用于AP1000型核電站核級主設備厚壁焊縫的常規超聲自動檢驗技術研究

楊勇　鞏希德　夏中杰

【摘 要】AP1000核電機組是目前國際上先進的第三代核電機組，按照ASME規范要求，核級設備（例如：蒸發發生器等）的焊縫需要進行超聲檢驗，而這類焊縫均有厚壁較厚等特點。目前，在國內均使用常規手動超聲方式進行檢驗，效率相對較低，為高效完成檢驗，可采用自動化設備一次搭載多個常規超聲探頭同時進行掃查，形成可存儲的數據以便離線分析。本文通過研究和試驗驗證，形成了一套適用于AP1000核級主設備厚壁焊縫的常規超聲自動檢驗方法。

【關鍵詞】AP1000；核級主設備；厚壁焊縫；常規超聲自動檢驗

中圖分類號： TG441.7 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）11-0007-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.003

【Abstract】AP1000 nuclear power unit is the advanced third generation nuclear power unit in the world.According to the requirements of the ASME specification， the weld of nuclear grade equipment（such as evaporation generator，etc.） needs ultrasonic inspection，and the thick wall of this kind of weld has the characteristics of thick wall.At present，the conventional manual ultrasonic method is used in domestic inspection，the efficiency is relatively low.In order to complete the high efficiency test，a number of conventional ultrasonic probes can be carried by automatic equipment at the same time to scan it at the same time，and the data can be stored for off-line analysis.Through research and experimental verification，a set of conventional ultrasonic automatic inspection method for thick wall welds of AP1000 nuclear grade main equipment has been formed.

【Key words】AP1000；Nuclear class main equipment；Thick wall welds；Automatic ultrasonic examination

1 引言

根據ASME規范，AP1000型核電站核級主設備筒體焊縫需要進行超聲檢驗，由于焊縫位于核一回路壓力邊界，一般厚壁都較厚。國內對于現有此類厚壁焊縫的超聲檢驗都采用了常規單晶超聲探頭人工手動方式進行，但其檢驗結果卻容易受到人因因素的影響。同時，手動超聲面臨著無法進行檢驗數據的記錄和無法數據離線分析的問題，不利于缺陷的查看和分析。

自動超聲檢驗已成為了當前技術發展的趨勢[1]，越來越多地應用于核電相關無損檢測行業[2]，可存儲的數據對于檢驗過程的把控也變得更加容易。但自動超聲檢驗需要針對特定的受檢對象進行單獨設計，其成本投入相對較大。目前國內外不管是制造階段還是役檢階段，一般仍采用手動方式進行，尚無相關從大型設備外壁進行自動檢驗信息和經驗。

2 設備厚壁焊縫常規超聲自動檢驗技術

2.1 檢測對象介紹

本文選取AP1000核電機組核級主設備厚壁焊縫中壁厚最厚且內壁帶有堆焊層的蒸汽發生器下封頭與管板連接焊縫（核安全1級）作為相控陣超聲檢驗技術的研究對象。焊縫基本信息：母材材料為SA508 GR3 CL2，規格尺寸：3979.6mm×（基體金屬254mm+堆焊層5.9mm）。

2.2 超聲技術能力驗證要求

核級主設備厚壁焊縫不屬于特殊驗證項目，其超聲檢驗驗證要求將參考ASME規范XI卷規定性附錄VIII的反應堆壓力容器的筒體焊縫要求進行。

2.3 自動機械和控制系統的要求

參考核電中管道自動檢驗的機械和控制要求，考慮到核級主設備的特點，自動機械和控制的要求如下：

1、掃查裝置應有兩個運動軸，能夠實現從設備外表面對焊縫進行軸向和周向掃查。

2、各掃查軸在運動過程中，不能出現打滑和晃動現象，運動過程中應有良好的位置重復性。

3、各掃查軸的定位精度和重復定位精度小于±5mm。

2.4 難點分析

2.4.1 超聲檢驗難點分析

1、厚度大會造成的聲束傳播路徑長，超聲信號噪聲隨之加大，使得缺陷的分析變得困難。

2、檢測對象的底面堆焊層會使得底面缺陷信號弱，進行平面型缺陷高度定量時存在容易造成偏差較大或是無法有效定量的情況。

2.4.2 機械裝置和控制系統難點分析

1、設備直徑大，為能夠進行不間斷掃查，裝置軌道的尺寸需設計較長，對現場設備快速安裝是一項挑戰。

2、檢驗對象周圍空間情況復雜，要兼顧到不同直徑設備上受檢對象的運動需求特點，需要掃查裝置盡量的靈活以適應不同的工況。