AP1000/CAP1400蒸汽發生器U形管彎管區渦流檢測的信號特征

王巍超，曹剛，郭韻

(國核電站運行服務技術有限公司，上?！?00233)

AP1000/CAP1400蒸汽發生器U形管彎管區渦流檢測的信號特征

王巍超，曹剛，郭韻

(國核電站運行服務技術有限公司，上海200233)

通過分析蒸發器傳熱管制造階段的彎管工藝及管壁的形變，探討相似渦流特征信號的特征，確定該區域信號較為準確的分析方法。

傳熱管;渦流檢測;蒸汽發生器;無損檢測

三代核電AP1000/CAP1400蒸汽發生器U形傳熱管的驗收條件較二代及二代加堆型更為嚴格，在渦流外穿檢測及內穿信噪比檢測的基礎上增加了彎管后渦流內穿式全管檢測。內穿式全管渦流檢測中對TWD、DFI、NQI、DNG、BLG、PVN、MBM、PDS、TAS及NOS等十類渦流信號的分析記錄標準做了明確的要求，其中彎管區域渦流信號的分析，國內外各分析人員存在著不同的見解。因此，研究和了解彎管區渦流信號的特征尤為重要。

U形傳熱管彎管區域的渦流信號與制造工藝及管壁形變有重要關系。筆者從分析U形管制造工藝對管壁形變造成的影響入手，結合彎管區渦流信號特點，介紹彎管區域切點信號及加速點渦流信號的特征。

1　制造工藝概述

蒸汽發生器傳熱管選用Inconel690TT合金，提高了Cr含量，降低Ni含量，改善了傳熱管在役運行中的應力腐蝕和晶間腐蝕問題。目前國內已經完成了三代核電蒸發器傳熱管的自主化生產并實現了量產。

世界上除個別廠商采用拉拔工藝外，其他均為軋制工藝。以扎制為例，主要生產工藝為鍛造開坯、熱擠壓、冷軋、脫脂、熱處理、矯直、彎管、檢驗、包裝。管材要經過三次熱處理，即退火、特殊熱處理、消除應力。消除應力僅用于較小彎管半徑的個別行數管束，并且在彎管后實施。

國內U形傳熱管的彎管均采用冷彎管工藝，根據不同的彎管半徑又分為推彎和模彎兩種彎管方式，通常模彎工藝用于小彎管半徑的傳熱管。

推彎工藝依靠圖1中的尼龍滾輪3和轉臂的規則運動完成規定半徑的彎管，其中尼龍滾輪1及尼龍滾輪2用于傳熱管的固定和驅動傳熱管軸向運動。模彎工藝與推彎工藝類似(見圖2)，傳熱管依舊沿軸向運動，彎管時轉臂圍繞彎模中心轉動。彎模和擋塊也采用尼龍材質，彎模和擋塊的加工精度直接影響彎管的質量。

2　彎管對管壁尺寸的影響

彎管過程是一個復雜的彈性、塑性變形過程，管子變形程度除了材料本身物理性能外，還與彎管機施加在管子上的外載荷大小有關［1］。以某廠生產的蒸汽發生器U形傳熱管為測試對象，使用千分卡尺在彎管區域不同長度上測量A-C、D-B兩個方向上直徑的變化，使用超聲波測厚儀在彎管區域不同長度上測量A、B、C、D四個周向方向上的壁厚變化(見圖3)。

圖3中，左側為直管段截面示意圖，右側為彎管段截面示意圖，在彎管后A-C方向上的直徑略微變小，D-B方向上直徑略微變大，并且靠近彎管內測的管壁A點壁厚明顯大于彎管外側管壁C點的壁厚。在0°～180°彎管區域內，自0°起橢圓度逐漸增大，到90°時達到最大，在90°～180°傳熱管的橢圓度逐漸減小。由于彎管工藝中考慮到管子的回彈，彎管角度會控制在180°±(3°～5°)［2］，因此180°終彎處的變形程度會略大于0°起彎處，這個現象在采用模彎工藝制造的小彎管半徑U形傳熱管中尤為明顯。

3　彎管切點信號特點

三代核電AP1000/CAP1400蒸汽發生器U形管渦流檢測結果顯示，傳熱管彎管區域存在不同幅值的彎管切點信號(TAS)，在彎管切點信號附近存在近似凹痕(DNG)與凸起(BLG)的疑似信號，且信號特征具備普遍性。國內外廠商普遍發現有近似信號，此類信號與二代及二代加系列壓水堆的蒸汽發生器傳熱管彎管區域的信號有較大的差別，也與當前國內常規島高、低壓加熱換熱器等不銹鋼U形管的信號不同。若不對彎管區信號的成因及特征進行研究將極易造成誤判和漏判。

