ITER導體異型鎧甲無損檢測技術研究.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)化必不可少的關鍵一步。ITER聚變實驗堆有多個系統(tǒng)及關鍵部件組成，其中ITER磁體系統(tǒng)是其組成結構中的核心部件。ITER磁體系統(tǒng)中的超導導體均采用了管內電纜導體CICC

2、(Cable-In-Conduit Conductors)結構，其中極向場線圈的超導導體采用外方內圓結構。由于ITER為核聚變裝置，質量要求等級為一級，因此對超導導體的鎧甲質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，使其在國內外的研究還是首例，因此異型鎧甲無損檢測技術的研究及創(chuàng)新具有重要的意義。
　　超聲相控陣檢測技術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。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的研究，本文獨創(chuàng)性的設計了一種超聲相控陣檢測技術與內穿式渦流檢測技術相結合的無損檢測方法，并通過ITER IO（Intenational Organization））相關專家審核，已成功運用到ITER大型超導導體的批量生產中。
　　本文首先介紹了課題的研究來源及研究意義，并對國內

4、外無損檢測技術的發(fā)展現(xiàn)狀展開調研，概述了現(xiàn)代無損檢測新技術中的超聲相控陣檢測技術的優(yōu)越性，為實現(xiàn)異型鎧甲無損檢測技術的研究提供技術可行性。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)對聲束聚焦偏轉的影響，為超聲相控陣換能器的選擇設計提供理論依據(jù)。
　　其次，針對異型鎧甲無損檢測技術難點，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的不足進行分析研究，確定檢測盲區(qū)，并在此基礎上提出了檢測技術優(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、重點研究了利用內穿式Bobbin探頭來檢測異型鎧甲內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與內穿式渦流檢測技術相結合的無損檢測方法。
　　此外，完成了ITER導體異型鎧甲焊縫6次透照法的技術創(chuàng)新、CFETR中心螺旋管CS鎧甲無損檢測技術的研發(fā)以及ITER IVC