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(中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司，武 漢 430223)

核電廠役前檢查是設(shè)備安裝后、運(yùn)行前實(shí)施的檢查，檢查結(jié)果主要作為后續(xù)檢查的參考點(diǎn)；在役檢查是核電廠運(yùn)行期間，定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行的檢查，以判斷設(shè)備中是否存在缺陷，或者缺陷是否可以接受。核電廠役前檢查和在役檢查期間，超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。核電廠超聲檢測(cè)的主要應(yīng)用有反應(yīng)堆壓力容器筒體焊縫及接管焊縫、反應(yīng)堆壓力容器主螺栓、燃料組件、控制棒束組件、蒸汽發(fā)生器筒體焊縫及接管焊縫、穩(wěn)壓器筒體焊縫、蒸汽發(fā)生器/穩(wěn)壓器人孔螺栓、主泵焊縫、主管道焊縫、核輔助管道焊縫和汽輪機(jī)葉片葉根等。

1 超聲檢測(cè)主要特點(diǎn)及應(yīng)用

1.1 核電廠超聲檢測(cè)的主要特點(diǎn)

核電廠設(shè)備或部件的超聲檢測(cè)一般采用手動(dòng)超聲檢測(cè)技術(shù)和自動(dòng)超聲檢測(cè)技術(shù)，手動(dòng)超聲檢測(cè)技術(shù)又分為常規(guī)手動(dòng)超聲以及相控陣手動(dòng)超聲檢測(cè)技術(shù)。

核電廠最厚的被檢焊縫約為300 mm，最薄部件的壁厚約為0.5 mm，被檢對(duì)象的材料主要有碳鋼、低合金鋼、鍛件不銹鋼和離心鑄造不銹鋼等。超聲檢測(cè)技術(shù)需要根據(jù)具體的被檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)方案的設(shè)計(jì)，綜合考慮的因素包括：核電廠在役檢查規(guī)范和核電廠在役檢查大綱的檢驗(yàn)要求；被檢部件的可能缺陷產(chǎn)生形式、損傷機(jī)理和缺陷類型；被檢部件的規(guī)格、結(jié)構(gòu)及材料特征；被檢部件所處環(huán)境、可達(dá)性限制。

1.2 厚壁容器焊縫的自動(dòng)超聲檢測(cè)

核島一回路主設(shè)備反應(yīng)堆壓力容器、穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器部件均采用鍛件焊接制造，其筒體材料為鍛造低合金鋼，焊縫厚度一般可達(dá)到100～300 mm，考慮到耐腐蝕性能等特殊要求，在內(nèi)壁堆焊6～8 mm的不銹鋼堆焊層,這類焊縫統(tǒng)稱為厚壁容器焊縫。反應(yīng)堆壓力容器厚壁焊縫一般采用從內(nèi)壁接近的方式進(jìn)行自動(dòng)超聲檢測(cè)；其他主設(shè)備焊縫一般采用外壁接近方式進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)超聲檢測(cè)。

1.2.1 反應(yīng)堆壓力容器筒體及接管焊縫的超聲檢測(cè)

受可達(dá)性和輻射環(huán)境的影響，超聲探頭只能從反應(yīng)堆壓力容器筒體和接管內(nèi)壁接近，通過(guò)專用的自動(dòng)檢查裝置實(shí)施自動(dòng)檢查。典型反應(yīng)堆壓力容器上筒體結(jié)構(gòu)和接管焊縫位置示意如圖1所示，典型反應(yīng)堆壓力容器檢查機(jī)械系統(tǒng)外觀如圖2所示。

