燃料组件控制棒包壳在役超声涡流自动检测

　　燃料组件控制棒(RCCA)在运行期间,可能发生以下损伤:微振磨损引起包壳壁厚减薄;中子吸收体的肿胀导致包壳肿胀;包壳的腐蚀以及开裂等。为掌握控制棒包壳管的状态,正确判断控制棒组件的更换周期,保证核电站的安全、经济运行,必需采取适合的技术手段,如超声、涡流等无损检测方法对在役的控制棒包壳进行全面的无损检测。

　　因此,秦山核电站从2000~2003年的某控制棒组件换料检修期间,利用加拿大R/D Tech公司生产的燃料组件控制棒超声涡流自动检测系统对控制棒组件连续三次进行无损检测。以下介绍该检测系统、检测工艺并重点讨论该方法的特点及存在的问题,并对可疑信号进行分析讨论,为今后的检测及技术改进积累经验。

　　1　检测系统

　　同西门子、西屋等公司的RCCA涡流检测系统相比,R/D Tech公司采用超声、涡流综合自动检测系统,主要由五大部分组成(图1)。

　　1)超声检测系统　主要由16通道超声发射/接收器、10只旋转聚焦超声探头、超声数据采集设备、信号采集、分析与处理及检测报告生成软件等构成。超声系统主要实现控制棒组件的上端塞焊缝到下端塞焊缝间的包壳管壁厚和直径测量,即利用水下旋转超声聚焦探头可有效检测包壳管均匀磨损及局部腐蚀导致的壁厚减薄,特别是肿胀区域的磨损检测,以弥补涡流方法的不足。

　　(2)涡流检测系统　由20个涡流线圈、涡流仪(TC27700)和采集、分析与处理及报告生成软件等构成。

　　涡流检测采用20只穿过式线圈,用来检测超声直射波法不敏感的较为细小的缺陷(如裂纹)。此外,发现可疑信号时,涡流、超声两种方法互相验证,有助于提高检测结果的可靠性。

　　(3)运动驱动控制器　即马达驱动控制器MCDU202及其接口模块SIM,分别用于实现超声探头的运动控制及组件上下运动位置信息的传送。

　　(4)机械装置　提供被检控制棒组件的运动导向以及涡流、超声探头、马达和编码器等的固定。

　　(5)标准缺陷组件　用于校核超声和涡流检测系统,主要有图2所示人工缺陷。图2a周向环状槽宽1mm,深0.15mm,模拟周向缺陷。图2b有两个轴向线切割槽,其中一个长10mm,深0.2mm,宽0·87mm;另一个距下端塞焊缝25mm,长2mm,深0.2mm,宽约0.087mm,模拟轴向缺陷,尤其是危害性的裂纹类缺陷。图2c为轴向平底槽,长3mm,深度分别为0.1,0.2,0.25和0.3mm。模拟轴向刮损类缺陷,并用于绘制涡流检测用深度2相位曲线。其中各有一个0.8mm通孔及深度为0.25mm的2mm孔,用以模拟局部腐蚀型缺陷。

　　(6)此外,利用监视设备与水下摄像机构成的辅助监视系统实时监视水下检测过程。