王巍超，曹剛，郭韻

(國(guó)核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司，上海　200233)

AP1000/CAP1400蒸汽發(fā)生器U形管彎管區(qū)渦流檢測(cè)的信號(hào)特征

王巍超，曹剛，郭韻

(國(guó)核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司，上海200233)

通過(guò)分析蒸發(fā)器傳熱管制造階段的彎管工藝及管壁的形變，探討相似渦流特征信號(hào)的特征，確定該區(qū)域信號(hào)較為準(zhǔn)確的分析方法。

傳熱管;渦流檢測(cè);蒸汽發(fā)生器;無(wú)損檢測(cè)

三代核電AP1000/CAP1400蒸汽發(fā)生器U形傳熱管的驗(yàn)收條件較二代及二代加堆型更為嚴(yán)格，在渦流外穿檢測(cè)及內(nèi)穿信噪比檢測(cè)的基礎(chǔ)上增加了彎管后渦流內(nèi)穿式全管檢測(cè)。內(nèi)穿式全管渦流檢測(cè)中對(duì)TWD、DFI、NQI、DNG、BLG、PVN、MBM、PDS、TAS及NOS等十類渦流信號(hào)的分析記錄標(biāo)準(zhǔn)做了明確的要求，其中彎管區(qū)域渦流信號(hào)的分析，國(guó)內(nèi)外各分析人員存在著不同的見(jiàn)解。因此，研究和了解彎管區(qū)渦流信號(hào)的特征尤為重要。

U形傳熱管彎管區(qū)域的渦流信號(hào)與制造工藝及管壁形變有重要關(guān)系。筆者從分析U形管制造工藝對(duì)管壁形變?cè)斐傻挠绊懭胧?，結(jié)合彎管區(qū)渦流信號(hào)特點(diǎn)，介紹彎管區(qū)域切點(diǎn)信號(hào)及加速點(diǎn)渦流信號(hào)的特征。

1　制造工藝概述

蒸汽發(fā)生器傳熱管選用Inconel690TT合金，提高了Cr含量，降低Ni含量，改善了傳熱管在役運(yùn)行中的應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)完成了三代核電蒸發(fā)器傳熱管的自主化生產(chǎn)并實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。

世界上除個(gè)別廠商采用拉拔工藝外，其他均為軋制工藝。以扎制為例，主要生產(chǎn)工藝為鍛造開(kāi)坯、熱擠壓、冷軋、脫脂、熱處理、矯直、彎管、檢驗(yàn)、包裝。管材要經(jīng)過(guò)三次熱處理，即退火、特殊熱處理、消除應(yīng)力。消除應(yīng)力僅用于較小彎管半徑的個(gè)別行數(shù)管束，并且在彎管后實(shí)施。

國(guó)內(nèi)U形傳熱管的彎管均采用冷彎管工藝，根據(jù)不同的彎管半徑又分為推彎和模彎兩種彎管方式，通常模彎工藝用于小彎管半徑的傳熱管。

推彎工藝依靠圖1中的尼龍滾輪3和轉(zhuǎn)臂的規(guī)則運(yùn)動(dòng)完成規(guī)定半徑的彎管，其中尼龍滾輪1及尼龍滾輪2用于傳熱管的固定和驅(qū)動(dòng)傳熱管軸向運(yùn)動(dòng)。模彎工藝與推彎工藝類似(見(jiàn)圖2)，傳熱管依舊沿軸向運(yùn)動(dòng)，彎管時(shí)轉(zhuǎn)臂圍繞彎模中心轉(zhuǎn)動(dòng)。彎模和擋塊也采用尼龍材質(zhì)，彎模和擋塊的加工精度直接影響彎管的質(zhì)量。

2　彎管對(duì)管壁尺寸的影響

彎管過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的彈性、塑性變形過(guò)程，管子變形程度除了材料本身物理性能外，還與彎管機(jī)施加在管子上的外載荷大小有關(guān)［1］。以某廠生產(chǎn)的蒸汽發(fā)生器U形傳熱管為測(cè)試對(duì)象，使用千分卡尺在彎管區(qū)域不同長(zhǎng)度上測(cè)量A-C、D-B兩個(gè)方向上直徑的變化，使用超聲波測(cè)厚儀在彎管區(qū)域不同長(zhǎng)度上測(cè)量A、B、C、D四個(gè)周向方向上的壁厚變化(見(jiàn)圖3)。

