ASME和ПНАЭ规范中反应堆压力容器筒体焊缝超声波检验技术对比

张运平 周帆 张志鹏 陈飞 李迎春

【摘 要】在核电厂役前和在役检查时，对于核级焊缝的超声波检验技术需严格按照相关规范要求执行，以保证核电机组的安全运行。分别以美国ASME规范和俄罗斯ПНАЭ规范为例，就反应堆压力容器筒体焊缝的超声检验技术进行了分析，为从事相关无损检测的人员提供一定参考。

【关键词】在役检查;核级焊缝;反应堆压力容器;ASME规范;ПНАЭ规范

中图分类号： TM623 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）04-0015-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.006

Comparison of Ultrasonic Inspections for Reactor Pressure Vessel Welds in Nuclear Power Plants

Based on ASME and Russian Codes

ZHANG Yun-ping ZHOU Fan ZHANG Zhi-peng CHEN Fei LI Ying-chun

（China Nuclear Power Operation Technology Corporation Ltd.，Wuhan 430223，China）

【Abstract】In the pre-service and in-service inspection of nuclear power plants，the ultrasonic inspection technology for Nuclear-lever welds should be strictly in accordance with the relevant codes to ensure the safe operation of nuclear power plant.Taking ASME and Russian codes as examples，the ultrasonic inspection technology of the reactor pressure vessel welds was analyzed，and provide some reference for those engaged in related non-destructive testing.

【Key words】In-service inspection;Nuclear safety class welds;Reactor pressure vessel;ASME;Russian

0 前言

核反应堆压力容器是核电厂和核动力装置中最重要的设备，核反应堆压力容器的质量是保证核电设备和核动力装置正常安全运行的关键。为确定压力容器的质量，在核电厂和核动力装置的检验规范中，对反应堆压力容器的焊缝及其它部位提出了无损检测的强制性要求，并指定分别在投入使用前和运行一定间隔时间内对反应堆压力容器实施役前检查和在役检查。

在核电厂和核动力装置的检验规范中，对核反应堆压力容器的无损检测主要采用超声检测技术和视频检测技术。由于核反应堆压力容器的体积较大，受检对象涵盖了厚壁筒体焊缝、接管焊缝、接管交贯面、接管与安全端的厚壁管道对接焊缝以及堆焊层表面等众多不同类型的对象，相应地其检查技术也包含了众多不同类型的检查技术。

为了更好的理解和使用规范，本文结合ASME规范和俄罗斯ПНАЭ规范在反应堆压力容器筒体焊缝的超声检验技术进行了对比分析，并进行了归纳总结。

1 被捡对象

在核设备规范中要求对反应堆压力容器的检查对象包括所有焊缝、接管交贯面、堆焊层。除了压力容器内表面堆焊层采用视频检查外，其余对象均采用超声检测技术。超声检测的内容包括：

筒体环焊缝、支撑焊缝以及接管焊缝都是低合金钢厚壁对接焊缝，其中最大厚度达到了330mm。接管与安全端连接焊缝是连接铁素体材料与不锈钢锻件的管道对接异种金属焊缝，该焊缝还包含有镍基合金隔离层。安全端与管道连接焊缝是连接不锈钢锻件与不锈钢铸件的管道对接同种金属焊缝。

2 ASME规范和俄罗斯ПНАЭ规范超声检查技术的主要区别

（1）ASME规范要求以长横孔或槽作为参考试块中的反射体，而俄罗斯ПНАЭ规范中要求以平底孔作为参考试块中的反射体。

（2）ASME规范推荐相对较高的探头频率进行缺陷检测和定量，并采用尖端衍射法的缺陷定量技术。而俄罗斯ПНАЭ规范推荐使用低频超声探头、60°检測范围相对较小，采用水浸法和接触式脉冲回波法相结合的检查方式，以及使用串列式探头进行裂纹定量等。

（3）ASME和俄罗斯ПНАЭ规范的显示记录原则相似，均是依据不同的检验对象做出规定。显示记录后首先需判断是否为相关显示，非相关显示不需要进一步分析，如检验中由于复杂的结构或噪声引起的伪缺陷。只有达到记录标准的相关显示才被定义为缺陷，两个规范间的显示记录标准对比表见表1。

