ASME和ПНАЭ規(guī)范中反應(yīng)堆壓力容器筒體焊縫超聲波檢驗(yàn)技術(shù)對(duì)比

張運(yùn)平 周帆 張志鵬 陳飛 李迎春

【摘 要】在核電廠役前和在役檢查時(shí)，對(duì)于核級(jí)焊縫的超聲波檢驗(yàn)技術(shù)需嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求執(zhí)行，以保證核電機(jī)組的安全運(yùn)行。分別以美國(guó)ASME規(guī)范和俄羅斯ПНАЭ規(guī)范為例，就反應(yīng)堆壓力容器筒體焊縫的超聲檢驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行了分析，為從事相關(guān)無(wú)損檢測(cè)的人員提供一定參考。

【關(guān)鍵詞】在役檢查;核級(jí)焊縫;反應(yīng)堆壓力容器;ASME規(guī)范;ПНАЭ規(guī)范

中圖分類號(hào)： TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）04-0015-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.006

Comparison of Ultrasonic Inspections for Reactor Pressure Vessel Welds in Nuclear Power Plants

Based on ASME and Russian Codes

ZHANG Yun-ping ZHOU Fan ZHANG Zhi-peng CHEN Fei LI Ying-chun

（China Nuclear Power Operation Technology Corporation Ltd.，Wuhan 430223，China）

【Abstract】In the pre-service and in-service inspection of nuclear power plants，the ultrasonic inspection technology for Nuclear-lever welds should be strictly in accordance with the relevant codes to ensure the safe operation of nuclear power plant.Taking ASME and Russian codes as examples，the ultrasonic inspection technology of the reactor pressure vessel welds was analyzed，and provide some reference for those engaged in related non-destructive testing.

【Key words】In-service inspection;Nuclear safety class welds;Reactor pressure vessel;ASME;Russian

0 前言

核反應(yīng)堆壓力容器是核電廠和核動(dòng)力裝置中最重要的設(shè)備，核反應(yīng)堆壓力容器的質(zhì)量是保證核電設(shè)備和核動(dòng)力裝置正常安全運(yùn)行的關(guān)鍵。為確定壓力容器的質(zhì)量，在核電廠和核動(dòng)力裝置的檢驗(yàn)規(guī)范中，對(duì)反應(yīng)堆壓力容器的焊縫及其它部位提出了無(wú)損檢測(cè)的強(qiáng)制性要求，并指定分別在投入使用前和運(yùn)行一定間隔時(shí)間內(nèi)對(duì)反應(yīng)堆壓力容器實(shí)施役前檢查和在役檢查。

在核電廠和核動(dòng)力裝置的檢驗(yàn)規(guī)范中，對(duì)核反應(yīng)堆壓力容器的無(wú)損檢測(cè)主要采用超聲檢測(cè)技術(shù)和視頻檢測(cè)技術(shù)。由于核反應(yīng)堆壓力容器的體積較大，受檢對(duì)象涵蓋了厚壁筒體焊縫、接管焊縫、接管交貫面、接管與安全端的厚壁管道對(duì)接焊縫以及堆焊層表面等眾多不同類型的對(duì)象，相應(yīng)地其檢查技術(shù)也包含了眾多不同類型的檢查技術(shù)。

為了更好的理解和使用規(guī)范，本文結(jié)合ASME規(guī)范和俄羅斯ПНАЭ規(guī)范在反應(yīng)堆壓力容器筒體焊縫的超聲檢驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析，并進(jìn)行了歸納總結(jié)。

1 被撿對(duì)象

在核設(shè)備規(guī)范中要求對(duì)反應(yīng)堆壓力容器的檢查對(duì)象包括所有焊縫、接管交貫面、堆焊層。除了壓力容器內(nèi)表面堆焊層采用視頻檢查外，其余對(duì)象均采用超聲檢測(cè)技術(shù)。超聲檢測(cè)的內(nèi)容包括：

