驅動機構控制桿的超聲檢測

驅動機構控制桿的超聲檢測

核電站控制裝置的驅動桿是核電站梁啟超的重要部件之一。它的主要功能是及時、快速、可靠的地面操作控制裝置，及時、可靠、可靠的基礎，及時、可靠的地面激勵，控制裝置的啟堆和緊急停堆。管材壁厚/外徑大于0.2,冷熱加工應力大,可能會產(chǎn)生裂紋、折疊、劃傷等缺陷。尤其是具有極高危害性的裂紋,將對反應堆的運行產(chǎn)生重大的安全隱患,因此,需對這些管材進行無損檢測,提早發(fā)現(xiàn)缺陷以進行處理。目前常用的檢測方法主要有滲透、渦流、磁粉、超聲和射線檢測。超聲波具有檢測范圍大、缺陷定位準、操作性好、速度快、無危害等優(yōu)點,因此在管道檢測中被廣泛使用。檢測對象厚/徑比大于0.2,常用的純橫波檢測無法發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁缺陷,故筆者提出了利用折射縱波和反射變型橫波的方法,實現(xiàn)厚壁管材的全體積快速準確檢測。1治療外部缺陷被檢對象為Ф60mm×21mm的管材,其壁厚/外徑比達到了0.35,此類厚壁管無法實現(xiàn)純橫波檢測,可通過計算選擇合適的參數(shù),實現(xiàn)管材的全體積檢測。根據(jù)折射定理,水浸超聲純橫波檢測的最小入射角為14.8°,當入射角小于該角度時,進入管壁的既有折射橫波,也有折射縱波。圖1可見利用橫波原理上可以檢測此類管材。然而在實際檢測中,橫波衰減大、信噪比較低、信號幅值較低,采用變型橫波法對缺陷信號辨識。當同時檢測內(nèi)外壁缺陷時,采用了一次折射縱波檢測外壁缺陷,其變型橫波檢測內(nèi)壁缺陷,檢測原理如圖1(c)所示。當縱波以低于第一臨界角的角度入射時,折射縱波從外壁入射,然后經(jīng)鋼水界面時,折射縱波經(jīng)波型轉換得到變型橫波傳至內(nèi)壁。要達到壁厚方向全體積檢測,至少保證變型橫波與內(nèi)壁相切,此時入射角可由以下公式得到:入射波型轉換得到折射縱波:式中:α為聲波在水中的入射角;β為聲波在鋼中折射角;cL水與cS鋼分別為超聲波在水中和鋼中的縱波速度。鋼水界面波型轉換得到反射橫波:式中:β為聲波在鋼水界面的入射角;θ為聲波在鋼水界面的反射角;cL鋼和cS鋼分別為超聲波在鋼中的縱波和橫波速度。其中,結合式(1)和式(2),可得出此時,因此,根據(jù)入射角即可計算得到水浸超聲的偏心距。2超聲信號聚合式檢測針對厚壁管材,相比接觸法檢測,水浸超聲檢測法不需要修磨探頭,不會對管材的表面產(chǎn)生劃傷破壞,且水浸超聲信號經(jīng)過聚焦后能量集中,可提高檢測靈敏度,改善信噪比,這幾個優(yōu)點具有很強的實用性。同時,根據(jù)推導結果以及實際檢測對象的規(guī)格,只需通過調(diào)節(jié)偏心距確定入射角,操作簡單易行。2.1cs鋼和r的確定檢測對象的規(guī)格為Ф60mm×21mm,cL水=1480m/s,cS鋼=3230m·s,R=30mm,r=9mm。根據(jù)前述推導結果,入射角,為7.9°,偏心距為4.12mm,可在外壁采用折射縱波檢測,內(nèi)壁采用反射變型橫波檢測,實現(xiàn)厚壁管的全體積檢測。2.2第二,回波的次數(shù)在水浸檢測中,要求水層厚度H大于管材中橫波全聲程的1/2。其主要原因是水中縱波速度相當于鋼中橫波速度的一半,當水層厚度大于管材中橫波聲程的1/2時,水/鋼界面的第二次回波將位于管子的內(nèi)表面缺陷波、外表面缺陷波之后,這樣有利于對缺陷的判別。采用的既有橫波,又有縱波,根據(jù)cL鋼=3cL水,cS鋼=2cL水,水層厚度H大于1/3折射縱波聲程+1/2變型橫波聲程,偏心距定為3mm,計算得到折射縱波聲程為55mm,變型橫波聲程為23mm,故水層厚度H大于30mm。2.3接頭的范圍及焦距對具有曲率的管材進行檢測時,由于曲面的存在,聲波進入工件發(fā)生折射后,聲場會產(chǎn)生復雜的變化,應使探頭的焦點落在與聲束軸線垂直的管心線上,保證管材中能量最集中。根據(jù)水層厚度及管材規(guī)格,探頭的焦距。為達到良好的信噪比,利于缺陷的檢出,根據(jù)平時的工作經(jīng)驗和實驗室現(xiàn)有的條件,采用頻率5MHz,焦距60mm的線聚焦超聲波探頭。3儀器檢測的缺陷試驗采用的儀器為經(jīng)過計量的USN60超聲波檢測儀,保證了采集數(shù)據(jù)的可靠性。根據(jù)R-CCM標準,在試塊上刻有深度為0.63mm內(nèi)外壁縱向人工槽,對其進行超聲波水浸檢測,其檢測結果如圖2所示。試驗涉及三種超聲波的聲速,為便于計算,將儀器聲速設置為鋼中的橫波速度3230m/s,而水中的速度為鋼中橫波速度的一半,當水層厚度為30mm時,儀器顯示60mm,計算出一次縱波到達外壁缺陷的聲程為55mm,鋼中縱波速度為橫波速度的2倍左右,因此儀器中顯示的缺陷聲程應該在27.5mm。圖2(a)中顯示的聲程距離為26.49mm,比較接近理論值,且信噪比較好。同樣,位于內(nèi)壁的缺陷,理論聲程為縱波速度的一半加上變型橫波的聲程距離(為50.5mm)。圖2(b)顯示的實際聲程為53.43mm,與理論聲程較接近,信噪比也較好。試驗結果說明,針對厚徑比大于0.2的核電站控制棒驅動機構管材采用水浸超聲方法,可以有效地檢測到整個壁厚方向缺陷,實際檢測結果與理論分析結果比較吻合,且信噪比較高,具有很強的操作性。4橫波全體積檢測針對厚徑比大