СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ТЕНЕВОГО КОНТРОЛЯ НЕЗАПОЛНЕННОСТИ КОМПЕНСАТОРА СЕРДЕЧНИКА ТВЭЛОВ ДИСПЕРСИОННОГО ТИПА Российский патент 1999 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к ультразвуковой дефектоскопии материалов и изделий и может быть применено для контроля твэлов ядерных реакторов.

Ниже приведена краткая характеристика дисперсионного твэла в качестве объекта контроля (Самойлов А.Г., Каштанов А.И., Волков В.С. Дисперсионные твэлы. Том 2, "Конструкция и работоспособность". -М.: Энергоиздат, 1982, с. 3, 141).

Под оболочкой 1 (фиг. 1) находится сердечник 2, состоящий из частиц делящегося вещества, равномерно распределенного в матрице из неделящегося вещества. Концы сердечника переходят в пробки 3 и 4, также изготовленные из неделящегося вещества. Материалы сердечника и пробок при изготовлении твэла частично проникают друг в друга, образуя переходные слои 5 и 6. На положение начала (сечение Б-Б) и конца (сечение Д-Д) сердечника по оси твэла существуют технологические допуски (отрезки между сечениями А-А - В-В и Г-Г - Е-Е).

На всей длине сердечника имеется центральная осевая цилиндрическая полость - компенсатор - 7, назначение которого - компенсировать радиационное распухание (увеличение объема) сердечника и тем самым предотвратить разрушение твэла во время эксплуатации. Компенсатор может выполнять свои функции при условии, что в процессе изготовления твэла в него не попадет материал матрицы. Таким образом, контроль незаполненности компенсатора на всей длине сердечника заключается в обнаружении дефекта 8 в виде участка компенсатора, заполненного материалом матрицы.

Известен ультразвуковой теневой способ контроля, позволяющий обнаружить в объекте контроля дефекты в виде пустот по уменьшению амплитуды ультразвукового сигнала, прошедшего через объект (Ермолов И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля. -М.: Машиностроение, 1981, с.7).

Исследования показали, что этот способ позволяет различить дефектный и бездефектный участки компенсатора при прозвучивании твэла в плоскости поперечного сечения и одновременном его перемещении вдоль оси от сечения А-А до сечения Е-Е. Однако уменьшение амплитуды прошедшего через твэл сигнала не может быть использовано в качестве признака дефекта по следующей причине. Бездефектный, т.е. незаполненный материалом матрицы компенсатор, представляет собой полость, имеющую при указанном прозвучивании значительное акустическое сопротивление. При заполнении компенсатора материалом матрицы его акустическое сопротивление уменьшается в 5-10 раз, что приводит к возрастанию амплитуды упругих волн, прошедших через этот участок твэла. Таким образом, при контроле незаполненности компенсатора ультразвуковым теневым способом признаком дефекта должно быть увеличение амплитуды сигнала. Исследования также показали, что при прозвучивании твэла на пробках время прохождения сигнала меньше, а его амплитуда больше, чем на сердечнике. На переходных слоях эти параметры сигнала хаотически изменяются.

Описанный выше способ не может быть применен из-за сильного искажения амплитуды сигнала интерференцией.

Известен также способ (Пронякин В. Т. , Дубинин Г.В., Королев М.В. "Полуволновой дефектоскоп", журнал "Дефектоскопия", 1967, N 2 с. 1-6), представляющий собой вариант вышеописанного теневого, но свободный от недостатка, обусловленного интерференцией. Способ позволяет определить дефект по изменению амплитуды первой полуволны ультразвукового сигнала, прошедшего через объект контроля. При этом первую полуволну выделяют посредством запирания пропускающего сигнал элемента с помощью этого же сигнала, задержанного на время, равное полуволне. Этот способ может обеспечить выделение первой полуволны на любом участке твэла от сечения А-А до сечения Е-Е, но результаты контроля не могут быть достоверными, т.к. способ не дает информации о том, что прозвучивалось: сердечник, пробка, или переходный слой.

По указанной причине способ не может быть применен.

Известей способ ультразвукового теневого импульсного контроля толстостенных трубчатых изделий (Пронякин В. Т. , Лимаров В.Т., Астафьев И.А. "Двухчастотный ультразвуковой дефектоскоп", журнал "Дефектоскопия", 1970, N 4 с. 59-63). Так же, как и в аналоге, дефект определяется по амплитуде первой полуволны, которую в данном случае выделяют с помощью строб-импульса, задержка и длительность которого равны задержке и длительности первой полуволны сигнала, прошедшего через контролируемую стенку трубы.

Недостаток этого способа в том, что при прозвучивании твэла через пробку или переходный слой будет выделяться не первая, а третья или даже пятая полуволна, что неизбежно приведет к перебраковке. По этой причине способ также не может быть применен.

Задачей предполагаемого изобретения является контроль незаполненности компенсатора на всей длине сердечника твэла дисперсионного типа, заключенного между двумя пробками из неделящегося материала.