圖1 典型反應(yīng)堆壓力容器上筒體結(jié)構(gòu)和接管焊縫位置示意

圖2 典型反應(yīng)堆壓力容器檢查機(jī)械系統(tǒng)外觀

對(duì)于反應(yīng)堆壓力容器筒體的超聲檢測(cè)，需要從筒體內(nèi)表面對(duì)焊縫實(shí)施軸向和周向掃查。一般使用角度分別為0°，45°，60°，70°，頻率為2 MHz的探頭進(jìn)行檢測(cè)，在發(fā)現(xiàn)缺陷后則使用45°，4 MHz的縱波探頭對(duì)缺陷進(jìn)行定量(即缺陷高度和長(zhǎng)度測(cè)量)檢測(cè)。同時(shí)，由于焊縫內(nèi)表面存在不銹鋼堆焊層，因此在確定檢查技術(shù)和進(jìn)行缺陷信號(hào)分析的過(guò)程中，需要特別注意堆焊層對(duì)超聲檢測(cè)帶來(lái)的不利影響。堆焊層對(duì)超聲檢測(cè)的不利影響主要表現(xiàn)為：不銹鋼堆焊層為粗大的柱狀晶粒，超聲波衰減較大，會(huì)造成檢驗(yàn)靈敏度下降；超聲波在堆焊層內(nèi)部和結(jié)合面上會(huì)發(fā)生聲束偏轉(zhuǎn)，造成缺陷定位偏差；由于堆焊層的影響，容易形成偽缺陷顯示[1]。消除和減弱上述影響因素的措施如下所述。

(1) 采用堆焊工藝和表面狀況與被檢工件相似的對(duì)比試塊，以克服不銹鋼堆焊層對(duì)檢測(cè)靈敏度的影響。

(2) 采用合理的探頭角度，通常使用45°探頭對(duì)缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定位和定量檢測(cè)。

(3) 采用多種探頭及觀察被檢工件表面狀況等方法，來(lái)判別由堆焊層引起的偽缺陷信號(hào)。

對(duì)于反應(yīng)堆壓力容器接管焊縫的超聲檢測(cè)，一般在接管內(nèi)部進(jìn)行軸向掃查，在筒體側(cè)實(shí)施徑向和切向掃查。對(duì)于接管側(cè)掃查一般使用0°，10°，30°，50°的縱波探頭，典型反應(yīng)堆壓力容器接管焊縫接管側(cè)掃查示意如圖3所示。由于接管焊縫結(jié)構(gòu)為馬鞍面，因此在檢驗(yàn)時(shí)需注意對(duì)顯示信號(hào)的位置進(jìn)行修正。

圖3 典型反應(yīng)堆壓力容器接管焊縫接管側(cè)掃查示意

圖4 蒸汽發(fā)生器筒體焊縫自動(dòng)掃查現(xiàn)場(chǎng)

1.2.2 蒸汽發(fā)生器及穩(wěn)壓器筒體焊縫自動(dòng)超聲檢測(cè)

對(duì)于蒸汽發(fā)生器及穩(wěn)壓器筒體焊縫的超聲檢測(cè)，需從筒體外表面對(duì)焊縫采用手動(dòng)或自動(dòng)方式實(shí)施軸向和周向掃查(見(jiàn)圖4)。對(duì)于這些焊縫的檢驗(yàn)，一般使用0°，45°，60°，70°探頭，其中70°或小晶片的60°探頭用于檢測(cè)近表面區(qū)域。實(shí)際檢測(cè)時(shí)，在上述設(shè)備的焊縫周邊存在部分結(jié)構(gòu)性遮擋物，而導(dǎo)致部分區(qū)域檢測(cè)不可達(dá)，如接管支座、保溫支承和變徑區(qū)等，為了減少不可達(dá)區(qū)域，可以適當(dāng)改變探頭角度。

1.3 奧氏體不銹鋼管道焊縫自動(dòng)超聲檢測(cè)

奧氏體不銹鋼廣泛應(yīng)用于核電廠，如一回路主管道、核輔助管道均采用奧氏體不銹鋼。奧氏體不銹鋼管道焊縫為粗晶材料，其超聲波檢驗(yàn)一般從頻率、波型、聚焦、頻帶寬度和晶片收發(fā)等方面進(jìn)行參數(shù)優(yōu)選，以達(dá)到最優(yōu)的檢驗(yàn)效果。不銹鋼管道超聲檢測(cè)探頭參數(shù)選擇原則見(jiàn)表1。

表1 不銹鋼管道超聲檢測(cè)探頭參數(shù)選擇原則

探頭參數(shù)的具體選擇還需考慮受檢部件的結(jié)構(gòu)、焊縫形式、材料衰減特性等因素。探頭所搭配的楔塊弧面尺寸應(yīng)能確保掃查時(shí)有效貼合。為了提高探頭的縱向分辨率和信噪比，對(duì)于奧氏體不銹鋼焊縫的檢測(cè)應(yīng)選用寬頻窄脈沖探頭。

