核电站反应堆控制棒驱动机构Ω焊缝涡流检测技术研究

崔洪岩　祁攀　邵文斌　廖述圣

【摘 要】核电站反应堆控制棒驱动机构Ω焊缝涡流检测中的焊缝区及热影响区是影响涡流检测能力的主要因素。本文采用专用涡流探头对Ω焊缝裂纹缺陷的检出能力进行了研究，通过对人工缺陷测试试块进行测试和分析，以及对现场检测的实际缺陷解剖分析，证明了涡流检测系统及方法检出缺陷的准确性。

【关键词】核电站；反应堆控制棒驱动机构；Ω焊缝；涡流检测

中图分类号： TM623 文献标识码： A 文章编号：2095-2457（2018）06-0105-002

【Abstract】The detection ability of eddy current test was mainly affecetd by the quality of weld zone and heat affected zone of reactor control rod driving facility in nuclear power plant. The special probe was made for the study of the detection ability for the defects located in the Ω weld zone. The accuracy of eddy current test system and method was proved by the combined of artificial defects test analysis of test samples and defects on site test and metallographic analysis of the actual faclity.

【Key words】Nuclear power plant； Reactor control rod drive facility； Ω weld； Eddy current test

0 引言

核電站反应堆压力容器驱动机构吊环螺栓帽与移动管座密封焊缝（简称Ω焊缝） 是保证核电站一回路压力边界完整性的关键部件，同时，它也是一个非常薄弱的环节，万一泄漏其事故将直接危及核安全。Ω焊缝在机组运行期间处于汽水分离层，易产生腐蚀裂纹。一般Ω焊缝共有三道，分别为上部、中部和下部Ω焊缝，其布置图如图1所示。目前，在国内外多次发现Ω焊缝及邻近母材有泄漏现象，所以应采取措施对相应的Ω焊缝进行无损检测并对该部件进行监控。涡流检测可以发现焊缝及母材近表面缺陷，对超声波检测是一个良好的补充。但是在涡流检测中存在表面提离效应以及焊缝区的局部磁化和电导率变化干扰检测信号采集与分析。本文采用屏蔽涡流差分线圈和铷铁硼永磁铁做磁饱和装置，来降低提离效应和磁导率变化和电导率变化对检测的影响。通过对Ω焊缝内外壁位置的周向裂纹缺陷进行涡流检测信号的检测和分析，验证系统的检测能力，最后通过对现场检测的实际缺陷解剖分析，证明该涡流检测系统及方法检出缺陷的准确性。

1 方法论述

1.1 研究对象

Ω焊缝由驱动杆行程套管和密封壳进行焊接而成，母材和焊缝区的材料分别为1Cr18Ni9Ti和0Cr18Ni9Ti。文中采用了中部Ω焊缝作为测试试块，其焊缝区为4mm～5mm，壁厚为2.3mm。如表1所示编号为CRDM-ET-01的中部Ω焊缝测试试块，分别在内外壁位置加工了不同深度的周向人工槽，该人工槽周向长度覆盖了Ω焊缝整个母材和焊缝区。

1.2 研究方法

1.2.1 实验设备

本次测试所使用的设备是CNPO公司生产的涡流探头以及CEddyACQ采集和CEddyANA分析件，选用CoreStar公司生产的OMNI200涡流仪。涡流探头线圈在Ω焊缝外表面进行布置，其中编号1到4为差分线圈。如图2所示编号为1和4的线圈布置在母材区，编号为2和3的线圈覆盖了整个焊缝区和热影响区。

1.2.2 数据分析设置

为了减少分析过程中结果的偏差，我们制定了固化的分析规则，详见上表3中的分析设置。

表2 数据分析设置

1.3 焊缝区磁化处理

Ω焊缝与母材的熔合区是滋生裂纹的重点区域，并且焊缝区及热影响区的磁导率、电导率和晶体结构的变化是影响涡流检测的主要因素。为了降低该区域的干扰因素对涡流信号的影响，我们在探头骨架上增加磁铁做磁饱和装置，来降低局部磁导率的影响。在差分线圈内部增加磁芯，外部增加屏蔽罩来提高探头的聚磁能力，将涡流场尽量屏蔽在很小的范围内，降低电导率和晶体结构等其他因素带来的影响。

1.4 分析结果

结合表2，对采集的数据进行分析，通过对整体信号的初步分析以及结合在役检查现场的经验，200KHz频率下的信号具有最佳信噪比，因此后续的分析结果均在该频率下进行。

1.4.1 差分线圈检测结果

1.4.2分析结果

（1）Ω焊缝表面布置的4个线圈，其中1和4号线圈在焊缝的左右两侧，属于母材区，检出能力应该高于2和3号线圈所在的焊缝区及热影响区。本分析结果的检测能力以四个线圈均能够检出为准，共可以检测Ω焊缝测试试块6个缺陷。

（2）4个外壁缺陷均能检出，其中最小外壁缺陷D为0.46mm。

（3）由于3号线圈内能检出内壁缺陷G，所以最终认为只发现2个内壁缺陷。其中缺陷F为的埋深为1.11mm。

1.5 Ω焊缝裂纹缺陷信号分析

在国内某核电厂Ω焊缝涡流检查中，发现的缺陷信号非常明显，并且在周向的2个涡流探头上均有信号，证明缺陷在周向上具有一定长度，涡流缺陷定位为313.4度。该缺陷焊缝经过解剖实验分析确定为内壁周向裂纹，缺陷位置为312度。通过该解剖实验可以看出所有检测结果都非常吻合。也证明了该涡流检测系统及方法检出缺陷的准确性。

2 总结

本文针对Ω焊缝的裂纹缺陷进行涡流检测技术研究，并总结分析了人工周向裂纹缺陷检出能力和现场实际检出缺陷的解剖对比。其中本文的涡流检测系统可以检出外壁人工最小缺陷为0.46mm，内壁埋深缺陷为1.11mm；现场检出的缺陷位置与实际解剖结果十分吻合。也证明了该涡流检测系统及方法检出缺陷的准确性。

【参考文献】

[1]Yong H.Kim， et.al.， Principal Component Analysis of Eddy Current Signals Obtained from Steam Generator Tubes by Bobbin Probe， Key Engineering Materials，270-273（2004）， 549-554.

[2]Do Haeng Hur， et.al.，A case study on detection and sizing of defects in steam generator tubes using eddy current testing， Nuclear Engineering and Design， 240（2010），204-208.

[3]ASME_XI-附录Ⅳ-附件2管道和容器表面检验鉴定要求.