本發(fā)明屬于核聚變反應堆工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及核聚變裝置包層表面附近冷卻通道堵塞的無損檢測方法。

背景技術(shù)：

能源問題是困擾人類社會發(fā)展的主要問題之一，而可控核聚變具有資源無限、無污染、不產(chǎn)生高放射核廢料等優(yōu)點，是目前認識到的可以最終解決人類社會能源問題、環(huán)境問題、推動人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。托卡馬克是當前各種實驗途徑中，最有希望實現(xiàn)可控核聚變反應的裝置。托卡馬克的中央是一個環(huán)形的真空室，外面纏繞著線圈。在線圈通電的時候托卡馬克的內(nèi)部會產(chǎn)生巨大的環(huán)向磁場，以約束高溫等離子體。核聚變反應會產(chǎn)生高能中子，中子主要沉積在真空室內(nèi)的部件并伴隨產(chǎn)生大量核熱。托卡馬克真空室內(nèi)表面覆蓋有一層包層，為裝置外圍部件和設(shè)備提供主要的中子和熱屏蔽，同時生產(chǎn)聚變?nèi)剂想安⑻崛崮?。包層一般通過機械鉆孔的方式，在鍛件或者板材上鉆出大量的復雜冷卻通道，并利用強制對流的方式帶走沉積在其內(nèi)部的核熱。因為核熱大小隨著中子進入部件外表面后的行進深度增加而指數(shù)衰減，因此冷卻通道一般靠近包層外表面，以達到最好的冷卻效果。在包層的制造過程中，一般采用激光焊或者氬弧焊對冷卻通道進行封閉，但在焊接中所產(chǎn)生的焊接熔渣，可能堵塞焊縫附近的冷卻通道。焊接過程中，可采用目視、內(nèi)窺鏡等方式對部分冷卻通道進行檢查是否被焊接熔渣堵塞；但當所有冷卻通道都已經(jīng)封閉、以及對于某些結(jié)構(gòu)較特殊的冷卻通道，普通的目視、內(nèi)窺鏡便無法100％檢查所有冷卻通道。包層的冷卻通道如果被堵塞，在運行過程中，其局部溫度會急劇升高，并最終導致包層的損壞，嚴重危及反應堆的運行安全。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的為提供一種核聚變裝置包層表面附近冷卻通道堵塞的無損檢測方法，能夠滿足核聚變裝置包層制造對冷卻通道是否堵塞進行無損檢測的要求。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種核聚變裝置包層表面附近冷卻通道堵塞的無損檢測方法，它包括下列步驟：

步驟1：把待檢測的包層放入真空熱處理爐；

步驟2：在真空熱處理爐內(nèi)設(shè)置熱電偶，監(jiān)控環(huán)境溫度值；分別在包層內(nèi)冷卻通道外表面的各測量位置連接熱電偶，監(jiān)測包層最靠近冷卻通道外表面的溫度值；

步驟3：對真空熱處理爐進行抽真空；

步驟4：在真空熱處理爐里，通過輻射加熱對包層外表面加熱，加熱功率逐漸提高，同時在冷卻通道內(nèi)通去離子水對包層進行冷卻；

步驟5：環(huán)境溫度值達到設(shè)定值時，停止提高加熱功率；待包層最靠近冷卻通道外表面的溫度值變化達到穩(wěn)定時，記錄各測量位置的溫度測量值；

步驟6：建立基于冷卻通道無堵塞的包層數(shù)值計算模型，采用檢測的輸入條件進行穩(wěn)態(tài)輻射傳熱數(shù)值模擬計算；計算環(huán)境溫度值達到設(shè)定值時，各測量位置的溫度計算值；

步驟7：將步驟5得到的測量值和步驟6得到的計算值進行比較；如果某個測量位置的測量值和計算值偏差大于20％，則得出該位置可能出現(xiàn)冷卻通道堵塞的結(jié)論。

步驟8：在包層附近使用紅外熱成像儀，記錄環(huán)境溫度值達到設(shè)定值時，包層最靠近冷卻通道外表面的溫度值變化達到穩(wěn)定時的各測量位置的溫度采樣值；將采樣值與步驟6得到的計算值進行比較，如果某個位置的采樣值和計算值偏差大于20％，則得出該位置可能出現(xiàn)冷卻通道堵塞的結(jié)論。