在現(xiàn)場(chǎng)條件許可的情況下，采用自動(dòng)超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)不銹鋼管道進(jìn)行焊縫超聲檢測(cè)具有較好的檢驗(yàn)效果，借助自動(dòng)超聲成像技術(shù)可以減小較高的背景噪聲及散射信號(hào)所帶來(lái)的干擾，從而提高檢驗(yàn)結(jié)果的可靠性。圖5為不銹鋼管道焊縫超聲檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)。

圖5 不銹鋼管道焊縫超聲檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)

1.4 超薄壁管材的超聲檢測(cè)

超薄壁管材被廣泛應(yīng)用于核電堆芯及換熱器等部件中。超薄壁管材的直徑范圍一般為6～20 mm，壁厚最小可達(dá)0.45 mm，如燃料棒包殼管、控制棒包殼管和蒸汽發(fā)生器傳熱管等。

1.4.1 超薄壁管材的出廠檢測(cè)

對(duì)于超薄壁管材的出廠檢測(cè)，主要采用超聲檢測(cè)方法。其不僅用于檢測(cè)管材缺陷，同時(shí)還用于高精度測(cè)量管材外形尺寸和壁厚。要求的最小缺陷檢測(cè)靈敏度，以及外形、壁厚測(cè)量精度通常需要達(dá)到微米級(jí)。

采用周向和軸向偏轉(zhuǎn)的方式對(duì)管材進(jìn)行水浸聚焦超聲波檢測(cè)。為了獲得最佳的檢測(cè)靈敏度，要求超聲波入射到管材內(nèi)的折射角為45°左右(見(jiàn)圖6)。

圖6 管材缺陷的檢測(cè)示意

超薄壁管材的壁厚t較小，可采用共振法進(jìn)行壁厚測(cè)量。利用寬帶高頻探頭在管壁內(nèi)部形成共振波，分析共振波頻率f和超聲波傳播速度v，則可計(jì)算出被檢管材的壁厚。

采用雙直探頭測(cè)量時(shí)，探頭聲束會(huì)偏離被檢管材中心，聲束軸線會(huì)偏離旋轉(zhuǎn)中心;水中溫度的變化會(huì)導(dǎo)致聲速不穩(wěn)定以及兩探頭的中心距偏移;甚至超聲波采集系統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換等因素會(huì)導(dǎo)致外徑測(cè)量的偏差遠(yuǎn)大于誤差要求，因此可以采用離散信號(hào)獨(dú)立周期分析方法來(lái)降低由機(jī)械運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的偏差。在標(biāo)定過(guò)程中，對(duì)不同周期信號(hào)進(jìn)行置信區(qū)間統(tǒng)計(jì)，可以使超聲采集系統(tǒng)數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的誤差影響降低至可接受范圍。

采用自動(dòng)化的檢測(cè)設(shè)備才能保證對(duì)超薄壁管材高測(cè)量精度的要求。針對(duì)超薄壁管材的超聲檢測(cè)，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的檢測(cè)系統(tǒng)均采用高速旋轉(zhuǎn)頭承載著若干個(gè)不同功能的點(diǎn)聚焦/線聚焦探頭，在直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，配合被檢管材的軸向勻速行進(jìn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)小管徑管材的全體積超聲波檢驗(yàn)。為了保障檢測(cè)效率，高速旋轉(zhuǎn)頭的轉(zhuǎn)速至少應(yīng)達(dá)到4 000 r·min-1。超薄壁管材出廠檢測(cè)系統(tǒng)外觀如圖7所示。

圖7 超薄壁管材出廠檢測(cè)系統(tǒng)外觀

1.4.2 反應(yīng)堆控制棒束組件的超聲檢測(cè)應(yīng)用

核電站反應(yīng)堆控制棒束組件(Rod Cluster Control Assembly，以下簡(jiǎn)稱RCCA)也是一種薄壁管，在服役一定的時(shí)間后，控制棒包殼上可能形成腫脹、磨損及裂紋等幾種典型缺陷。

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，腫脹缺陷一般處于控制棒組件的尖部區(qū)域，缺陷軸向長(zhǎng)度范圍為30～80 mm，多發(fā)生在服役時(shí)間較長(zhǎng)的黑棒上，灰棒上未檢測(cè)出此類缺陷；磨損缺陷一般處于控制棒的板狀區(qū)域，形貌特征有邊緣磨損、月牙狀磨損及盔狀磨損；裂紋缺陷一般處于控制棒組件的尖部區(qū)域，沿軸向方向伸展，軸向長(zhǎng)度范圍為30～80 mm，發(fā)生在服役時(shí)間較長(zhǎng)的黑棒上，灰棒上未檢測(cè)出此類缺陷。RCCA典型缺陷的超聲信號(hào)如圖8所示。

