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核电站钢制安全壳补强板与贯穿件套筒管板焊缝超声检测技术

文档作者：马占云李守彬赵慈阳孙盛业文档来源： 1．山东核电设备制造有限公司 2．中国核工业第五建设有限公司，		点击数：	更新时间： 2022年12月11日
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核电站钢制安全壳补强板与贯穿件套筒管板
焊缝超声检测技术
马占云 。李守彬 ，赵慈阳 ，孙盛业
(1．山东核电设备制造有限公司，山东海阳265118；2．中国核工业第五建设有限公司，山东海阳
265118)
摘要：以APIO00核电依托化项目中核电站钢制安全壳补强板与贯穿件套筒管板焊缝超声检测技
术难点分析为切入点，重点描述了焊缝模拟件的选择原则及制作、超声检测工艺参数的选择，并分
析了此类管板焊缝超声检测时容易出现的焊接缺陷和原因。
关键词：管板焊缝；模拟件；超声检测
中图分类号：TH131．2；TB553 文献标识码：B 文章编号：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
AP1000三代核电技术的引进、消化和吸收，
是我国十二五期间设定的重大专项课题之一。在
APIO00技术的依托化机组的建设过程中，核电站
钢制安全壳(以下简称CV)简体上贯穿件套筒与
CV补强板(见图1)焊接后的超声检测因其特殊
的结构特点出现了特殊性。
现场施工承包方原有的uT检测程序只针对
全熔透的平板对接焊缝，没有管板正交焊接或斜
交焊接的规程，施工单位要求参考原程序进行
uT，但技术监督方经过审查不予批准，因此在技
术监督方的要求下，业主、总包方等单位派代表赴
核电现场商讨CV补强板与贯穿件套筒焊缝UT
检测方案。
CV贯穿件为工艺管道、电缆穿过安全壳时保
持安全壳屏障的完整性和密封性而设置在安全壳

第30卷第1期 压 力 容 器 总第242期
1．2 设备及探头选用
根据标准要求，可以选用A型脉冲反射式超
声检测仪。探头的选择原则主要从以下几方面进
行考虑：
(1)从焊接方面考虑，CV补强板与贯穿件套
筒的管板焊缝在焊接时采用多层多道焊接，受核
电建设现场焊接环境相对湿度大、风速不稳定、焊
接位置不佳等因素的影响，容易出现的焊接缺陷
有裂纹、未熔合、夹渣、气孔等缺陷，对于坡口未熔
合缺陷的检测要尽可能选用主声束与焊缝坡口面
垂直的探头，或至少有一种 值探头满足这一要
求 J。而贯穿件套简焊接熔合面的检测则要尽
量在套筒内壁用直探头扫查。
(2)从结构方面考虑，根据缺陷可能出现的
位置及性质特点，考虑到工件实际情况中套筒的
曲率因素、厚度因素和扫查面的大小 J，检测中
应选择多种探头规格，分别用小晶片直探头
2．5P8Z或2．5P10Z从E方向从套筒内壁进行扫
查，用2P13×13 45。，2P13×13 60。探头从E检测
面进行一次波扫查；用2．5P20直探头对A， ，C，
D四个面对斜探头扫查区域的母材进行检测；用
2P13×13 45。，2P13×13 60。两种探头从A， 两
个检测面进行一次反射波扫查，对c，D两个检测
面进行一次波扫查。
所使用的超声探头如表1所示。
表1 超声探头角度的选择
扫查面 探头规格 探头角度 探头形式
E 2．5P8Z／2．5P10Z， 0。
，2P13×13 45。，60。 单晶直探头
A 2 单晶直探头、
． 5P20．2P13×13 0。，45。，60。 斜探头
2 单晶直探头、
． 5P20。2P13×13 0。，45。，60。 斜探头
C 2P13×13 45。．60。 单晶斜探头
D 2P13×13 45。．60。 单晶斜探头
注：发现缺陷信号时，补充小角度斜探头2．5P13×13 10。替
代原探头进行二次波扫查。
1．3 模拟演示件制作
模拟演示件是完全仿照实际检测的工件(焊
缝坡口型式、母材厚度、焊缝宽度、曲率等)的基
础上，制作的一种试验工件，并在该工件上制作一
些模拟的缺陷 j。这些模拟的缺陷要具有代表
性，原则就是声波检测到这些缺陷，那么声波就能
将整个焊缝全部覆盖。模拟演示件制作完成后，
用编制好的UT检测工艺来检测这些模拟缺陷，
从而来验证UT检测工艺是否合格。
模拟试块的制作须满足材质、规格与被检工
件相同或相近；根据被检工件焊缝的最大厚度，模
拟试块的厚度须大于等于工件最大厚度；模拟件
焊接工艺和坡口形式要与工件相同等要求 J。
由于贯穿件套筒的规格和曲率不同，根据
ASME规范要求，校准试块中，当在检验表面的直
径大于2O in的材料上检验时，可以使用曲率与工
件基本相同的试块或平面试块 j。针对直径不
同的贯穿件套筒产品，相应应该有几个演示件进
行综合验证，但在现场制作时，限于当时现场条件
只多出一个表面直径大于20 in的贯穿件套筒，且
结构尺寸与其他大部分套筒产品接近，所以将此
套筒用于制作模拟演示件，在后续检测中又陆续
