一種蒸汽發(fā)生器傳熱管超聲檢查的探頭組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種蒸汽發(fā)生器傳熱管超聲檢查的探頭組件。
【背景技術(shù)】
[0002]蒸汽發(fā)生器是動(dòng)力裝置的關(guān)鍵設(shè)備，傳熱管是蒸汽發(fā)生器的關(guān)鍵部件，蒸汽發(fā)生器中有幾千根細(xì)小的傳熱管以很小的間隙分布在管板上。工作時(shí)傳熱管內(nèi)部將高溫高壓的一次側(cè)水通過傳熱管與外部的二次側(cè)水進(jìn)行熱交換，同時(shí)傳熱管還起隔離的作用。為保證整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，需要對(duì)蒸汽發(fā)生器傳熱管進(jìn)行定期檢驗(yàn)。
[0003]蒸汽發(fā)生器傳熱管在運(yùn)行過程中，受到高溫高壓和交變載荷等作用，容易產(chǎn)生周向、軸向裂紋、腐蝕、點(diǎn)蝕等缺陷以及管徑壁厚發(fā)生變化。目前國(guó)內(nèi)外一般采用渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)蒸汽發(fā)生器傳熱管實(shí)施檢驗(yàn)，采用渦流檢測(cè)探頭從傳熱管內(nèi)表面進(jìn)行檢查，但渦流檢查技術(shù)對(duì)傳熱管缺陷的檢查、評(píng)定和度量都有其局限性，仍是檢查的一個(gè)重大難題。蒸汽發(fā)生器傳熱管內(nèi)徑小，管壁薄，且密封在蒸汽發(fā)生器內(nèi)部，如果采用渦流檢測(cè)技術(shù)，對(duì)形狀復(fù)雜的裂紋檢測(cè)水平較低，對(duì)缺陷定性、定量不準(zhǔn)確；傳熱管與管板連接的脹管過渡區(qū)管徑和壁厚不斷變化，且傳熱管與管板這兩種基體材質(zhì)存在差異，采用渦流檢測(cè)時(shí)電流無法保證其精度，會(huì)對(duì)渦流檢測(cè)會(huì)造成困難；且在對(duì)傳熱管進(jìn)行渦流檢查時(shí)，一般會(huì)選用多種類型的檢測(cè)探頭進(jìn)行檢驗(yàn)，勢(shì)必會(huì)增加更換探頭造成的人員和設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種針對(duì)蒸汽發(fā)生器傳熱管檢查，特別是脹管過渡區(qū)特殊結(jié)構(gòu)的檢驗(yàn)的蒸汽發(fā)生器傳熱管超聲檢查的探頭組件。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種蒸汽發(fā)生器傳熱管超聲檢查的探頭組件，包括:超聲探頭、探頭夾具、導(dǎo)向頭；
[0006]所述探頭夾具為柱狀結(jié)構(gòu)，其外徑略小于蒸汽發(fā)生器傳熱管內(nèi)徑；沿其軸向設(shè)有若干個(gè)均勻間隔且沿其徑向穿通的探頭安裝孔，超聲探頭卡嵌在所述探頭安裝孔中；探頭夾具上還設(shè)有一個(gè)電纜孔，該電纜孔與其軸向一端穿通；兩個(gè)花瓣分別卡接在探頭夾具兩端；所述花瓣為塑料中空花瓣自鎖接頭；花瓣擴(kuò)張的最大外徑略大于蒸汽發(fā)生器傳熱管內(nèi)徑；探頭夾具上遠(yuǎn)離設(shè)有電纜孔一端的花瓣與導(dǎo)向頭連接；超聲電纜自探頭夾具設(shè)有電纜孔一端的花瓣穿入電纜孔與超聲探頭連接。
[0007]所述探頭夾具的柱狀結(jié)構(gòu)外壁面開有兩個(gè)徑向槽，該槽沿軸向方向延伸且呈矩形平面，在所述槽內(nèi)開有五個(gè)均勻間隔且徑向穿通的探頭安裝孔，超聲探頭卡嵌在所述探頭安裝孔。
[0008]所述超聲探頭包括軸向斜入射探頭、縱波直探頭、周向斜入射探頭；