筒體環(huán)焊縫、支撐焊縫以及接管焊縫都是低合金鋼厚壁對(duì)接焊縫，其中最大厚度達(dá)到了330mm。接管與安全端連接焊縫是連接鐵素體材料與不銹鋼鍛件的管道對(duì)接異種金屬焊縫，該焊縫還包含有鎳基合金隔離層。安全端與管道連接焊縫是連接不銹鋼鍛件與不銹鋼鑄件的管道對(duì)接同種金屬焊縫。

2 ASME規(guī)范和俄羅斯ПНАЭ規(guī)范超聲檢查技術(shù)的主要區(qū)別

（1）ASME規(guī)范要求以長(zhǎng)橫孔或槽作為參考試塊中的反射體，而俄羅斯ПНАЭ規(guī)范中要求以平底孔作為參考試塊中的反射體。

（2）ASME規(guī)范推薦相對(duì)較高的探頭頻率進(jìn)行缺陷檢測(cè)和定量，并采用尖端衍射法的缺陷定量技術(shù)。而俄羅斯ПНАЭ規(guī)范推薦使用低頻超聲探頭、60°檢測(cè)范圍相對(duì)較小，采用水浸法和接觸式脈沖回波法相結(jié)合的檢查方式，以及使用串列式探頭進(jìn)行裂紋定量等。

（3）ASME和俄羅斯ПНАЭ規(guī)范的顯示記錄原則相似，均是依據(jù)不同的檢驗(yàn)對(duì)象做出規(guī)定。顯示記錄后首先需判斷是否為相關(guān)顯示，非相關(guān)顯示不需要進(jìn)一步分析，如檢驗(yàn)中由于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)或噪聲引起的偽缺陷。只有達(dá)到記錄標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)顯示才被定義為缺陷，兩個(gè)規(guī)范間的顯示記錄標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比表見表1。

（4）ASME規(guī)范以幅值或缺陷自身尺寸作為記錄和驗(yàn)收依據(jù)，而俄羅斯ПНАЭ規(guī)范以當(dāng)量面積法作為缺陷檢測(cè)和定量的基本依據(jù)。

（5）ASME和俄羅斯ПНАЭ規(guī)范對(duì)缺陷定量技術(shù)存在顯著差異，主要表現(xiàn)在缺陷自身高度的定量和缺陷長(zhǎng)度的定量，對(duì)比表見表2。

3 實(shí)例分析

以某電廠在役檢查為例，其反應(yīng)堆壓力容器筒體環(huán)焊縫厚度為192.5mm，內(nèi)表面堆焊層有9mm的不銹鋼耐腐蝕層。在實(shí)施檢查過(guò)程中，按照規(guī)范要求對(duì)反應(yīng)堆壓力容器筒體環(huán)焊縫分別依據(jù)ASME和俄羅斯ПНАЭ規(guī)范從內(nèi)表面實(shí)施超聲檢查。

3.1 依據(jù)ASME規(guī)范分析

（1）參考試塊的設(shè)計(jì)

按照ASME規(guī)范要求，在每隔T/4厚度上設(shè)計(jì)Φ7.9mm橫孔，同時(shí)在堆焊層與母材界面以及離堆焊層表面每12.7至T/4鉆5個(gè)近表面孔，孔徑Φ3.2mm橫孔，并設(shè)計(jì)上下表面槽，如圖3-1所示。

（2）超聲探頭選擇

一般采用垂直于檢驗(yàn)面標(biāo)稱角度為45°、60°、70°的三個(gè)斜探頭，也可用標(biāo)稱角度為45°、60°以外的斜探頭，需測(cè)得的角度差在10°以內(nèi)。在近檢驗(yàn)面T/4厚度的材料范圍內(nèi)應(yīng)補(bǔ)充進(jìn)行T/4范圍的斜射波檢驗(yàn)，在此T/4范圍用與檢驗(yàn)面垂直方向成60°～70°的單晶或雙晶縱波或橫波斜探頭。此焊縫檢驗(yàn)探頭如表3所示。

