一种核反应堆控制棒驱动机构密封焊缝的超声波检测方法与流程

本发明涉及密封焊缝的超声波检测技术领域，尤其涉及一种核反应堆控制棒驱动机构密封焊缝的超声波检测方法。

背景技术：

控制棒驱动机构是核反应堆重要的动作部件,通过该机构的动作可调节反应堆控制棒组件在反应堆容器中的位置,从而实现反应堆的启动、功率调节、停堆和紧急停堆等操作。结合图1和图2所示，核反应堆控制棒位于反应堆上方，其耐压壳31与反应堆压力容器顶盖接管座32采用焊接密封，形成密封焊缝33，密封焊缝33成为反应堆压力容器压力边界的一部分，起到密封作用。

由于密封焊缝33内部存在接管座32，因此无法进行有效的射线检测。另一方面，传统的超声波检测对近表面缺陷不敏感，存在近表面盲区，由于密封焊缝33的厚度仅为2mm，在超声波检测的入射盲区之内，且密封焊缝33两侧形状不规则，超声探头无法良好地贴合焊缝两侧材料表面形成超声波入射点，导致密封焊缝33无法进行有效的超声波检测。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中控制棒驱动机构密封焊缝无法进行有效的超声波检测的问题，提供了一种核电站反应堆控制棒驱动机构密封焊缝的超声波检测方法，实现了密封焊缝的超声波检测。

本发明用于解决以上技术问题的技术方案为：提供一种核反应堆控制棒驱动机构密封焊缝的超声波检测方法，包括步骤：

s1、选用超声仪和表面波探头作为检测设备，并根据被检测工件的物理性能制作参考试块和补偿量试块，所述参考试块上开设有不同埋深的刻槽；

s2、分别对所述参考试块上不同埋深的刻槽进行超声波检测，绘制薄板背部缺陷深度波幅曲线；

s3、对所述补偿量试块进行超声波检测，获取补偿值，并将所述补偿值补偿到薄板背部缺陷深度波幅曲线后获取密封焊缝深度波幅曲线；

s4、完成被检测工件的检测数据采集,利用所述密封焊缝深度波幅曲线计算焊缝的缺陷埋深，并根据所述缺陷埋深评价焊缝质量。

本发明上述的超声波检测方法中，步骤s2包括：

s21、在所述参考试块上分别测量并记录每一所述刻槽的回波达到设定波高时超声仪显示的db值；

s22、在所述参考试块上测量并记录端角反射回波达到设定波高时超声仪显示的db值；

s23、将每一所述刻槽的埋深及其对应的db值分别作为横坐标和纵坐标，并将端角反射回波对应的db值设为截距，建立薄板背部缺陷深度波幅曲线。

本发明上述的超声波检测方法中，步骤s3包括：

s31、利用两个表面波探头按照实际检测的弧长距离相对放置在所述补偿量试块上，测量并记录使得信号波幅达到设定波高的db值为第一测量值；

s32、利用两个表面波探头分别相对放置在被检测工件的检测位置上，测量并记录使得信号波幅达到设定波高的db值为第二测量值；

s33、取所述第一测量值和第二测量值的差值绝对值为所述补偿值。

本发明上述的超声波检测方法中，步骤s21中，所述表面波探头前沿与待检测刻槽的距离等于实际检测时表面波探头前沿与密封焊缝中心的距离。

本发明上述的超声波检测方法中，所述参考试块包括材质、热处理状况及声学性能与被检测工件相同的第一试块和第二试块；所述补偿量试块的材质和声学性能与被检测工件相同。

本发明上述的超声波检测方法中，所述刻槽包括分别开设在所述第一试块的正反面上的且贯穿其表面的第一正面槽和第一反面槽，以及分别开设在所述第二试块的正反面上的且贯穿其表面的第二正面槽和第二反面槽；所述第一正面槽和第一反面槽的槽深不同；所述第二正面槽和第二反面槽的槽深不同。

本发明上述的超声波检测方法中，步骤s4包括：

调用所述密封焊缝深度波幅曲线，选择超声仪的检测灵敏度并按照超声仪提示设置探伤灵敏度；

在超声仪结构回波出现的位置设置耦合监控闸门，并在间隔所述耦合监控闸门一定距离处设置探伤闸门，设定当结构回波低于所述耦合监控闸门时，所述超声仪报警。

通过扫查工装夹持所述表面波探头完成密封焊缝的检测数据采集，所述检测数据以b扫视图像存储于所述超声仪中。

本发明上述的超声波检测方法中，步骤s4还包括：

利用所述检测数据和密封焊缝深度波幅曲线计算焊缝的缺陷埋深；

按照需要制定评价体系，并根据所述缺陷埋深对密封焊缝进行质量评价。本发明上述的超声波检测方法中，步骤s3还包括：

s30、计算实际检测时位于两个表面波探头之间的密封焊缝表面及其两侧弯弧弧长为实际检测时两个表面波探头之间的弧长距离。

本发明上述的超声波检测方法中，步骤s1还包括：

制作与被检测工件材质相同的第三试块，并通过所述第三试块确定所述参考试块和补偿量试块的声学性能。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

