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奥氏体不锈钢管道环焊缝的超声相控阵检测

谢航;张益成;周礼峰;邱进杰;蔡家藩

【摘要】Basedonthephasedarrayinspectiontechnology,thispaper

introducestheultrasonicphasedarrayprogramfortestingtheaustenitic

stainlesssteelpipeweldandtheselectionofphasedarrayprobekey

parameters.Thesoundfieldoftheselectedprobeisdemonstratedbythe

CIVAacousticsimulationsoftware.Theinspectionperformanceofthis

methodisdemonstratedbytheexperimentonthenaturaldefectsblock.%

介绍了奥氏体不锈钢管道环焊缝的超声相控阵检测技术方案,阐述了检测过程中相

控阵探头的关键参数选择方法,并采用CIVA声学仿真软件对选择探头的声场分布

进行模拟,最后通过对奥氏体不锈钢自然缺陷试块进行检测试验,结果表明:手动超声

相控阵检测技术能够作为核电站奥氏体不锈钢管道环焊缝常规自动超声检测的有效

补充.

【期刊名称】《无损检测》

【年(卷),期】2017(039)003

【总页数】4页(P23-25,29)

【关键词】超声相控阵;奥氏体不锈钢;焊缝

【作者】谢航;张益成;周礼峰;邱进杰;蔡家藩

【作者单位】中核武汉核电运行股份有限公司,武汉430223;中核武汉核电运行股

份有限公司,武汉430223;中核武汉核电运行股份有限公司,武汉430223;中核武

汉核电运行股份有限公司,武汉430223;中核武汉核电运行股份有限公司,武汉

430223

【正文语种】中文

【中图分类】TG115.28

奥氏体不锈钢以其优良的抗腐蚀性、抗氧化性以及低温韧性被广泛应用于核电站的

管道系统中。由于长期处在高温、高压、高放射性和水流冲击等环境中，奥氏体不

锈钢管道焊缝及其热影响区容易出现腐蚀、疲劳裂纹、冲蚀等缺陷。为了保证核电

站的安全稳定运行，核电站的在役检查规范中都要求对奥氏体不锈钢管道焊缝进行

超声波检查。

为了保证检查质量，国内核电站不锈钢管道的超声检查一般采用常规自动超声检测

技术。自动超声检测技术可实现多探头数据采集，不仅提高了检测效率，而且减少

了人为因素造成的缺陷漏检。但是该技术在核电站现场实施检测时，由于设备、被

检对象和场地的限制，会出现缺陷漏检。解决这些问题的传统做法是采用常规手动

超声检测进行补充检查，但是手动超声检测成像只是一维A扫信号(幅值/时间)，

奥氏体不锈钢的粗大柱状晶粒结构会使得超声波在传播过程中产生较大的衰减和散

射，造成声束和衰减的各向异性以及声束的偏转，引起较高的本底噪声而使得信噪

比大幅度下降。因此采用常规手动超声进行检查时，容易出现漏报误报。

超声相控阵检测技术是一种先进的超声检查技术。相比常规超声，相控阵超声声束

灵活可控，其可在不改变探头布置的前提下对检测对象进行多角度、多方位地扫查，

并将信号显示为直观的扇扫图像，从而降低了缺陷的漏检率，提高了检测的可靠性，

已被广泛应用于复杂结构部件的检测中[1]。目前，超声相控阵技术已经逐渐应用

于核电站的无损检测中，如核电枞树型汽轮机叶片的根部检测[2]、核电设备贯穿

件的焊缝检测[3]等。同时国内也在对以横孔为标准反射体的奥氏体不锈钢焊缝中

的体积型缺陷进行超声相控阵技术研究[4-5]。但是由于较体积型缺陷，面积型缺

陷的应力更为集中，给安全带来的危害更大。按照ASME规范第Ⅺ卷附录Ⅷ中要

求，奥氏体不锈钢管道焊缝超声检测能力验证中，盲测试块的设计缺陷应为机械疲

劳裂纹和穿晶应力腐蚀裂纹或热疲劳裂纹，至少75%的裂纹应为穿晶裂纹或热疲

劳裂纹。

笔者从核电站奥氏体不锈钢管道焊缝相控阵检测技术出发，针对奥氏体不锈钢环焊

缝中不同深度的面积型缺陷，设计了不同聚焦深度的探头和楔块，并将检测结果同

常规自动超声检测进行了比较。结果表明，手动超声相控阵检测技术能够作为核电

站奥氏体不锈钢管道环焊缝常规自动超声检测的有效补充。

1.1相控阵探头设计由于奥氏体不锈钢在热处理时不发生相变，因此不能使其晶

粒细化。研究表明，