堆內(nèi)構(gòu)件用不銹鋼鍛件超聲檢測

熊貴敏　胡海濤

【摘 要】對堆內(nèi)構(gòu)件所用奧氏體鋼鍛件實(shí)施的超聲檢測工藝進(jìn)行了研究，通過對ASTM 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的一些重要規(guī)定的分析。從超聲檢驗(yàn)用方法、時(shí)機(jī)、記錄和驗(yàn)收條件等方面的內(nèi)容進(jìn)行了淺析。

【關(guān)鍵詞】堆內(nèi)構(gòu)件;奧氏體不銹鋼鍛件;超聲檢測;工藝;標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

中圖分類號： TG115.28 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）22-0082-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.22.036

0 前言

堆內(nèi)構(gòu)件是壓水堆核電站核島心臟設(shè)備。堆內(nèi)構(gòu)件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組成零部件多達(dá)15000個(gè)，其各零件制造精度和安全要求極高，制造難度極大。堆內(nèi)構(gòu)件大鍛件主要包括堆芯支承下板、堆芯罩底板、吊籃筒體法蘭、上堆芯板、堆芯上部支承板、上支承法蘭、吊籃筒體出口接管、人孔板等部件。

尤其是堆芯下部支承構(gòu)件中的堆芯支承板鍛件與上支承板鍛件，厚度大于400mm毛坯直徑大于3.5m。因此其由擁有優(yōu)良核性能的奧氏體不銹鋼制成。但生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種缺陷易降低部件的機(jī)械性能，造成功能及安全隱患，因此需要對奧氏體不銹鋼鍛件進(jìn)行100%超聲無損檢測。

表1 堆內(nèi)構(gòu)件不銹鋼鍛件材質(zhì)與尺寸

1 檢測儀器、探頭的要求

檢驗(yàn)奧氏體不銹鋼粗晶材料不但要求采用通用性強(qiáng)的大功率儀器，而且要有較好的垂直線性和水平線性。根據(jù)規(guī)范要求以及實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)一般采用頻率1MHz～2.5MHz的低頻、大晶片的縱波直探頭和橫波斜探頭。一般標(biāo)稱頻率為2.25MHz，必要時(shí)也要采用雙晶探頭和其他頻率的探頭。對探頭參數(shù)的基本要求如表2所示。

表2 對探頭參數(shù)的基本要求

1.1 檢測儀器參數(shù)誤差及校驗(yàn)周期要求

ASME規(guī)范第V卷T-531規(guī)定，脈沖反射式超聲儀能覆蓋的工作范圍至少1MHz～5MHz，如能證明有相同或更好的靈敏度，也可使用其他頻率的儀器。對于儀器水平線性以及屏高控制線性SA745以前的版本沒有對設(shè)備水平線性的誤差的規(guī)定ASME 2015版中增加了對于儀器水平線性誤差的為金屬聲程的2%;垂直線性誤差不超過滿屏的5%。設(shè)備需要校驗(yàn)的情況依據(jù)ATSM E417作垂直線性及水平線性的校驗(yàn)，其周期應(yīng)不超過一年。

2 檢測時(shí)機(jī)

根據(jù)規(guī)范中的要求一般鍛件在熱處理后進(jìn)行超聲檢驗(yàn)，一般有兩次超聲檢驗(yàn)：鍛后熱處理粗加工狀態(tài)一次;最終性能熱處理精加工狀態(tài)即交貨狀態(tài)一次。

3 掃查

3.1 直探頭檢測

直探頭檢測包括對方形鍛件從相互垂直的兩個(gè)探測面上掃查、對圓柱形和環(huán)形鍛件做徑向直射和軸向貫穿式掃查。掃查時(shí)要求聲束盡可能實(shí)現(xiàn)100%的體積覆蓋，為此要求被檢測的鍛件應(yīng)首先加工成盡可能簡單的形狀。一般堆內(nèi)構(gòu)件中最大奧氏體不銹鋼鍛件為堆芯支承下板進(jìn)行超聲檢驗(yàn)時(shí)的掃查示意圖如圖1所示。最終交貨狀態(tài)如圖2所示。

3.2 直探頭參考試塊的設(shè)計(jì)

