压力容器顶盖排气管贯穿件TOFD自动检测的超声探头制造技术

本实用新型专利技术涉及压力容器顶盖排气管贯穿件自动检测技术领域，具体公开了一种用于反应堆压力容器顶盖排气管贯穿件TOFD自动检测的超声探头。该结构包括TOFD探头、探头芯体、外壳以及伸缩弹簧，其中，TOFD探头设至在探头芯体中形成一体式结构，在探头芯体的两端设有连接块，探头芯体安装在外壳中，并在连接块的上方设有伸缩弹簧，保证探头芯体具有一定范围的弹性距离。该探头能够实现对反应堆压力容器顶盖排气管贯穿件的自动超声检测，解决粗晶壁薄的微小缺陷的检测能力；同时，在同一探头上包含了周向和轴向两种TOFD探头，克服了现有独立探头整体过长，容易卡死在贯穿件中的问题。

An ultrasonic probe for TOFD automatic detection of exhaust pipe penetration of pressure vessel top cover

【技术实现步骤摘要】
压力容器顶盖排气管贯穿件TOFD自动检测的超声探头
本专利技术属于压力容器顶盖排气管贯穿件自动检测
，具体涉及一种用于反应堆压力容器顶盖排气管贯穿件TOFD自动检测的超声探头。
技术介绍
AP1000核反应堆是我国从美国西屋引进的第三代核电机组，其反应堆压力容器与其他压水堆一个明显的区别，即AP1000堆芯顶端的下方不再设有反应堆压力容器底部贯穿件，所有的压力容器贯穿件都布置在其一体化顶盖上。这样的设计消除了因反应堆压力容器发生泄漏而导致冷却剂丧失事故的可能性，增加了结构刚度，并缩短了大修换料的操作时间。反应堆压力容器顶盖上有一个排气管，它的作用是在冷却剂系统充水时排出压力容器顶部的空气，处于顶盖贯穿件丛林分布的中间位置，人无法接近，只能采用检查装置实施自动检测。排气管贯穿件处于高压高辐射环境，在运行过程中可能产生应力腐蚀开裂并导致泄漏，并且依据ASME规范要求，该部件对平面型缺陷的容忍度较小，检验技术必须达到足够高的检验灵敏度，具备微小缺陷的检出能力。因此，对于贯穿件本体采用TOFD自动超声技术能有效的提高微小缺陷的检测能力，并且采用自动检测，可以降低漏检或者误判可能性。排气管贯穿件外径Φ33.4mm，内径Φ20.7mm，材料为镍基合金。贯穿件内径小，曲率大，镍基合金晶粒粗大，超声波检测时声衰减严重且信噪比低。这些不利因素造成TOFD探头设计时存在如下困难：1)探头内表面接触时，大曲率自带聚焦效益，对周向TOFD探头的晶片屋顶角、两组晶片直接的间距(PCS)有较大影响；2)TOFD探头对贴合性要求较高，如何保证大曲率下周向TOFD探头的有效贴合，也是一大难题；3)排气管贯穿件材料为镍基合金，壁厚为6.35mm，解决其粗晶壁薄的微小缺陷的检测能力；4)国内目前的常规TOFD探头均是两个独立的探头，分置在被检区域两侧，但是这样的布置造成探头整体过长，如果探头卡死在贯穿件内，则存在拔出时断裂风险，因此探头组件必须设计的尽量短。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于反应堆压力容器顶盖排气管贯穿件TOFD自动检测的超声探头，针对反应堆压力容器顶盖排气管贯穿件的特殊要求，实现小管径贯穿件本体的自动TOFD检测，提高检验灵敏度及对微小缺陷的检出率。本专利技术的技术方案如下：一种用于反应堆压力容器顶盖排气管贯穿件TOFD自动检测的超声探头，该结构包括TOFD探头、探头芯体、外壳以及伸缩弹簧，其中，TOFD探头设至在探头芯体中形成一体式结构，在探头芯体的两端设有连接块，探头芯体安装在外壳中，并在连接块的上方设有伸缩弹簧，保证探头芯体具有一定范围的弹性距离。所述的TOFD探头包括周向TOFD探头和轴向TOFD探头，且所述的周向TOFD探头和轴向TOFD探头前后布置在探头芯体中，中间由隔声层断开。所述的周向TOFD探头和轴向TOFD探头均由两组参数完全相同的晶片楔块组合相对对称布置，其中一组晶片楔块组合用于发射信号，另外一组晶片楔块组合用于接收信号；且所述的周向TOFD探头和轴向TOFD探头中的晶片为圆形晶片。所述的周向TOFD探头的频率为5～7MHz，晶片直径为6mm。所述的周向TOFD探头中TOFD45°探头PCS值为10mm，屋顶角为-4.4°；TOFD60°探头PCS值为12mm，屋顶角为-9.8°。所述的轴向TOFD探头频率为5MHz，晶片直径为8mm。所述的轴向TOFD探头中TOFD45°探头PCS值为15mm，TOFD60°探头PCS值为30mm，轴向TOFD探头中的楔块，其屋顶角为0°，声束与贯穿件轴向同心。所述的周向TOFD探头的入射点与工件的曲率同心并保持在同一弧线上。所述的外壳为铝合金外壳。所述的探头芯体为不锈钢材质。本专利技术的显著效果在于：本专利技术所述的一种用于反应堆压力容器顶盖排气管贯穿件TOFD自动检测的超声探头，能够实现对反应堆压力容器顶盖排气管贯穿件的自动超声检测，解决粗晶壁薄的微小缺陷的检测能力；同时，在同一探头上包含了周向和轴向两种TOFD探头，克服了现有独立探头整体过长，容易卡死在贯穿件中的问题。附图说明图1为本专利技术所述的一种用于反应堆压力容器顶盖排气管贯穿件TOFD自动检测的超声探头芯体结构示意图；图2为图1的侧视图；图3为本专利技术所述的一种用于反应堆压力容器顶盖排气管贯穿件TOFD自动检测的超声探头组件结构示意图；图4为图1中周向TOFD探头结构示意图；图5为图1中轴向TOFD探头结构示意图；图中：1、周向TOFD探头；2、轴向TOFD探头；3、探头芯体；4、连接块；5、铝合金外壳。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图1～5所示，一种用于反应堆压力容器顶盖排气管贯穿件TOFD自动检测的超声探头，包括TOFD探头、探头芯体3、外壳以及伸缩弹簧，其中，TOFD探头一体式设置在探头芯体中，探头芯体两端安装有连接块4，探头芯体安装在铝合金外壳5中，并在连接块4上方安装有伸缩弹簧，保证探头芯体有一定范围的弹性距离，以便更好地与贯穿件贴合，其中，TOFD探头包括周向TOFD探头1和轴向TOFD探头2，周向TOFD探头1和轴向TOFD探头2前后布置在不锈钢材质的探头芯体3中，周向TOFD探头1和轴向TOFD探头2均由两组参数完全相同的晶片楔块组合相对对称布置，其中一组晶片楔块组合用于发射信号，另外一组晶片楔块组合用于接收信号；周向TOFD探头1和轴向TOFD探头2中间由隔声层断开，以节约探头空间；周向TOFD探头1和轴向TOFD探头2中的晶片为圆形晶片，周向TOFD探头1频率为5～7MHz，晶片直径为6mm；TOFD45°探头PCS值为10mm，屋顶角为-4.4°；TOFD60°探头PCS值为12mm，屋顶角为-9.8°，周向TOFD探头的入射点与工件的曲率同心并保持在同一弧线上；轴向TOFD探头2频率为5MHz，晶片直径为8mm，TOFD45°探头PCS值为15mm，TOFD60°探头PCS值为30mm，轴向TOFD探头2中的楔块，其屋顶角为0°，声束与贯穿件轴向同心。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.压力容器顶盖排气管贯穿件TOFD自动检测的超声探头，其特征在于：该结构包括TOFD探头、探头芯体(3)、外壳以及伸缩弹簧，其中，TOFD探头设至在探头芯体(3)中形成一体式结构，在探头芯体(3)的两端设有连接块(4)，探头芯体(3)安装在外壳中，并在连接块(4)的上方设有伸缩弹簧，保证探头芯体(3)具有一定范围的弹性距离。