[0009]兩個(gè)軸向斜入射探頭、一個(gè)縱波直探頭、兩個(gè)周向斜入射探頭依次嵌入所述五個(gè)探頭安裝孔中；兩個(gè)軸向斜入射探頭、一個(gè)縱波直探頭、兩個(gè)周向斜入射探頭的探頭檢測(cè)面與一個(gè)所述槽的矩形平面平齊。
[0010]所述導(dǎo)向頭圓錐狀塑料體，其外徑小于蒸汽發(fā)生器傳熱管內(nèi)徑。
[0011]本發(fā)明的有益效果是，
[0012](I)本發(fā)明采用專用的超聲探頭，即高頻窄脈沖點(diǎn)聚焦水浸超聲探頭，能夠?qū)鳠峁軆?nèi)部實(shí)施全體積掃查，能夠避免近場(chǎng)區(qū)影響，探頭分辨率高。通過對(duì)超聲采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)缺陷信號(hào)，提高缺陷檢出率，并對(duì)缺陷進(jìn)行定性分析，對(duì)體積型缺陷進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量，對(duì)軸向裂紋和周向裂紋進(jìn)行高度和長(zhǎng)度測(cè)量?？梢詫?duì)管壁減薄進(jìn)行準(zhǔn)確判定，并測(cè)量減薄的尺寸。
[0013](2)本發(fā)明采用專用的探頭夾具，水浸超聲探頭安裝到探頭夾具內(nèi)，能夠以一定的折射角度入射到工件內(nèi)部，根據(jù)探頭安裝孔的方向不同，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳熱管內(nèi)進(jìn)行不同方向缺陷進(jìn)行掃查，同時(shí)安裝縱波直探頭和多個(gè)斜探頭，縱波直探頭可以檢測(cè)傳熱管管壁厚度的變化，斜入射探頭可以檢測(cè)任意方向上的裂紋及腐蝕類缺陷，并對(duì)缺陷進(jìn)行定性和定量；減少更換探頭造成的人員和設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約檢查時(shí)間，提高檢查效率。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明汽發(fā)生器傳熱管超聲檢查的探頭組件結(jié)構(gòu)及應(yīng)用示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明汽發(fā)生器傳熱管超聲檢查的探頭組件的探頭夾具示意圖；
[0016]圖3為超聲探頭軸向斜入射探頭水中入射角計(jì)算示意圖；
[0017]圖4為超聲探頭周向斜入射探頭水中入射角及偏心距計(jì)算示意圖；
[0018]圖中，I探頭組件；2超聲探頭；3探頭夾具；4花瓣；5超聲電纜；6電纜孔；7軸向斜入射探頭；8縱波直探頭；9周向斜入射探頭；10導(dǎo)向頭。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述:
[0020]本發(fā)明的一種蒸汽發(fā)生器傳熱管超聲檢查的探頭組件，包括:超聲探頭2、探頭夾具3、導(dǎo)向頭10 ;
[0021]探頭夾具3為柱狀結(jié)構(gòu)，其外徑略小于蒸汽發(fā)生器傳熱管內(nèi)徑；沿其軸向設(shè)有五個(gè)均勻間隔且沿其徑向穿通的探頭安裝孔；
[0022]具體地，柱狀結(jié)構(gòu)的外壁面開有兩個(gè)徑向槽，該槽沿軸向方向延伸且呈矩形平面，在所述槽內(nèi)開有五個(gè)均勻間隔且徑向穿通的探頭安裝孔；
[0023]探頭夾具3上還設(shè)有一個(gè)電纜孔6，該電纜孔6與其軸向一端穿通；
[0024]超聲探頭2包括軸向斜入射探頭7、縱波直探頭8、周向斜入射探頭9 ;
[0025]兩個(gè)軸向斜入射探頭7、一個(gè)縱波直探頭8、兩個(gè)周向斜入射探頭9依次嵌入所述五個(gè)探頭安裝孔中；兩個(gè)軸向斜入射探頭7、一個(gè)縱波直探頭8、兩個(gè)周向斜入射探頭9的探頭檢測(cè)面與一個(gè)所述槽的矩形平面平齊；