制作了相应的模拟演示件以覆盖产品规格范围，
文中以此表面直径大于20 in的贯穿件套筒为例
展开论述。
最厚的CV补强板89 mm，选取了同材质的
=95．3 mm的板，依照ASME V第4章的要求，同
时结合工件实际尺寸，对比试块的制作尺寸为
300 mm×180 mm×95(CV补墙板板厚)mm，孔
规格为05 mm×40 mm，分别位于1／4T，2／4T和
92．8 mm处。最终制作的模拟演示件见图3。
1．4 超声检测工艺
经过以上数据的对比与分析，可以选用的
型脉冲反射式超声检测仪，探头选用2．5P8Z／
2．5P10Z，2．5P20，2P13×13等探头从A～E五个
扫查面进行扫查，验收标准为ASME 11 NE一
5330(2001版+2002增补版)。
2 检测技术实施
在取得标定合格的设备和程序后，首先用
Ⅱw试块(或CSK I A试块)对探头前沿、 值进
行测定后，根据ASME V 2001版+2002增补版，
分别采用ASME 3 ，T=75 n'lm(针对厚度范围为
5O～100 mm的产品)和ASME 2 ，T=38 mm(针
对厚度范围为41．5～50 mm的产品)试块制作
DAC曲线，依据ASME标准V卷要求，仪器系统
应在每一次检测前进行校核，校验应该在每项工
作后4h进行一次。在检测过程中采取6 dB法测
长，验收标准为NE一5330，要求对于反射波幅度
核电站钢制安全壳补强板与贯穿件套筒管板焊缝超声检测技术
大于20％的所有缺陷应扩大探测范围，直至操作
员能够确定缺陷的形状、性质和位置；产品厚度不
同，允许的单个缺陷长度不同，但是信号特征如果
是裂纹、未熔合、未焊透，无论多长都不可接受。
图3 模拟件示意
当检测正交全熔透焊缝时，利用数字超声仪
上距探头前沿的长度、深度读数进行定位；当对非
正交、成角度的全熔透焊缝检测时发现缺陷波后
需要考虑角度问题 ，利用UG、CAD等三维软件
(b)
寸
进行角度模拟计算和演示的同时，使用合适的直
探头提高灵敏度 m 在套筒内侧进行深度定位。
某核电现场检测结果分析如表2所示。
表2 某核电现场部分产品检测结果统计
序号 检件编号 材质 规格(补强板／套筒) 是否合格 缺陷类型 返修次数
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：代表裂纹、未熔合或未焊透危险性缺陷；Ⅱ：代表条状夹渣；(2)表中数据截止至2012—07—13。
· 78 ·
第30卷第1期 压 力 容 器 第242期
由表2检测结果可知：此规格的27件产品
中，第一次检测不合格率达到85％ ，返修后二次
检测不合格率为29％ ，所判缺陷为I类裂纹、未
熔合、未焊透等危险性缺陷，70％的缺陷深度集中
在焊缝根部45±5 mm处，其余缺陷分布在各焊
层之间。基于以上无损检测信息的反馈，对于CV
补强板与贯穿件套筒管板焊缝的焊接，主要注意
事项为避免根部未焊透和未熔合缺陷的产生。对
于此类缺陷，要严格依据wes(焊接工艺规程)中
的电流大小和坡口角度的大小、对接间隙以及运
条角度、预热温度等因素的控制 ，并针对定量
测得的主要缺陷加以分析总结，以提升产品焊缝
的质量水平。
3 结语
cv补强板与贯穿件套筒管板焊缝的超声检
测技术是一个比较复杂的检测技术，该技术在满
足扫查覆盖的基础上必须综合考虑不同检测对象
的结构特征和焊接缺陷特点等来制定超声检测技
术 J。该检测技术的难点和重点具体体现在
需要选择两块ASME校验试块制作DAC曲线、共
涉及直探头和斜探头共计5种探头参数的选择、
模拟件的制作、人工缺陷的选择与制作、检测面的
设定、缺陷的定量与分析、信号的分析等方面。在
综合考虑这些因素的情况下，形成有效的CV补
强板与贯穿件套筒管板焊缝的超声检测技术。该
技术难点的解决为今后出现此类无规程和工艺卡
时的产品的检测提供了较好的思路和方案。
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收稿日期：2012—10—10 修稿日期：2012—12—12
作者简介：马占云(1963一)，男，工程师，讲师，主要从事
核设备无损检测技术与培训工作，通信地址：265118山东
省烟台市海阳市临港产业区山东核电设备制造有限公司
检测中心，E—mail：mazhanyun@mai．snpemc．eom。
(上接第63页)
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收稿日期：2012—11—09 修稿日期：2012—12—04
作者简介：谭蔚(1965一)，女，教授，博导，主要从事压力
容器安全性能评价技术研究工作，通信地址：300072天津
市南开区卫津路92号天津大学化工学院，E—mail：wtan
@tju．edu．en。
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