圖3中，左側(cè)為直管段截面示意圖，右側(cè)為彎管段截面示意圖，在彎管后A-C方向上的直徑略微變小，D-B方向上直徑略微變大，并且靠近彎管內(nèi)測(cè)的管壁A點(diǎn)壁厚明顯大于彎管外側(cè)管壁C點(diǎn)的壁厚。在0°～180°彎管區(qū)域內(nèi)，自0°起橢圓度逐漸增大，到90°時(shí)達(dá)到最大，在90°～180°傳熱管的橢圓度逐漸減小。由于彎管工藝中考慮到管子的回彈，彎管角度會(huì)控制在180°±(3°～5°)［2］，因此180°終彎處的變形程度會(huì)略大于0°起彎處，這個(gè)現(xiàn)象在采用模彎工藝制造的小彎管半徑U形傳熱管中尤為明顯。

3　彎管切點(diǎn)信號(hào)特點(diǎn)

三代核電AP1000/CAP1400蒸汽發(fā)生器U形管渦流檢測(cè)結(jié)果顯示，傳熱管彎管區(qū)域存在不同幅值的彎管切點(diǎn)信號(hào)(TAS)，在彎管切點(diǎn)信號(hào)附近存在近似凹痕(DNG)與凸起(BLG)的疑似信號(hào)，且信號(hào)特征具備普遍性。國(guó)內(nèi)外廠商普遍發(fā)現(xiàn)有近似信號(hào)，此類信號(hào)與二代及二代加系列壓水堆的蒸汽發(fā)生器傳熱管彎管區(qū)域的信號(hào)有較大的差別，也與當(dāng)前國(guó)內(nèi)常規(guī)島高、低壓加熱換熱器等不銹鋼U形管的信號(hào)不同。若不對(duì)彎管區(qū)信號(hào)的成因及特征進(jìn)行研究將極易造成誤判和漏判。

在U形管內(nèi)穿式渦流檢測(cè)的驗(yàn)收條件中對(duì)所允許的最大凹痕及凸起的數(shù)量有明確的規(guī)定，并且對(duì)單一凹痕或凸起信號(hào)的幅值也有嚴(yán)格的要求;同時(shí)也對(duì)不同行數(shù)區(qū)間內(nèi)的傳熱管彎管切點(diǎn)信號(hào)的幅值要求做了詳細(xì)的規(guī)定。對(duì)于圖4中的渦流信號(hào)，國(guó)內(nèi)外在該區(qū)域信號(hào)的判定上有著各自不同的看法，筆者將詳細(xì)討論彎管區(qū)域信號(hào)的特征，以正確區(qū)分特征信號(hào)及缺陷信號(hào)。

4　彎管切點(diǎn)信號(hào)

傳熱管渦流檢測(cè)中在主頻差分通道上切點(diǎn)信號(hào)基本在水平方向上(ASME標(biāo)準(zhǔn)樣管上通孔信號(hào)相位設(shè)為40°，4個(gè)20%外壁平底孔信號(hào)電壓設(shè)置為4 V)，起彎處切點(diǎn)信號(hào)在主頻差分通道的水平方向分量上朝向右方，而終彎處切點(diǎn)信號(hào)在主頻差分通道的水平方向分量上朝向左方。

渦流bobbin探頭在從直管段部分向彎管部分以及從彎管部分向直管段部分移動(dòng)過(guò)渡時(shí)，探頭的中心將偏離管中軸線，從而會(huì)引起阻抗的變化;另一方面，彎管過(guò)程會(huì)導(dǎo)致管壁發(fā)生變形，AC方向直徑會(huì)略微變小，整個(gè)彎管區(qū)域可看作為一個(gè)在彎管內(nèi)側(cè)軸向方向上有一定長(zhǎng)度的“凹痕”，兩處的切點(diǎn)信號(hào)分別為該“凹痕”的兩個(gè)端點(diǎn)信號(hào)，因此切點(diǎn)信號(hào)的相位大多在水平方向上(見(jiàn)圖5)。

由于彎管過(guò)程中，半徑較大的彎管其管壁的變形也較小，因此在主頻差分通道上的切點(diǎn)信號(hào)幅值隨著行號(hào)的增大而減小，其變化規(guī)律見(jiàn)圖6。

