【摘要】：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(dǎo)托卡馬克型聚變實驗堆,探索和平利用聚變能的科學(xué)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(dǎo)導(dǎo)體均采用了管內(nèi)電纜導(dǎo)體CICC(Cable-In-ConduitConductors)結(jié)構(gòu),其中極向場線圈的超導(dǎo)導(dǎo)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(dǎo)導(dǎo)體的鎧甲質(zhì)量有著嚴格明確的要求。但由于超導(dǎo)導(dǎo)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(fù)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(dǎo)導(dǎo)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)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。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(dǎo)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導(dǎo)體的偏心檢測關(guān)鍵技術(shù)研究。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TL64

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本文編號：2548404