（4）ASME规范以幅值或缺陷自身尺寸作为记录和验收依据，而俄罗斯ПНАЭ规范以当量面积法作为缺陷检测和定量的基本依据。

（5）ASME和俄罗斯ПНАЭ规范对缺陷定量技术存在显著差异，主要表现在缺陷自身高度的定量和缺陷长度的定量，对比表见表2。

3 实例分析

以某电厂在役检查为例，其反应堆压力容器筒体环焊缝厚度为192.5mm，内表面堆焊层有9mm的不锈钢耐腐蚀层。在实施检查过程中，按照规范要求对反应堆压力容器筒体环焊缝分别依据ASME和俄罗斯ПНАЭ规范从内表面实施超声检查。

3.1 依据ASME规范分析

（1）参考试块的设计

按照ASME规范要求，在每隔T/4厚度上设计Φ7.9mm横孔，同时在堆焊层与母材界面以及离堆焊层表面每12.7至T/4钻5个近表面孔，孔径Φ3.2mm横孔，并设计上下表面槽，如图3-1所示。

（2）超声探头选择

一般采用垂直于检验面标称角度为45°、60°、70°的三个斜探头，也可用标称角度为45°、60°以外的斜探头，需测得的角度差在10°以内。在近检验面T/4厚度的材料范围内应补充进行T/4范围的斜射波检验，在此T/4范围用与检验面垂直方向成60°～70°的单晶或双晶纵波或横波斜探头。此焊缝检验探头如表3所示。

一般采用1～5MHz的频率进行检测或探伤。对于反应堆压力容器的超声波检测可采用较高的频率来提高缺陷的分辨能力，而有利于缺陷的准确定位和精确定量。但是采用较高频率的探头会引起相对较大的噪声，而影响对小缺陷的检测。采用相对较低的频率，对于所重点关注的面状缺陷，则会有较大的反射回波，而有利于提高检测率。综合考虑下，在检测中可采用1～2.5MHz的频率用于缺陷的探测，采用4～5MHz的频率用于缺陷的准确定位和精确定量。

（3）扫查灵敏度

扫查灵敏度比基准灵敏度增益至少提高6dB。

3.2 依据俄罗斯ПНАЭ规范分析

（1）参考试块的设计

按照俄羅斯ПНАЭ规范要求，以平底孔作为参考反射体。根据被捡部件厚度要求，此试块设计为Ф3.1mm平底孔参考试块，示意图见3.2-1。

（2）超声探头选择

按照俄罗斯ПНАЭ规范要求的要求：

对接焊缝：采用两种角度45+5°和60+5°，频率为1.25～2.25MHz的斜探头进行超声一次波检验。其中60°以上的斜探头只检查深度方向60mm内的区域。

电子束焊的对接焊缝：附加探头串列式扫查，用于扫查垂直于（或接近垂直）扫查表面的面状缺陷，串列探头角度为45～50°，频率为1.8～2.5MHz。

堆焊层：采用2-5MHz的两种探头：双晶直探头，和65°-70°的斜探头进行检测。

此焊缝检验探头如表3所示。

（3）扫查灵敏度

扫查灵敏度比基准灵敏度增益至少提高6dB。

4 结语

ASME规范和俄罗斯ПНАЭ规范均对检验部件做出了明确规定。由于规范体系不同，两个规范在超声检验技术上存在显著差异。俄罗斯规范要求以平底孔作为参考反射体确定检验灵敏度，并主要按照缺陷的当量面积（相当于平底孔的当量面积）作为验收准则的判断参数，这种检验方法依赖于超声波信号幅度;而ASME规范主要以长横孔或槽作为参考反射体确定检验灵敏度，并按照缺陷的自身高度和长度的相互关系作为验收准则的判断参数。通常来说采用某一规范体系设计的核电机组，应按照该系规范中规定检验技术执行，避免规范混用。

【参考文献】

[1]葛亮，蔡家藩，聂勇，等.ASME规范对核设备制造和运行期间的无损检验要求对比[J].无损检测，2016，38（3）：85-90.