材料长时间处于此恶劣环境中，将导致材料发生腐蚀（阀瓣）、热疲劳裂纹（管道）、应力腐蚀（管道），经常会发现一条明显的腐蚀线，如果情况严重还可观察到小裂纹。
1.2 裂纹产生
不稳定的热分层可导致疲劳问题的发生，发生热分层的主要模式有湍流渗入、阀门泄漏。
湍流渗入主要发生在与主管道相连接的辅助管道上，由于一次隔离阀处于常闭状态，一回路冷却剂会在主管道和一次隔离阀之间的管道内形成湍流进入到辅助管道内，而在一次隔离阀上游侧的“死水管段”内不会发生湍流渗入现象。
湍流渗入和阀门泄漏可造成死水管段区域的冷、热流体混合；冷、热流体交界面随着湍流加热和阀门间歇性的泄漏会发生移动，在冷、热流体交界移动的部位会发生疲劳裂纹。
如果管道在运行时存在高的拉应力、加上处于有腐蚀环境，则可能发生应力腐蚀开裂。
1.3 “死水管段”区域判据
根据死水管段区域产生的原理，与一回路相连接的管线并不一定都会发生死水管段现象，“死水管段”区域的主要判据如下：
1）管线上是否有两个隔离阀；
2）如果有两个隔离阀，在系统正常运行时，隔离阀是否处于隔离状态；
3）分析死水管段产生的温度和压力，最后确认检验范围。
2 超声检验技术
缺陷基本是从管道内部开始产生，而且需要对管道金属母材全部区域进行检查，因此选择超声方法作为最终检测方法。
2.1 检验范围
检验范围为RCP/RIS/RRA系统（反应堆冷却剂系统/安全注入系统/余热排出系统）死水管段管可能出现疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹的区域，这些区域为：
1）一次阀上游（非主管道侧）1500mm区域；
2）一次阀下游（主管道侧）500mm区域；
3）二次阀上游（非主管道侧）300mm区域。
各管线在上述区域内，可能出现弯头、水平直管段、竖直管段、倾斜直管段、T型管段，检查区域按以下原则进行。
1）弯头，对全部面积作检验；
2）水平直管段，对全部面积作检验；
3）竖直直管段，对全部面积作检验；
4）倾斜直管段，对全部面积作检验；
5）T型管段，对T型管段的背面中心线两侧尽可能多的区域作检验。
2.2 检验设备
检验时所用的设备，包括超声波探伤仪、探头、标准试块、参考试块、耦合剂。
2.2.1 超声波探伤仪
使用脉冲反射式超声波探伤仪。
2.2.2 探头
1）探头的选择
（1）检验波型的选择
由“端角反射”可知，纵波入射时，端角反射率都很低，这是因为纵波在端角的两次反射中分离出较强的横波。横波入射时，入射角为35°～55°时端角反射率达100%，检验灵敏度高，见图3所示。管道内、外壁的裂纹情况类似这种情况。另外在检验中希望管道中存在的波形单一，形成的A显示波形清晰简单，便于缺陷信号的正确判断。所以“死水管段”区域超声检验选择横波。
图1 横波端角反射率示意图
（2）探头角度的选择
为了保证管道超声检验为纯横波，声束入射角应选择在第一临界角和第二临界角之间。
设：管道中横波的折射角为β，管道中横波的最小折射角为βmin，管道中横波的最大折射角为βmax（声束轴线与管道内壁相切的角度）。为了保证管道超声检验为纯横波，根据折射定律，管道中横波的最小折射角应大于等于32.7°（βmin= sin-1（CS/CL） ≈32.7°）（不锈钢中的横波速度CS≈3100m/s，纵波速度为CL≈5740m/s）。为保证沿管道外圆作周向扫查时，可检出管道内壁的轴向（纵向）裂纹，管道中横波的折射角应小于等于βmax，βmax= sin-1βmax sinβmax=r/R=1-（2t/D） （r 为内半径，R为外半径，t为壁厚，D为外径）见图2所示。
图2 横波折射角及主声束传播情况示意图
考虑到被检管道的规格，端角反射率，r/R=接近临界值时产生的表面波引起的声程偏差，折射角度的计算结果，探头选用T45°、T35°。
（3）探头频率、尺寸的选择
探头频率选择2MHz、2.25MHz、4MHz，考虑到管道的曲率半径（耦合性），缺陷的定位、定量精度，近场区大小，探头晶片尺寸选择8×9mm、Φ6.35mm。具体的主要探头参数见表1。
表1 检验中使用的主要探头参数表
注：检验过程中若有缺陷显示，可以选用参数相同但频率为4MHz的探头进行辅助检验.