Эта задача решается посредством ультразвукового теневого способа контроля, при этом твэл перемещают вдоль оси и прозвучивают в плоскости поперечного сечения, задержку и длительность первого строб-импульса выбирают равными задержке и длительности первой полуволны сигнала, прошедшего через сердечник, а выделяют эту первую полуволну с помощью второго строб-импульса, задержку которого устанавливают равной задержке первой полуволны сигнала, прошедшего через пробку, а длительность ограничивают приходом второй полуволны сигнала, прошедшего через твэл на любом участке, при этом сравнивают по времени положение первой полуволны с положением первого строб-импульса, начало сердечника определяют по окончанию переходного процесса от несовпадения к совпадению первой полуволны и первого строб-импульса, а конец сердечника - по началу переходного процесса от совпадения к несовпадению, а о наличии дефекта судят по возрастанию первой полуволны на участке твэла от начала сердечника до его конца.

Сопоставительный анализ с прототипом и другими техническими решениями в данной области техники показывает, что заявленный способ соответствует критерию "новизна".

Временные диаграммы на фиг. 2 - 4 иллюстрируют контроль незаполненности компенсатора сердечника дисперсионного твэла по предложенному способу. Сигналы, показанные на фиг. 2 соответствуют прозвучиванию пробки твэла, а на фиг. 3 и 4 - бездефектного и дефектного участков сердечника.

Контроль твэла начинается от сечения А-А и заканчивался на сечении Е-Е. При этом последовательно прозвучивается пробка, переходный слой, сердечник, второй переходный слой и вторая пробка. На всех участках твэла время прохождения ультразвукового сигнала различно, но первая полуволна выделяется из этого сигнала постоянно, так как длительность второго строб-импульса автоматически ограничивается приходом второй полуволны этого же сигнала. На пробке амплитуда первой полуволны (фиг. 2г) превышает браковочный уровень (фиг. 2д), но регистрации брака нет, так как первая полуволна по времени не совпадает с первым строб-импульсом (фиг. 2а).

На переходном слое первая полуволна эпизодически может совпадать с первым строб-импульсом, а ее амплитуда при этом может превышать браковочный уровень. Регистрации брака не произойдет, так как отдельных эпизодических совпадений для этого недостаточно. По мере приближения прозвучивания к сечению Б-Б таких совпадений будет все больше. Когда их количество достигнет величины, характерной для окончания переходного процесса, автоматически включается режим "контроль", во время которого, каждую выделенную полуволну (фиг. 3г) оценивают по амплитуде, и если она превышает браковочный уровень (фиг. 4г и 4д) регистрируют брак. Когда прозвучивание достигает сечения Д-Д, начинается нарастающий процесс эпизодического несовпадения первой полуволны и первого строб-импульса. При достижении некоторой величины, достаточной для утверждения, что это начало переходного процесса, режим "контроль" автоматически выключается и никакие последующие эпизодические совпадения первой полуволны с первым строб-импульсом при одновременном превышении амплитудой браковочного уровня не приведут к регистрации брака.

Таким образом, контроль незаполненности компенсатора сердечника будет выполнен от сечения Б-Б до сечения Д-Д, то есть на всей длине сердечника конкретного твэла без перебраковки.

Для реализации предложенного способа был разработан и изготовлен ультразвуковой дефектоскоп, с помощью которого были проконтролированы несколько партий дисперсионных твэлов. Сравнение ультразвуковых диаграмм с рентгенограммами показало, что контроль незаполненности компенсатора был проведен на всей длине сердечника, а металлографический анализ забракованных твэлов подтвердил все выявленные дефекты.

Новый технический результат состоит в том, что незаполненность компенсатора сердечника дисперсионного твэла контролируется на всей длине сердечника.

Изобретение относится к ультразвуковой дефектоскопии материалов и изделий и может быть применено для контроля твэлов ядерных реакторов. Сущность изобретения состоит в том, что твэл перемещают вдоль оси и прозвучивают в плоскости поперечного сечения, задержку и длительность первого строб-импульса выбирают равными задержке и длительности первой полуволны сигнала, прошедшего через сердечник, а выделяют эту полуволну с помощью второго строб-импульса, задержку которого устанавливают равной задержке первой полуволны сигнала, прошедшего через пробку, а длительность ограничивают приходом второй полуволны сигнала, прошедшего через твэл на любом участке, при этом сравнивают по времени положение выделенной полуволны с положением первого строб-импульса, начало сердечника определяют по окончанию переходного процесса от несовпадения к совпадению первой полуволны и первого строб-импульса, а конец сердечника - по началу переходного процесса от совпадения к несовпадению, а о наличии дефекта судят по возрастанию первой полуволны на участке твэла от начала сердечника до его конца. Технический результат изобретения состоит в том, что незаполненность компенсатора сердечника дисперсионного твэла контролируется на всей длине сердечника. 4 ил.

Способ ультразвукового теневого контроля незаполненности компенсатора сердечника твэлов дисперсионного типа, заключенного между двумя пробками из неделящегося материала, при котором твэл перемещают вдоль оси и прозвучивают в плоскости поперечного сечения, задержку и длительность первого строб-импульса выбирают равными задержке и длительности первой полуволны сигнала, прошедшего через сердечник, а выделяют эту первую полуволну с помощью второго строб-импульса, задержку которого устанавливают равной задержке первой полуволны сигнала, прошедшего через пробку, а длительность ограничивают приходом второй полуволны сигнала, прошедшего через твэл на любом его участке, при этом сравнивают по времени положение выделенной полуволны с положением первого строб-импульса, начало сердечника определяют по окончанию переходного процесса от несовпадения к совпадению первой полуволны и первого строб-импульса, а конец сердечника - по началу переходного процесса от совпадения к несовпадению, а о наличии дефекта судят по возрастанию амплитуды первой полуволны на участке твэла от начала сердечника до его конца.