圖8 RCCA典型缺陷的超聲信號(hào)

1.5 相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)

基于相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)的多種優(yōu)勢(shì)，相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)逐漸用于核電廠的役前及在役檢查中，如奧氏體不銹鋼管道的環(huán)焊縫檢測(cè)、核電樅樹(shù)型汽輪機(jī)葉片根部檢測(cè)、接管內(nèi)圓角區(qū)檢測(cè)等。

1.5.1 奧氏體不銹鋼焊縫的相控陣超聲檢測(cè)

核電廠奧氏體不銹鋼管道內(nèi)徑范圍為101.6～787.4 mm，壁厚范圍為10～90 mm。根據(jù)ASME XI卷《核電廠部件在役檢查規(guī)則》的相關(guān)規(guī)定，焊縫的檢驗(yàn)區(qū)域?yàn)楹缚p內(nèi)壁1/3壁厚范圍以及焊縫邊沿兩側(cè)各6.4 mm的熱影響區(qū)。

奧氏體不銹鋼管道焊縫的相控陣超聲檢測(cè)一般采用二維雙晶面陣縱波探頭。扇掃顯示界面中能直觀顯示平面缺陷的特征，并可觀察出缺陷端點(diǎn)信號(hào)在不同聲束角度區(qū)間的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，能精確測(cè)量缺陷的高度和長(zhǎng)度。

在檢測(cè)時(shí)，當(dāng)缺陷信號(hào)呈現(xiàn)端點(diǎn)信號(hào)特征時(shí)，即可判定為平面缺陷(如裂紋)。平面缺陷的顯示特征如圖9所示，該顯示在扇掃界面中有明顯的上、下端點(diǎn)衍射信號(hào)。對(duì)于有外表面開(kāi)口傾向的顯示，可使用爬波探頭進(jìn)行輔助判斷。該顯示深度在10 mm內(nèi)，且爬波探頭90°時(shí)還有向上延伸的趨勢(shì)，可判斷為外表面開(kāi)口型缺陷(見(jiàn)圖10)。對(duì)于沒(méi)有明顯端點(diǎn)信號(hào)的缺陷，必要時(shí)可以利用多角度探頭輔助判斷其缺陷性質(zhì)。

圖9 平面缺陷的顯示特征

圖10 外表面開(kāi)口缺陷爬波特征

對(duì)于深度較深的缺陷，應(yīng)優(yōu)先選擇在小角度區(qū)域進(jìn)行定量檢測(cè)；對(duì)于深度較淺(≤15 mm)的缺陷，則應(yīng)優(yōu)先選擇在大角度區(qū)域進(jìn)行定量檢測(cè)。

針對(duì)不同深度的缺陷，其端點(diǎn)信號(hào)應(yīng)優(yōu)先使用表2中相應(yīng)的角度范圍進(jìn)行缺陷高度測(cè)量。從試驗(yàn)效果來(lái)看，在缺陷檢測(cè)及定量上，相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)比常規(guī)超聲檢測(cè)技術(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì)。

表2 缺陷高度測(cè)量對(duì)應(yīng)的聲束角度區(qū)間

1.5.2 樅樹(shù)型汽輪機(jī)葉片根部超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)

在汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，葉片根部受到的應(yīng)力主要有離心拉應(yīng)力、蒸汽彎應(yīng)力和偏心彎應(yīng)力。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行葉片的應(yīng)力分析，結(jié)果如圖11所示。由圖11可知：根部第一齒(靠近葉片)處應(yīng)力最大，第四齒(遠(yuǎn)離葉片)處應(yīng)力最??；第一齒兩端(進(jìn)氣側(cè)和出氣側(cè))的應(yīng)力最大。因此，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，第一齒處最易產(chǎn)生缺陷，尤其在進(jìn)氣側(cè)和出氣側(cè)的位置。為了最大限度地保證葉片的安全運(yùn)行，需對(duì)葉片第一齒實(shí)現(xiàn)全覆蓋檢測(cè)，進(jìn)氣側(cè)與出氣側(cè)是重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域。

