專利名稱：用于核聚變裝置塊體穿管結構高熱負荷部件連接質量的渦流無損檢測方法
技術領域：
本發明涉及聚變裝置用高熱負荷部件的渦流無損檢測方法，具體內容是，塊體穿管結構的制備工藝中引入了三種不同金屬的復合，形成了雙層界面。為了有效地控制其中的無氧銅適配層和鉻鋯銅水管結合界面的質量，采用內穿過式渦流陣列探頭系統檢測法。 該方法是將經磁飽和化后的部件，采用內插式渦流陣列探頭沿鉻鋯銅合金水管，通過推拔器使探頭在管道內軸向運動，此時計算機控制線圈使其對管道內周向進行掃查，再通過探傷儀的探頭激發頻率的調整，進而實現該結合位置缺陷的準確定位和定量檢測。
背景技術：
ITER氘-氚反應的第一階段，Be、C和W將作為面向等離子體材料(Plasma facing material,即PFM)與Cu熱沉材料結合成為面向等離子體部件(Plasma facing component, 即PFC)。Be形成的PFC將被放置于第一壁位置(低熱負荷區域)，C和W形成的PFC則被放置于偏濾器位置(高熱負荷區域)。W或C與Cu熱沉的連接包括單塊類型(Monoblock Type)和平板類型(Flat Type)。 單塊類型的特征是在W或C的塊體中心區域開孔，然后把Cu冷卻水管穿過開孔與塊體連接起來。單塊類型的PFC可以減少W或C與連接界面的熱應力，承受循環高熱負荷的沖擊。單塊類型是聚變裝置偏濾器部分高熱負荷部件制備的首選方案。由于該結構部件位于高熱負荷區域，因此要有嚴格的質量保障。針對這種情況，相關機構已經開展了無損檢測方法的研究，主要有兩類，一類是紅外瞬態熱像法，該種方法的原理是在冷卻管道內通冷熱水，在熱轉換過程中通過紅外相機的監測，進而判斷界面結合質量。該種方法的優點是可以實現快速的檢測，但是存在受環境影響大，檢測精度不高，而且只能通過二維的紅外圖像來判斷內部結合情況的缺點；另一類是管道內插式超聲檢測法，將樣品水浸，將微型柔性旋轉探頭內插入Cu管，利用推拔器和探頭旋轉控制系統，使其在管道內部進出和旋轉掃查，另外控制探頭的激發頻率將最高檢測靈敏度控制在結合界面，進而獲取掃描圖譜，藉此判斷結合質量。該種方法的優點是從圖譜可以直觀的獲取結合層的信息，檢測精度高，但是需要耦合介質會大大影響檢測效率，另外旋轉過程中容易在探頭位置聚集氣泡因而給檢測結果造成較大誤差。本方法的開發在保證檢測精度的同時，可以有效的解決以上兩種方法在檢測過程中的弊端，為部件的批量化驗收提供可靠的保障。
發明內容
本發明公開了一種聚變裝置用高熱負荷部件無損檢驗方法。該檢測方法保證了塊體面向等離子體材料的內襯無氧銅適配層與鉻鋯銅管之間的連接質量。檢測方法簡單，效率高。該方法檢測的高熱負荷部件可以承受高熱負荷循環沖擊，適用于長脈沖、高參數的聚變裝置中。
本發明技術方案如下
用于核聚變裝置塊體穿管結構高熱負荷部件連接質量的渦流無損檢測方法，所述的穿管結構高熱負荷部件包括有帶孔的鎢塊或CFC塊與所述孔內的無氧銅內襯連接在一起， 形成一層約Imm厚的中間層，然后用廣1.5mm厚的鉻鋯銅冷卻水管從一組鎢塊的無氧銅內襯內穿過連接起來；其特征在于為配合鉻鋯銅管的結構，采用特制的微型柱狀渦流陣列探頭，該探頭的若干排線圈陣列周向分布在探頭的骨架上，通過計算機對陣列探頭中發射線圈與檢測線圈的位置以及發射線圈激發延遲的控制，實現周向或軸向剝離缺陷的檢測， 并對結果進行保存，處理，通過渦流探傷儀調整發射線圈的磁場激發頻率使得渦流能有效的穿透鉻鋯銅管進而達到結合層間，該檢測過程中陣列探頭利用支撐結構固定于管內中心，采用推拔器使其在管內進行軸向的移動。所述的無損檢測方法，其特征在于，該方法是對鉻鋯銅與無氧銅層間的結合質量檢測，可實現徑向剝離寬度不小于0.5mm、周向剝離寬度Δ θ不小于20。和軸向剝離寬度不小于三分之一單塊厚度的缺陷的檢測。所述的無損檢驗方法，其特征在于，具體操作如下
(1)采用磁飽和技術對整個穿管部件進行處理，消除檢測過程中的非鐵磁性材料磁導率不均勻性可能帶來的誤差，試驗結束后再進行消磁處理；
(2)探頭的支撐機構與鉻鋯銅管緊固結合，同時可在管道軸向進行滑動；
