一种蒸汽发生器传热管超声检查的探头组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及核工程技术领域，具体涉及一种蒸汽发生器传热管超声检查的探头组件。
【背景技术】
[0002]蒸汽发生器是动力装置的关键设备，传热管是蒸汽发生器的关键部件，蒸汽发生器中有几千根细小的传热管以很小的间隙分布在管板上。工作时传热管内部将高温高压的一次侧水通过传热管与外部的二次侧水进行热交换，同时传热管还起隔离的作用。为保证整个动力系统的安全运行，需要对蒸汽发生器传热管进行定期检验。
[0003]蒸汽发生器传热管在运行过程中，受到高温高压和交变载荷等作用，容易产生周向、轴向裂纹、腐蚀、点蚀等缺陷以及管径壁厚发生变化。目前国内外一般采用涡流检测技术对蒸汽发生器传热管实施检验，采用涡流检测探头从传热管内表面进行检查，但涡流检查技术对传热管缺陷的检查、评定和度量都有其局限性，仍是检查的一个重大难题。蒸汽发生器传热管内径小，管壁薄，且密封在蒸汽发生器内部，如果采用涡流检测技术，对形状复杂的裂纹检测水平较低，对缺陷定性、定量不准确；传热管与管板连接的胀管过渡区管径和壁厚不断变化，且传热管与管板这两种基体材质存在差异，采用涡流检测时电流无法保证其精度，会对涡流检测会造成困难；且在对传热管进行涡流检查时，一般会选用多种类型的检测探头进行检验，势必会增加更换探头造成的人员和设备的风险。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种针对蒸汽发生器传热管检查，特别是胀管过渡区特殊结构的检验的蒸汽发生器传热管超声检查的探头组件。
[0005]本发明是这样实现的，一种蒸汽发生器传热管超声检查的探头组件，包括:超声探头、探头夹具、导向头；
[0006]所述探头夹具为柱状结构，其外径略小于蒸汽发生器传热管内径；沿其轴向设有若干个均匀间隔且沿其径向穿通的探头安装孔，超声探头卡嵌在所述探头安装孔中；探头夹具上还设有一个电缆孔，该电缆孔与其轴向一端穿通；两个花瓣分别卡接在探头夹具两端；所述花瓣为塑料中空花瓣自锁接头；花瓣扩张的最大外径略大于蒸汽发生器传热管内径；探头夹具上远离设有电缆孔一端的花瓣与导向头连接；超声电缆自探头夹具设有电缆孔一端的花瓣穿入电缆孔与超声探头连接。
[0007]所述探头夹具的柱状结构外壁面开有两个径向槽，该槽沿轴向方向延伸且呈矩形平面，在所述槽内开有五个均匀间隔且径向穿通的探头安装孔，超声探头卡嵌在所述探头安装孔。
[0008]所述超声探头包括轴向斜入射探头、纵波直探头、周向斜入射探头；
[0009]两个轴向斜入射探头、一个纵波直探头、两个周向斜入射探头依次嵌入所述五个探头安装孔中；两个轴向斜入射探头、一个纵波直探头、两个周向斜入射探头的探头检测面与一个所述槽的矩形平面平齐。
[0010]所述导向头圆锥状塑料体，其外径小于蒸汽发生器传热管内径。
[0011]本发明的有益效果是，
[0012](I)本发明采用专用的超声探头，即高频窄脉冲点聚焦水浸超声探头，能够对传热管内部实施全体积扫查，能够避免近场区影响，探头分辨率高。通过对超声采集数据进行分析，可以准确发现缺陷信号，提高缺陷检出率，并对缺陷进行定性分析，对体积型缺陷进行长度测量，对轴向裂纹和周向裂纹进行高度和长度测量。可以对管壁减薄进行准确判定，并测量减薄的尺寸。
[0013](2)本发明采用专用的探头夹具，水浸超声探头安装到探头夹具内，能够以一定的折射角度入射到工件内部，根据探头安装孔的方向不同，可以实现对传热管内进行不同方向缺陷进行扫查，同时安装纵波直探头和多个斜探头，纵波直探头可以检测传热管管壁厚度的变化，斜入射探头可以检测任意方向上的裂纹及腐蚀类缺陷，并对缺陷进行定性和定量；减少更换探头造成的人员和设备的风险，节约检查时间，提高检查效率。