所述超声波检测方法使用表面波作为检测超声波，并利用参考试块和补偿量试块绘制密封焊缝深度波幅曲线，能够实现控制棒驱动机构密封焊缝的超声波检测，解决了现有技术中密封焊缝无法进行有效的超声波检测的问题；同时，参考试块和补偿量试块的设计模拟了与被检测工件相同的材质衰减，从而有效的提高了超声波检测的检测精度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中控制棒驱动机构的安装结构示意图；

图2是现有技术中控制棒驱动机构密封焊缝的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的超声波检测方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的第一试块的示意图；

图5是本发明实施例提供的第二试块的示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的描述。

为了解决现有技术中核反应堆控制棒驱动机构密封焊缝无法进行有效的传统超声波检测的问题，本发明旨在提供一种核反应堆控制棒驱动机构密封焊缝的超声波检测方法，选用表面波作为检测超声波，同时设计了检测试块用于绘制密封焊缝深度波幅曲线，从而实现密封焊缝的超声波检测。

如图3所示，本发明实施例提供的核反应堆控制棒驱动机构密封焊缝的超声波检测方法，包括步骤：

s1、选取超声仪和表面波探头作为检测设备，并根据被检测工件的物理性能制作参考试块和补偿量试块，所述参考试块上开设有不同埋深的刻槽；

s2、分别对所述参考试块上不同埋深的刻槽进行超声波检测，制作薄板背部缺陷深度波幅曲线；

s3、对所述补偿量试块进行超声波检测，获取补偿值，并将所述补偿值补偿到薄板背部缺陷深度波幅曲线后获取密封焊缝深度波幅曲线；

s4、完成被检测工件的超声波检测数据采集,利用所述密封焊缝深度波幅曲线计算焊缝的缺陷埋深，并根据所述缺陷埋深评价焊缝质量。

具体的，步骤s1中，超声仪选用doppler相控阵超声检测仪，表面波探头的型号为2.5p8*12kbm，使得本发明提供的超声波检测方法具备足够的精度检测焊缝金属及其热影响区内深度为0.15mm的缺陷。

进一步地，结合图4和图5所示，所述参考试块包括材质、热处理状况及声学性能与被检测工件相同的第一试块10和第二试块20，且第一试块10和第二试块20的厚度不同；所述补偿量试块的材质和声学性能与被检测工件相同；

所述刻槽包括分别开设在第一试块10正反面上的且贯穿其表面的第一正面槽11和第一反面槽12，以及分别开设在第二试块20正反面上的且贯穿其表面的第二正面槽21和第二反面槽22；其中，第一正面槽11和第一反面槽12的槽深不同，第二正面槽21和第二反面槽22的槽深不同。

本实施例中，第一试块10、第二试块20和所述补偿量试块均为平面薄板，其中，第一试块10的体积大小为73mm*36mm*3mm，第二试块20的体积大小为73mm*36mm*2.5mm，补偿量试块的体积大小为73mm*73mm*4mm；且第一正面槽11和第二正面槽21的槽深为0.4mm，槽宽为0.15mm；第一反面槽12和第二反面槽22的槽深为0.2mm，槽宽为0.15mm。

第一正面槽11距离第一试块10边界的距离和第二正面槽21距离第二试块20边界的距离均为15mm，第一反面槽11距离第一试块10边界的距离和第二反面槽22距离第第二试块20边界的距离均为14mm，从而保证刻槽之间具备足够的间隔距离，同时能够避免材料的浪费。

进一步地，步骤s1还包括：

制作与被检测工件材质相同的第三试块，并通过所述第三试块确定所述第一试块10、第二试块20和补偿量试块的声学性能；

本实施例中，所述第三试块为所述第一试块、第二试块和补偿量试块的原料试块，其为立方体试块，体积大小为73mm*73mm*65mm,可用来测量声速。

进一步地，步骤s2具体包括：

s21、利用表面波探头在所述参考试块上分别测量并记录每一所述刻槽的回波达到设定波高时超声检测仪显示的db值；

其中，所述表面波探头前沿与待检测刻槽的距离等于实际检测时表面波探头前沿与密封焊缝中心的距离；本实施例中，表面波探头前沿在实际检测时距离密封焊缝的中心的距离为14mm。

步骤s21具体包括：利用表面波探头分别在第一试块10的正面测量第一反面槽12，在第一试块10的反面测量第一正面槽11，在第二试块20的正面测量第二反面槽22，在第二试块20的反面测量第二正面槽21的回波达到60％波高时超声仪显示的db值，且每一个埋深的刻槽至少测量3次取db值的平均值；

s22、利用表面波探头在所述参考试块上寻找端角，测量并记录端角反射回波达到60％波高时超声仪显示的db值；

s23、将每一所述刻槽的埋深及其对应的db值分别作为横坐标和纵坐标，并将端角反射回波对应的db值设为截距，建立所述薄板背部缺陷深度波幅曲线并存储至超声仪内；

进一步地，步骤s3具体包括：

s30、通过cad图纸计算实际检测时位于两个表面波探头之间的密封焊缝表面及其两侧弯弧弧长，确定实际检测时两个表面波探头之间的弧长距离；本实施例中，密封焊缝表面及其两侧弯弧弧长为35mm；

