1、2023 年3 月第2 期 大型铸锻件HEAVY CASTING AND FORGING March 2023 No.2 核电锻件直筒节自动化超声检测姚建库杨建华2(1 中国第一重型机械股份公司，黑龙江 齐齐哈尔161000;2.中广核检测技术有限公司，广东 广州510000)摘要：核 电锻件直筒节 自动化检测系统为移动式检测 系统，不需要 固定 场地，使用 灵 活，适 用 千较 复杂工况，且具有高精度、缺陷检 出率高，大扯节省人力、减低成本、提高检测效率，减少人为 因素对检测结果 的影 响。关键词：核电锻件；自动化；超声检测中图分类号：TG115.28 文献标志码：A Automatic U
2、ltrasonic Test of Nuclear Power Forgings Straight Section Yao jianhui,Yang jianhua Abstract:The automatic detection system for the straight tube section of nuclear power forgings is a mobile detection system that does not require a fixed site and is flexible to use.It is suitable for more complex wo
3、rking conditions,and has high precision and high defect detection rate.It saves a lot of manpower,reduces costs,improves detection efficiency,and reduces the impact of human factors on test results.Key words:nuclear power forgings;automation;ultrasonic test 反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器核岛三大关键部件的直简节锻件，材质为低合金钢，规格
4、为内径0 2400-6300 mm,外径02700-6500 mm,高度1200-5000 mm,壁厚70-300 mm,其规格多且跨度大。依据相关标准需要使用直探夹 斜探头进行全表面超声检测，直简节表面积大，且由千检测方法及扫查方向等因素，需要对筒节进行6 次全表面扫查，工作批大。手动超声检测存在劳动强度大、检测效率低、检测结果人为因素影响大、数据不易保存等问题I。核电锻件直筒节 自动化检测系统能够大量节省人力、提高检测效率、减少人为因素的影响，有效提高检验的质最，保障核安全。1自动化超声检验设备直筒节锻件 自动化超声检验设备设计方案见图l。1.1 机械系统检查装置的总体方案设计见 图2,包
5、括移动本体、扫查机构、安全附件、控制系统等四大部分。此外，还有超声探头所需的耦合剂供给系统，耦合剂拟采用水基缓蚀剂代替机油，增大摩擦力。爬壁机器人负责搭载超声探头在曲面上下、左右运动，实现栅格扫查，保证探头在运行期间的贴合效果。爬壁机器人 由底盘、扫查装置两部分收稿 日期：2022-10-18 作者简介：姚建辉，男，就职千中国第一重烈机械股份公司质最检验中心。12 5宁二超计aortrfur设leed仪备intaly酝设道验mc!通检Utoht叮：勹三m55？言二entn三。筒l象直etlerepusg对Fiinm检l被图-一乒 防 坠 绳心线 缆、气 管、水 管 等、乙水 管线 缆-,1 行
6、走驱动设计I:1 吸附形式设计I:-移动主体-J:I 防坠小车设计I:：安全附件：，俨一一一一一一一一一一一一一一1 驱动系统设计1 1 扫查系统设计1 1 防坠系统设计1 1 纠偏系统设计1 控制系统-图2 检查装置 的 总体设计Figure 2 Overall design of the inspection device 组成，检测时底盘负责上下移动和左右步进；扫查装置负责探头上下扫查。底盘采用两轮两驱，即一个上驱动轮一个下驱动轮，底盘驱动模块可绕佼链转向90 并气动锁定，实现上下和左右直线运动姿态的切换，消除常规底盘的转向滑移误差，吸附方式采用永磁轮 电磁模块2 底盘移动时电磁铁退磁并
7、缩回，底盘静止时电磁铁贴合并吸附。探头架具有一定摆动 自由度，可 自动贴紧壁DOI:10.14147/ki.51-1396/tg.2023.02.001姚建辉：核 电锻件直筒节 自动化超声检测2023 年第2 期防坠小车驱动器1 三图3 检测机器人控制 系统组成Figure 3 The composition of the inspection robot control system 扫查路径复率片区l 筒体图4 分片扫查参考示意 图Figure 4 Zone scanning reference diagram 面；采用 恒力弹簧压紧探头，保证各探头虽距离壁面高度不同但贴合力相 同；防坠装
8、置负责为配重块提供支 点，并与爬壁机器人周向同步运动。耦合剂循环槽负责接收直筒节流下的耦合剂，耦合剂经过滤后重复使用。1.2 电气系统检测机器人控制系统主要 由控制器、触摸屏、无线操控单元、电源单元、激光测距单元、485 总线通讯单元、CANopen 总线通讯单元、行走伺服单元、探头扫查伺服单元、防坠单元、探伤仪信息采集与处理单元以及控制软件等组成。机器人控制系统组成见图3。1.3 超声检验系统超声检验系统以特定尺寸的核电直简节锻件为检验对象，根据相关规范和技术要求，由ZETEC 8 通道超声仪、超声采集 电脑和符合标准的探头、试块等器材组成。在一定的检验条件下，按照扫查计划实施数据采集，最终
