ITER導體異型鎧甲無損檢測技術(shù)研究.pdf

1、國際熱核聚變實驗堆ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)是世界上第一個聚變實驗堆，其目標是通過多國合作，共同設(shè)計建造一個超導托卡馬克型聚變實驗堆，探索和平利用聚變能的科學可行性，它是實現(xiàn)磁約束聚變能商業(yè)化必不可少的關(guān)鍵一步。ITER聚變實驗堆有多個系統(tǒng)及關(guān)鍵部件組成，其中ITER磁體系統(tǒng)是其組成結(jié)構(gòu)中的核心部件。ITER磁體系統(tǒng)中的超導導體均采用了管內(nèi)電纜導體CICC

2、(Cable-In-Conduit Conductors)結(jié)構(gòu)，其中極向場線圈的超導導體采用外方內(nèi)圓結(jié)構(gòu)。由于ITER為核聚變裝置，質(zhì)量要求等級為一級，因此對超導導體的鎧甲質(zhì)量有著嚴格明確的要求。但由于超導導體異型鎧甲使用的特殊性，使其在國內(nèi)外的研究還是首例，因此異型鎧甲無損檢測技術(shù)的研究及創(chuàng)新具有重要的意義。
　　超聲相控陣檢測技術(shù)PAUT（Phased Array Ultrasonic Testing））通過控制各陣元的時間延

3、遲，實現(xiàn)聲束的聚焦和偏轉(zhuǎn)。它具有動態(tài)聚焦、靈活性好、、檢測靈敏高及可檢測復雜形狀試件等諸多優(yōu)點，成為當今國際無損檢測界的研究熱點。針對異型鎧甲無損檢測技術(shù)的研究，本文獨創(chuàng)性的設(shè)計了一種超聲相控陣檢測技術(shù)與內(nèi)穿式渦流檢測技術(shù)相結(jié)合的無損檢測方法，并通過ITER IO（Intenational Organization））相關(guān)專家審核，已成功運用到ITER大型超導導體的批量生產(chǎn)中。
　　本文首先介紹了課題的研究來源及研究意義，并對國內(nèi)

4、外無損檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀展開調(diào)研，概述了現(xiàn)代無損檢測新技術(shù)中的超聲相控陣檢測技術(shù)的優(yōu)越性，為實現(xiàn)異型鎧甲無損檢測技術(shù)的研究提供技術(shù)可行性。繼而闡述了超聲相控陣的原理及輻射聲場理論，建立單源聲場空間模型及線性陣列聲場空間模型，并通過Matlab對聲場的指向性進行模擬仿真，深度分析了陣列換能器各參數(shù)對聲束聚焦偏轉(zhuǎn)的影響，為超聲相控陣換能器的選擇設(shè)計提供理論依據(jù)。
　　其次，針對異型鎧甲無損檢測技術(shù)難點，利用CIVA仿真平臺實現(xiàn)不同陣列

5、聚焦法則的算法，并對該聚焦法則下聲場分布及人工反射體進行模擬仿真，提出了一種多陣列、64次全方位的超聲相控陣檢測方法，搭建了異型鎧甲相控陣檢測系統(tǒng)，進行驗證實驗并對結(jié)果進行分析。
　　最后本文針對驗證實驗中超聲相控陣檢測技術(shù)的不足進行分析研究，確定檢測盲區(qū)，并在此基礎(chǔ)上提出了檢測技術(shù)優(yōu)化方案。通過增補陣列聚焦換能器，實現(xiàn)異型鎧甲22.5°～45°橫向缺陷的檢測，并對陣列聚焦換能器的聲場及聚焦法則進行模擬計算，驗證了其聲場的指向性。

6、重點研究了利用內(nèi)穿式Bobbin探頭來檢測異型鎧甲內(nèi)表面缺陷的檢出方法，利用CIVA渦流模塊對渦流密度的分布進行模擬仿真，確定在最佳檢測頻率渦流的有效滲透深度，搭建了渦流檢測系統(tǒng)并進行了驗證實驗。經(jīng)實驗優(yōu)化及驗證，最終形成了多陣列、44次掃查的超聲相控陣檢測技術(shù)與內(nèi)穿式渦流檢測技術(shù)相結(jié)合的無損檢測方法。
　　此外，完成了ITER導體異型鎧甲焊縫6次透照法的技術(shù)創(chuàng)新、CFETR中心螺旋管CS鎧甲無損檢測技術(shù)的研發(fā)以及ITER IVC