本文摘要：摘要：核电站反应堆钢制安全壳是防止反应堆放射性物质进入外界环境的最后一道屏障.对核电站的安全运行至关重要。主要介绍了在不去除焊緣表面余高的情况下.相控阵(PAUT)和衍射时差法(TOFD)超声检测技术在钢制安全壳对接焊缝中的检测应用。通过在埋藏有一定数
摘要：核电站反应堆钢制安全壳是防止反应堆放射性物质进入外界环境的最后一道屏障.对核电站的安全运行至关重要。主要介绍了在不去除焊緣表面余高的情况下.相控阵(PAUT)和衍射时差法(TOFD)超声检测技术在钢制安全壳对接焊缝中的检测应用。通过在埋藏有一定数量的典型焊接缺陷的模拟试块上的试验表明：相控阵和衍射时差法超声检测技术对焊.接缺陷具有较高的检出率和较强的缺陷定位、定量的能力，是一种可靠、高效及经济的检测手段。
关键词：钢制安全壳;成像;相控阵超声波检测;衍射时差法;定量
机械方向论文投稿刊物：《无损检测》(月刊)创刊于1979年，是中国机械工程学会与上海材料研究所主办、中国科协主管的应用类技术刊物，全国无损检测学会会刊，学会对外交流指定用刊。
钢制安全壳是用来阻挡来自燃料的裂变产物及一回路放射性物质进入外界环境的最后一道屏障，对核电站的安全运行至关重要⑴。三代核电站CAP1400钢制安全壳，主要采用SA-738Gr.B钢板拼焊而成，其属于低合金高强度钢，焊接性能较好，但由于钢中含有Cr，Mo等元素.焊接过程中焊接接头热影响区容易出现热应变脆化而产生焊接裂纹⑵，也可能产生夹渣、气孔、未焊透等常见的焊接缺陷。为了检测焊接质量以及时发现焊接中的危险性缺陷，设计文件及ASME第III卷NE分卷《MC级部件》中均要求制造阶段对其进行100%射线检测。
钢制安全壳直径为40m，高度为66m，上下封头壁厚为45.0mm，第一环筒体壁厚为55.0mm，其他筒体壁厚为52.0mm;故其上的焊缝数量和尺寸都较大。与常规A型脉冲超声检测技术相比，射线检测技术的优点是产生的底片可记录存储，可以直观地显示缺陷影像•缺点是有射线辐射，受时间窗口限制、检测效率低，对厚壁焊缝中的微小型面状缺陷容易漏检⑶，且需要采用大量的胶片。因此对于制造厂而言，在满足检测质量的前提下，为了能提高检测效率和降低检测成本及安全风险，迫切需要找到其他的行之有效的无损检测技术手段。基于此原因，笔者介绍了超声相控阵检测技术和TOFD检测技术在钢制安全壳焊缝检测中的试验情况。
1检测实施难点分析
超声检测受焊缝表面余高影响(焊缝余高高度为2~3mm，宽度为32mm)，探头在扫查过程中移动受限，检测覆盖困难，特别是对焊缝近表面缺陷及横向缺陷的检岀及定量较困难，故为保证覆盖及不漏检，必须采用一次反射波检测焊缝.而这样会增加探头移动的距离，给检测工艺的制定和扫查探头的布置增加难度。
2检测区域
钢制安全壳对接焊缝的检测区域由焊缝检测区宽度和焊缝检测区厚度表征。焊缝检测区的宽度应为焊缝本身加上焊缝熔合线两侧各10mm，焊缝检测区域的厚度应为工件厚度加上焊缝余高。
3试验方案
3.1检测设备
采用的试验设备为美国ZETEC公司的DYNARAY-256相控阵检测系统。
3.2检测探头
PAUT检测探头为5MHz，32晶片的一维线性阵列探头。TOFD探头采用了频率为5MHz，晶片尺寸为06mm，折射角度为60°的纵波探头，探头中心间距设置为122mm⑷。
3.3检测覆盖
相控阵采用直射波和一次反射体进行检测.直射波覆盖厚度范围为3~52mm，—次反射波覆盖厚度范围为0〜52mm。
3.4扫查方式
为了发现平行于焊缝的纵向缺陷和垂直于焊缝的横向缺陷，试验主要采用纵向缺陷扫查布置和横向缺陷扫查布置两种方式进行扫查。
4能力验证模拟缺陷试块
为了验证超声相控阵和TOFD自动检测技术的可行性，依据ASME第HI卷NE分卷、第V卷《无损检测》中的关于钢制安全壳对接焊缝检测及验收的相关要求，参考第xi卷中强制性附录vm《超声检测系统的性能验证》中对容器焊缝的性能验证的规定，制作了3件厚度为52mm的能力验证焊接试块，能力验证试块中共预埋了12个模拟自然缺陷，包括裂纹、夹渣、坡口未熔合、未焊透、气孔等，分布于近外表面、中上部、中部、根部等区域。
5试验结果分析
试验结果主要是基于超声相控阵和TOFD技术对试块正面和反面自动采集的数据，下面从缺陷的实际检出率、位置、长度以及缺陷的高度等方面与设计值进行对比分析。
6结论
(1)采用的检测工艺能同时完成PAUT和TOFD自动检测，可显示A扫、B扫、S扫、C扫和D扫数据影像，检测数据可永久保存，可供多人同时离线分析，数据使用方便快捷。(2)对3件模拟焊缝试块上共12个缺陷进行检测，缺陷的最大定位偏差不大于2mm，满足ASME第XI卷附录W中对缺陷综合定位偏差为士5mm的要求。(3)PAUT对缺陷的检出几乎不受焊缝余高的影响，能100%检出能力验证试块上的12个不同位置和性质的缺陷，而TOFD检测受焊缝表面余高影响，部分近内外表面的缺陷未检出或检出效果不佳，所以现场缺陷检测时应以PAUT为主，采用TOFD技术现场检测时应考虑近内外表面盲区的影响。
(4)在缺陷测长方面，PAUT长度偏差最大为-3.5mm，TOFD检测受表面余高的影响，对于一些盲区附近的缺陷测长偏差较大;所以缺陷测长时，应综合考虑PAUT和TOFD的检测结果。(5)在缺陷测高方面.PAUT对气孔类缺陷的测高不敏感，S扫影像上通常显示为一个反射点，没有明显的上下端点信号，而对面状类缺陷的测高较准确，测高误差小于1.5mm;TOFD检测对缺陷的测高不受缺陷性质的影响，端点衍射信号明显，测量误差较小;所以对于体积类缺陷的测高，应重点关注TOFD的检测结果。
综上所述，相控阵和衍射时差法超声检测技术对焊接缺陷具有较高的检出率及定位定量精度•是可靠、高效及经济的检测手段。
参考文献：
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[3]刘恩凯，马占云，王忠旭，等.使用相控阵检测技术代替射线检测核电设备钢制安全壳对接焊缝的可行性[J].无损检测，2017，39(4):72-74.
[4]NB/T47013.10承压设备无损检测第10部分：衍射时差法超声检测[S].
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