16:31
下載，學習學習！！！

作者: 學無止境 時間: 2014-4-17 16:56
學無止境！

作者: 果GUO 時間: 2014-5-27 17:11
值得好好學習

作者: 缺欠 時間: 2014-6-13 23:39
本帖最后由缺欠于 2014-6-14 00:11 編輯

樓主你好!請問是否能檢測下圖的兩裂紋,謝謝!我這邊用了磁粉30%能顯示,滲透不能顯示,超聲波只有齒輪波,O相控陣MX1只有齒輪波,泛美1000i只有齒輪波,探頭縱波小角度探頭8.5度10度,16度,20度,2MHZ直徑3.5毫米,2.25MHZ8毫米,14毫米都試了.

作者: liurong 時間: 2014-6-14 14:39
學習了。了解核電設備的無損檢測。謝謝！

作者: dongxuliu123 時間: 2015-2-3 12:39
不是很詳細

作者: syzll 時間: 2015-4-11 08:01
學習中。。。

作者: wolaixue130 時間: 2017-9-9 15:48
非常好，的論文

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