一般采用1～5MHz的頻率進(jìn)行檢測(cè)或探傷。對(duì)于反應(yīng)堆壓力容器的超聲波檢測(cè)可采用較高的頻率來(lái)提高缺陷的分辨能力，而有利于缺陷的準(zhǔn)確定位和精確定量。但是采用較高頻率的探頭會(huì)引起相對(duì)較大的噪聲，而影響對(duì)小缺陷的檢測(cè)。采用相對(duì)較低的頻率，對(duì)于所重點(diǎn)關(guān)注的面狀缺陷，則會(huì)有較大的反射回波，而有利于提高檢測(cè)率。綜合考慮下，在檢測(cè)中可采用1～2.5MHz的頻率用于缺陷的探測(cè)，采用4～5MHz的頻率用于缺陷的準(zhǔn)確定位和精確定量。

（3）掃查靈敏度

掃查靈敏度比基準(zhǔn)靈敏度增益至少提高6dB。

3.2 依據(jù)俄羅斯ПНАЭ規(guī)范分析

（1）參考試塊的設(shè)計(jì)

按照俄羅斯ПНАЭ規(guī)范要求，以平底孔作為參考反射體。根據(jù)被撿部件厚度要求，此試塊設(shè)計(jì)為Ф3.1mm平底孔參考試塊，示意圖見3.2-1。

（2）超聲探頭選擇

按照俄羅斯ПНАЭ規(guī)范要求的要求：

對(duì)接焊縫：采用兩種角度45+5°和60+5°，頻率為1.25～2.25MHz的斜探頭進(jìn)行超聲一次波檢驗(yàn)。其中60°以上的斜探頭只檢查深度方向60mm內(nèi)的區(qū)域。

電子束焊的對(duì)接焊縫：附加探頭串列式掃查，用于掃查垂直于（或接近垂直）掃查表面的面狀缺陷，串列探頭角度為45～50°，頻率為1.8～2.5MHz。

堆焊層：采用2-5MHz的兩種探頭：雙晶直探頭，和65°-70°的斜探頭進(jìn)行檢測(cè)。

此焊縫檢驗(yàn)探頭如表3所示。

（3）掃查靈敏度

掃查靈敏度比基準(zhǔn)靈敏度增益至少提高6dB。

4 結(jié)語(yǔ)

ASME規(guī)范和俄羅斯ПНАЭ規(guī)范均對(duì)檢驗(yàn)部件做出了明確規(guī)定。由于規(guī)范體系不同，兩個(gè)規(guī)范在超聲檢驗(yàn)技術(shù)上存在顯著差異。俄羅斯規(guī)范要求以平底孔作為參考反射體確定檢驗(yàn)靈敏度，并主要按照缺陷的當(dāng)量面積（相當(dāng)于平底孔的當(dāng)量面積）作為驗(yàn)收準(zhǔn)則的判斷參數(shù)，這種檢驗(yàn)方法依賴于超聲波信號(hào)幅度;而ASME規(guī)范主要以長(zhǎng)橫孔或槽作為參考反射體確定檢驗(yàn)靈敏度，并按照缺陷的自身高度和長(zhǎng)度的相互關(guān)系作為驗(yàn)收準(zhǔn)則的判斷參數(shù)。通常來(lái)說(shuō)采用某一規(guī)范體系設(shè)計(jì)的核電機(jī)組，應(yīng)按照該系規(guī)范中規(guī)定檢驗(yàn)技術(shù)執(zhí)行，避免規(guī)范混用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]葛亮，蔡家藩，聶勇，等.ASME規(guī)范對(duì)核設(shè)備制造和運(yùn)行期間的無(wú)損檢驗(yàn)要求對(duì)比[J].無(wú)損檢測(cè)，2016，38（3）：85-90.