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聚变反应堆焊缝超声检测标准比较

来源:无损检测资源网 时间:2021-05-28 作者:无损检测资源网 浏览量:

摘要:ITER(国际热核聚变实验堆)及CFETR(中国聚变工程实验堆)大型聚变装置的役前及在役无损检测分别参照标准RCC-MR一2007第3部分及标准NB/T47013-2015执行。从适用范围、表面准备、探头参数规定、标准试块和对比试块、扫查方式、缺陷表征和验收等几个方面,将RCC-MR-2007中对接接头焊缝常规超声检测与NB/T47013一2015中焊缝超声检测标准的相关内容进行对比,使设计人员更加深入地理解相应标准,并为设计优化提供参考。

关键词:ITER试验包层;CFETR航增殖包层;超声检测;焊缝;标准

“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”是目前全球规模最大,影响最深远的国际科研合作项目之一,其目标是验证和平利用聚变能的科学和技术的可行性。基于多种原因考虑,ITER选用标准RCCMR-200712]作为真空室等涉核部件的设计和建造标准。中方承担的采购包需要按照该标准进行设计和制造。中国聚变工程实验堆(CFETR)是中国自主设计和研发并参与国际合作的重大科学工程,是中国在全面消化吸收ITER相关技术的基础上,预先开展下一代超导聚变堆研究的重大项目。

CFETR将着力解决一系列存在于ITER和聚变商业示范堆(DEMO)中的科学与技术挑战,高翔等[]简述了CFETR目前的物理与工程研究进展。基于其材料、工艺、工况及结构设计的特殊性,目前正在编制适用于CFETR设计和建造的一系列的核聚变(HJB)标准。其中涉及的无损检测部分,拟参照现行的中华人民共和国能源行业标准NB/T47013一2015执行。

目前,笔者单位同时承担了ITER氨冷固态增殖剂试验包层(HCCBTBM)及CFETR氨冷陶瓷增殖剂产氟包层(HCCBTBB)的设计与制造。两个包层的设计有许多相通之处,都是氨冷固态增殖剂包层,都具有皱区、锂区、冷却流道等,涉及总体结构、中子学、电磁、热工水力学等工作参数设计,其结构设计腔室多、流道密集、形状复杂、焊缝繁多。同时,两个包层的设计也有许多差异,ITER可能是在CFETR建设成功之前,在真实聚变环境下测试增值包层模块的唯一机会,其上专门留有两个试验包层窗口。TBM(试验包层)主要用于产氟和能量获取技术验证;而CFETR中的包层都是TBB(氟增值包层),其尺寸比TBM大,同时面对的工况也比TBM更加严格。同时,两个包层相应的辅助系统设计也差异很大。在此差异的前提下,为便于设计及检测人员灵活运用相应标准,有必要对两个包层的无损检测参照标准进行比较分析。两包层中涉及焊缝类型较多,且设计要求进行内部质量检测。文章以超声检测为例,对两个标准进行比较分析,指出标准应用时可能存在的适用性问题,为设计人员优化设计提供依据。

1标准分析与比较标准RCC-MR-2007中无损检测方面内容位于其第3部分,其中焊缝的超声检测要求在RMC2600中详述,验收标准在第4部分RS7700《产品焊缝的无损检测》中详述。同时,按照RCC-MR-2007中的设计分类,TBM属于IⅡ级部件中的箱体结构,因此以下标准中对比范围仅限于RCC-MR-2007中IⅡ级部件焊缝的超声检测要求。

国内的标准在编写时考虑到查阅的方便性,将无损检测的检验标准与验收标准放置在同一章节,标准NB/T47013-2015中第3部分超声检测就包含了焊缝超声检测的检测标准和验收标准。

将标准RCC-MR一2007与NB/T47013-2015进行比较,标准比较的内容主要涉及适用范围、检验区域、表面准备、扫查方式、对比试块、缺陷评定和验收等。

1.1适用厚度范围标准RCC-MR-2007中规定,RMC2600适用的母材厚度不小于10mm。

标准NB/T47013-2015根据不同的焊接接头

类型,分类更加细致。相比于前者,NB/T47013一2015对检测厚度上限进行了要求(500mm),且下限较之稍低,1型焊接接头适用工件厚度下限为6mm。

1.2检验时机标准RCC-MR一2007在RS7723中对IⅡ级部件焊缝的检验时机进行了规定。最终的体缺陷检验,应在最终消应力热处理后进行。

标准NB/T47013-2015中要求超声检测时机的选择应符合相关法规、标准及有关技术文件的规定。

1.3检验区域标准RCC-MR一2007在RS7722中对lⅡ级部件焊缝的检测区进行做了规定。工件厚度>30mm时,焊缝被检区域应至少包括熔敷金属和两侧各10mm的热影响区;工件厚度≤30mm时,焊缝被检区域应至少包括熔敷金属和两侧各5mm的热影响区。

标准NB/T47013-2015中规定检测区宽度应是焊缝本身以及焊缝熔合线两侧各10mm区域。

通常,工件厚度越大,开坡口宽度及热影响区也越大,相较而言,RCC-MR-2007中根据工件厚度确定检测区宽度的要求更加合理。

1.4表面准备标准RCC-MR一2007中规定表面粗糙度不大于6.3um。NB/T47013-2015中规定检测面应平整,检测面与探头楔块底面或保护膜间的间隙应不大于0.5mm,其表面粗糙度不大于25um。国内外都有关于表面粗糙度对超声检测影响的研究,彭智伟等[句在表面粗糙度对超声检测影响的研究中,针对不同粗糙度对超声检测的影响进行了明确的明,当表面粗糙度大于6.3um时,超声波检测灵敏度随表面粗糙度的增加急剧变化,严重影响缺陷的判定。

同时,NB/T47013一2015中对对比试块的表面粗糙度要求为3.2um或6.3um,与被检件的表面粗糙度要求差异较大。相对而言,RCC-MR一2007中对粗糙度的要求更为合理。

1.5探头参数规定标准RCC-MR-2007中规定,探头频率范围为1MHz~6MHz;压电晶片可以是矩形或圆形,矩形晶片长宽比不大于1.5,尺寸为10~30mm(直径或边长);斜探头折射角为35°~70°,当需要采用两个不同角度的横波扫查时,原则上要求这两个折射角标称值至少相差15°。

标准NB/T47013-2015中规定,仪器一3dB频率为0.5MHz~10MHz;压电晶片可以是方形或圆形,圆形晶片直径一般不应大于40mm,方形晶片任一边长一般不应大于40mm;斜探头折射角的选择如表1所示,根据工件厚度进行选择,工件越厚,折射角越小。当需要采用两个不同角度的横波扫查时,原则上要求这两个折射角标称值至少相差10°。与RCC-MR一2007相比,NB/T47013一2015中探头公称频率更大,晶片尺寸可选择余地更大;推荐的斜探头折射角的选择更具体,可执行性更强。

061001901111_40089951.pdf


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