本发明属于压力容器出口接管内圆角区超声检测和缺陷定量技术领域，具体涉及一种反应堆压力容器接管内圆角区超声检测装置及方法。
背景技术：
反应堆压力容器是核反应堆的关键性部件，属于核一级部件。在核电站的运行过程中，反应堆压力容器主要装载反应堆堆芯和高温高压的冷却剂，要求在各种工况下均能保证结构的完整性。压力容器接管内圆角部位由于承受机械载荷、压力波动、高温高压、高辐照和热载荷等，易产生应力集中，导致裂纹的产生，因而有必要定期进行检查、监督，确保一回路压力边界的完整性，美国ASME规范中明确规定了接管内圆角区实施体积检查的强制性要求，而采用超声波检测是体积检查的主要检测方式。
反应堆压力容器出口接管管口内圆角区形状复杂而特殊，呈马鞍面形状，其内表面为厚度约6mm的不锈钢堆焊层。根据ASME规范第IX卷检查要求，接管内圆角区检测区域为堆焊层下1/2in(13mm)(。由于结构特殊，形状不规则，含有不锈钢堆焊层，因此对出口接管内圆角区实施超声检测存在较大困难，主要如下：1)检测区域为近表面区域，检测范围深度浅，为堆焊层下13mm，要求超声检测盲区小；2)内圆角区检测区域的一个检测面在压力容器筒体侧，一个检测面在接管侧，两个检测面之间为弧度小于R30的圆弧过渡面，对探头的结构尺寸和布置方式设计有较高要求；3)内圆角区形状为马鞍面不规则形状，超声探头的焦距必须精准控制，才能保证缺陷高度定量的准确性；4)超声检测时，超声波穿过不锈钢堆焊层，会发生声束偏转，造成缺陷定量偏差。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种反应堆压力容器接管内圆角区超声检测装置及方法，可对压力容器接管内圆角区进行超声检测并对缺陷高度进行定量。
本发明的技术方案如下：一种反应堆压力容器接管内圆角区超声检测装置，包括周向旋转运行的扫查装置，还包括探头夹持装置及探头，其中，探头夹持装置包括探头框、扭力弹簧机构、支撑机构以及安装座，其中，支撑机构为“V”型框架结构，并在支撑机构内部中心设有探头框，且探头框通过扭力弹簧机构与支撑机构端部连接，使探头框在一定范围内调整姿态，在探头框安装的探头为纵波型探头；支撑机构外部上端设有安装座，周向旋转运行的扫查装置通过安装座与探头夹持装置连接。
所述的探头框包括探头框A、探头框B和探头框C，其中，探头框A以及压紧机构一起安装在支撑机构内部中心孔中；探头框B和探头框C的内侧与探头框A固定连接，探头框B和探头框C的外侧与扭力弹簧机构相连接，且扭力弹簧机构通过螺钉安装在支撑机构，使探头框具有一定的旋转自由度，保证探头在内圆角区马鞍面上运动时，能根据马鞍面夹角的变化，自动调整探头贴合状态，使探头始终与扫查表面良好贴合。
所述的探头框B和探头框C内侧对称安装在探头框A的两侧，且探头框B和探头框C的轴线向探头框A的轴线偏转，使中间探头框A中的探头贴合圆弧面区域，探头框B和探头框C的探头分别与接管侧区域和筒体侧区域贴合。
所述的探头中的探头晶片为前后布置、角度为60°～65°、频率4～5MHz的晶片结构，探头晶片的宽带为6～8mm。
一种反应堆压力容器接管内圆角区超声检测方法，该方法具体包括：
步骤1、选择合适的超声仪及探头；
步骤1.1、选择能够对运行编码反馈的多通道超声仪
步骤1.2、选择纵波类型的探头；
步骤2、对探头进行校验、设置检测灵敏度，并建立深度修正曲线；
步骤3、进行超声检测；
步骤3.1、对超声检测装置进行组装；
步骤3.2、进行超声检测；
反应堆压力容器接管内圆角区超声装置中周向旋转运动的扫查装置带动夹持装置沿着出口接管内圆角区进行周向运动，耦合介质为水，超声仪自动记录超声检测数据，检测完成后对超声检测数据进行分析；
步骤4、对缺陷进行定量；
根据缺陷端点反射信号/衍射信号对缺陷高度进行定量，获得缺陷信号上、下端点信号的声程值S1和S2后，代入建立的深度修正曲线y＝f(x)＝ax2+bx+c中，得出修正后的缺陷上、下端点深度值D1和D2，缺陷定量高度H＝D2-D1。
