反应堆压力容器主螺栓 超声波检测技术介绍

1  引言
核反应堆压力容器是核电厂和核动力装置中最重要的设备，核反应堆压力容器的质量是保证核电设备和核动力装置正常安全运行的关键。反应堆容器主螺栓是连接压力容器壳体和顶盖重要的部件，为防止核放射性物质的外逸、保障反应堆压力容器正常工作有着十分重要的作用。在核电厂和核动力装置的检验规范和大纲中，对反应堆压力容器主螺栓提出了无损检测的强制性要求，并指定分别在投入使用前和运行一定间隔时间内对主螺栓实施役前检查和在役检查。

法国标准《核电厂核岛机械设备在役检查规则》RSEM规定，对反应堆压力容器主螺栓的无损检测主要采用超声波检测技术、涡流检测技术。本文重点介绍了对核反应堆压力容器主螺栓实施检测的超声波技术。

2  检验的部位[1]
反应堆压力容器主螺栓，材料为40NCDV7.03，规格为M155×4mm，检验范围包括螺栓的螺纹区及上、下螺纹区之间的非螺纹区。具体的检测部位见图1。反应堆压力容器主螺栓超声波检测的目的是探测螺纹部位是否有明显的由腐蚀或者撕裂等引起的金属损伤以及邻近螺栓螺纹根部是否存在裂纹。

3  主螺栓超声波检测装备
核反应堆压力容器主螺栓超声波检测采用自动化超声波检查技术，检测仪器分为机械装置，电气控制装置，以及超声波信号采集装置，并具有专门的超声波数据分析软件，可实现对超声波数据的精确分析。

3.1检测仪器的机械和电气控制装置

反应堆压力容器主螺栓的超声波检测设备由两部分组成，机械运动部分（SUIP扫查器）和电气控制部分（SIROCO INSIDE）组成。机械运动部分包括驱动单元和扫查单元组成：驱动单元直接放置在受检螺栓的顶端，用于驱动扫查单元；扫查单元装有超声探头，超声探头插入封头螺栓的中心孔中，在驱动单元的驱动下，对主螺栓进行扫查检测。电气控制部分(SIROCO INSIDE)用以控制驱动单元完成探头在螺栓中心孔内的运动，控制软件的界面如下图2所示。通过设置一定的路径和扫查方式实现对主螺栓的检验。
机械运动部分和电气控制部分的定位精度可达0.5mm。

3.2超声波采集系统[2]

超声波采集装置采用MIDAS 数据采集系统。 MIDAS 数据采集系统是采用客户机/服务器结构的自动化超声波数据采集和数据分析系统；系统组成上主要由 MIDAS 硬件超声波板卡部分，MIDAS 硬件控制部分（服务器）、MIDAS 软件（客户端）三部分组成，其中 MIDAS 硬件系统由脉冲发生器/接收器模块（PR）、采集模块（AM）及用网络同 AM 链接的计算机系统组成。整个系统按照功能可以分成标定、计划、采集、评价四个模块。其中标定模块：标定模块主要包括探头设置、A/D 转换、信号处理三个子模块的控制实现；计划模块主要包括被检对象设定、扫查轴设定、数据记录参数设定、扫查轨迹设定等子模块功能；采集模块可以在数据采集过程中实时监测所记录和存储的扫查区域的超声信号，实现在主界面上选择了 A/B/C/D 扫描。评价模块。
MIDAS 数据评价模块结合 A、B、C、D 扫描、可实现三维立体数据重建并能对采集的超声波数据进行详细准确的数据评价，从而实现对显示信号相关性的判定，MIDAS数据采集界面见图3。

整个超声波检测系统连接见图4。

3.3超声波数据分析软件
采用MASERA-NT 数据分析软件，该软件主要功能是对超声波检测数据进行分析、定量、测量。此软件具有良好的兼容性，可实现对SUMIAD、MIDAS、TOMOSCAN和RDTIFF等多种系统采集的文件进行准确的分析。基本功能包括 A/B/C/D 扫描功能、数据循环、声线跟踪分析等功能；还可增加 SAFT、信号处理运算、 自适应分析和三维数据重建等功能；并可以针对某些行业用户的特殊检测需求，增加相应的专业化分析和图形处理工具的专用数据分析软件。 此软件基于中心轴对称、空间重建理论，应用笛卡尔坐标系或圆柱参考坐标系可对采集的超声波数据进行超声波检测过程重建；数据重建过程完毕后，通过一系列的辅助窗口，可以完成以下分析功能：显示某一个通道的完整/全部数据；可同时打开多个通道的数据，以便于不同通道 采集的信号之间的对比。对某一关注区域进行放大或缩小；从而采用尺寸测量工具对显示信号进行精确的尺寸和位置测量；测量结果可直接生成相应的数据分析报告。

4  超声波检测技术
反应堆压力容器主螺栓超声波检测技术要考虑较多的因素，这主要包括超声波探头、检测方向、扫查运动方式、检查的标定、灵敏度的选择、缺陷的检测与定量等。下面分别对这些因素进行分析。

4.1探头的选择与扫查方式
反应堆压力容器主螺栓的探头采用组合式探头由两个45°探头组成，探头频率为2.5MHz，探头采用特殊的设计与螺栓内孔壁要充分接触，保证了耦合的效果，采用去离子水作为耦合剂。

扫查采用轴向扫查，周向步进的矩形扫查。对扫查步进的选择：即要做到不能步进太大，太大会漏掉缺陷，RSEM标准规定要可以记录大于0.5mm的刻槽，所以要保证探头的主声束至少扫过0.5mm的刻槽3次，这样才能不会漏掉标准规定的记录要求。步进不能太小，太小会影响检测的效率。对超声采集的速度的选择要考虑所支持的超声波采集的硬件。

