【摘 要】介绍了接管与筒体连接焊缝的相控阵超声检验技术方案，阐述了研究过程中相控阵探头的关键参数设计，以及与常规超声技术对比分析。结合检验技术要求，采用理论分析以及试验对比等手段相结合的方式，结果表明：通过试验验证设计的相控阵探头，可以有效替代多种常规检测探头，设计的相控阵检测技术的检测及定量能力优于常规探头，并能有效减少现场检验时间。
【关键字】反应堆压力容器;接管与筒體连接焊缝;超声相控阵;核电厂
中图分类号： TG441.7 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）03-0205-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.085
Ultrasonic Phased Array Technique Research for Nozzle Weld of Nuclear Reactor Pressure Vessel
ZHANG Yun-ping ZHANG Zhi-peng ZHOU Fan LI Ying-chun
（China Nuclear Power Operation Technology Corporation Ltd.，Wuhan Hubei 430223，China）
【Abstract】This article introduced technical scheme of ultrasonic phased array testing for weld of nozzle to nuclear reaction pressure vessel， and described the key technology and technology analysis compared with conventional ultrasonic method. According to requirement of testing technology， theoretical analysis and contrast test are combined used in this paper. The results showed that ultrasonic phased array probes which were proved by the numerical simulation and contrast test can instead of multiple conventional ultrasonic probe， meanwhile， the detection and sizing of designed ultrasonic phased array probe for the defect are superior to conventional ultrasonic probe， and inspection time in nuclear power plant can be effectively reduced.
【Key words】Reactor pressure vessel; Nozzle weld; Ultrasonic phased array; Nuclear power plant
0 前言
反应堆压力容器接管与筒体的连接焊缝是插入容器筒体内的插入式焊缝，形成了马鞍面的外形，焊缝厚度较厚（300mm左右）。由于结构之间的关系，焊接过程中比较容易产生制造缺陷，这种制造过程中的缺陷，在长期高温、高压、辐照的在役条件下，可能成为疲劳、晶间腐蚀等问题的源发地。目前，国内某电厂已出现过在反应堆压力容器接管与筒体连接焊缝中发现超标缺陷的先例，因此定期对接管与筒体连接焊缝进行超声检验显得十分必要，能够及时发现焊缝中产生的危险性缺陷，并对其进行准确定量，为缺陷的分析和评定提供准确数据，使其得到尽快处理，从而维护和保障核电设施的安全。
随着我国核电事业的发展，核电站核反应堆数量不断增加，承担的反应堆压力容器超声检验任务愈加频繁，并对检验质量，检验效率和检验工期的要求也越来越高，接管与筒体的连接焊缝的复杂结构型式也对超声检测技术提出了更高的要求。因此，在研制开发高效可靠的新扫查装置的同时，在已有较成熟的常规超声检验技术基础上，开展接管与筒体连接焊缝相控阵超声检验应用技术方面的分析和研究，设计出先进、可靠、快捷的可应用于核电现场反应堆压力容器接管与筒体连接焊缝相控阵超声检验技术，发挥相控阵检测技术的优势，提高反应堆压力容器接管安全端焊缝超声检验的工作效率，缩短检验时间，减少核电大修窗口时间，减少人员所受的辐射剂量，将具有很大的市场需求和经济价值。
1 反应堆压力容器接管与筒体连接焊缝相控阵超声检验技术
在原有常规超声检测技术基础上，考虑用一个相控阵探测探头替代常规超声技术中所有的探测探头，同时用一个相控阵定量探头替代常规超声技术中所有的定量探头：
采用1个一维相控阵探头，使用固定角度法则替代常规技术中0°、10°、30°、50°探测探头;
采用1个一维相控阵探头，使用固定角度法则替代常规技术中定量探头。
相控阵技术方案见表1。探头扫查方式同常规超声方法的扫查方式，轴向扫查方式，具体的扫查方式和扫查参数见表2。
2 试验方法及试验结果
2.1 设备及试块
采用DYNARAY相控阵超声仪器进行试验，试验试块为带人工缺陷的接管焊缝试块。其中试验试块接管尺寸为Φ558.8mm（内径）×110mm，筒体尺寸为 Φ3906mm（内径）×263.5mm。试验试块中缺陷包括外表面平面型缺陷、埋藏体积型缺陷、内表面平面型缺陷。试块中人工缺陷设计参数如表3所示。
2.2 扫查方式
采用自动扫查装置，从接管内表面进行扫查。
2.3 试验结果
使用探测用1维相控阵探头在参考试块上制作TGC曲线，对试验试块上的3个缺陷进行自动检验，发现缺陷后，采用定量用1维相控阵探头进行定量检验。当发现平面型缺陷后，采用-6dB法进行测长，端点衍射法进行测高;当发现体积型缺陷后，采用-6dB法进行测长和测高。为了对比检查结果，将相控阵的检查结果同常规自动超声的检查结果，以及缺陷的设计值进行比较。试块的检测结果如表4所示，典型信号图见图1所示。
从检测试验结果可以看出，采用的相控阵检测技术，均可以实现内表面平面型缺陷、埋藏缺陷和外表面缺陷的检测，相控阵探头能够实现声波对被检接管焊缝的全体积覆盖。采用超声相控阵技术的缺陷高度测量误差范围为-0.9～1.2mm、长度测量误差范围为3.7～12mm，采用常规自动超声检查高度测量误差范围为0～3.7mm、长度测量误差范围为1.4～5mm，均满足缺陷定量精度要求中的长度测量误差范围为-6～25mm、高度测量误差小于±5mm。
3 结语
本着提高反应堆压力容器接管与筒体连接焊缝超声检验工作效率，缩短作业时间，减少核电大修关键路径时间的原则，针对核电站反应堆压力容器管与筒体连接焊缝，提出采用相控阵检查技术替代常规超声自动检测。选用1维相控阵纵波探头对含自然缺陷的接管与筒体连接焊缝试块进行试验，结果表明：研究的相控阵技术可以实现试块全体积缺陷的检测和定量，定量结果符合定量精度的要求。如果通过进一步优化及改进，该技术可以推广到核电站反应堆压力容器接管与筒体连接焊缝的检测中。
【参考文献】
[1]郑辉，林树青.超声检测[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2008，171-210.