王華鋒　畢琦　周祥　胡恩義　郭韻

摘? 要： “國和一號”是我國在引進消化吸收AP1000三代核電技術的基礎上，通過再創(chuàng)新形成的具有自主知識產權、功率更大的大型先進非能動壓水堆核電型號?！皣鸵惶枴睓C組蒸汽發(fā)生器傳熱管制造階段需要經過外穿過式渦流檢測。該文通過對傳熱管直管渦流檢測的驗收標準的試驗研究，結合ASME與RCC-M等相關規(guī)范要求的比較，依據實際檢查效果，給出了其渦流驗收標準以及對比樣管的一些改進建議。

關鍵詞：蒸汽發(fā)生器? 直管渦流檢測? 驗收標準? 國和一號

中圖分類號：TL353.13? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

1背景

國和一號壓水堆核電機組是在引進、消化、吸收第三代先進核電AP1000非能動技術的基礎上，通過自主創(chuàng)新開發(fā)出具有我國自主知識產權、功率更大的非能動大型先進壓水堆核電機組。

蒸汽發(fā)生器是核電廠核島主要設備，其傳熱管是一回路和二回路的壓力邊界，檢測要求很高。國和一號蒸汽發(fā)生器傳熱管在制造過程中，技術條件要求在直管階段和彎管階段分別進行渦流檢測，且檢測線圈和驗收標準各不相同。實際檢測中發(fā)現：（1）不同的檢測頻率會影響檢測靈敏度，可能造成驗收準則的不同。（2）用于驗收的對比樣管上的人工缺陷幅值差異較大，選取最小幅值作為驗收標準，將失去其他人工缺陷驗收的作用。

該文一方面通過制作靈敏度試驗樣管，比較各頻率下對于靈敏度樣管上人工缺陷的檢測靈敏度，選擇頻率/頻段，調整驗收缺陷的尺寸。另一方面，通過對國和一號蒸汽發(fā)生器傳熱管直管渦流檢測的驗收標準進行研究，并與其他相關標準比較來確認其驗收標準的合理性，探討對國和一號蒸汽發(fā)生器傳熱管直管渦流檢測的驗收標準進行改進的建議[1-2]。

2 技術條件與相關規(guī)范的比較

國和一號蒸汽發(fā)生器傳熱管（尺寸17.48×1.01 mm，材質Inconel 690TT）直管渦流檢測采用的是單頻、外穿過式線圈方法。

國和一號設計參考ASME規(guī)范，作為一級部件的蒸汽發(fā)生器傳熱管在制作階段主要參考ASME第三卷（NB-2554），渦流檢測的要求如下。

（1）有缺陷的產品所產生的缺陷顯示超過標準缺陷顯示時判為不合格。

（2）標準試樣應包括外表面開有切向或周向缺口，此外還應有直徑1.59 mm的穿壁孔。

（3）對鎳基合金材料，應在校準試樣的內外表面各開一個沿周向延伸的缺口，此外還要開一個直徑1.59 mm的穿壁孔。

（4）校準缺口的深度不得大于0.10 mm或5%壁厚（取兩者較大值），缺口寬度不得超過1.59 mm，長度約為小于等25.4 mm。

這些人工缺陷也將用來建立對產品的判廢標準。

據此，國和一號機組蒸汽發(fā)生器傳熱管檢查技術條件規(guī)定了相應的驗收條件，即在直管渦流檢測對比樣管上應含下列4個人工缺陷。

（1）內外表面均應有長度最大為12.7 mm、深度最大為0.08 mm、寬度最大為1.0 mm的周向槽。

（2）3個在同一軸向位置沿周向間隔120°分布、直徑不大于0.78 mm、深度不大于0.78 mm的外壁平底孔。

（3）1個直徑1.59 mm的貫穿單側管壁的通孔。

應記錄大于或等于對比樣管上4個人工缺陷（內壁槽，外壁槽，平底孔和穿壁孔）中最小幅值的顯示，并拒收。此外，對比樣管上還應有用于調整檢測線圈中管子同心度的3個最大直徑為0.78 mm貫穿單側管壁的通孔，它們沿周向120°分布且軸向方向分散分布，以避免相互干涉，具體對比樣管的人工缺陷見圖2。

通過兩者（ASME和國和一號技術條件）的對比，我們不難發(fā)現（1）（3）所述3個人工缺陷是按照ASME規(guī)范NB-2554設計。

另外，（2）中所述的人工缺陷3個平底孔在NB-2554中雖未提及，但在RCC-M關于高鎳基合金蒸汽發(fā)生器管部分中規(guī)定“需制作1個從外表面起鉆的平底孔，其直徑等于深度，平底孔最大直徑根據管的厚度而變化”，見表1所示。