[0026]兩個(gè)花瓣4分別卡接在探頭夾具3兩端；所述花瓣4為塑料中空花瓣自鎖接頭；花瓣4擴(kuò)張的最大外徑略大于蒸汽發(fā)生器傳熱管內(nèi)徑；
[0027]探頭夾具3上遠(yuǎn)離設(shè)有電纜孔一端的花瓣4與導(dǎo)向頭10連接；
[0028]導(dǎo)向頭10圓錐狀塑料體，其外徑小于蒸汽發(fā)生器傳熱管內(nèi)徑；
[0029]超聲電纜5自探頭夾具3設(shè)有電纜孔一端的花瓣4穿入電纜孔6與超聲探頭2連接。
[0030]針對(duì)蒸汽發(fā)生器傳熱管超聲檢查，設(shè)計(jì)的探頭及組件系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)探頭在傳熱管內(nèi)同時(shí)實(shí)施周向和軸向正反兩個(gè)方向檢查。
[0031]該種探頭及組件系統(tǒng)I主要由超聲探頭2、探頭夾具3、花瓣4、超聲電纜5組成(見圖1)。
[0032]超聲探頭2:針對(duì)蒸汽發(fā)生器傳熱管超聲檢查，設(shè)計(jì)多通道高頻窄脈沖點(diǎn)聚焦縱波直探頭。
[0033]探頭晶片、頻率和頻帶寬度的選擇:傳熱管管壁薄，探頭晶片尺寸可以選取與壁厚同數(shù)量級(jí)的晶片尺寸。因最小要檢測(cè)出壁厚10%高度的裂紋，則探頭頻率至少應(yīng)為15MHz，選取周期數(shù)較少的探頭可以提高聲束方向分辨率。
[0034]確定水層厚度:水浸超聲檢查，水層厚度是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。避免水界面波對(duì)超聲信號(hào)的影響，設(shè)計(jì)合適的水層厚度，保證縱波直探頭的三次反射波和斜入射探頭的二次反射波均處于第一次水界面波和第二次水界面波之間。
[0035]焦距確定:傳熱管結(jié)構(gòu)特殊，設(shè)計(jì)點(diǎn)聚焦探頭，選擇合適的焦距范圍覆蓋全壁厚，提高體積性缺陷、周向和軸向裂紋的定位和定量精度。
[0036]探頭夾具3:根據(jù)水浸超聲檢查的要求，設(shè)計(jì)專用的探頭夾具。探頭夾具包括電纜孔6，軸向斜入射探頭安裝孔7，縱波直探頭安裝孔8和周向斜入射探頭安裝孔9四部分組成。探頭夾具見圖2所示，圖3是軸向斜入射探頭水中入射角計(jì)算示意圖，圖4是周向斜入射探頭水中入射角及偏心距計(jì)算示意圖。
[0037]軸向斜入射探頭7與周向斜入射探頭9采用相同的折射角度，角度為β?？梢愿鶕?jù)超聲探頭聲束在傳熱管工件內(nèi)的折射角計(jì)算探頭在水中的入射角Θ即安裝孔的傾斜角度，通過以下公式計(jì)算:
[0038]入射角Θ = arcsin (Cff*sin β /CS)
[0039]其中:CW表示水中聲速；
[0040]CS表不傳熱管中斜射波聲速。
[0041]軸向斜入射探頭7安裝孔的中心與傳熱管中心共平面，則安裝孔的偏心距X =Omm;周向斜入射探頭9安裝孔的中心偏移傳熱管的中心，可以根據(jù)以下公式，對(duì)周向斜入射安裝孔偏離傳熱管中心的距離進(jìn)行計(jì)算:
[0042]偏心距X = sin Θ *R
[0043]其中:Θ表示水中入射角；
[0044]R表示傳熱管內(nèi)徑。
[0045]花瓣4:通過花瓣將探頭夾具3、超聲探頭2和超聲電纜5相連接，形成探頭組件整體結(jié)構(gòu)。花瓣4的外徑與傳熱管內(nèi)徑相適應(yīng)，通過花瓣4可以自動(dòng)調(diào)整探頭組件的中心與傳熱管中心相重合，并且起到支撐探頭及組件的作用。