2.3 试块
2.3.1 标准试块
使用CSK-IA和V2试块，用于仪器和探头性能的测试及灵敏度设置。
2.3.2 参考试块
参考试块材料和热处理状态应与被检件相同或声学与特性相接近的材料，表面粗糙度不超过6.3？滋m，用于弧面探头性能的测试，灵敏度设置。
2.4 检验方法
死水管段区域不锈钢管段包括水平和倾斜直管、垂直直管段和90°垂直弯头，扫查方向如下图3所示，具体检验方法如下：
1）弯头
（1）对厚度<25mm的弯头只使用T 45°探头，对厚度≥25mm弯头使用T45°探头和T35°探头；
（2）用T45°平面探头，按一个方向（1或5）轴向扫查弯头的外脊背和两侧，扫查同时探头做适当的摆动。如果在此次扫查中检测到缺陷，则用另一个尚未使用的方向（即5或1）进行扫查；
（3）用T45°弧面探头按一个方向（3或7）周向扫查弯头的外脊背和两侧，如果在此次扫查中检测到缺陷，则用另一个尚未使用的方向（7或3）进行扫查；
（4）用T45Alpha探头按一个方向（1或5）轴向扫查弯头的内脊背，如果在此次扫查中检测到缺陷，则用另一个尚未使用的方向（即5或1）进行扫查；
（5）用T45Alpha探头按一个方向（3或7）周向扫查弯头的内脊背，如果在此次扫查中检测到缺陷，则用另一个尚未使用的方向（即7或3）进行扫查；
（6）若使用T35°平面和弧面探头，采取与T45°探头同样的方法。
2）直管段（水平直管段、竖直直管段、倾斜直管段）
（1）对厚度<25mm的直管只使用T45°探头；对厚度≥25mm直管使用T45°探头和T35°探头；
（2）用T45°平面探头，按一个方向（1或5）轴向扫查直管段管材，扫查同时探头做适当的摆动。如果在此次扫查中检测到缺陷，则用另一个尚未使用的方向（即5或1）进行扫查；
（3）用T45°弧面探头按一个方向（3或7）周向扫查直管段管材，如果在此次扫查中检测到缺陷，则用另一个尚未使用的方向（7或3）进行扫查；
（4）若使用T35°平面和弧面探头，采取与T45°探头同样的方法。
3）T型管段
（1）对厚度<25mm的T型管段只使用T 45°探头，对厚度≥25mmT型管段使用T45°探头和T35°探头；
（2）用T45°平面探头，按一个方向（1或5）扫查T型管段背面区域，扫查同时探头做适当的摆动。如果在此次扫查中检测到缺陷，则用另一个尚未使用的方向（即5或1）进行扫查；
（3）用T45°弧面探头按一个方向（3或7）扫查T型管段背面区域，如果在此次扫查中检测到缺陷，则用另一个尚未使用的方向（7或3）进行扫查；
（4）若使用T35°平面和弧面探头，采取与T45°探头同样的方法。
图3 扫查方向的定义
2.5 缺陷显示特征
死水管段的裂纹垂直于内壁，并且具有明显的取向性，当从两个相反方向探测此时，信号的声程和幅值十分相似。
2.6 扫查要求
在信噪比允许的情况下（≦10%）尽量提高扫查灵敏度，探头的扫查方向分为轴向和周向扫查，探头扫查速度不大于100mm/s；当探头移动时，每个步距至少有20%探头（压电晶体）面积重叠。当扫查中出现“显示”时，则用另一个尚未使用的扫查方向进行扫查，对“显示”应选用4 MHz横波探头进行验证。对“缺陷显示”采用-6dB法测量显示长度。
2.7 记录和验收标准
2.7.1 记录标准
在扫查灵敏度下能够与噪声信号明显区分的所有缺陷信号均需要进行记录和分析。
2.7.2 验收标准
裂纹不可接受。
3 应用情况
在国内某核电的换料大修期间，采用该超声检验技术，对选定的死水管段进行超声检验，在管道内壁母材区检测到多条轴向裂纹显示，典型的裂纹信号见图4所示。该处管道位于与一回路相连接的一次隔离阀和二次隔离阀之间。阀门移除后，对该管道内表面母材进行渗透检验，在管道内壁发现多条轴向裂纹显示，渗透检验与超声检验结果进行比较，检验结果一致。核电厂根据检验结果对该管段进行了更换。
对裂纹的微观检查结果，判断产生裂纹的原因是死水管段现象引起的热疲劳裂纹。
4 结论
缺陷原理分析和现场实际应用中死水管段超声检验发现的裂纹显示与渗透检验结果一致，证明了死水管段裂纹超声检验技术的有效性。采用超声检验对死水管段进行检验，是预防管道失效，保证管道完整性的有效手段。
【参考文献】
[1]超声检测.NDT全国特种设备无损检测人员资格考核统编教材[M].2版.
[责任编辑：汤静]
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