3.2.1 檢驗(yàn)厚度小于等于150mm時(shí)規(guī)范給出兩種確定掃查靈敏度的方法

a）單一試塊法是在試塊上加工一個(gè)深度為1/2T的平底孔孔徑根據(jù)表3中的質(zhì)等級確定，厚度小于40mm時(shí)最小深度為20mm，40mm～150mm厚的鍛件，平底孔深度不超過材料厚度的一半。試塊的設(shè)計(jì)圖紙?jiān)斠妶D3所示。

b）距離波幅曲線校準(zhǔn)方法即采用不同深度的平底孔進(jìn)行校準(zhǔn)。平底孔孔徑根據(jù)表3中的質(zhì)量等級確定。一般采用距離檢測面1/4T，1/2T，3/4T。試塊的設(shè)計(jì)圖紙?jiān)斠妶D4所示。

3.2.2 檢驗(yàn)厚度為150mm～600mm時(shí)，采用距離波幅曲線確定靈敏度。從兩個(gè)相對方向表面進(jìn)行檢驗(yàn)，可采用1/2T厚度的參考試塊確定距離波幅曲線

3.2.3 檢驗(yàn)厚度大于600mm時(shí)

至少從一個(gè)面按表3中QL-5進(jìn)行底面反射檢驗(yàn)或者訂貨單位認(rèn)可的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。

3.2.4 在壁厚小于200mm的空心圓形鍛件上，因?yàn)殚L軸方向上可能軸向過長或者側(cè)壁干涉等原因無法用使用直探頭進(jìn)行檢驗(yàn)，可采用斜探頭軸向掃查代替直探頭端面掃查

3.3 斜探頭檢測

對于斜探頭對于環(huán)形件與空心圓鍛件，應(yīng)從其外圓周以兩個(gè)圓周方向進(jìn)行斜探頭檢驗(yàn)。對于外徑/內(nèi)徑比小于2：1，并且壁厚小于200mm的空心圓形鍛件采用斜探頭技術(shù)從外徑或內(nèi)徑進(jìn)行檢驗(yàn)，以達(dá)到100%體積覆蓋。

根據(jù)環(huán)形工件的壁厚、內(nèi)外徑比例和透聲性對刻槽方式可區(qū)分為3類，即：（一）壁厚較薄或材質(zhì)聲透性較好時(shí)，可采用外壁刻槽，用外壁槽的兩次回波（W形反射）確定基準(zhǔn)線（如圖5所示）;（二）透聲性差一些的可以內(nèi)壁刻槽，用內(nèi)壁刻槽的兩次回波（N形反射）確定基準(zhǔn)線;（三）材質(zhì)透聲性相當(dāng)差、工件又較厚時(shí)，可以采用內(nèi)、外壁各刻一槽的一次回波（全聲程）和內(nèi)壁槽的一次回波（半聲程）的頂峰確定基準(zhǔn)線。在第三種情況下，不應(yīng)使兩個(gè)槽之間相互產(chǎn)生干擾。

在掃查過程中，按圖5及圖6適當(dāng)選擇反射槽確定基準(zhǔn)線，超過基準(zhǔn)線50%作為起始記錄線，超過基準(zhǔn)線的信號一般應(yīng)予以拒收。切槽的深度及質(zhì)量等級的確定如表4中所示。

3.4 參試塊原材料的來源

粗晶奧氏體材料往往顯示出掃描噪聲，特別是在高靈敏度條件下進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)有這種情況。因此需要謹(jǐn)慎的確定應(yīng)記錄的和應(yīng)拒收的信號特征，以確定其究竟是由缺陷引起還是由晶粒結(jié)構(gòu)所致所以參考試塊用料最好為以下材料。

（a）被檢部件的延長段。

（b）材料牌號和熱處理狀態(tài)與被檢部件相同的余料。

（c）聲學(xué)特性、晶粒大小與被檢部件相近的材料。

（d）可行時(shí)也可采用另一種方法，可在鍛件的代表性部位配制適當(dāng)尺寸的參考孔或槽來進(jìn)行校準(zhǔn)和檢驗(yàn)，這些參考孔或槽可在后續(xù)的機(jī)加工中去除。當(dāng)孔或槽在后續(xù)機(jī)加工中不能去除時(shí)，其位置必須得到業(yè)主方的認(rèn)可。

