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双层管间隙的超声检测

来源:超声波检测 时间:2021-07-15 作者:无损检测资源网 浏览量:

    摘要:针对双层管的制造加工工艺有可能造成内外管壁厚度不同的问题,介绍了一种填充介质的超声检测方法,该方法可对双层管的间隙进行测量,将超声检测结果与三坐标测量结果进行对比,无损检测资源网得出了超声检测结果精度高的结论,说明该方法满足设计要求,适合于所设计双层管的间隙测量。

    国际热核实验堆(ITER)作为世界上第一个热核聚变实验堆,其目标是为未来聚变示范堆(DEMO)的设计和建造提供技术和数据基础。

    ITER装置上专门留有试验包层窗口,用于开展包层的系统运行、控制试验、产氟、排热、中子辐照特性及材料相容性等功能性试验研究,其对于DEMO聚变堆的发展至关重要,也是中方加入ITER计划所要掌握的关键技术[]。

    中方负责的氨冷陶瓷增殖剂氟试验包层模块(HCCBTBM)的试验包层系统由TBM-set[包括TBM(试验包层模块)本体模块和屏蔽块]、氨冷却系统、冷却剂净化系统、氟提取系统等组成[]。其

中,屏蔽块不仅用于屏蔽中子,同时与TBM框架等其他部件共同构成ITER装置的真空边界,是包层系统的关键部件之一。TBM屏蔽块由法兰、隔板、外框架、后板、管道等构成,其中有5根管道采用双层管(见图1)的设计,内管、外管以及管外的工况各不相同。介质在输运过程中,内管会发生膨胀与振动,造成内外管的同轴度偏差,同时由于工况原因,内外管壁严禁相互触碰,因而设计对内外管之间的间隙尺寸提出了较高的精度要求。笔者介绍了一种填充介质的超声检测方法,该方法可对双层管的间隙进行测量。

1屏蔽块内双层管的测量方法屏蔽块内的呈“几”字形及“S”形弯曲的双层管是一种较新颖的设计,目前没有见到类似结构的设计,其间隙尺寸的测量没有直接可用的方法参照。

根据结构形式,有以下几种尺寸测量方法。

(1)游标卡尺直接测量间距。游标卡尺应用于内径的尺寸测量精度高,但是测量范围有限,可用于双层管的间隙测量,但只能满足管端头处的间隙测量,而双层管间隙测量要求满足整个管身任意点处的间隙尺寸的测量。所以游标卡尺的测量方法不适用。

(2)三坐标建模计算间隙尺寸。三坐标测量的工作原理是需要大量的采集点,然后对采集点的坐标进行分析和建模,从而得到尺寸数据。同游标卡尺测量间隙尺寸存在着相同的弊端,三坐标采点的探头长度有限,且探头不能弯曲,所以该方法同样不适用于双层管间隙尺寸的测量。

(3)射线照相测量管壁厚度的方法计算间隙尺寸。射线照相测量管壁厚度的工作原理是:射线源垂直照射,射线穿过管壁不同位置的透射厚度不一样,从而在底片上留下黑度不一致的影像,根据影像放大系数计算间隙处的尺寸[5]。采用射线照相的方法判断黑度梯度边界时,很大程度上依赖于检测人员的经验,这个误差通常为2~3mm;射线照相测间隙尺寸的方法是在基于内外管同轴的基础上进行的,而实际上双层管的同轴度在制造加工过程中并不能得到保证,这是该方法本身存在的误差;射线照相的方法成本高,且存在着辐照的危险,不易于现场实施检测。

    (4)超声检测的原理是超声波垂直入射到工件,并在工件中传播,遇到声阻抗不同的界面会发生透射与反射现象,再根据接收到的反射回波计算间隙尺寸。超声检测设备便携,方便现场作业,不具有放射性,且不产生噪声或化学污染,但是超声波在工件中传播遇到空气时会发生全反射,无透射。这是超声检测方法用于双层管间隙测量的一个难点。因此,目前采用在间隙内填充介质的方法实现超声波的透射,从而有望能够测量间隙尺寸,且满足测量精度的要求。

    2超声检测方法测量间隙2.1测量原理当超声波垂直入射到光滑平界面时,将在第一

    介质中产生一个与入射波方向相反的反射波,在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射波[]。

    检测仪接收到反射回波,根据预输入的超声波在工件中传播的声速及传播时间,自动计算并确定超声波的传播声程,其计算公式为S=c×t(1)式中:S为仪器显示声程;t为声波往返时间;c为根据工件校验后,预输入仪器中的声速。

2.2测量对象采用与待检工件一致的材料,且模拟件的表面条件与待检双层管的外管外壁表面条件一致。制作前对原材料进行射线检测,确保无影响检测的缺陷存在。待检工件的双层管由外管套于内管之外,再由法兰固定焊接而成,模拟件的制作只确保非焊缝位置间隙尺寸的设计与待检工件的一致。

制作一个仅有直管段的模拟件,材料为316L不锈钢。模拟件规格与待检件一致,内管规格(外径×壁厚士误差,下同)为75mm×7mm士0.5mm,外管规格为114mm×8mm士0.5mm,凸台处外管规格为130mm×16mm士0.5mm;内外管同轴嵌套,内管外壁与外管内壁的间隙尺寸为12mm。间隙尺寸的测量误差要求不得超过0.2mm。管子设计为一端焊接法兰封堵,另一端开放。

    2.3测量方法要得到内管外壁的反射回波,需要实现超声波在间隙处的透射,在测量对象的间隙处充满水,以水为介质让超声波能够在两个界面处产生反射波和透射波,从而实现对间隙尺寸的测量。

    采用欧能达3600S型数字超声检测仪,综合考虑近场区长度、检测系统分辨力、探头频带宽度等因素后选用10P10D型探头。测量开始前,对钢的声速及水的声速进行校正,对探头延迟进行测定。

    首先,特制了规格为50mm×50mm×100mm(长×宽×高)的316L不锈钢试块,探头对准H,=100mm和H2=50mm的厚度方向进行声速校正。

    超声检测仪内预设声速c1,分别记录超声检测仪此时显示的一次底波声程x1和x2。探头延迟为P,钢中的纵波声速为c,则有


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