[0046]超聲電纜5:探頭組件內(nèi)的短電纜，一束共5根，短電纜一端穿過夾具上電纜孔與超聲探頭相連接，另一端通過電纜接頭接頭與超聲儀連接，實(shí)現(xiàn)超聲信號(hào)的傳導(dǎo)，在數(shù)據(jù)采集過程中傳輸信號(hào)至超聲采集軟件。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種蒸汽發(fā)生器傳熱管超聲檢查的探頭組件，其特征在于:包括:超聲探頭、探頭夾具、導(dǎo)向頭； 所述探頭夾具為柱狀結(jié)構(gòu)，其外徑略小于蒸汽發(fā)生器傳熱管內(nèi)徑；沿其軸向設(shè)有若干個(gè)均勻間隔且沿其徑向穿通的探頭安裝孔，超聲探頭卡嵌在所述探頭安裝孔中；探頭夾具上還設(shè)有一個(gè)電纜孔，該電纜孔與其軸向一端穿通；兩個(gè)花瓣分別卡接在探頭夾具兩端；所述花瓣為塑料中空花瓣自鎖接頭；花瓣擴(kuò)張的最大外徑略大于蒸汽發(fā)生器傳熱管內(nèi)徑；探頭夾具上遠(yuǎn)離設(shè)有電纜孔一端的花瓣與導(dǎo)向頭連接；超聲電纜自探頭夾具設(shè)有電纜孔一端的花瓣穿入電纜孔與超聲探頭連接。2.按照權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器傳熱管超聲檢查的探頭組件，其特征在于:所述探頭夾具的柱狀結(jié)構(gòu)外壁面開有兩個(gè)徑向槽，該槽沿軸向方向延伸且呈矩形平面，在所述槽內(nèi)開有五個(gè)均勻間隔且徑向穿通的探頭安裝孔，超聲探頭卡嵌在所述探頭安裝孔。3.按照權(quán)利要求2所述的蒸汽發(fā)生器傳熱管超聲檢查的探頭組件，其特征在于:所述超聲探頭包括軸向斜入射探頭、縱波直探頭、周向斜入射探頭； 兩個(gè)軸向斜入射探頭、一個(gè)縱波直探頭、兩個(gè)周向斜入射探頭依次嵌入所述五個(gè)探頭安裝孔中；兩個(gè)軸向斜入射探頭、一個(gè)縱波直探頭、兩個(gè)周向斜入射探頭的探頭檢測(cè)面與一個(gè)所述槽的矩形平面平齊。4.按照權(quán)利要求2所述的蒸汽發(fā)生器傳熱管超聲檢查的探頭組件，其特征在于:所述導(dǎo)向頭圓錐狀塑料體，其外徑小于蒸汽發(fā)生器傳熱管內(nèi)徑。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種蒸汽發(fā)生器傳熱管超聲檢查的探頭組件，包括：超聲探頭、探頭夾具、導(dǎo)向頭；所述探頭夾具為柱狀結(jié)構(gòu)，其外徑略小于蒸汽發(fā)生器傳熱管內(nèi)徑；沿其軸向設(shè)有若干個(gè)均勻間隔且沿其徑向穿通的探頭安裝孔，超聲探頭卡嵌在所述探頭安裝孔中；探頭夾具上還設(shè)有一個(gè)電纜孔，該電纜孔與其軸向一端穿通；兩個(gè)花瓣分別卡接在探頭夾具兩端；所述花瓣為塑料中空花瓣自鎖接頭；花瓣擴(kuò)張的最大外徑略大于蒸汽發(fā)生器傳熱管內(nèi)徑；探頭夾具上遠(yuǎn)離設(shè)有電纜孔一端的花瓣與導(dǎo)向頭連接；超聲電纜自探頭夾具設(shè)有電纜孔一端的花瓣穿入電纜孔與超聲探頭連接。本實(shí)用新型能夠針對(duì)蒸汽發(fā)生器傳熱管檢查，特別是脹管過渡區(qū)特殊結(jié)構(gòu)的檢驗(yàn)。
【IPC分類】G01N29/22, G01N29/24
【公開號(hào)】CN204740230
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420857877
【發(fā)明人】尹鵬, 盧威, 許遠(yuǎn)歡, 柯濤, 葉冬, 王玉倩, 劉奎
【申請(qǐng)人】中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司, 核動(dòng)力運(yùn)行研究所
【公開日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2014年12月30日