9、对采集数据进行数据分析，形成记录报告并储存。超声检验系统的扫查方式为分片区扫查，扫查路径为格栅扫查，见图4。2 自动化检测效果在模拟试块上对直筒节 自动化检测系统的缺陷检出率、缺陷定位的准确率进行验证，并与手动检测进行对 比。模拟试块设有6 个矩形槽、4 个60V 型槽、6 个02 mm 平底孔、6 个02 mm 横孔、2 个平底槽，模拟试块表面粗糙度Ra,;6.3m3l。反射体参数见表1 模拟试块图见图5。表1 模拟试块反射体参数Table 1 Simulated test block reflector parameters 反射体类型反射体尺寸矩形槽l、2 深1.5 mm、宽0.4 mm
10、、长100 mm 矩形槽3、4 深8 mm、宽0.4 mm、长25 mm 60V 型槽5、6 深2.1 mm、长25 mm 矩形槽7、10 深1.5 mm、宽0.4 mm、长100 mm 60V 梨槽8、9 深2.1 mm、长25 mm 平底槽l、2 100 mm x 154mm,槽深5 mm 平底孔l、2、3 孔径02 mm,距内表而20 mm、200 mm、115 mm 平底孔4、5、6 孔径02 mm,距外表面20 mm、200mm、115 mm 横孔l、2、3 孔径02 mm,长100 mm,孔深10 mm、115 mm、（周向）220 mm 横孔4、5、6 孔径02 mm,长100
11、mm,孔深10 mm、115 mm、（轴向）220 mm。横孔4 横孔5 横孔6 平底孔5 平底孔6 Figure 5 图5 模拟试块 图Diagram of the simulated test block 13 2023 年第2 期 大荆铸锻件设备校验采用CSK-I A 试块 4 J。直探 头、斜探头分别使用02 mm 平底孔、02 mm 横孔手动制作TCG 曲线。扫查速度100 mm/ssJ,步进10 mm。表2 ASME 标准锻件检测数据Table 2 Test data of forgings with ASME standard 序号模拟缺陷缺陷尺寸扫查面探头型 号自动扫查幅伯手动
12、扫查幅值备汴I 60v 型槽9(外表面）长 25 mm,rWi 2.1 mm 内表面A2C25 x 25A45 02 mm x 60 mm+I d ll 02 mm x 60 mm+2dll 周 向缺陷2 60V 型槽8(外表而）长25 mm,恐2.1 mm 内表而A2C25 x25A45 02 mm x60 mm+2Jll 02 mm x60 mm+3dll 轴 向缺陷3 60V 型槽5(外表而）长25 mm,恐2.1 mm 内表而A2C25 x25A45 02 mm x60 mm-12dll 02 mm x60 mm-!Odil 周 向缺陷4 60v 型槽6(内表面）长 25 mm,高2.
13、I mm 外表面A2C25 x 25A45 02 mm x60 mm+5dB 02 mm x60 mm+6dB 轴 向缺陷5 02 mm 平 朊孔l 孔深 20 mm 内表而N4C24L 02 mm-4JB 02mm-ldB 6 02 mm 平 朊孔3 孔深115 mm 内表而N4C24L 02 mm-4JB 02 mm-2dB 7 02 mm 平 朊孔2 孔深 200 mm 内表而N4C24L 02 mm-3JB 02 mm+Odil 8 02 mm 平屁孔 4 孔深 20 mm 外表面N4C24L 02 111111-9dl3 02 mm-3dB 9 02 mm 平屁孔6 孔探115 mm
14、 外表面N4C24L 02 111111-5dl3 02 mm-2dB 10 02 mm 平屁孔5 孔探 200 mm 外表面N4C24L 02 111111-!dB 02 mm+OdB 表3 RCCM 标准锻件检测数据Table 3 Test data of forgings with RCCM standard 序号缺陷缺陷尺寸扫查面探头型号自动扫查幅伯手动扫查幅伯备汴I 知形槽l 长100 mm,高1.5 mm 内表而A2C25 x 25A45 02 mm x60 mm+4dB 02 mm x60 mm+4dB 周 向缺陷（外 表而）2 知形槽2 长100 llllll,高1.5 mm
15、内表面A2C25 x 25A45 02 111111 x60 mm+4dB 02 111111 x60 mm+5dB 轴 向缺陷（内表而）3 平底孔孔深20 mm,02 mm 内表而N4C24L 02 mm-4dB 02 mm-lJB 4 平底孔孔深115 nm,02 mm 内表面N4C24L 02 111111-4JB 02 mm-2dB 5 平底孔探 200 mm,02 nm,内表面N4C24L 02 111111-3JB 02 mm+Odil 6 平底孔孔深20 mm,02 mm 外表而N4C24L 02 mm-9dB 02 mm-3dll 7 平底孔孔深115 mm,02 mm 外表而
16、N4C24L 02 mm-SJB 02 mm-2dB 8 平底孔深 200 mm,02 nm,外表面N4C24L 02 nnn-!dB 02 mm+Odil 9 长横孔02 mm x 100 mm 孔深10 mm 外表面A2C25 x 25A45 02 111111 x60 mm+Odil 02 mm x60 mm+2JB 轴 向缺陷10 长横孔02 mm x 100 mm 孔深115 mm 外表而A2C25 x 25A45 02 mm x60 mm-IJB 02 mm x60 mm+!dB 轴 向缺陷II 长横孔02 mm x 100 mm 孔深 200 mm 外表而A2C25 x 25A45 02 mm x60 mm-2dB 02 mm x60 mm+Odil 轴 向缺陷12 长横孔02 llllll x 100 mm 孔探IO nm,外表面A2C25 x 25A45 02 111111 x60 mm-2dB 02 mm x60 nnn-IJB 周 向缺陷13 长横孔02 mm x 100 mm 孔深115 mm 外表而A2C25 x 25A45 02 mm x60 mm-IJB