在NB/T 20003.2規(guī)范中認(rèn)為，除另有規(guī)定外，參考試塊與被檢件間的聲學(xué)性能差異在下述范圍內(nèi)，則認(rèn)為具有相近的聲學(xué)特性：聲速±5%，聲阻抗±5%，衰減系數(shù)±20%或厚度相同底波信號差異小于4dB的。

3.5 常用的靈敏度設(shè)置方法

距離波幅曲線法中基準(zhǔn)靈敏度的設(shè)置。

直探頭檢驗(yàn)時(shí)利用對比試塊上不同深度的平底孔制作DAC曲線，DAC曲線上至少應(yīng)有3個(gè)點(diǎn)，DAC曲線即為基準(zhǔn)靈敏度。

斜探頭檢驗(yàn)時(shí)利用人工切槽一次波和二次波制作DAC曲線，DAC曲線即為基準(zhǔn)靈敏度。

所有的DAC曲線第一點(diǎn)之前的范圍用水平直線延伸，最后一點(diǎn)之后的范圍用該點(diǎn)的切線延伸，直至覆蓋整個(gè)檢測范圍。

3.6 缺陷記錄閾值

（a）記錄伴隨底面反射波完全消失的缺陷信號。如果沒有缺陷信號而有類似的底面反射損失時(shí)，應(yīng)以更低的頻率進(jìn)行掃查，如果仍然是這種情況，在報(bào)告中應(yīng)列為“未檢驗(yàn)”區(qū)。

（b）當(dāng)探頭在鍛件表面上移動25mm或者更多是，在顯示屏上出現(xiàn)的明顯不同于噪聲電平的信號。

（c）直探頭檢測時(shí)，排除結(jié)構(gòu)和耦合因素的影響，伴隨底波完全消失的缺陷信號;當(dāng)?shù)撞ǚ瓷浣档偷皆瓨?biāo)定滿屏高度5%時(shí)，認(rèn)為底波完全消失。

（d）直探頭檢測時(shí)，等于或超過所采用參考驗(yàn)收曲線的50%的信號;。

（e）斜探頭檢測時(shí)，等于或超過所采用參考驗(yàn)收曲線的50%的信號。

（f）裂紋等危險(xiǎn)性缺陷。

檢測時(shí)，如從鍛件的一個(gè)檢測面發(fā)現(xiàn)記錄性缺陷時(shí)，如條件允許，需從相對的另一個(gè)檢測面進(jìn)行檢測，并以較嚴(yán)重的結(jié)果作為最終評定依據(jù)。

應(yīng)當(dāng)記錄缺陷的當(dāng)量、位置、大小等參數(shù)。

3.7 缺陷驗(yàn)收

（a）不允許存在危險(xiǎn)性缺陷，如裂紋等。

（b）直探頭檢測時(shí)，不允許存在反射（下轉(zhuǎn)第87頁）（上接第84頁）波幅達(dá)到或超過100%基準(zhǔn)靈敏度的缺陷信號。

（c）直探頭檢測時(shí)，不允許出現(xiàn)伴隨底波反射波完全消失情況的缺陷信號。

（d）斜探頭檢測時(shí)，任何回波幅度等于或大于參考切槽回波幅度的缺陷都不予驗(yàn)收。

在表3當(dāng)中大于600mm厚度的鍛件時(shí)采用底面反射發(fā)進(jìn)行檢驗(yàn)。

4 結(jié)語

無損檢測技術(shù)人員要正確理解設(shè)備規(guī)格書、技術(shù)條件、ASTM A-745標(biāo)準(zhǔn)等文件中的要求。結(jié)合上述文件中的要求筆者總結(jié)了參考試塊的設(shè)計(jì)，距離-波幅曲線（DAC）的制作與應(yīng)用，部分形狀被檢工件的掃查范圍，缺陷的記錄要求，驗(yàn)收要求等。對堆內(nèi)構(gòu)件用奧氏體鋼鍛件的超聲檢測工藝進(jìn)行探討與分析，以期對后續(xù)的堆內(nèi)構(gòu)件用大型不銹鋼奧氏體鍛件超聲檢測提供有益的參考與借鑒。

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