[發明專利]用于無損檢查受測試部件的超聲相控陣列換能器裝置

在審

• 申請號: 201880080119.0
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN111465846A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: C·R·巴雷特;K·J·佛里
• 申請（專利權）人: 西屋電氣有限責任公司
• 主分類號: G01N29/24
• 分類號: G01N29/24;G21C17/003
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 王玉璽

一種相控陣列換能器裝置包括在單個殼體中布置成三對的多個相控陣列子組件(PAS)。在諸如核環境的環境中，PASA各相對于受測試部件以復合角定向。該相控陣列換能器裝置由工具攜帶到所述環境中，并且PASA在相控陣列換能器裝置上的定位導致超聲波束在各個方向上的輸出，這避免了需要將殼體在工具上重新定向以便完成對受測試物體的檢查。

技術領域

本發明一般涉及無損檢查換能器，并且更具體地涉及用于檢查諸如核環境中的受限區域中的部件的超聲相控陣列換能器裝置。

背景技術

沸水反應堆(BWR)通過加熱包含核燃料堆芯的反應堆壓力容器中的水以產生用于驅動蒸汽渦輪機的蒸汽來產生電能。核反應堆中的各種部件和結構被定期檢查以評估它們的結構完整性并確定需要修理。超聲檢查是用于檢測核反應堆部件中的裂紋的已知技術?？赡馨˙WR的諸如核反應堆的核環境中的許多檢查區域具有受限的訪問，因此難以使用檢查工具進行評估。BWR中的護罩是一個這樣的部件。

定期檢查護罩本身和形成在護罩中的焊縫的裂紋。裂紋的存在會降低護罩的結構完整性。接近罩的外表面受限于罩的外部和反應堆壓力容器的內部之間以及相鄰噴射泵之間的環形空間。

包括焊縫和與焊縫相鄰的熱影響區的焊件被超聲檢查，并且這種區域被稱為“焊縫體”。裂紋定向通?？梢允侵芟虻?平行于焊縫)、軸向的(垂直于焊縫)或離軸的(即，既不平行也不垂直于焊縫)。例如，通常通過掃描的組合來執行對焊接體積的檢查以檢測周向和軸向定向裂紋，所述掃描涉及換能器的多個通過或以各種旋轉的多個通過。

超聲(UT)測試是一種通過使用高頻聲波來表征受測試元件的內部結構的方法。用于超聲測試的頻率比人類聽覺的極限高許多倍，最通常在500KHz到20MHz的范圍內。高頻聲波是定向的，并且可以穿過鋼介質，直到波束撞擊到與另一介質(諸如受測試部件內的裂縫或空隙)的邊界，在該點處波束被反射回，以被表征。

以前的超聲焊件檢查技術通常采用單或雙元件壓電晶體換能器，該換能器產生單個波束并且位于特定的楔形支撐件上，以創建波束將穿過介質的預定角度。需要多個探頭來在變化的方向和角度上檢查焊接體，或者這可以利用用于單獨的換能器旋轉的遠程工具的增加的復雜性來實現。由于需要較少的換能器元件，因此用于焊接檢查的相控陣列探頭是有利的，并且更重要的是它們需要更少的換能器操縱。這種相控陣列探頭采用一個或多個相控陣列子組件(PASA)。這種PASA具有能夠從包含一行或多行超聲元件的單個換能器組件生成許多超聲波束的優點，所述一行或多行超聲元件中的每個UT元件可以被單獨地脈沖觸發以在第一方向上以掃描方式以各種角度(陣列)創建單個波束或多個波束。一些相控陣列技術使得換能器能夠在第二方向上對所生成的波束進行轉向，而無需旋轉相控陣列換能器。相控陣掃描和轉向能力是壓電UT元件的數量、UT元件在殼體內的定位以及可在計算機上操作并與PASA連接的超聲操作系統的操作的函數。

檢查和修理核反應堆(諸如沸水反應堆和其它反應堆)通?？赡苄枰獜碗s的工具，以便定位或移動相控陣列換能器來完成檢查。核電站設施期望減少操縱器安裝和移除的數量，以減少放射性暴露以及成本和核電站停機影響。因此，需要改進。

發明內容

一種改進的相控陣列換能器裝置包括在單個殼體內布置成三對的多個相控陣列子組件(PASA)。在諸如核環境的環境中，PASA各以相對于受測試部件的復合角定向。相控陣列換能器裝置由工具帶入環境中，并且PASA在相控陣列換能器裝置上的定位導致超聲波束在各個方向上的輸出，這避免了殼體由工具重新定向以便完成對受測試部件的檢查的需要。

因此，所公開和要求保護的概念的一個方面是提供一種具有六個PASA的相控陣列換能器裝置，所述六個PASA被成對地布置在位于相控陣列換能器裝置的殼體中的三個楔形支撐件上。

所公開和要求保護的概念的另一方面是提供這樣一種相控陣列換能器裝置，其由工具攜帶到諸如核環境的環境中，以使換能器裝置能夠執行對受測試部件的超聲檢查。