超声波检测在主泵支承中的应用

张加平 屈东东

摘要：随着人类社会的发展，核能已经成为人类生活的重要低碳能源，在进行核电建造过程中核安全就要体现在设备质量和工程质量上，在进行设备质量监管和监控时无损检测就是一个重要手段，在无损检测中超声检测手段又是无损检测中非常普遍的一个检测方法，在本文主要以超声波检测在主泵支承制造过程中的应用进行探究。

关键词：核能;低碳能源;超声波检测;主泵支承

1主泵支承的基本组成

主泵作为一回路的关键设备，其组成是由主泵本体、垂直支承、横向支承等部件组成，每个部件都起着至关重要的功能和作用。1.1设备描述

主泵支承位于反应堆厂房主泵隔间，由垂直支承和横向支承组成，用于在各种工况下支承主泵。

当反应堆正常运行时，垂直支承从冷态下的倾斜状态转变为热态下的垂直状态，起稳定的支承作用;在发生地震或主管道断裂事故时，垂直支承承受由地震等引起的垂直方向载荷，保证主回路系统和设备的完整性。

当反应堆正常运行时，横向支承允许由主管热膨胀引起的主泵移动;在发生地震或主管道断裂事故时承受主泵水平方向的冲击载荷，并限制主泵的移动，保证主回路系统和设备的完整性。

1.2垂直支承

垂直支承由支腿和支腿锚固组件组成，支腿两端的座套中装有球铰，以实现主泵的自由位移，支腿的上端同过螺柱与泵壳支耳连接，下端通过锚固螺柱与预埋的混凝土结构连接。

垂直支承中支腿和锚固拉杆为安全等级LS级，抗震类别为1Ⅰ类，规范级别RCC-MH册S1级，质保等级为Q1级;支腿锚固件和上基座板为安全等级NC级，抗震类型为NO类，规范级别NA，质保等级为QNCa级。

1.3横向支承

横向支承由阻尼器和阻尼器锚固框架组件组成，三个阻尼器在水平方向与泵壳的三个支耳相连，另一端通过锚固螺柱与预埋在混凝土结构中的锚固件连接。

在核安全以及制造等级等方面与垂直支承相同，在使用时和主泵垂直支承进行配合与连接使用，起到稳固主泵本体的作用。

以上各部件在设备厂家进行生产制造时会用到大量无损检测，其中使用最多的就是超声波检测、射线检测、渗透检测、磁粉检测等，均是用来确保设备质量的重要检测手段[1]。

2超声波仪器校准

超声波设备是电子和声学设备，内部电子零部件比较繁杂，但是随着气候、温度、湿度、使用频率等，都会对设备的准确性和完整性产生影响，因此在使用前需要校准。

无损检测前需要对超声波设备进行校验，需要校验的项有仪器的水平线性、垂直线性、灵敏度余量、盲区等校验情况。2.1水平线性

依据NB/T47013可以得知水平线性的差值不大于1%，如下即为水平线性的校验方法和步骤;

①将直探头置于CSK-IA上，对准25mm厚的大平底面，使显示屏上出现多次底面反射波。

②调微调、水平或脉冲位移等旋钮，使屏幕上出现五次底面波B1到B5，且使B1对准2.0，B5对准10.0。

③观察和记录与水平刻度值4.0、6.0、8.0的偏差值a2、a3、a4。

④然后找出a2、a3、a4最大的一个，进行计算得出水平误差值，最后得到的值与1%作比较，小于等于即为合格，反之不合格。

2.2垂直线性

在进行垂直线性误差的测量时基本按照以下进行校验。

①直探头通过耦合剂放于CSK-IA试块上，对准25mm底面，这时使其受力均匀，形成稳定的回波。

②这时调节仪器使某次回波显示在示波屏中间，并达到满刻度100%，记下这时的dB值。

③调节仪器使波每次降低2dB，记录这时的波高。

④通过实测来算出偏差值。

⑤算出最大正偏差和最大负偏差以后代入下式进行计算，计算完成后，与5%进行比较，小于等于即为合格，反之则为不合格。

2.3灵敏度余量

直探头和仪器组合灵敏度余量的测试

①将仪器和直探头连接好后，使探头悬空，调节增益使电噪声电平小于等于10%，记下此时增益的N1dB值。

②将探头对准CS-2试块200mm声程处的Ф2mm平底孔，调节增益使Ф2mm平底孔回波高度为50%，记下此时增益读书N2dB，则可以得到儀器和探头的灵敏度余量N为。