s31、将超声仪的工作方式调成一收一发式，连接两个表面波探头，并将两个表面波探头按照实际检测时的弧长距离相对放置在所述补偿量试块上，此时，两个表面波探头前沿相距35mm，保证与被检测工件相同的材质衰减；而后将两个表面波探头对准，使得超声仪接收到的表面波信号波幅最高，记录使得信号波幅达到60％基准波高的db值为第一测量值；

s32、利用两个表面波探头分别相对放置在被检测工件的检测位置上，其中，发射表面波探头放置在被检测工件的管座平台32上，接收表面波探头放置在被检测工件的耐压壳平台31上；将两个表面波探头对准使得信号波波高达到最大值后，测量并记录使得信号波幅达到60％基准波高的db值为第二测量值；

s33、取所述第一测量值和第二测量值差值的绝对值为所述补偿值；

s34、对所述薄板背部缺陷深度波幅曲线补偿所述补偿值，获取密封焊缝深度波幅曲线。

进一步地，步骤s4具体包括检验准备、超声仪检验系统的设计和校核以及测量与显示记录，具体包括：

s411、确认密封焊缝的识别标识；即确认每一待检测工件的密封焊缝必须有确定的编号，保证可以通过编号找到对应的密封焊缝；

s412、确认密封焊缝目视检测合格；若被检密封焊缝未经目视检测，则需将焊缝表面状况进行检查，并将焊缝表面不平整处打磨平滑；

s413、对被检工件的密封焊缝及焊缝两侧进行清洁，去除油污等影响表面波传播的杂质；

s414、采用所述参考试块对超声仪的时基线性进行校核；

s415、将耦合剂存储容器与耦合系统管道接通，检测耦合系统管道是否通畅，将管道中的气泡排出；

进一步地，步骤s4还包括：

s421、调用所述密封焊缝深度波幅曲线，选择超声仪的检测灵敏度并按照超声仪提示设置探伤灵敏度；

超声仪检测灵敏度的确定具体包括：

根据操作人员输入的要求检测出的最小缺陷尺寸，超声仪调用所述密封焊缝深度波幅曲线，利用曲线拟合方程计算出相应埋深的缺陷对应的db值b1；操作人员按照超声仪提示调节仪器的db值，将结构回波波高调至60％波高，记录此时仪器的db值b2；超声仪将b1、b2差值的绝对值自动增益到探伤闸门，完成检测灵敏度调节。

s422、将超声仪的扫查范围设置为0-40mm；

s423、在超声仪结构回波出现的位置设置耦合监控闸门，并在距离耦合监控闸门10mm处设置探伤闸门，所述耦合监控闸门的宽度为10mm，高度为55％波高；设定当结构回波低于耦合监控闸门时，超声仪报警；所述探伤闸门的宽度为10mm，高度为60％波高；

超声仪通过扫查工装夹持表面波探头完成密封焊缝的检测数据采集，探头位置通过扫查工装上的编码器记录，检测数据最终以b扫视图像存储于超声仪中；

进一步地，步骤s4还包括：

s431、利用所述检测数据和密封焊缝深度波幅曲线计算焊缝的缺陷埋深；

s432、按照需要设置评价体系，并根据所述缺陷埋深对密封焊缝进行质量评价。

本实施例中，对密封焊缝的检测数据的测量及显示均通过超声仪的数据记录功能完成，b扫视图像上达到或超过检测目标区域所设置闸门高度的显示会被标记，同时会对该显示的位置及幅值进行记录；b扫视图像的纵坐标为探头位置，横坐标为对应的声程；

其中，显示幅值应以检测灵敏度对应每一刻槽深度+/-ndb数表示；显示的位置包括所标记出缺陷的起始位置及终止位置；缺陷长度利用绝对灵敏度测定的端点表征的指示长度，具体的，b扫视图像上标记处低于绝对灵敏度的位置作为缺陷的端点，两端点之间的距离即为缺陷长度，而后计算缺陷长度与被检测工件厚度的差值即可获得焊缝的缺陷埋深。

进一步地，本发明依据控制棒驱动机构密封接头质量评价体系进行密封焊缝的质量进行评价，当判定密封焊缝存在面积型缺陷或密集型缺陷时，对所述被检测工件直接进行据收；当判定密封焊缝存在体积型缺陷时，根据缺陷埋藏深度进行质量等级评级，按照质量评价标准对被检测工件进行验收。具体验收标准可根据实际需要制定，本实施例不再赘述。

综上所述，本发明提出了一种核反应堆控制棒驱动机构密封焊缝的超声波检测方法使用表面波作为检测超声波，利用参考试块绘制薄板背部缺陷深度波幅曲线，并且利用补偿量试块能够测量补偿量，进而绘制密封焊缝深度波幅曲线，实现了控制棒驱动机构密封焊缝的超声波检测，解决了现有技术中密封焊缝无法进行有效的超声波检测的问题；同时，参考试块和补偿量试块的设计模拟了与被检测工件相同的材质衰减，从而有效的提高了超声波检测的检测精度。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。