冀亮亮
（中国核工业华兴建设有限公司，江苏，阳江，529941）
【摘 要】核电厂反应堆压力容器主螺栓容易产生损伤，如果不能及时发现，将会给核电厂的稳定运行带来隐患，对此本文分析核电厂反应堆压力容器主螺栓超声自动检测技术的研究与实现，希望对相关工作有所帮助。
【关键词】核电厂；超声检测；反应堆压力容器；主螺栓
反应堆压力容器主螺栓是核电厂中的易损部件之一，一旦反应堆压力容器主螺栓出现问题，会对核电厂的稳定运行产生很大影响，因此一定要做好反应堆压力容器主螺栓的检测工作。在传统的检测工作中，通常是采用手动检测方式，由于反应堆压力容器主螺栓是在高放射性的环境中作业，因此手动检测只能在制造阶段进行，而且手动检测的速度较慢，精度较差，随着科学技术的不断进步，目前超声自动检测技术已经应用于核电厂反应堆压力容器主螺栓检测工作中，为了保证检测精度，确保核电厂的稳定运行，有必要进一步探讨核电厂反应堆压力容器主螺栓超声自动检测技术研究与实现。
1．超声自动检测设备的组成
核电厂反应堆压力容器主螺栓超声自动检测设备主要是由超声探头、主控单元、供水部分、超声检测数据采集部分、数据分析部分、机械装置、夹具构成，此类自动检测设备可以对国内的多种反应堆压力容器主螺栓进行检测，能够达到RSE-M以及ASME标准，自动化水平较高，具有事故报警、运动控制、系统故障诊断、自动供水调节、水位调节等功能。
1.1 机械装置本体
机械装置主要包括超声检测组件、基础框架、供水部件、底座、电机平台组件、抱紧装置组件、承重托盘组件等等，其中基础框架组件和底座负责支撑被检主螺栓以及整个机械装置；电机平台组件负责为超声检测系统提供原动力，电机平台组件中采用了主动同步带轮，此种传动方式具有良好的平稳性；承重托盘组件与供水部分相互连接，检测时可以提供水耦合剂，检测完成后可以将水耦合剂排出，检测过程中被检主螺栓放置于承重托盘组件上，在被动轮的带动下，可以使托盘旋转，能够无级调速；抱紧装置组件能够保证被检主螺栓位于托盘中心，防止旋转过程中被检主螺栓发生倾覆；超声检测组件中具有无刷电机，利用齿条齿轮可以实现传动，最终完成检测任务。
1.2 控制硬件电路
反应堆压力容器主螺栓超声监测控制硬件部分主要包括现场/远程电气控制、超声检测水位控制、转台及导杆的运动控制。
反应堆压力容器主螺栓超声监测运动控制硬件部分采用Technosoft驱动控制模块，不仅可以实现运动控制，同时还具备伺服放大等功能，Technosoft驱动控制模块具备CAN接口和RS232/Ethernet接口，通过RS232/Ethernet接口，能够与某个模块以及PC机进行连接，而通过CAN接口，可以连接各轴驱动，图1即为运动控制系统示意图。
图1：运动控制系统示意图
1.3 系统软件
反应堆压力容器主螺栓超声检测系统软件主要具有以下功能：电机闭环控制、人机交互、水位信号采集、界面显示等。在程序实现方面，主要包括系统功能状态调试模块、反应堆压力容器主螺栓超声检测模块、系统准备模块、系统状态监控模块等。
2．超声检测技术
2.1 ASME标准要求
目前，国内核电站的设计、施工、运行标准主要有ASME规范和RSE一M标准，本文主要介绍ASME规范，ASME XIIWB -2500详细规定了反应堆压力容器主螺栓的超声检测要求，当在位检测时，验收标准采用IWB-3515，采用体积检验方法，当取出检测时，同样采取IWB-3515验收标准，采用表面和体积检验的方法。
ASME XI IWB一2500一12详细规定了主螺栓的检测区域，并要求对主螺栓的检测区域进行全体积检验。根据ASME XI IWB一3515. 2及ASMEV规范，对于直径大于或等于75mm的主螺栓超声检查允许的最小平面缺陷深度为2.4 mm。
2.2 主螺检超声检侧方法
检测装置携带超声探头从螺栓中心孔内壁进行扫查，探头夹具上同时携带2个方向相反的超声探头，通过压紧弹簧，使得探头能贴紧中心孔内壁。检测时采用薄水层接触法，保证中心孔充满除盐水，探头沿螺栓轴向垂直步进，螺栓周向连续旋转，从而实现对螺栓螺纹区和光杆区的全体积超声检测，对于直径较小、长度较短的螺栓可以采用从端部检测，本文不做详述。
2.3 ASME试块及参考反射体
ASME标准规定校准试块应是整根螺栓或者一段螺栓，其长度应足以包含被检螺纹区和螺杆区。试块的材料、规格、产品形式和表面光洁度应与被检螺栓一致。校验反射体应为直切槽，切槽离开螺栓两端面的距离大于一倍的螺栓直径。依据ASME标准设计了相应的螺栓参考试块，在试块的上下螺纹区及光杆区分别布置了深度为0.5、1.8、2.4、3.8 mm的平底铣槽。
为验证检测技术的有效性，参照RSE一M标准设计加工了第二参考试块，该试块中反射体应为周向切槽。试块的上下螺纹区及光杆区分别布置了深度为0.5、1.0、2.0 mm的线切割槽和电火花槽，其中螺纹区线切割槽位于螺纹根部。
2.4 仪器与专用探头
目前主螺栓的超声检测探头主要有水浸聚焦探头和薄水层接触式探头，水浸聚焦探头存在焦点范围控制难、易在局部水室内形成气泡、探头制作难等缺点，因此通过比较试验，最终采用薄水层接触法探头作为螺栓检测探头，并结合国内螺栓孔超声检测技术，最终设计了横波探头作为螺栓超声检测的探头。
3．试验验证
试验表明，主螺栓超声检测系统可以有效分辨人工缺陷产生的“断齿”现象，可以区分不同深度缺陷的回波幅度，满足ASME标准。此外试验发现，采用射频信号的工作模式明显优于全波的工作模式，在射频信号状态下更有利于区分缺陷信号。
通过在螺栓试块上进行定位试验，主螺栓超声检测系统的缺陷轴向定位精度为±1 mm，周向定位精度为±2 mm，测长精度为±1mm。
4．总结：
在核电厂的运行过程中，反应堆压力容器主螺栓需要在高放射性、高压、高温的环境中持续作业，因此很容易产生损伤，如果不能及时发现反应堆压力容器主螺栓潜在的问题，将会给核电厂的稳定运行带来隐患，因此必须要对反应堆压力容器主螺栓进行检测，传统手动检测只能在制造阶段进行，而且效率低，精度差，核电厂反应堆压力容器主螺栓超声自动检测系统的应用，可以有效避免传统手动检测存在的不足，本文探讨了核电厂反应堆压力容器主螺栓超声自动检测技术的研究与实现，希望可以为相关工作开辟思路。
参考文献：
[1]王晓翔,常楠,孙茂荣,张宝军. 核反应堆压力容器主螺栓、主螺母涡流检测技术[J]. 无损探伤,2015,01:25-27.
论文作者:冀亮亮
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年9月供稿
论文发表时间:2016/1/15
标签：螺栓论文; 超声论文; 反应堆论文; 核电厂论文; 压力容器论文; 组件论文; 螺纹论文; 《工程建设标准化》2015年9月供稿论文;