國和一號蒸汽發(fā)生器傳熱管壁厚1.01 mm，孔徑適用于0.75 mm，與技術條件規(guī)定的0.78 mm基本相當，只是數量發(fā)生變化，由1個變?yōu)?個。

由于渦流存在趨膚效應，內外壁靈敏度差，外穿檢測靈敏度外壁缺陷高于內壁缺陷。理論上，同體積量缺陷最小幅值應是內槽，為此該文在第3節(jié)做了試驗驗證的論述[3-4]。

3試驗分析

技術條件中未對于渦流檢測頻率未作明確規(guī)定，只對設備頻響有一般要求。根據對于制造廠的調查，傳熱管制造廠是根據經驗選擇頻率，所選的頻率各不相同。目前國外AP1000蒸汽發(fā)生器傳熱管供貨商有：SANDVIK、住友和VALINOX，其中SANDVIK建議采用的頻率為（100±50）kHz，實際采用100 kHz和110 kHz，住友采用200 kHz，VALINOX采用10 kHz。而國內國和一號蒸汽發(fā)生器傳熱管供貨商也有兩家，使用的頻率分別是100 kHz和60 kHz。綜合上文所述，采用10 kHz、30 kHz、60 kHz、100 kHz和200 kHz這5個頻率進行試驗，分別制作與上述檢測頻率相適應的檢測線圈。

表2內數值為試驗測得人工缺陷幅值，其中內槽統(tǒng)一定義為基準10V。

試驗設備如下。

（1）儀器：MIZ-80iD渦流儀。

（2）軟件：Eddynet采集及分析軟件、EC-UniWay（Rev 2.2）分析軟件。

（3）探頭：國核電站運行服務技術有限公司自制渦流探頭HHP-ENC-019.50-10-015A、HHP-ENC-019.50-60-015A和HHP-ENC-019.50-150-015A。

由表3以及相關試驗我們可以得到以下結論。

（1）外槽、通孔、平底孔3種人工缺陷由于體積當量差距較大，造成信號幅值差距較大，頻率變化造成的影響可以忽略。

（2）由于集膚效應造成內外壁渦流密度不同，尺寸相同的內外槽信號幅值差距也較大，隨著頻率的降低，兩者差距不斷縮小，但在60 kHz附近達到臨界，繼續(xù)降低頻率，變化也不大。

（3）在現有技術條件要求下，不論采用何種頻率進行檢測，產品的判廢標準必然為內槽，與選用何種頻率進行檢測無直接關系。

那國和一號的驗收條件究竟處于何種水平，與國內外其他標準相比到底是嚴還是松呢？

前文我們已經敘述了RCC-M相應的驗收標準，而GB/T 7735《鋼管渦流探傷檢驗方法》 B級規(guī)定的驗收條件為直徑0.65 mm的貫穿單側管壁的通孔，我們做了相應的試驗進行對比[5-6]。

由表4我們可以得到以下結論。

（1）單個0.65 mm通孔信號幅值小于標準樣管上內槽信號幅值，即GB/T 7735 B級驗收標準略嚴。

（2）單個0.78 mm深度0.78 mm的外壁平底孔幅值小于標準樣管上內槽信號幅值，即RCC-M驗收標準略嚴。

（3）同樣，由于集膚效應上述3種人工缺陷與內槽的幅值差距隨著頻率的降低而逐漸拉大，但在60 kHz附近達到臨界。

4 結論

綜上所述，我們發(fā)現技術條件在人工缺陷設計上雖然滿足ASME規(guī)范，但仍存在一些不合理處，主要以下兩方面：（1）4個人工缺陷僅一個內壁槽起到驗收閾值作用，其他缺陷由于幅值太大，無實際意義;（2）技術條件的驗收標準與國標GB/T 7735及RCC-M相比略低，如頻率較低的話差距會比較明顯。

由此，針對以上不合理處，優(yōu)化調整樣管人工缺陷尺寸，調整方案具體見表5。

經調整后的對比樣管，如圖3所示。

經調整后，對比樣管的人工缺陷進一步簡化，但內壁檢測靈敏度、外壁檢測靈敏度、周向檢測靈敏度差都得到了監(jiān)控，各人工缺陷的體積量經過調整相互接近，部分缺陷尺寸參考了GB/T 7735以及RCC-M，與目前國內外管材渦流檢測驗收要求相匹配。

參考文獻

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作者簡介：王華鋒（1986—），男，本科，工程師，從事制造廠換熱管出廠渦流檢測工作。