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核電站鋼制安全殼補(bǔ)強(qiáng)板與貫穿件套筒管板焊縫超聲檢測技術(shù)

文檔作者：馬占云李守彬趙慈陽孫盛業(yè) 文檔來源： 1．山東核電設(shè)備制造有限公司 2．中國核工業(yè)第五建設(shè)有限公司，		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月11日
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核電站鋼制安全殼補(bǔ)強(qiáng)板與貫穿件套筒管板
焊縫超聲檢測技術(shù)
馬占云 。李守彬 ，趙慈陽 ，孫盛業(yè)
(1．山東核電設(shè)備制造有限公司，山東海陽265118；2．中國核工業(yè)第五建設(shè)有限公司，山東海陽
265118)
摘要：以APIO00核電依托化項目中核電站鋼制安全殼補(bǔ)強(qiáng)板與貫穿件套筒管板焊縫超聲檢測技
術(shù)難點分析為切入點，重點描述了焊縫模擬件的選擇原則及制作、超聲檢測工藝參數(shù)的選擇，并分
析了此類管板焊縫超聲檢測時容易出現(xiàn)的焊接缺陷和原因。
關(guān)鍵詞：管板焊縫；模擬件；超聲檢測
中圖分類號：TH131．2；TB553 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1001-4837(2013)01—0075—05
doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2013．o1．013
Ultrasonic Testing of the Pipe——plate W elding for CV Stifener Plate
and Penetrate Sleeve Plate
M A Zhan—yun ，LI Shou—bin ，ZHAO Ci—yang ，SUN Sheng—ye’
(1．Shandong Nuclear Power Equipment Manufacture Co．，Ltd．，Haiyang 265118，China；2．China Nucle—
ar Industry Fifth Construction Co．，Ltd．，Haiyang 265118，China)
Abstract：Through analyzing the technical dificulties of ultrasonic testing containment vessel(CV)stiffener
plate and penetrate sleeve plate in AP1000 nuclear power self—reliant projeet as a pointcut，this the—
sis focuses on the principle to fabricating a demo and choosing process parameters of UT，and analyses the
welding defects likely to occur during UT for such pipe plate and reason analysis．
Key words：tubular plate welds；demo；ultrasonic testing
0 引言
AP1000三代核電技術(shù)的引進(jìn)、消化和吸收，
是我國十二五期間設(shè)定的重大專項課題之一。在
APIO00技術(shù)的依托化機(jī)組的建設(shè)過程中，核電站
鋼制安全殼(以下簡稱CV)簡體上貫穿件套筒與
CV補(bǔ)強(qiáng)板(見圖1)焊接后的超聲檢測因其特殊
的結(jié)構(gòu)特點出現(xiàn)了特殊性。
現(xiàn)場施工承包方原有的uT檢測程序只針對
全熔透的平板對接焊縫，沒有管板正交焊接或斜
交焊接的規(guī)程，施工單位要求參考原程序進(jìn)行
uT，但技術(shù)監(jiān)督方經(jīng)過審查不予批準(zhǔn)，因此在技