所述的步驟3抽真空達到的真空度為1×10-3Pa。

所述的步驟4中，加熱的升溫速度為2℃/分鐘。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明提供的核聚變裝置包層表面附近冷卻通道堵塞的無損檢測方法通過把待檢測的包層放入真空熱處理爐，并在包層外冷卻通道附近設(shè)置若干個測量 位置，測量其溫度變化值；與數(shù)值仿真結(jié)果進行比較，得出某個冷卻管道堵塞的結(jié)論；從而滿足核聚變裝置包層制造對冷卻通道是否堵塞進行無損檢測的要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明用于檢測的包層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1.一號冷卻通道熱電偶測量位置、2.二號冷卻通道熱電偶測量位置、3.三號冷卻通道熱電偶測量位置、4.四號冷卻通道熱電偶測量位置、5.人工焊接熔渣、6.出口冷卻水箱、7.冷卻通道出口，8.冷卻通道進口、9.進口冷卻水箱。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進一步進行說明。

如圖1所示，本發(fā)明用于檢測的包層包括殼體、設(shè)置在殼體內(nèi)下端的與冷卻通道進口8連通的進口冷卻水箱9、設(shè)置在殼體內(nèi)上端的與冷卻通道出口7連通的出口冷卻水箱6。進口冷卻水箱9和出口冷卻水箱6之間連通有4根冷卻通道。在殼體外表面靠近4根冷卻通道的位置分別設(shè)有一號冷卻通道熱電偶測量位置1、二號冷卻通道熱電偶測量位置2、三號冷卻通道熱電偶測量位置3和四號冷卻通道熱電偶測量位置4。二號冷卻通道上設(shè)有人工焊接熔渣5，作為人為制造的異常點。

本發(fā)明提供的核聚變裝置包層表面附近冷卻通道堵塞的無損檢測方法包括下列步驟：

步驟1：把待檢測的包層放入真空熱處理爐；

步驟2：在真空熱處理爐內(nèi)設(shè)置熱電偶，監(jiān)控環(huán)境溫度值；分別在一號冷卻通道熱電偶測量位置1、二號冷卻通道熱電偶測量位置2、三號冷卻通道熱電偶測量位置3和四號冷卻通道熱電偶測量位置4連接熱電偶，監(jiān)測包層最靠近冷卻通道外表面的溫度值；

步驟3：對真空熱處理爐進行抽真空，真空度達到1×10-3Pa，以保護包層外表面，避免表面氧化；

步驟4：在真空熱處理爐里，通過輻射加熱對包層外表面加熱，加熱功率逐漸提高，升溫速度為2℃/分鐘；同時在冷卻通道內(nèi)通20℃的去離子水對包層 進行冷卻；

步驟5：環(huán)境溫度值達到100℃時，停止提高加熱功率；待包層最靠近冷卻通道外表面的溫度值變化達到穩(wěn)定時，記錄4個測量位置的溫度測量值；

步驟6：建立基于冷卻通道無堵塞的包層數(shù)值計算模型，采用檢測的輸入條件進行穩(wěn)態(tài)輻射傳熱數(shù)值模擬計算；計算環(huán)境溫度值達到100℃時，包層最靠近冷卻通道外表面的溫度值變化達到穩(wěn)定時的4個測量位置的溫度計算值。

步驟7：將步驟5得到的測量值和步驟6得到的計算值進行比較；如果某個測量位置的測量值和計算值偏差較大(大于20％)，則得出該位置可能出現(xiàn)冷卻通道堵塞的結(jié)論。

還可以增加步驟8：在包層附近使用紅外熱成像儀，記錄環(huán)境溫度值達到100℃時，包層最靠近冷卻通道外表面的溫度值變化達到穩(wěn)定時的4個測量位置的溫度采樣值；將采樣值與步驟6得到的計算值進行比較，如果某個位置的采樣值和計算值偏差較大(大于20％)，則得出該位置可能出現(xiàn)冷卻通道堵塞的結(jié)論。