随着国内核电事业的飞速发展,保证核电安全愈发重要。核级手动截止阀因其良好的密封性、工作行程小及启闭时间短等独特的性能优势被广泛使用在核电站各回路系统中。然而,因阀门制造工艺复杂、服役环境恶劣,唇焊环焊缝的堆焊层厚度过薄导致阀门整体强度不够,在内部压力长期作用下可能导致泄漏事故,将严重影响核电安全。因此,对唇焊焊缝的内部缺陷及焊缝厚度进行定期的无损检测是保障阀门密封的重要手段。目前,国内学者针对核级阀门唇焊焊缝的研究主要集中于阀门制造工艺、提升焊接技术等,对核级阀门唇焊焊缝开展无损检测的相关研究较少。本研究针对核级阀门密封唇焊环焊缝余高面表面凸起、粗糙、堆焊层薄及内部缺陷尺寸较小等超声检测难点,提出了核级手动截止阀唇焊焊缝的喷水式超声波聚焦检测技术。论文具体研究内容如下:首先,针对检测对象内部结构复杂、检测难点较多,对其检测方法展开研究,基于水浸聚焦检测原理,通过数学模型推导,在相同的水距下研究超声波在平面环焊缝和曲面环焊缝中的焦区相对位置;第二,采用数值仿真技术研究在相同水距下焊缝余高曲率对焦区位置及焦区尺寸的影响,分析焦区位置和焦区尺寸随环焊缝曲率的变化规律;第三,通过改变检测水距使得超声波在不同曲率环焊缝中的聚焦位置一致,获得曲面曲率与水距、焦区尺寸的相关表达式;第四,搭建水浸聚焦检测系统,参照数值仿真结果设置水距,对唇焊模拟试样的内部缺陷进行检测;第五,鉴于核电现场检测环境及工作要求,无法采用水浸法检测,因此提出了喷水式聚焦检测方法,设计了相应的检测工装,并搭建了用于核电现场检测的喷水式聚焦系统及水循环系统;最后,开展了核级阀门唇焊焊缝的检测工作,采用喷水式聚焦检测方法测量焊缝的厚度,而后对阀门进行金相解剖分析,以金相测量值为准修正了超声波在焊缝区传播的有效声速,同时改变超声波的入射点及入射角度,分析特征信号幅值及特征波到达时间的变化,以此判断焊缝内部缺陷的形状。研究结果表明:相比于平面检测对象,虽然受环焊缝余高面为曲面的不利影响,导致聚焦探头在工件中的聚焦深度、形成的焦区尺寸均有所增大,但其依然在焊缝内部形成有效聚焦,可通过修正检测水距实现聚焦声场对不同深度缺陷的精准覆盖。喷水式超声波聚焦检测技术可有效解决因工件复杂表面造成的声学耦合难题,聚焦探头形成的聚焦声场具有声束集中、能量高等优势可应用于唇焊内部小尺寸的缺陷检测,设计的检测工装可适配于核电现场的检测环境,实现了半自动化检测。在唇焊测厚研究中,喷水式聚焦超声检测技术可接收到较为优质的缺陷反射信号,对比金相结果获得了超声波在唇焊焊缝区传播的声速值为5150m/s,采用此声速修正后,超声检测值与金相测量值最大差值为0.06 mm,最小差值仅为0.02 mm,满足核电检测要求。本研究提出的喷水式超声波聚焦检测技术可有效检测核级阀门唇焊焊缝的内部缺陷及焊缝厚度。对于预防密封失效、避免放射性物质的泄漏、保障核电安全运行具有重要工程实践意义。