2.4远程分辨力

斜探头和仪器分辨力的测定

①斜探头置于试块CSK-IAФ50mm、Ф44mm、Ф40mm三孔阶梯，在示波器上出现三个发射波。

②平行移动探头并调节仪器，使Ф50mm、Ф44mm回波等高，其波峰为h1，波谷为h2，则分辨力为：

3利用超声波对主泵支承的检测

在进行主泵支承环焊缝进行超声波检测时需要检查工件表面质量情况，为了不影响探伤的结果，需要去除表面凹坑、麻点、松动的氧化皮以及油漆等影响检测结果的异物，且不能有影响探头移动的物质。

3.1焊缝类型分析

焊接接头形式多种多样，在常见的焊接中有对接焊缝、T型焊缝、L型焊缝、十字型焊缝等焊缝形式，详细见下图1。

如上图所示按照不同的焊缝形式，选择不同的探头规格和探头类型，进而更好的进行超声波探伤工序，检测范围需要覆盖焊缝的全部体积，尽最大增大可能检出焊缝内部缺陷，从而更好地控制设备质量。

3.2检验区域

在进行焊缝检查时，需要将焊缝的所有体积进行全部扫查，在扫查的过程使用直探头和斜探头进行焊缝体积全覆盖，这样最大程度减少缺陷的漏探的情况存在，从而更好的保证主泵支承的质量。

3.3信号的判断

当发现有缺陷回波以后，先将探头放在缺陷显示的最大回波处，然后根据推测的缺陷取向，使探头平行于这个方向来回移动，当探头达到回波衰减的50%（-6dB）时，用探头的初始位置到移动位置之间的最大距离表示缺陷的指示长度，这一尺寸是以探头中心为基准测量获得。

对于缺陷显示大于或者等于50%基准波高（DAC）时需作记录，记录其与基准波高（DAC）的百分比和指示长度，记录需真实和准确，可以在后期设备的运行中进行缺陷的定检，以免缺陷在设备运行中扩大，对设备和人员造成不必要的损失。

3.4缺陷处理

在发现缺陷时只能确定是否为超标缺陷，不能给缺陷定性这是超声波探伤不足之处，对主泵支承焊缝进行探伤时发现的缺陷，后期将缺陷进行挖补处理，在挖补时将缺陷进行现场取证和进行分析，避免缺陷处理不干净情况存在。

4超声波检测的优点分析

超声波检测时主要是检测设备内部和体积缺陷，此种检测与射线检测类似，都是对设备内部缺陷进行检验，可是在检验缺陷时各有所长，面对不同的设备和环境选择更加合适的检测方法是很必要的[2]。

首先是在进行设备探伤前需要了解检验设备材料类型，在钢板进行检验时优先选择超声波检测，因为在钢板出现的缺陷大部分都是和钢板上下表面平行的缺陷，这种缺陷超声波的检出率高于射线检测。

其次对于大型设备，设备检验超厚情况时，优先选用超声波检测进行，因为对此类设备检验时，超声波没有厚度的要求，但是在较厚的设备进行射线检测时射线无法穿透。

最后利用超声波进行探伤时，可以不考虑环境的影响，在高空也是便于携带，在野外也不需要考虑电源问题高效方便。

5总结

在核电设备中大量的使用超声波检测，既能够保障核设备安全性，又能够提高无损检测效率，对核电设备尽可能的做到“零”缺陷出厂的目标，保障设备能够安全、稳定、可靠运行起到不可替代的作用。

参考文献：

[1]阎长周.承压设备无损检测第3部分超声波检测[J].2015（09）：94-137

[2]郑晖.林树青.超声波检测[J].2008（05）：300-305