術(shù)監(jiān)督方的要求下，業(yè)主、總包方等單位派代表赴
核電現(xiàn)場商討CV補(bǔ)強(qiáng)板與貫穿件套筒焊縫UT
檢測方案。
CV貫穿件為工藝管道、電纜穿過安全殼時保
持安全殼屏障的完整性和密封性而設(shè)置在安全殼

第30卷第1期 壓 力 容 器 總第242期
1．2 設(shè)備及探頭選用
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，可以選用A型脈沖反射式超
聲檢測儀。探頭的選擇原則主要從以下幾方面進(jìn)
行考慮：
(1)從焊接方面考慮，CV補(bǔ)強(qiáng)板與貫穿件套
筒的管板焊縫在焊接時采用多層多道焊接，受核
電建設(shè)現(xiàn)場焊接環(huán)境相對濕度大、風(fēng)速不穩(wěn)定、焊
接位置不佳等因素的影響，容易出現(xiàn)的焊接缺陷
有裂紋、未熔合、夾渣、氣孔等缺陷，對于坡口未熔
合缺陷的檢測要盡可能選用主聲束與焊縫坡口面
垂直的探頭，或至少有一種 值探頭滿足這一要
求 J。而貫穿件套簡焊接熔合面的檢測則要盡
量在套筒內(nèi)壁用直探頭掃查。
(2)從結(jié)構(gòu)方面考慮，根據(jù)缺陷可能出現(xiàn)的
位置及性質(zhì)特點，考慮到工件實際情況中套筒的
曲率因素、厚度因素和掃查面的大小 J，檢測中
應(yīng)選擇多種探頭規(guī)格，分別用小晶片直探頭
2．5P8Z或2．5P10Z從E方向從套筒內(nèi)壁進(jìn)行掃
查，用2P13×13 45。，2P13×13 60。探頭從E檢測
面進(jìn)行一次波掃查；用2．5P20直探頭對A， ，C，
D四個面對斜探頭掃查區(qū)域的母材進(jìn)行檢測；用
2P13×13 45。，2P13×13 60。兩種探頭從A， 兩
個檢測面進(jìn)行一次反射波掃查，對c，D兩個檢測
面進(jìn)行一次波掃查。
所使用的超聲探頭如表1所示。
表1 超聲探頭角度的選擇
掃查面 探頭規(guī)格 探頭角度 探頭形式
E 2．5P8Z／2．5P10Z， 0。
，2P13×13 45。，60。 單晶直探頭
A 2 單晶直探頭、
． 5P20．2P13×13 0。，45。，60。 斜探頭
2 單晶直探頭、
． 5P20。2P13×13 0。，45。，60。 斜探頭
C 2P13×13 45。．60。 單晶斜探頭
D 2P13×13 45。．60。 單晶斜探頭
注：發(fā)現(xiàn)缺陷信號時，補(bǔ)充小角度斜探頭2．5P13×13 10。替
代原探頭進(jìn)行二次波掃查。
1．3 模擬演示件制作
模擬演示件是完全仿照實際檢測的工件(焊
縫坡口型式、母材厚度、焊縫寬度、曲率等)的基
礎(chǔ)上，制作的一種試驗工件，并在該工件上制作一
些模擬的缺陷 j。這些模擬的缺陷要具有代表
性，原則就是聲波檢測到這些缺陷，那么聲波就能
將整個焊縫全部覆蓋。模擬演示件制作完成后，
用編制好的UT檢測工藝來檢測這些模擬缺陷，
從而來驗證UT檢測工藝是否合格。
模擬試塊的制作須滿足材質(zhì)、規(guī)格與被檢工
件相同或相近；根據(jù)被檢工件焊縫的最大厚度，模
擬試塊的厚度須大于等于工件最大厚度；模擬件
焊接工藝和坡口形式要與工件相同等要求 J。
由于貫穿件套筒的規(guī)格和曲率不同，根據(jù)
ASME規(guī)范要求，校準(zhǔn)試塊中，當(dāng)在檢驗表面的直
徑大于2O in的材料上檢驗時，可以使用曲率與工
件基本相同的試塊或平面試塊 j。針對直徑不
同的貫穿件套筒產(chǎn)品，相應(yīng)應(yīng)該有幾個演示件進(jìn)
行綜合驗證，但在現(xiàn)場制作時，限于當(dāng)時現(xiàn)場條件
只多出一個表面直徑大于20 in的貫穿件套筒，且
結(jié)構(gòu)尺寸與其他大部分套筒產(chǎn)品接近，所以將此
套筒用于制作模擬演示件，在后續(xù)檢測中又陸續(xù)
制作了相應(yīng)的模擬演示件以覆蓋產(chǎn)品規(guī)格范圍，
文中以此表面直徑大于20 in的貫穿件套筒為例
展開論述。