【附图说明】
[0014]图1为本发明汽发生器传热管超声检查的探头组件结构及应用示意图；
[0015]图2为本发明汽发生器传热管超声检查的探头组件的探头夹具示意图；
[0016]图3为超声探头轴向斜入射探头水中入射角计算示意图；
[0017]图4为超声探头周向斜入射探头水中入射角及偏心距计算示意图；
[0018]图中，I探头组件；2超声探头；3探头夹具；4花瓣；5超声电缆；6电缆孔；7轴向斜入射探头；8纵波直探头；9周向斜入射探头；10导向头。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明作详细描述:
[0020]本发明的一种蒸汽发生器传热管超声检查的探头组件，包括:超声探头2、探头夹具3、导向头10 ;
[0021]探头夹具3为柱状结构，其外径略小于蒸汽发生器传热管内径；沿其轴向设有五个均匀间隔且沿其径向穿通的探头安装孔；
[0022]具体地，柱状结构的外壁面开有两个径向槽，该槽沿轴向方向延伸且呈矩形平面，在所述槽内开有五个均匀间隔且径向穿通的探头安装孔；
[0023]探头夹具3上还设有一个电缆孔6，该电缆孔6与其轴向一端穿通；
[0024]超声探头2包括轴向斜入射探头7、纵波直探头8、周向斜入射探头9 ;
[0025]两个轴向斜入射探头7、一个纵波直探头8、两个周向斜入射探头9依次嵌入所述五个探头安装孔中；两个轴向斜入射探头7、一个纵波直探头8、两个周向斜入射探头9的探头检测面与一个所述槽的矩形平面平齐；
[0026]两个花瓣4分别卡接在探头夹具3两端；所述花瓣4为塑料中空花瓣自锁接头；花瓣4扩张的最大外径略大于蒸汽发生器传热管内径；
[0027]探头夹具3上远离设有电缆孔一端的花瓣4与导向头10连接；
[0028]导向头10圆锥状塑料体，其外径小于蒸汽发生器传热管内径；
[0029]超声电缆5自探头夹具3设有电缆孔一端的花瓣4穿入电缆孔6与超声探头2连接。
[0030]针对蒸汽发生器传热管超声检查，设计的探头及组件系统可以实现多个探头在传热管内同时实施周向和轴向正反两个方向检查。
[0031]该种探头及组件系统I主要由超声探头2、探头夹具3、花瓣4、超声电缆5组成(见图1)。
[0032]超声探头2:针对蒸汽发生器传热管超声检查，设计多通道高频窄脉冲点聚焦纵波直探头。
[0033]探头晶片、频率和频带宽度的选择:传热管管壁薄，探头晶片尺寸可以选取与壁厚同数量级的晶片尺寸。因最小要检测出壁厚10%高度的裂纹，则探头频率至少应为15MHz，选取周期数较少的探头可以提高声束方向分辨率。
[0034]确定水层厚度:水浸超声检查，水层厚度是重要的设计参数。避免水界面波对超声信号的影响，设计合适的水层厚度，保证纵波直探头的三次反射波和斜入射探头的二次反射波均处于第一次水界面波和第二次水界面波之间。
[0035]焦距确定:传热管结构特殊，设计点聚焦探头，选择合适的焦距范围覆盖全壁厚，提高体积性缺陷、周向和轴向裂纹的定位和定量精度。
[0036]探头夹具3:根据水浸超声检查的要求，设计专用的探头夹具。探头夹具包括电缆孔6，轴向斜入射探头安装孔7，纵波直探头安装孔8和周向斜入射探头安装孔9四部分组成。探头夹具见图2所示，图3是轴向斜入射探头水中入射角计算示意图，图4是周向斜入射探头水中入射角及偏心距计算示意图。
[0037]轴向斜入射探头7与周向斜入射探头9采用相同的折射角度，角度为β。可以根据超声探头声束在传热管工件内的折射角计算探头在水中的入射角Θ即安装孔的倾斜角度，通过以下公式计算:
[0038]入射角Θ = arcsin (Cff*sin β /CS)
[0039]其中:CW表示水中声速；
[0040]CS表不传热管中斜射波声速。
[0041]轴向斜入射探头7安装孔的中心与传热管中心共平面，则安装孔的偏心距X =Omm;周向斜入射探头9安装孔的中心偏移传热管的中心，可以根据以下公式，对周向斜入射安装孔偏离传热管中心的距离进行计算:
[0042]偏心距X = sin Θ *R
[0043]其中:Θ表示水中入射角；
[0044]R表示传热管内径。
[0045]花瓣4:通过花瓣将探头夹具3、超声探头2和超声电缆5相连接，形成探头组件整体结构。花瓣4的外径与传热管内径相适应，通过花瓣4可以自动调整探头组件的中心与传热管中心相重合，并且起到支撑探头及组件的作用。
[0046]超声电缆5:探头组件内的短电缆，一束共5根，短电缆一端穿过夹具上电缆孔与超声探头相连接，另一端通过电缆接头接头与超声仪连接，实现超声信号的传导，在数据采集过程中传输信号至超声采集软件。
【主权项】
1.一种蒸汽发生器传热管超声检查的探头组件，其特征在于:包括:超声探头、探头夹具、导向头； 所述探头夹具为柱状结构，其外径略小于蒸汽发生器传热管内径；沿其轴向设有若干个均匀间隔且沿其径向穿通的探头安装孔，超声探头卡嵌在所述探头安装孔中；探头夹具上还设有一个电缆孔，该电缆孔与其轴向一端穿通；两个花瓣分别卡接在探头夹具两端；所述花瓣为塑料中空花瓣自锁接头；花瓣扩张的最大外径略大于蒸汽发生器传热管内径；探头夹具上远离设有电缆孔一端的花瓣与导向头连接；超声电缆自探头夹具设有电缆孔一端的花瓣穿入电缆孔与超声探头连接。2.按照权利要求1所述的蒸汽发生器传热管超声检查的探头组件，其特征在于:所述探头夹具的柱状结构外壁面开有两个径向槽，该槽沿轴向方向延伸且呈矩形平面，在所述槽内开有五个均匀间隔且径向穿通的探头安装孔，超声探头卡嵌在所述探头安装孔。3.按照权利要求2所述的蒸汽发生器传热管超声检查的探头组件，其特征在于:所述超声探头包括轴向斜入射探头、纵波直探头、周向斜入射探头； 两个轴向斜入射探头、一个纵波直探头、两个周向斜入射探头依次嵌入所述五个探头安装孔中；两个轴向斜入射探头、一个纵波直探头、两个周向斜入射探头的探头检测面与一个所述槽的矩形平面平齐。4.按照权利要求2所述的蒸汽发生器传热管超声检查的探头组件，其特征在于:所述导向头圆锥状塑料体，其外径小于蒸汽发生器传热管内径。
【专利摘要】本实用新型涉及一种蒸汽发生器传热管超声检查的探头组件，包括：超声探头、探头夹具、导向头；所述探头夹具为柱状结构，其外径略小于蒸汽发生器传热管内径；沿其轴向设有若干个均匀间隔且沿其径向穿通的探头安装孔，超声探头卡嵌在所述探头安装孔中；探头夹具上还设有一个电缆孔，该电缆孔与其轴向一端穿通；两个花瓣分别卡接在探头夹具两端；所述花瓣为塑料中空花瓣自锁接头；花瓣扩张的最大外径略大于蒸汽发生器传热管内径；探头夹具上远离设有电缆孔一端的花瓣与导向头连接；超声电缆自探头夹具设有电缆孔一端的花瓣穿入电缆孔与超声探头连接。本实用新型能够针对蒸汽发生器传热管检查，特别是胀管过渡区特殊结构的检验。
【IPC分类】G01N29/22, G01N29/24
【公开号】CN204740230
【申请号】CN201420857877
【发明人】尹鹏, 卢威, 许远欢, 柯涛, 叶冬, 王玉倩, 刘奎
【申请人】中核武汉核电运行技术股份有限公司, 核动力运行研究所
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2014年12月30日