【技术特征摘要】
1.压力容器顶盖排气管贯穿件TOFD自动检测的超声探头，其特征在于：该结构包括TOFD探头、探头芯体(3)、外壳以及伸缩弹簧，其中，TOFD探头设至在探头芯体(3)中形成一体式结构，在探头芯体(3)的两端设有连接块(4)，探头芯体(3)安装在外壳中，并在连接块(4)的上方设有伸缩弹簧，保证探头芯体(3)具有一定范围的弹性距离。2.根据权利要求1所述的压力容器顶盖排气管贯穿件TOFD自动检测的超声探头，其特征在于：所述的TOFD探头包括周向TOFD探头(1)和轴向TOFD探头(2)，且所述的周向TOFD探头(1)和轴向TOFD探头(2)前后布置在探头芯体(3)中，中间由隔声层断开。3.根据权利要求2所述的压力容器顶盖排气管贯穿件TOFD自动检测的超声探头，其特征在于：所述的周向TOFD探头(1)和轴向TOFD探头(2)均由两组参数完全相同的晶片楔块组合相对对称布置，其中一组晶片楔块组合用于发射信号，另外一组晶片楔块组合用于接收信号；且所述的周向TOFD探头(1)和轴向TOFD探头(2)中的晶片为圆形晶片。4.根据权利要求2或3所述的压力容器顶盖排气管贯穿件TOFD自动检测的超声探头，其特征在于：所述的周向TOFD探头(1)的频率为5～7MHz，晶片直...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱进杰，周礼峰，蔡家藩，陈海林，
申请(专利权)人：核动力运行研究所，中核武汉核电运行技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北,42