4.2标定

标定分为在标定螺栓和转移试块中进行，反应堆压力容器主螺栓的检查过程中，包含基准灵敏度标定和检查过程中的灵敏度校核标定。基准灵敏的标定是在标定螺栓上进行。在检查过程中，要求对整个超声系统稳定性进行检验，以确定其灵敏度的有效性，每次检查开始前和每次检查结束后，均需对每一个探头进行灵敏度的校核。此次标定在转移标定试块上进行，即将每一个探头灵敏度转移到二次标定试块的反射体的灵敏度上。

按照标准RSE-M规定：标定螺栓的螺纹和光杆加工槽深为0.5-2mm的刻槽，刻槽的所在的平面垂直于螺栓的轴线，全尺寸标定螺栓与被检螺栓的材料及加工方法应该相一致。在标定螺栓的上、下两段螺纹区域内各有一组加工成与螺纹平行、并位于螺纹根部的刻槽，它们的深度分别0.5mm、1mm、2mm。另有两组类似的刻槽位于光杆段的平整表面上，它们与螺栓的轴线垂直，深度也分别是0.5mm、1mm、2mm。为了更加方便的进行标定，考虑到螺栓检验的螺纹相对于中间的光杆上下对称，则在刻槽的过程中也进行了上下对称的刻槽，故在进行标定时，只需标定上部螺纹与光杆的刻槽，或者只需标定下部螺纹的刻槽与光杆刻槽即可，这样既保证了设备的有效性，又提高了标定的效率。

转移试块，采用特殊的有弧面的试块，即类似于斜探头灵敏度的V2校验试块。这样可以保证带有楔块的探头能够充分的接触。以50mm的弧面为反射面找到最大回波，记录下其增益值（dB），以用来确定标定的漂移，法国标准RCC-M规定：如果校验时测得的漂移值不大于土2dB，则可认为该次校验结果正常。如超过士2dB，则自前次校验后所检验的全部零件须重新检验。标定需在每轮开始检验前和检验结束后进行。

4.3灵敏度设置
检验灵敏度调节时，尽量把信噪比调大。调节增益，使V2试块上50mm弧面的最大反射回波幅值大于45dB；将噪声水平调节到10dB至20dB之间，此时的增益值即为检验灵敏度。如果螺栓的螺纹回波幅值超过60dB，则需要降低增益，使螺纹回波最大幅值在30dB至60dB之间。调整好检验灵敏度后，将探头置于标定螺栓中心孔中，观察0.5mm、1mm、2mm深的刻槽信号，并记录下其幅值。对于标定螺栓螺纹区内0.5mm深的人工切槽所产生的信号都应当可以与本底噪声信号明显分辨开。

4.4检测实施
将螺栓周向设为步进轴X轴，螺栓的永久标识号设为X轴的零点，逆时针方向旋转为正（从螺栓顶部往下看）；将螺栓的轴向设为扫查轴Y轴，螺栓下端面设为Y轴的零点，垂直向上的方向为Y轴正向；探头连接好置于螺栓中心孔中，使探头上端面与螺栓上端面位于同一水平面，并旋转探头使组合探头声束轴线与X轴的零点对齐； 探头沿螺栓中心孔向下运动，当探头架下端面与螺栓底部端塞接触时，记录下此时Y轴坐标L（L应大于0），此坐标设为检查时Y轴的下限位，其上限位为下面的探头对螺栓上部螺纹扫查时螺纹信号消失的位置。X轴的上下限位为0-363°（为了保证充分的覆盖，多扫3°）， 设定X轴运动速度小于等于15°/s，设定Y轴运动速度小于等于25mm/s。根据扫查计划，启动SIROCO INSIDE 和MIDAS采集软件，实施对封头螺栓的扫查。

5  结论
核反应堆压力容器主螺栓的超声波检测技术是一种自动化程度较高的检测技术。检测技术具体体现在机械和控制的系统、超声波探头参数的选择、扫查的方式、缺陷的检测和定量、信号的采集和分析等方面。在综合考虑这些因素的情况下，形成了有效的核反应堆压力容器主螺栓超声波检测技术。采用该检测技术，已在国内核电站反应堆压力容器主螺栓的役前检查中得到了很好的应用。

参考文献
[1] 法国标准RSE-M《核电厂核岛机械设备在役检查规则》
[2] 李明, 陈怀东, 肖学柱等，核电站反应堆压力容器超声检查技术及装备研究[J]．电力系统第十一届无损检测学术会议论文集，2009．

马官兵，1982.8出生，男，工学硕士，从事核电承压设备的无损检测与技术研究。
通讯地址：苏州市西环路1788号，215004，0512-68664652，maguanbing@163.com

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有沒有發真的的裂紋?

谢谢，希望看到

这个比较高端，我这有一个便捷式的螺栓相控阵扫查装置，如附件。可做参考

下载，学习学习！！！

学无止境！

值得好好学习

楼主你好!请问是否能检测下图的两裂纹,谢谢!我这边用了磁粉30%能显示,渗透不能显示,超声波只有齿轮波,O相控阵MX1只有齿轮波,泛美1000i只有齿轮波,探头纵波小角度探头8.5度10度,16度,20度,2MHZ直径3.5毫米,2.25MHZ8毫米,14毫米都试了.

学习了。了解核电设备的无损检测。谢谢！

不是很详细