核电站反应堆主冷却剂系统是防止裂变产物外逸的第二道屏障，由反应堆压力容器、主泵、稳压器、蒸发器和相应管道等组成。核电站一回路部件由于长时间受震动、高压、高温、高辐射等因素的作用，容易产生各种危害性缺陷。法国于1978年开始就针对压水堆核电站一回路的相关焊缝展开了声发射检测。目前，在压水堆核电站的役前和在役检查中，声发射检测主要用于主冷却剂系统水压试验期间的监测。

核电站一回路示意

声发射在水压试验期间的检测范围

1.反应堆压力容器

控制棒驱动机构(CRDM)、热电偶和排气：管座与顶盖的焊缝③（61根CRDM、4根热电偶和1根排气管）

2.稳压器

稳压器加热元件套管与底封头连接焊缝(4a)法兰与加热元件套管的连接焊缝(4b)加热元件与法兰的连接焊缝(4c)

检测反应堆压力容器下封头50根堆芯测量仪表贯穿件上的各2条焊缝(即贯穿管与反应堆压力容器底封头的焊缝和仪表导向管与贯穿管的连接焊缝)，在役检查中该区域空间狭小，有保温阻挡，且属于永久红区，环境辐照剂量高，用常规的直接目视检查方法无法进行上述部位焊缝的泄漏检查。

检测管座法兰和管座的连接焊缝(即61根CRDM和4根热电偶)、管座与顶盖的焊缝(61根CRDM、4根热电偶和1根排气管)，在役检查中反应堆压力容器上封头环境剂量率高，且在换料水池中沾污风险大，部分区域存在保温阻挡。

检测稳压器加热元件套管与底封头连接焊缝(4a)、法兰与加热元件套管的连接焊缝(4b)以及加热元件与法兰的连接焊缝(4c)，该区域空间狭小，环境剂量率高，且需要登脚手架。

此外，核电厂水压试验压力平台持续的时间长，因此运用了声发射检测。

为了进一步分析判断泄漏源的位置，以便判定是由堆芯测量导管与隔离阀（或密封阀）的连接焊缝产生的泄漏信号，还是堆芯测量仪表贯穿件焊缝产生的泄漏信号，须在堆芯仪表小室布置探头，检测50根堆芯测量导管与隔离阀（或密封阀）的连接焊缝；在稳压器上封头靠近人孔处布置检测探头，以便判定是由稳压器上部区域产生的泄漏噪声信号，还是由稳压器下封头区域加热器贯穿件焊缝产生的泄漏信号。

检测仪器

一台多通道声发射仪；

一台微型计算机，用于数据采集、分析和显示；

若干声发射探头；

若干有带通滤波器的前置放大器，放大器的增益有20、40、60dB三档开关供选择；

若干高频信号电缆以及探头固定磁性夹；

耦合剂为高真空脂，其氟、氯、硫的含量符合RCC-M F6000《压水堆核电站核岛机械设备设计与建造法则防污染要求》中的要求，而且能耐检测期间的环境温度。

现场标定

泄漏源产生的声发射信号属于连续型信号，表示连续型声发射信号的大小常用平均信号电平(ASL)和有效电压(RMS)来表示。ASL是用dB表示的信号幅度平均值，RMS是用电压V表示的信号幅度的平均值。

检测所使用的多通道声发射仪，采用平均信号电平ASL表示信号的大小。

按照检测区域焊缝的数量和分布情况，确定需要的探头数量和安装位置，对探头进行编号，并与相应的通道号对应。

采用宽频带噪声信号发生器驱动校核探头，产生与泄漏信号相类似的模拟噪声信号，使安装在这一区域的所有探头都能接收到这一噪声信号，从而校核所有探头的耦合情况。

保证主回路系统充满水、没有加压、主泵停止运转、没有任何系统投入运行，以及所有的噪声干扰被清除之后，通道的ASL电平就是本底噪声电平，并记录该电平。

根据测量的本底噪声的ASL，调整通道的报警阈值至高于本底噪声电平3dB。

核电站一回路水压试验期间，声发射信号监测主要针对上行172 bar保压平台、228 bar（在役检查为206 bar）保压平台、下行172 bar保压平台。

实例一

某核电厂在役水压试验期间，在206 bar的保压平台，经过信号监测，反应堆压力容器(RPV)顶盖的相关通道信号持续超过报警闸门(下图中红线)，图中横坐标为时间轴，纵坐标为信号幅值(dB)。

反应堆压力容器上封头典型信号示意

在保压期间系统接收到了3个高幅脉冲信号，经判断为突发型信号，该信号不具备持久性，为干扰信号所致。

在206 bar保压平台反应堆压力容器上封头(RPV)各通道的报警闸门阈值、信号超闸门平均值、信号降至报警闸门以下的时间见下表：

从数据上看，由于反应堆压力容器顶盖区域范围相对较小(顶盖直径为4070mm)，各探头超标的平均幅值与探头离声发射源的距离之间没有明显的联系。从信号偏高持续的时间来看，4号通道持续的时间最长，降得最慢(见下图)。

206 bar保压平台降压后

4号通道信号下降示意

经过现场目视检查，在顶盖上表面56号(下图中圆圈部位，靠近4号探头)控制棒驱动机构边缘存在硼结晶的现象。

在现场，声发射检测往往易受外界干扰源的影响，诸如过高的加压速度、系统内流体的冲击、泵的运转、交叉作业，部件附近存在的切割打磨、敲击等活动。因此，排除外界干扰源的影响也是保证声发射检测时正常有效信号采集的关键。

核电站一回路水压期间的声发射检查主要是指声发射泄漏检查；是声发射技术的重要分支，其主要是对主冷却剂系统承压设备的相关焊缝泄漏导致的振动进行监测。

泄漏源产生的声发射信号特点为：

1.泄漏声发射信号属于连续信号。

2.泄漏声发射信号在系统内传播，能反映诸如漏点位置和大小等的信息。

3.一回路泄漏所产生的声发射现象涉及到诸多因素，如泄漏点尺寸大小和形状，以及系统压力、湍流等，很难建立完备的数学物理模型。

4.受声发射源的自身特性(多样性、信号的突发性和不确定性)、声发射信号传递至传感器的路径、传感器的性能、环境噪声和声发射检测仪器系统等多种复杂因素的影响，最终显示出的信号波形十分复杂，其与真实的声发射源信号相差很大。因此，声发射信号本质上属于一种非平稳随机信号。

5.由于在传播过程中能量的衰减，距离泄漏源不同距离的传感器接收到的能量不同，转化成的信号幅值也不同。在排除噪声等干扰因素的情况下，可根据信号幅值的高低，信号持续时间的长短来定位泄漏源的位置。

总结：

1.由于声发射传感器极其灵敏，在检测期间有可能把干扰信号记录下来产生误报，因此排除干扰源至关重要。

2.在役的声发射检查，大大减小了检漏的工作量，避免了工作人员长时间暴露在辐射环境下，有效降低了人员接收的辐射剂量。

3.核电站水压试验期间的声发射检查，主要针对相关部件的焊缝，且焊缝形状各异，密集分布在相对较小的区域，声发射检测只能用于渗漏区域的初步判定，渗漏点的精确定性和定位，以及具体渗漏量的测量还需其他检测方法配合。

4.通过干扰信号的排除以及其他无损检测方法的辅助配合，能有效地进行一回路水压试验声发射检测，对核电站一回路部件相关焊缝的耐压试验是否合格作出有效评定。

关键词:声发射检测 水压检测 仪器仪表

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编辑：邢飞龙

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