所述的步骤2对探头进行校验、设置检测灵敏度，并建立深度修正曲线的具体步骤为：
步骤2.1、制作合适的参考试块对探头进行校验；
参考试块采用与出口接管相同的材料制作，厚度为30mm，横通孔孔径为2mm，孔深分别为5mm、10mm、15mm、20mm、25mm。
步骤2.2、设置探头的检测灵敏度
在参考试块上找到Ф2横孔反射体的最强回波响应，并将回波幅值调到幅度刻度的80％左右，此时不改变增益，移动探头逐一找到试块上其它深度的横孔反射体最大回波幅值，连接各幅值最高点形成距离-波幅曲线；在此增益基础上提高14dB，作为检测灵敏度；
步骤2.3、在参考试块上，分别找到不同深度的横通孔信号的最大回波，并记录每个反射体回波信号对应的声程，根据各反射体实测声程(x)和实际孔深(y)得到的数据点以及相互关系，建立深度修正曲线，即用最小二乘法得到“声程-深度”的2次多项式回归方程：y＝f(x)＝ax2+bx+c,其中y为深度，x为声程，a、b、c为2次多项式系数。
所述的步骤1.2中探头具体为：
探头中探头晶片宽度为6～8mm，角度为60°～65°、频率4～5MHz，采用前后布置方式的探头。
所述的步骤3.1中对超声检测装置进行组装的具体步骤为：将超声探头安装在探头夹持装置中对应的探头框内，中间探头用于圆弧面区域检测，两边的探头分别用于接管侧区域和筒体侧区域检测，3个探头声束方向保持一致；将安装好探头的夹持装置通过安装座与周向旋转运动的扫查装置连接，同时连接好超声电缆。
本发明的显著效果在于：本发明所述的一种反应堆压力容器接管内圆角区超声检测装置及方法具有如下优点：1)采用频率4～5MHz的窄脉冲宽频探头，提高了超声信号的分辨率和信噪比；2)采用角度为60°～65°一发一收双晶聚焦探头，减小了探头盲区；3)探头晶片采用一前一后布置方式，保证了探头总宽度足够小，同时具有足够的超声波能量和聚焦能力；4)参考试块能有效进行超声检测灵敏度设置；5)分三个区域进行多探头布置方式，保证了在接管内圆角区特殊结构条件下能有效对所要求检测区域进行超声检测；6)探头夹持装置中设置了3个探头框，能同时安装3个超声探头；7)探头夹持装置的支撑机构，能通过螺钉调整位置，使装置在出口接管内圆角区旋转运动过程中能稳定的支撑在接管内壁和筒体内壁，对马鞍面形状有较高的适应性；8)探头夹持装置的中间具有压紧弹簧机构，使扫查中能够给予探头一定的压紧贴合力，保证了超声探头的稳定贴合；9)探头夹持装置两边具有转轴和扭力弹簧机构，使探头框具有一定的旋转自由度，保证探头在内圆角区马鞍面上运动时，能根据马鞍面夹角的变化，自动调整探头贴合状态，使探头始终与扫查表面良好贴合；10)探头夹持装置通过安装座)可与扫查装置连接，进行自动超声检测；11)采用参考试块上不同深度的横通孔建立深度修正曲线，对超声信号深度误差进行修正，提高了缺陷高度的定量准确性。
附图说明
图1为本发明所述的一种反应堆压力容器接管内圆角区超声检测装置中探头夹持装置结构示意图；
图2为一种反应堆压力容器接管内圆角区超声检测装置探头分区检测示意图；
图3为一种反应堆压力容器接管内圆角区超声检测装置中探头晶片布置方式示意图；
图4为本一种反应堆压力容器接管内圆角区超声检测方法中对缺陷高度定量的示意图；
图中：1、探头框A；2、探头框B；3、探头框C；4、支撑机构；5、压紧弹簧机构；6、安装座；7、螺钉；8、扭力弹簧机构；9、转轴；10、筒体侧；11、圆弧区；12、接管侧；13、探头晶片。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