圖11 汽輪機(jī)葉片的應(yīng)力分析

由于葉片為復(fù)雜的空間曲面結(jié)構(gòu)，為了保證探頭與檢測(cè)面的耦合，需要將探頭設(shè)計(jì)得足夠小。對(duì)于橫波探頭，為了獲得高的縱/橫波轉(zhuǎn)換效率(透射系數(shù)α=T/L，T為橫波振幅，L為縱波振幅)，需要為其設(shè)計(jì)合適的斜楔塊(傾角約36°)。由于相鄰葉片之間的空隙狹窄，不同的掃查區(qū)域還需考慮探頭的放置空間。

國(guó)內(nèi)某核電廠汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的若干葉片根部存在缺陷，對(duì)葉片的進(jìn)氣口肩臺(tái)上第一齒內(nèi)弧側(cè)采用橫波進(jìn)行檢測(cè)，缺陷信號(hào)如圖12所示，并將其與完好的同級(jí)葉片進(jìn)行比較，可發(fā)現(xiàn)明顯的顯示信號(hào)。借助三維結(jié)構(gòu)模型分析可知，該缺陷處于進(jìn)氣口第一齒(距離肩臺(tái)檢測(cè)面28 mm，距離進(jìn)氣端面約5 mm)上。

圖12 葉片缺陷檢測(cè)結(jié)果

為了進(jìn)一步確認(rèn)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，將該葉片從轉(zhuǎn)子上拆下，通過(guò)打磨處理后進(jìn)行滲透檢測(cè)，得到明顯的裂紋顯示(見(jiàn)圖13)。裂紋深約3 mm，并在齒根方向延伸。

圖13 打磨處理后的裂紋顯示

1.6 反應(yīng)堆壓力容器頂蓋貫穿件超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

反應(yīng)堆壓力容器頂蓋為半球形結(jié)構(gòu)，內(nèi)表面堆有不銹鋼堆焊層。頂蓋上方布置兩種類型的貫穿件,分別為控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(CRDM)貫穿件和排氣管貫穿件。貫穿件材料通常為Inconel-600合金、Inconel-690合金等。根據(jù)檢驗(yàn)規(guī)范的要求，超聲檢測(cè)區(qū)域?yàn)镃RDM貫穿件本體，以及與貫穿件本體相連的J型焊縫熔合面。

反應(yīng)堆壓力容器頂蓋貫穿件的狹窄空間布局、焊縫的曲面結(jié)構(gòu)以及其所處的高放射性環(huán)境，決定了頂蓋貫穿件在役檢查的技術(shù)難度較大。對(duì)其的檢測(cè)，一方面應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)，并保障從頂蓋內(nèi)部接近的可達(dá)性和選擇探頭貼合效果良好的檢查裝置；另一方面則必須選擇滿足缺陷定量檢測(cè)要求的檢測(cè)技術(shù)。

針對(duì)貫穿件本體，一般采用超聲衍射時(shí)差法(TOFD)，該技術(shù)逐步替代傳統(tǒng)的橫波檢測(cè)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于頂蓋貫穿件的在役檢查中。其主要優(yōu)點(diǎn)為：① 對(duì)平面型顯示敏感；② 基于尖端衍射波的缺陷測(cè)高方法具有較高的定量精度，定量精度一般可達(dá)到±2 mm。貫穿件本體TOFD典型信號(hào)如圖14所示。

圖14 貫穿件本體TOFD典型信號(hào)

頂蓋自動(dòng)化檢查裝置根據(jù)功能進(jìn)行分類，可分為定位平臺(tái)和掃查器兩個(gè)模塊。定位平臺(tái)用于運(yùn)載掃查器到不同的貫穿件位置。目前主要有兩種類型的定位平臺(tái)，即基于多軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)械手和全向運(yùn)動(dòng)小車(chē)。掃查器用于攜帶檢測(cè)探頭并執(zhí)行對(duì)檢測(cè)區(qū)域的自動(dòng)掃查。針對(duì)不同類型貫穿件的掃查，通常需設(shè)計(jì)滿足其結(jié)構(gòu)尺寸特征的掃查器。

