ITER导体异型铠甲无损检测技术研究

发布时间：2019-10-13 02:09

【摘要】：国际热核聚变实验堆 ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)是世界上第一个聚变实验堆,其目标是通过多国合作,共同设计建造一个超导托卡马克型聚变实验堆,探索和平利用聚变能的科学可行性,它是实现磁约束聚变能商业化必不可少的关键一步。ITER聚变实验堆有多个系统及关键部件组成,其中ITER磁体系统是其组成结构中的核心部件。ITER磁体系统中的超导导体均采用了管内电缆导体CICC(Cable-In-ConduitConductors)结构,其中极向场线圈的超导导体采用外方内圆结构。由于ITER为核聚变装置,质量要求等级为一级,因此对超导导体的铠甲质量有着严格明确的要求。但由于超导导体异型铠甲使用的特殊性,使其在国内外的研究还是首例,因此异型铠甲无损检测技术的研究及创新具有重要的意义。超声相控阵检测技术PAUT(Phased Array Ultrasonic Testing))通过控制各阵元的时间延迟,实现声束的聚焦和偏转。它具有动态聚焦、灵活性好、、检测灵敏高及可检测复杂形状试件等诸多优点,成为当今国际无损检测界的研究热点。针对异型铠甲无损检测技术的研究,本文独创性的设计了一种超声相控阵检测技术与内穿式涡流检测技术相结合的无损检测方法,并通过ITER IO(Intenational Organization))相关专家审核,已成功运用到ITER大型超导导体的批量生产中。.本文首先介绍了课题的研究来源及研究意义,并对国内外无损检测技术的发展现状展开调研,概述了现代无损检测新技术中的超声相控阵检测技术的优越性,为实现异型铠甲无损检测技术的研究提供技术可行性。继而阐述了超声相控阵的原理及辐射声场理论,建立单源声场空间模型及线性阵列声场空间模型,并通过Matlab对声场的指向性进行模拟仿真,深度分析了阵列换能器各参数对声束聚焦偏转的影响,为超声相控阵换能器的选择设计提供理论依据。其次,针对异型铠甲无损检测技术难点,利用CIVA仿真平台实现不同阵列聚焦法则的算法,并对该聚焦法则下声场分布及人工反射体进行模拟仿真,提出了一种多阵列、64次全方位的超声相控阵检测方法,搭建了异型铠甲相控阵检测系统,进行验证实验并对结果进行分析。最后本文针对验证实验中超声相控阵检测技术的不足进行分析研究,确定检测盲区,并在此基础上提出了检测技术优化方案。通过增补阵列聚焦换能器,实现异型铠甲22.5°-45°横向缺陷的检测,并对阵列聚焦换能器的声场及聚焦法则进行模拟计算,验证了其声场的指向性。重点研究了利用内穿式Bobbin探头来检测异型铠甲内表面缺陷的检出方法,利用CIVA涡流模块对涡流密度的分布进行模拟仿真,确定在最佳检测频率涡流的有效渗透深度,搭建了涡流检测系统并进行了验证实验。经实验优化及验证,最终形成了多阵列、44次扫查的超声相控阵检测技术与内穿式涡流检测技术相结合的无损检测方法。此外,完成了 ITER导体异型铠甲焊缝6次透照法的技术创新、CFETR中心螺旋管CS铠甲无损检测技术的研发以及ITER IVC导体的偏心检测关键技术研究。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL64

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本文编号：2548404