一种反应堆压力容器接管内圆角区超声检测装置，包括周向旋转运行的扫查装置以及探头夹持装置，其中，探头夹持装置包括探头框1、扭力弹簧机构3、支撑机构4以及安装座6，支撑机构4为“V”型平板框架结构，其所形成的夹角与压力容器接管内圆角区超声检测区域匹配，探头框A1安装在支撑机构4内部中心孔中，并在该中心孔中安装有压紧机构5，使为探头框A1在轴线上施加压紧贴合力；探头框B2和探头框C3内侧对称安装在探头框A1的两侧，且探头框B2和探头框C3的轴线向探头框A1的轴线偏转；探头框B2和探头框C3外侧均与扭力弹簧机构8一端相连接，扭力弹簧机构8另一端安装转轴9后，通过螺钉7安装在支撑机构4上，利用扭力弹簧机构8使探头框B2和探头框C3可根据接触面的方位进行适当调整方位；支撑机构4两端端部为带有圆弧段支撑结构；支撑机构4，能通过螺钉7调整位置，使装置在出口接管内圆角区旋转运动过程中能稳定的支撑在接管内壁和筒体内壁，对马鞍面形状有较高的适应性支撑机构外部中间安装有安装座6，周向旋转运行的扫查装置可以通过安装座6与探头夹持装置连接；在探头框A1、探头框B2和探头框C3中安装的探头，其探头晶片为前后布置、角度为60°～65°、频率4～5MHz的晶片结构，探头晶片的宽带为6～8mm，探头波型为纵波。
本发明所述的一种反应堆压力容器接管内圆角区超声检测装置工作时，将探头夹持装置放置在压力容器接管内圆角区中，使探头框A1中的探头贴合在圆弧区11，探头框B2和探头框C3中的探头跨在靠近圆弧区11的筒体侧10和接管侧12的侧壁上；周向旋转运动的扫查装置带动夹持装置沿着出口接管内圆角区进行周向运动，耦合介质为水，超声仪自动记录超声检测数据，检测完成后对超声检测数据进行分析，根据缺陷端点反射信号/衍射信号对缺陷高度进行定量。
一种反应堆压力容器接管内圆角区超声检测方法，该方法具体包括：
步骤1、选择合适的超声仪及探头；
步骤1.1、选择能够对运行编码反馈的多通道超声仪
步骤1.2、选择纵波类型的探头；
探头中探头晶片宽度为6～8mm，角度为60°～65°、频率4～5MHz，采用前后布置方式的探头；
步骤2、对探头进行校验、设置检测灵敏度，并建立深度修正曲线；
步骤2.1、制作合适的参考试块对探头进行校验；
参考试块采用与出口接管相同的材料制作，厚度为30mm，横通孔孔径为2mm，孔深分别为5mm、10mm、15mm、20mm、25mm。
步骤2.2、设置探头的检测灵敏度
在参考试块上找到Ф2横孔反射体的最强回波响应，并将回波幅值调到幅度刻度的80％左右，此时不改变增益，移动探头逐一找到试块上其它深度的横孔反射体最大回波幅值，连接各幅值最高点形成距离-波幅曲线；在此增益基础上提高14dB，作为检测灵敏度；
步骤2.3、在参考试块上，分别找到不同深度的横通孔信号的最大回波，并记录每个反射体回波信号对应的声程，根据各反射体实测声程(x)和实际孔深(y)得到的数据点以及相互关系，建立深度修正曲线，即用最小二乘法得到“声程-深度”的2次多项式回归方程：y＝f(x)＝ax2+bx+c,其中y为深度，x为声程，a、b、c为2次多项式系数；
步骤3、进行超声检测；
步骤3.1、对超声检测装置进行组装；
将超声探头安装在探头夹持装置中对应的探头框内，中间探头用于圆弧面区域检测，两边的探头分别用于接管侧区域和筒体侧区域检测，3个探头声束方向保持一致；将安装好探头的夹持装置通过安装座与周向旋转运动的扫查装置连接，同时连接好超声电缆；
步骤3.2、进行超声检测；
反应堆压力容器接管内圆角区超声装置中周向旋转运动的扫查装置带动夹持装置沿着出口接管内圆角区进行周向运动，耦合介质为水，超声仪自动记录超声检测数据，检测完成后对超声检测数据进行分析；
步骤4、对缺陷进行定量
根据缺陷端点反射信号/衍射信号对缺陷高度进行定量，获得缺陷信号上、下端点信号的声程值S1和S2后，代入建立的深度修正曲线y＝f(x)＝ax2+bx+c中，得出修正后的缺陷上、下端点深度值D1和D2，缺陷定量高度H＝D2-D1。