1.7 反應(yīng)堆壓力容器主螺栓超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

反應(yīng)堆壓力容器主螺栓在服役過(guò)程中，要求對(duì)螺栓實(shí)施定期全體積超聲檢測(cè)，并重點(diǎn)檢查螺紋根部區(qū)域。為了提高檢測(cè)可達(dá)性及檢測(cè)能力，國(guó)內(nèi)主要核電廠一般采用自動(dòng)超聲檢測(cè)法，從螺栓中心孔內(nèi)部對(duì)其實(shí)施檢查。

一般使用水浸或接觸式45°橫波探頭，探頭聲束方向?yàn)檩S向，機(jī)械裝置驅(qū)動(dòng)探頭在螺栓中心孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并在軸向方向上連續(xù)運(yùn)動(dòng)，以螺旋式的掃查方式對(duì)螺栓進(jìn)行超聲檢測(cè)。反應(yīng)堆壓力容器主螺栓超聲檢測(cè)系統(tǒng)示意如圖15所示。

圖15 反應(yīng)堆壓力容器主螺栓超聲檢測(cè)系統(tǒng)示意

1.8 缺陷自身高度測(cè)量技術(shù)

核電廠役前/在役檢查期間，為了滿足缺陷評(píng)定分析的要求，通常要求測(cè)量缺陷的位置、自身高度、長(zhǎng)度等信息?；谌毕莸脑u(píng)定分析，要求用超聲檢測(cè)方法對(duì)缺陷進(jìn)行定量檢測(cè)，并給出缺陷沿壁厚方向的自身高度。

從目前國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐來(lái)看，尖端衍射信號(hào)測(cè)量法是目前設(shè)備和管道焊縫比較通用而有效的一種缺陷自身高度的測(cè)量方法。尖端衍射測(cè)量法是根據(jù)惠更斯原理，超聲波入射到缺陷(如裂紋)時(shí)，在裂紋上下尖端會(huì)形成次波源而產(chǎn)生衍射(稱為衍射波)來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的；端點(diǎn)衍射波測(cè)量法是通過(guò)測(cè)量裂紋端點(diǎn)衍射回波的傳播時(shí)間差來(lái)求得裂紋自身高度的。尖端衍射信號(hào)測(cè)量法示意如圖16所示。

圖16 尖端衍射信號(hào)測(cè)量法示意(B掃)

目前的研究結(jié)果表明，只要缺陷形狀和取向適當(dāng)，探頭選擇合適，缺陷自身高度測(cè)量精度就較高。為了提高對(duì)較小缺陷自身高度的測(cè)量精度，在信噪比滿足要求的條件下，盡量選用較高頻率的探頭，如采用縱波頻率為4 MHz的探頭，并選用寬帶窄脈沖，對(duì)主設(shè)備和核級(jí)管道焊縫而言，由于探頭參數(shù)本身的限制，通常僅能夠較準(zhǔn)確地測(cè)量不小于3 mm的缺陷自身高度。

對(duì)于反應(yīng)堆壓力容器檢查的堆焊層下缺陷的自身高度測(cè)量技術(shù)，采用70°縱波雙晶斜探頭檢測(cè)，再用45°縱波雙晶斜探頭進(jìn)行高度核實(shí)。如果探頭的信噪比足夠，對(duì)于自身高度小于3 mm的較小缺陷，雖然不能進(jìn)行自身高度測(cè)量，但是對(duì)這類缺陷仍然具有較好的檢出率。對(duì)于非常薄的部件，如果采用較高頻率的探頭，也可以對(duì)較小自身高度的缺陷進(jìn)行測(cè)量。

對(duì)某類型反應(yīng)堆壓力容器接管焊縫檢測(cè)時(shí)，使用了4 MHz單晶斜探頭對(duì)某缺陷進(jìn)行測(cè)量，缺陷高度為5 mm(見(jiàn)圖17)；對(duì)某類型反應(yīng)堆壓力容器接管安全端異種金屬焊縫檢測(cè)時(shí)，使用了4 MHz雙晶斜探頭對(duì)某缺陷進(jìn)行測(cè)量，缺陷高度為35 mm(見(jiàn)圖18)。

圖17 反應(yīng)堆壓力容器接管焊縫平面型缺陷高度測(cè)量(B掃)

圖18 反應(yīng)堆壓力容器接管安全端焊縫平面型缺陷高度測(cè)量(B掃)