最厚的CV補(bǔ)強(qiáng)板89 mm，選取了同材質(zhì)的
=95．3 mm的板，依照ASME V第4章的要求，同
時結(jié)合工件實際尺寸，對比試塊的制作尺寸為
300 mm×180 mm×95(CV補(bǔ)墻板板厚)mm，孔
規(guī)格為05 mm×40 mm，分別位于1／4T，2／4T和
92．8 mm處。最終制作的模擬演示件見圖3。
1．4 超聲檢測工藝
經(jīng)過以上數(shù)據(jù)的對比與分析，可以選用的
型脈沖反射式超聲檢測儀，探頭選用2．5P8Z／
2．5P10Z，2．5P20，2P13×13等探頭從A～E五個
掃查面進(jìn)行掃查，驗收標(biāo)準(zhǔn)為ASME 11 NE一
5330(2001版+2002增補(bǔ)版)。
2 檢測技術(shù)實施
在取得標(biāo)定合格的設(shè)備和程序后，首先用
Ⅱw試塊(或CSK I A試塊)對探頭前沿、 值進(jìn)
行測定后，根據(jù)ASME V 2001版+2002增補(bǔ)版，
分別采用ASME 3 ，T=75 n'lm(針對厚度范圍為
5O～100 mm的產(chǎn)品)和ASME 2 ，T=38 mm(針
對厚度范圍為41．5～50 mm的產(chǎn)品)試塊制作
DAC曲線，依據(jù)ASME標(biāo)準(zhǔn)V卷要求，儀器系統(tǒng)
應(yīng)在每一次檢測前進(jìn)行校核，校驗應(yīng)該在每項工
作后4h進(jìn)行一次。在檢測過程中采取6 dB法測
長，驗收標(biāo)準(zhǔn)為NE一5330，要求對于反射波幅度
核電站鋼制安全殼補(bǔ)強(qiáng)板與貫穿件套筒管板焊縫超聲檢測技術(shù)
大于20％的所有缺陷應(yīng)擴(kuò)大探測范圍，直至操作
員能夠確定缺陷的形狀、性質(zhì)和位置；產(chǎn)品厚度不
同，允許的單個缺陷長度不同，但是信號特征如果
是裂紋、未熔合、未焊透，無論多長都不可接受。
圖3 模擬件示意
當(dāng)檢測正交全熔透焊縫時，利用數(shù)字超聲儀
上距探頭前沿的長度、深度讀數(shù)進(jìn)行定位；當(dāng)對非
正交、成角度的全熔透焊縫檢測時發(fā)現(xiàn)缺陷波后
需要考慮角度問題 ，利用UG、CAD等三維軟件
(b)
寸
進(jìn)行角度模擬計算和演示的同時，使用合適的直
探頭提高靈敏度 m 在套筒內(nèi)側(cè)進(jìn)行深度定位。
某核電現(xiàn)場檢測結(jié)果分析如表2所示。
表2 某核電現(xiàn)場部分產(chǎn)品檢測結(jié)果統(tǒng)計
序號 檢件編號 材質(zhì) 規(guī)格(補(bǔ)強(qiáng)板／套筒) 是否合格 缺陷類型 返修次數(shù)
1 1～BPN—M SA738 Gr．B／SA一350 GR LF-2 6=89 mm／8=59 mm 否 I 1
2 1一BPN SA 738 Gr．B 6=89 mm／8=59 mm 否 I／II 2
62×6=89 mm／
， _ — — 3 1一BPN SA738 Gr．B／SA一350 GR LF．2 0395 是 ●_——
． 2×艿=54 mm
4 1 6：89 mm／
一BPN—M SA738 Gr．B 否 I 1
． 2×457．2×占=36 1／lln
5 1 占=89 mm／
一REN SA738 Gr．B 0520 否 I 2
． 7×占=56 mm
6 1 占：89 mm／
一REN SA738 Gr．B 52O 否 I 2
． 7×6=56 mm
8=89 mm／
● — — __— — 7 1一BPN SA738 Gr．B／SA一350 GR LF．2 是
． 6×457．2×6=34 mill
8 1 8：89 mm／
一REN—M SA738 Gr．B／SA一350 GR LF-2 520 否 I 2
． 7×6=58 mm
9 1 6：89 mm／
一REN SA738 Gr．B／SA一350 GR LF_2 520 否 I 2
． 7×8=59 mm
l0 1 8=89 mm／
一REN／X SA738 Gr．B／SA一350 GR LF-2 520 否 I l