在U形管內穿式渦流檢測的驗收條件中對所允許的最大凹痕及凸起的數量有明確的規定，并且對單一凹痕或凸起信號的幅值也有嚴格的要求;同時也對不同行數區間內的傳熱管彎管切點信號的幅值要求做了詳細的規定。對于圖4中的渦流信號，國內外在該區域信號的判定上有著各自不同的看法，筆者將詳細討論彎管區域信號的特征，以正確區分特征信號及缺陷信號。

4　彎管切點信號

傳熱管渦流檢測中在主頻差分通道上切點信號基本在水平方向上(ASME標準樣管上通孔信號相位設為40°，4個20%外壁平底孔信號電壓設置為4 V)，起彎處切點信號在主頻差分通道的水平方向分量上朝向右方，而終彎處切點信號在主頻差分通道的水平方向分量上朝向左方。

渦流bobbin探頭在從直管段部分向彎管部分以及從彎管部分向直管段部分移動過渡時，探頭的中心將偏離管中軸線，從而會引起阻抗的變化;另一方面，彎管過程會導致管壁發生變形，AC方向直徑會略微變小，整個彎管區域可看作為一個在彎管內側軸向方向上有一定長度的“凹痕”，兩處的切點信號分別為該“凹痕”的兩個端點信號，因此切點信號的相位大多在水平方向上(見圖5)。

由于彎管過程中，半徑較大的彎管其管壁的變形也較小，因此在主頻差分通道上的切點信號幅值隨著行號的增大而減小，其變化規律見圖6。

一般而言，在推彎工藝中，起彎處切點信號通常大于終彎處切點信號;但在模彎工藝中，終彎處結束位置在180°±(3°～5°)，終彎處形變明顯要大于起彎處，因此終彎處切點信號幅值反而會高于起彎處切點信號。

5　加速點信號

在實際檢測中，半徑較大(例如行號90以上)的區域除切點信號外也會存在另一類似于凹痕或凸起的信號，該信號通?？拷趶澒艿钠饛澨帲嚯x起彎處切點信號一般在100 mm以內(見圖7)。

在彎管過程中轉臂的移動速度并非恒定，起始速度較慢，之后以相對較快的速度運轉直至結束，故存在一個加速點，并且此時滾輪3處的受力情況由于速度的陡變而發生變化，會導致管壁的形變，因此該類似于凹痕或凸起的信號實質上為加速點信號。由于加速點的幅值與彎管機上滾輪3上施加的力有關，通過調節滾輪3的行程與壓力能較好地控制加速點信號的幅值。

加速點信號的位置和幅值與彎管機的參數設置有直接的關系，對于不同的彎管半徑的U形管，其加速點信號也略有不同，甚至可以靠近起彎處，使切點信號與加速點信號形成新的復合信號，見圖8。

6　結語

三代核電AP1000/CAP1400蒸汽發生器U形管在彎管區域的切點信號和加速點信號在渦流信號上雖然類似于凹痕或凸起，但有著不同的信號特征和形成原因。熟悉及理解這兩類信號的特征尤為重要。

彎管區域的切點信號的評定，對于圖7中兩處信號在軸向方向上能明顯區分的，起彎處和終對于彎管區域的加速點信號，在當前的驗收條件中并未做詳細的規定，此類信號可視為局部噪聲，按照彎管區域噪聲(NOS)的記錄準則處理較為妥當。參考文獻:

彎處切點信號應按照切點信號的相關記錄準則評定;對于圖8中切點信號與加速點信號較為接近信號，若能區分，則應區分對待;圖4中兩者復合為一個信號，則應當視為切點信號處理，按切點信號的記錄標準評定。

［1］姜素云，董靜.核電蒸發器用傳熱管生產工藝簡介［J］.冶金設備，2012(S1):117-119.

［2］張軍.淺析一種U型管冷彎快速成型法［J］.裝備制造技術，2011(3):164-165.

Signature of Eddy Current Indications at U-tube Bend Areas of AP1000/CAP1400 Steam Generators

Wang Weichao，Cao Gang，Guo Yun
(State Nuclear Power Plant Service Company，Shanghai 200233，China)

By analyzing the bending technology and wall deformation characteristics of heat-transfer tubes in a steam generator，the signature of similar eddy current indications was studied，so as to find an appropriate method for analysis on signals detected from this region.

heat-transfer tube;eddy current testing;steam generator;NDT

TL353.13

A

1671-086X(2016)01-0043-03

2015-07-18

王巍超(1986—)，男，工程師，主要從事渦流檢測工作。

E-mail:18930176938@189.cn