驱动机构控制杆的超声检测

驱动机构控制杆的超声检测

核电站控制装置的驱动杆是核电站梁启超的重要部件之一。它的主要功能是及时、快速、可靠的地面操作控制装置，及时、可靠、可靠的基础，及时、可靠的地面激励，控制装置的启堆和紧急停堆。管材壁厚/外径大于0.2,冷热加工应力大,可能会产生裂纹、折叠、划伤等缺陷。尤其是具有极高危害性的裂纹,将对反应堆的运行产生重大的安全隐患,因此,需对这些管材进行无损检测,提早发现缺陷以进行处理。目前常用的检测方法主要有渗透、涡流、磁粉、超声和射线检测。超声波具有检测范围大、缺陷定位准、操作性好、速度快、无危害等优点,因此在管道检测中被广泛使用。检测对象厚/径比大于0.2,常用的纯横波检测无法发现内壁缺陷,故笔者提出了利用折射纵波和反射变型横波的方法,实现厚壁管材的全体积快速准确检测。1治疗外部缺陷被检对象为Ф60mm×21mm的管材,其壁厚/外径比达到了0.35,此类厚壁管无法实现纯横波检测,可通过计算选择合适的参数,实现管材的全体积检测。根据折射定理,水浸超声纯横波检测的最小入射角为14.8°,当入射角小于该角度时,进入管壁的既有折射横波,也有折射纵波。图1可见利用横波原理上可以检测此类管材。然而在实际检测中,横波衰减大、信噪比较低、信号幅值较低,采用变型横波法对缺陷信号辨识。当同时检测内外壁缺陷时,采用了一次折射纵波检测外壁缺陷,其变型横波检测内壁缺陷,检测原理如图1(c)所示。当纵波以低于第一临界角的角度入射时,折射纵波从外壁入射,然后经钢水界面时,折射纵波经波型转换得到变型横波传至内壁。要达到壁厚方向全体积检测,至少保证变型横波与内壁相切,此时入射角可由以下公式得到:入射波型转换得到折射纵波:式中:α为声波在水中的入射角;β为声波在钢中折射角;cL水与cS钢分别为超声波在水中和钢中的纵波速度。钢水界面波型转换得到反射横波:式中:β为声波在钢水界面的入射角;θ为声波在钢水界面的反射角;cL钢和cS钢分别为超声波在钢中的纵波和横波速度。其中,结合式(1)和式(2),可得出此时,因此,根据入射角即可计算得到水浸超声的偏心距。2超声信号聚合式检测针对厚壁管材,相比接触法检测,水浸超声检测法不需要修磨探头,不会对管材的表面产生划伤破坏,且水浸超声信号经过聚焦后能量集中,可提高检测灵敏度,改善信噪比,这几个优点具有很强的实用性。同时,根据推导结果以及实际检测对象的规格,只需通过调节偏心距确定入射角,操作简单易行。2.1cs钢和r的确定检测对象的规格为Ф60mm×21mm,cL水=1480m/s,cS钢=3230m·s,R=30mm,r=9mm。根据前述推导结果,入射角,为7.9°,偏心距为4.12mm,可在外壁采用折射纵波检测,内壁采用反射变型横波检测,实现厚壁管的全体积检测。2.2第二,回波的次数在水浸检测中,要求水层厚度H大于管材中横波全声程的1/2。其主要原因是水中纵波速度相当于钢中横波速度的一半,当水层厚度大于管材中横波声程的1/2时,水/钢界面的第二次回波将位于管子的内表面缺陷波、外表面缺陷波之后,这样有利于对缺陷的判别。采用的既有横波,又有纵波,根据cL钢=3cL水,cS钢=2cL水,水层厚度H大于1/3折射纵波声程+1/2变型横波声程,偏心距定为3mm,计算得到折射纵波声程为55mm,变型横波声程为23mm,故水层厚度H大于30mm。2.3接头的范围及焦距对具有曲率的管材进行检测时,由于曲面的存在,声波进入工件发生折射后,声场会产生复杂的变化,应使探头的焦点落在与声束轴线垂直的管心线上,保证管材中能量最集中。根据水层厚度及管材规格,探头的焦距。为达到良好的信噪比,利于缺陷的检出,根据平时的工作经验和实验室现有的条件,采用频率5MHz,焦距60mm的线聚焦超声波探头。3仪器检测的缺陷试验采用的仪器为经过计量的USN60超声波检测仪,保证了采集数据的可靠性。根据R-CCM标准,在试块上刻有深度为0.63mm内外壁纵向人工槽,对其进行超声波水浸检测,其检测结果如图2所示。试验涉及三种超声波的声速,为便于计算,将仪器声速设置为钢中的横波速度3230m/s,而水中的速度为钢中横波速度的一半,当水层厚度为30mm时,仪器显示60mm,计算出一次纵波到达外壁缺陷的声程为55mm,钢中纵波速度为横波速度的2倍左右,因此仪器中显示的缺陷声程应该在27.5mm。图2(a)中显示的声程距离为26.49mm,比较接近理论值,且信噪比较好。同样,位于内壁的缺陷,理论声程为纵波速度的一半加上变型横波的声程距离(为50.5mm)。图2(b)显示的实际声程为53.43mm,与理论声程较接近,信噪比也较好。试验结果说明,针对厚径比大于0.2的核电站控制棒驱动机构管材采用水浸超声方法,可以有效地检测到整个壁厚方向缺陷,实际检测结果与理论分析结果比较吻合,且信噪比较高,具有很强的操作性。4横波全体积检测针对厚径比大