一般而言，在推彎工藝中，起彎處切點(diǎn)信號(hào)通常大于終彎處切點(diǎn)信號(hào);但在模彎工藝中，終彎處結(jié)束位置在180°±(3°～5°)，終彎處形變明顯要大于起彎處，因此終彎處切點(diǎn)信號(hào)幅值反而會(huì)高于起彎處切點(diǎn)信號(hào)。

5　加速點(diǎn)信號(hào)

在實(shí)際檢測(cè)中，半徑較大(例如行號(hào)90以上)的區(qū)域除切點(diǎn)信號(hào)外也會(huì)存在另一類似于凹痕或凸起的信號(hào)，該信號(hào)通常靠近于彎管的起彎處，距離起彎處切點(diǎn)信號(hào)一般在100 mm以內(nèi)(見(jiàn)圖7)。

在彎管過(guò)程中轉(zhuǎn)臂的移動(dòng)速度并非恒定，起始速度較慢，之后以相對(duì)較快的速度運(yùn)轉(zhuǎn)直至結(jié)束，故存在一個(gè)加速點(diǎn)，并且此時(shí)滾輪3處的受力情況由于速度的陡變而發(fā)生變化，會(huì)導(dǎo)致管壁的形變，因此該類似于凹痕或凸起的信號(hào)實(shí)質(zhì)上為加速點(diǎn)信號(hào)。由于加速點(diǎn)的幅值與彎管機(jī)上滾輪3上施加的力有關(guān)，通過(guò)調(diào)節(jié)滾輪3的行程與壓力能較好地控制加速點(diǎn)信號(hào)的幅值。

加速點(diǎn)信號(hào)的位置和幅值與彎管機(jī)的參數(shù)設(shè)置有直接的關(guān)系，對(duì)于不同的彎管半徑的U形管，其加速點(diǎn)信號(hào)也略有不同，甚至可以靠近起彎處，使切點(diǎn)信號(hào)與加速點(diǎn)信號(hào)形成新的復(fù)合信號(hào)，見(jiàn)圖8。

6　結(jié)語(yǔ)

三代核電AP1000/CAP1400蒸汽發(fā)生器U形管在彎管區(qū)域的切點(diǎn)信號(hào)和加速點(diǎn)信號(hào)在渦流信號(hào)上雖然類似于凹痕或凸起，但有著不同的信號(hào)特征和形成原因。熟悉及理解這兩類信號(hào)的特征尤為重要。

彎管區(qū)域的切點(diǎn)信號(hào)的評(píng)定，對(duì)于圖7中兩處信號(hào)在軸向方向上能明顯區(qū)分的，起彎處和終對(duì)于彎管區(qū)域的加速點(diǎn)信號(hào)，在當(dāng)前的驗(yàn)收條件中并未做詳細(xì)的規(guī)定，此類信號(hào)可視為局部噪聲，按照彎管區(qū)域噪聲(NOS)的記錄準(zhǔn)則處理較為妥當(dāng)。參考文獻(xiàn):

彎處切點(diǎn)信號(hào)應(yīng)按照切點(diǎn)信號(hào)的相關(guān)記錄準(zhǔn)則評(píng)定;對(duì)于圖8中切點(diǎn)信號(hào)與加速點(diǎn)信號(hào)較為接近信號(hào)，若能區(qū)分，則應(yīng)區(qū)分對(duì)待;圖4中兩者復(fù)合為一個(gè)信號(hào)，則應(yīng)當(dāng)視為切點(diǎn)信號(hào)處理，按切點(diǎn)信號(hào)的記錄標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定。

［1］姜素云，董靜.核電蒸發(fā)器用傳熱管生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介［J］.冶金設(shè)備，2012(S1):117-119.

［2］張軍.淺析一種U型管冷彎快速成型法［J］.裝備制造技術(shù)，2011(3):164-165.

Signature of Eddy Current Indications at U-tube Bend Areas of AP1000/CAP1400 Steam Generators

Wang Weichao，Cao Gang，Guo Yun
(State Nuclear Power Plant Service Company，Shanghai 200233，China)

By analyzing the bending technology and wall deformation characteristics of heat-transfer tubes in a steam generator，the signature of similar eddy current indications was studied，so as to find an appropriate method for analysis on signals detected from this region.

heat-transfer tube;eddy current testing;steam generator;NDT

TL353.13

A

1671-086X(2016)01-0043-03

2015-07-18

王巍超(1986—)，男，工程師，主要從事渦流檢測(cè)工作。

E-mail:18930176938@189.cn