1.9 超聲檢測(cè)技術(shù)的能力驗(yàn)證

在核安全設(shè)備在役檢查規(guī)范中，已經(jīng)明確提出了需要對(duì)部分檢驗(yàn)對(duì)象的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行能力驗(yàn)證。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能力驗(yàn)證也稱為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)鑒定，是針對(duì)某項(xiàng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)采用合適的論證和考核方法，證明其檢驗(yàn)規(guī)程、操作人員和檢驗(yàn)設(shè)備組成的檢驗(yàn)系統(tǒng)，符合相關(guān)檢驗(yàn)技術(shù)要求，并能夠達(dá)到滿意的檢驗(yàn)結(jié)果。

通常無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能力驗(yàn)證包括兩部分內(nèi)容，即技術(shù)論證和實(shí)踐測(cè)試考核。技術(shù)論證是指對(duì)某項(xiàng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)研究成果以及理論分析結(jié)果等多方面進(jìn)行的評(píng)價(jià)。實(shí)踐測(cè)試考核(明測(cè)或盲測(cè))是指在具有代表性的測(cè)試試塊上進(jìn)行的測(cè)試考核，測(cè)試試塊必須能夠代表相應(yīng)被檢工件的特點(diǎn)。明測(cè)是在操作人員知道測(cè)試試件的部分缺陷信息的情況下所進(jìn)行的測(cè)試考核，此項(xiàng)測(cè)試主要考核檢測(cè)規(guī)程和檢測(cè)設(shè)備的合理性和有效性；而盲測(cè)是在操作人員不知道測(cè)試試塊的任何缺陷信息的情況下而進(jìn)行的測(cè)試考核，主要是考核操作人員的操作技能。

在美國(guó)，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能力驗(yàn)證主要采用盲測(cè)試件進(jìn)行實(shí)踐測(cè)試考核評(píng)價(jià)，即對(duì)檢測(cè)規(guī)程、檢測(cè)設(shè)備和操作人員組成的系統(tǒng)一起進(jìn)行盲測(cè)考核。而在歐洲和其他部分國(guó)家，通常采用實(shí)踐測(cè)試考核和技術(shù)論證相結(jié)合的方法實(shí)施無(wú)損檢測(cè)能力驗(yàn)證，一般首先進(jìn)行檢測(cè)技術(shù)(檢測(cè)規(guī)程和檢測(cè)設(shè)備)的技術(shù)論證，然后進(jìn)行檢測(cè)規(guī)程和檢測(cè)設(shè)備的明測(cè)考核，最后再進(jìn)行操作人員的盲測(cè)考核。

我國(guó)的能力驗(yàn)證體系也漸趨完善，由國(guó)家核安全局組織無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能力驗(yàn)證，已于2015年9月頒布《核電廠在役檢查無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)能力驗(yàn)證實(shí)施辦法(試行)》。

2 超聲檢測(cè)技術(shù)展望

(1) 新型檢測(cè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和普及，如相控陣超聲波檢測(cè)技術(shù)、全矩陣超聲信號(hào)采集和分析技術(shù)等。以相控陣為例，其在美國(guó)已大范圍使用，且關(guān)鍵部件的相控陣檢測(cè)技術(shù)均已通過(guò)能力驗(yàn)證，而國(guó)內(nèi)仍在小范圍內(nèi)使用，核電廠相控陣超聲技術(shù)有待進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

(2) 在役檢查機(jī)器人的研究與應(yīng)用。核電廠在役檢查期間的作業(yè)環(huán)境涉及高空、高輻照、密閉空間、水下等復(fù)雜環(huán)境，超聲檢測(cè)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用可以降低檢測(cè)人員的安全風(fēng)險(xiǎn)和輻照風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也可以有效提高超聲檢測(cè)技術(shù)的可靠性。

(3) 檢測(cè)數(shù)據(jù)智能分析軟件開(kāi)發(fā)。隨著自動(dòng)超聲檢測(cè)技術(shù)的推廣，檢測(cè)數(shù)據(jù)的在線或離線分析占用了檢測(cè)人員越來(lái)越多的精力。開(kāi)發(fā)超聲數(shù)據(jù)智能分析軟件可減少分析人員工作量，同時(shí)和人工分析相結(jié)合，也可以有效降低漏檢和減少誤判。

參考文獻(xiàn)：

[1] 許遠(yuǎn)歡，葛亮，付千發(fā)，等.核設(shè)備不銹鋼堆焊層對(duì)超聲檢測(cè)的影響[J].無(wú)損檢測(cè)，2013,35(8)：18-21.