． 7×占=59 mm
11 l 6=89 mm／
— RPN SA738 Gr．B／SA一350 GR LF．2 ~325 否 I l
． 4×8=41 mm
8=89 mm／
__— — _?！?— 12 1一REN—M SA738 Gr．B／SA一350 GR LF．2 520 是
． 7×8=59 ITllfl
13 1一REN—M／X／N SA738 G 6=89 mm／
r．B／SA一350 GR LF．2 否 I 1
～ S 5加．7×6=59 mm
注：(1)I：代表裂紋、未熔合或未焊透危險性缺陷；Ⅱ：代表條狀夾渣；(2)表中數(shù)據(jù)截止至2012—07—13。
· 78 ·
第30卷第1期 壓 力 容 器 第242期
由表2檢測結(jié)果可知：此規(guī)格的27件產(chǎn)品
中，第一次檢測不合格率達(dá)到85％ ，返修后二次
檢測不合格率為29％ ，所判缺陷為I類裂紋、未
熔合、未焊透等危險性缺陷，70％的缺陷深度集中
在焊縫根部45±5 mm處，其余缺陷分布在各焊
層之間。基于以上無損檢測信息的反饋，對于CV
補(bǔ)強(qiáng)板與貫穿件套筒管板焊縫的焊接，主要注意
事項為避免根部未焊透和未熔合缺陷的產(chǎn)生。對
于此類缺陷，要嚴(yán)格依據(jù)wes(焊接工藝規(guī)程)中
的電流大小和坡口角度的大小、對接間隙以及運
條角度、預(yù)熱溫度等因素的控制 ，并針對定量
測得的主要缺陷加以分析總結(jié)，以提升產(chǎn)品焊縫
的質(zhì)量水平。
3 結(jié)語
cv補(bǔ)強(qiáng)板與貫穿件套筒管板焊縫的超聲檢
測技術(shù)是一個比較復(fù)雜的檢測技術(shù)，該技術(shù)在滿
足掃查覆蓋的基礎(chǔ)上必須綜合考慮不同檢測對象
的結(jié)構(gòu)特征和焊接缺陷特點等來制定超聲檢測技
術(shù) J。該檢測技術(shù)的難點和重點具體體現(xiàn)在
需要選擇兩塊ASME校驗試塊制作DAC曲線、共
涉及直探頭和斜探頭共計5種探頭參數(shù)的選擇、
模擬件的制作、人工缺陷的選擇與制作、檢測面的
設(shè)定、缺陷的定量與分析、信號的分析等方面。在
綜合考慮這些因素的情況下，形成有效的CV補(bǔ)
強(qiáng)板與貫穿件套筒管板焊縫的超聲檢測技術(shù)。該
技術(shù)難點的解決為今后出現(xiàn)此類無規(guī)程和工藝卡
時的產(chǎn)品的檢測提供了較好的思路和方案。
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收稿日期：2012—10—10 修稿日期：2012—12—12
作者簡介：馬占云(1963一)，男，工程師，講師，主要從事
核設(shè)備無損檢測技術(shù)與培訓(xùn)工作，通信地址：265118山東
省煙臺市海陽市臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)山東核電設(shè)備制造有限公司
檢測中心，E—mail：mazhanyun@mai．snpemc．eom。
(上接第63頁)
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JB 4732-1995(2005確認(rèn)版)，鋼制壓力容器——
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ASME Boiler and Pressure Vessel Codes，SectionⅧ ，
Division 2，2010 Edition[S]．
收稿日期：2012—11—09 修稿日期：2012—12—04
作者簡介：譚蔚(1965一)，女，教授，博導(dǎo)，主要從事壓力
容器安全性能評價技術(shù)研究工作，通信地址：300072天津
市南開區(qū)衛(wèi)津路92號天津大學(xué)化工學(xué)院，E—mail：wtan
@tju．edu．en。
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