卧式蒸汽发生器焊缝的超声相控阵自动检测

回收装置实现耦合剂的循环

２ 检测技术
２．１ 相控阵探头和扫查方式
实现 M１１１焊缝区域微裂纹型缺陷检测的难点
为要求声束能够覆 盖 焊 缝 区 域 全 体 积 范 围,并 到 达
内弯角区域,且必须 能 够 发 现 不 同 位 置 及 方 向 的 缺
陷.超声相控阵检测通过电子技术控制声束的方向
和聚焦,实现对复杂 结 构 部 件 的 全 方 位 和 多 角 度 的
检测[１],是解决 部 件 检 测 可 达 性 差 的 有 效 手 段. 与
传统的超声检测技 术 相 比,超 声 相 控 阵 检 测 技 术 具
有缺陷检出率 高、波 束 灵 活 可 控、检 测 效 率 高[２Ｇ３]等
特点.因此,采用超 声 相 控 阵 探 头 可 以 解 决 使 用 常
规探头时内弯角区 无 法 完 全 覆 盖 的 问 题,同 时 可 以
提高检测效率,缩 短 作 业 时 间. 为 了 实 现 M１１１ 焊
缝区域全体积的检 测,需 要 使 用 多 种 角 度 和 多 种 类
型的相控阵探头来 完 成 扫 查,根 据 扫 查 位 置 和 结 构
尺寸,设计了不同 参 数 的 探 头. 表 １ 为 设 计 的 相 控
阵探头的主要参数和扫查方式.２．１．１ 相控阵探头角度设计
按照 俄 罗 斯 标 准 ПНАЭГＧ７Ｇ０３０Ｇ９１ «核 动 力 装
置设备和管道母材(半成品)焊接接头和堆焊的统一
检验方法 超声波检验第 二 部 分 焊 接 接 头 和 堆 焊 的
检验»的 要 求,对 于 M１１１ 焊 缝 的 检 测 至 少 应 使 用
４５°和６０°的超声探头.因此,线性扫查中包含４５°和
６０°角度的扫 查.另外,为提高缺陷检出率和实现焊
缝近表面区域的检测,还分别补充了３５°和７０°角度的
线性 扫 查.对 于 扇 形 扫 查,探 头 角 度 范 围 为 ３５°~
６５°,满足了该 标 准 的 要 求,也 能 够 保 证 可 探 测 到 不
同深度及不同方向的裂纹缺陷.为了使检查区域全面覆 盖 内 弯 角 区,还 附 加 了 主 声 束 为 ０°、角 度 范 围
为－３０°~３０°相控阵探头的扫查.
２．１．２ 扫查方式的确定
针对焊缝区域,通 过 线 性 扫 查 和 扇 形 扫 查[４]相
结合的方式,实现 焊 缝 全 体 积 范 围 的 检 查. 线 性 扫
查用于焊缝近表面 １/３ 壁 厚 区 域 的 检 测,分 别 沿 周
向和轴向进行扫查;扇 形 扫 查 用 于 焊 缝 １/３ 壁 厚 至
内壁范围的检测,沿 轴 向 进 行 扫 查. 根 据 扫 查 位 置
和探头尺寸,分析线 性 扫 查 和 扇 形 扫 查 的 声 束 覆 盖
范围(见图４),两 种 扫 查 方 式 均 能 够 实 现 焊 缝 全 体
积的扫查. 为 确 保 焊 缝 根 部 各 个 方 向 的 缺 陷 不 漏检,使用扇形 扫 查 时 还 补 充 了 轴 向 ４５°和 １３５°方 向
的倾斜扫查.对于内弯角区 域,仅 在 焊 缝 一 侧 扫 查 只 能 检 测
到靠近焊缝一侧约５０％的内弯角 区 域,信 号 无 法 显
示全部的弯角区,因此扫查方式中补充了斜坡扫查,
以实现另外５０％的内弯角区域的 声 束 覆 盖,内 弯 角
区扫查如图５所示.２．２ 试块的设计
相控阵超声自动检测技术所用试块按照用途分
为两类,一类是进行 灵 敏 度 设 置 和 曲 线 制 作 的 参 考
试块;另一类是用于 验 证 检 测 系 统 检 测 能 力 的 验 证
试块.
２．２．１ 参考试块
参考试块模 拟 M１１１ 焊 缝 实 际 结 构 尺 寸,仿 型
加工出焊缝区和内弯角区,分别在焊缝根部区域、内弯角区域刻有周向和轴向的１０ mm×２ mm 月牙形
槽,这些槽的作用是 设 置 线 性 扫 查 和 扇 形 扫 查 探 头
的灵敏度;在焊缝近 表 面 加 工 直 径 为 ２ mm 平 底 孔
来模 拟 焊 缝 近 表 面 缺 陷,用 以 设 置 ７０°线 性 扫 查 的
灵敏度.参考试块中的典型刻槽见图６.

相控阵超声自动检测技术的应用
在田湾 核 电 站 T１０９ 大 修 期 间,应 用 超 声 相 控
阵自动检测技术对３号蒸汽发生器的两条 M１１１焊
缝进行了检测.
采用远 程 控 制 和 分 析 的 方 式,在 田 湾 核 电 站
３号蒸 汽 发 生 器 M１１１ 焊 缝 处 安 装 了 机 械 扫 查 装
置,在远离蒸汽发生 器 的 低 剂 量 区 设 置 控 制 及 采 集
分析工作站,使用 主 电 缆 实 现 远 程 控 制. 利 用 数 据
采集软件保存超声 信 号 数 据,分 析 工 作 站 在 数 据 采
集的同时可实现在线分析.
图９为弯角区信号和焊缝根部反射信号.从图
中可以看出,０°相 控 阵 探 头 的 扇 形 扫 查 能 清 楚 显 示
内弯角区的界 面 形 状 变 化 趋 势;３５°~６５°相 控 阵 探
头的扇形扫查能清晰显示焊缝根部信号.此外也能
够检测出较小缺陷,例 如 在 焊 缝 区 域 发 现 一 处 未 达
记录标准的体积型显 示,当 量 面 积 不 超 过２．１ mm２,
指示长度约 为 ８ mm. 经 现 场 应 用 表 明,超 声 波 相
控阵自动检测技术可以实现 M１１１焊缝全体积范围
内的扫查,特别是焊 缝 根 部 和 内 弯 角 区 的 反 射 信 号
均具有较高的信噪 比,检 测 能 力 与 原 有 技 术 相 比 有
较大提高.结语
通过应用超声 波 相 控 阵 自 动 检 测 技 术,结 合 自
动扫查装置,对田湾核 电 站 １,２ 号 机 组 蒸 汽 发 生 器
M１１１焊 缝 区 域 进 行 检 测,在 检 测 范 围、缺 陷 检 出
率、检测精度等方面都达到了较理想的结果.