(3 )通過機械系統的推拔裝置，使探頭在管道內可進行軸向運動，探頭本身通過計算機控制實現周向檢測。所述的無損檢測方法，其特征在于結合具體的檢測精度要求，將探頭的填充系數控制在0. 6、. 9范圍內。所述的無損檢測方法，其特征在于調整探頭內線圈的激發頻率進而控制檢測深度在無氧銅與鉻鋯銅的之間，根據鉻鋯銅管徑厚度的變化，在IKHf 20ΚΗζ范圍內獲取最佳的測試頻率。該檢測方法設備簡單，檢測效率較高，為該類結構部件的批量驗收提供了可行的無損檢測方法。
具體實施例方式采用渦流陣列探頭內插式的方法對塊體穿管部件的無氧銅和鉻鋯銅管之間的結合層進行系統的掃查。首先采用磁飽和技術對部件進行處理，消除檢測過程中鉻鋯銅管的磁導率不均勻性可能帶來的誤差。再結合具體的檢測精度要求，將測試探頭的填充因子控制在0. 6^0. 9范圍內。利用機械系統中的推拔器控制探頭在管道內進行軸向的運動，被檢部件主體部分的前端預留一段未復合的鉻鋯銅管，探傷儀在探頭位于該段管道過程中調整其激發頻率，根據鉻鋯銅管徑厚度的變化，在IKHf 20ΚΗζ范圍內獲取最佳的測試頻率。經過以上參數設置后的系統檢測，即可實現對部件內無氧銅和鉻鋯銅管之間的徑向剝離寬度不小于0.5mm、周向剝離寬度Δ θ不小于20。和軸向剝離長度不小于三分之一單塊厚度的缺陷的檢測。
權利要求
1.用于核聚變裝置塊體穿管結構高熱負荷部件連接質量的渦流無損檢測方法，所述的穿管結構高熱負荷部件包括有帶孔的鎢塊或CFC塊與所述孔內的無氧銅內襯連接在一起，形成一層約Imm厚的中間層，然后用廣1.5mm厚的鉻鋯銅冷卻水管從一組鎢塊的無氧銅內襯內穿過連接起來；其特征在于為配合鉻鋯銅管的結構，采用特制的微型柱狀渦流陣列探頭，該探頭的若干排線圈陣列周向分布在探頭的骨架上，通過計算機對陣列探頭中發射線圈與檢測線圈的位置以及發射線圈激發延遲的控制，實現周向或軸向剝離缺陷的檢測，并對結果進行保存，處理，通過渦流探傷儀調整發射線圈的磁場激發頻率使得渦流能有效的穿透鉻鋯銅管進而達到結合層間，該檢測過程中陣列探頭利用支撐結構固定于管內中心，采用推拔器使其在管內進行軸向的移動。
2.根據權利要求1所述的無損檢測方法，其特征在于，該方法是對鉻鋯銅與無氧銅層間的結合質量檢測，可實現徑向剝離寬度不小于0.5mm、周向剝離寬度Δ θ不小于20。
3.和軸向剝離寬度不小于三分之一單塊厚度的缺陷的檢測。
4.根據權利要求1或2所述的無損檢驗方法，其特征在于，具體操作如下(1)采用磁飽和技術對整個穿管部件進行處理，消除檢測過程中的非鐵磁性材料磁導率不均勻性可能帶來的誤差，試驗結束后再進行消磁處理；(2)探頭的支撐機構與鉻鋯銅管緊固結合，同時可在管道軸向進行滑動；(3 )通過機械系統的推拔裝置，使探頭在管道內可進行軸向運動，探頭本身通過計算機控制實現周向檢測。
5.根據權利要求1所述的無損檢測方法，其特征在于結合具體的檢測精度要求，將探頭的填充系數控制在0. 6^0. 9范圍內。
6.根據權利要求1所述的無損檢測方法，其特征在于調整探頭內線圈的激發頻率進而控制檢測深度在無氧銅與鉻鋯銅的之間，根據鉻鋯銅管徑厚度的變化，在IKHf 20ΚΗζ范圍內獲取最佳的測試頻率。
全文摘要
本發明提供了一種測試塊體穿管結構高熱負荷部件連接質量的渦流無損檢測方法。采用管道內置式渦流陣列探頭，檢測細長鉻鋯銅管與無氧銅適配層之間的各種缺陷。主要內容為首先通過磁飽和化技術消除部件中材料磁導率不均勻性給檢測結果帶來的誤差；再通過推拔器將徑向固定、軸向可滑動的渦流陣列探頭沿管道內運動；該過程中通過計算機控制渦流探頭上集成的線圈實現探頭的周向掃查，通過探傷儀上的探頭磁場激發頻率來控制渦流的滲透深度，進而實現1~1.5mm厚的鉻鋯銅管與1mm厚的無氧銅之間的缺陷檢測。該檢測方法設備簡單，檢測效率較高，為該類結構部件的批量驗收提供了可行的無損檢測方法。
文檔編號G01N27/90GK102411028SQ20111024298
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月24日 優先權日2011年8月24日
發明者李強, 王萬景, 祁攀, 羅廣南 申請人:中國科學院等離子體物理研究所
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