СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ ШВОВ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 2004 года по МПК G21C17/07 G21C21/00 

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля качества сварных швов, а именно к ультразвуковому контролю герметизирующих сварных швов тепловыделяющего элемента ядерных реакторов типа ВВЭР-1000, ВВЭР-440, в котором сварные швы выполняются контактно-стыковой сваркой (КСС-2) и электронно-лучевой сваркой (ЭЛС).

Известен способ ультразвукового контроля сварного шва контактно-стыковой сварки заглушки к оболочке тепловыделяющего элемента, включающий прозвучивание в диаметральном направлении остросфокусированным ультразвуковым лучом сварного соединения, приемку ультразвуковых импульсов при вращении тепловыделяющего элемента и перемещении излучателя и приемника ультразвуковых импульсов в осевом направлении зоны сварного соединения тепловыделяющего элемента, запись результатов контроля и определение протяженности участка сплавления в направлении оси тепловыделяющего элемента (“Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов”. /Под ред. Ф.Г.Решетникова, кн.2, М.: Энергоатомиздат, 1995 г., с.274-276 и рис.21.12. Схемы ультразвукового контроля сварного соединения, выполненного контактно-стыковой сваркой КСС-2).

Недостатком способа является отсутствие возможности обнаружения пор в области линии продолжения внутренней поверхности и непроваров, определяемых длиной линии продолжения внутренней поверхности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ-прототип ультразвукового контроля сварного шва по патенту РФ №2158031 “Способ ультразвукового контроля сварного шва контактно-стыковой сварки заглушки к оболочке тепловыделяющего элемента”, МПК G 21 С 17/07, 21/00, 2000 г., включающий прозвучивание ультразвуковым лучом сварного соединения, приемку ультразвуковых импульсов при дискретном повороте тепловыделяющего элемента и при построчно возвратно-поступательном перемещении излучающего и приемного пьезоэлектрических преобразователей в осевом направлении зоны сварки тепловыделяющего элемента, запись результатов контроля и определение протяженности участка сплавления в направлении оси тепловыделяющего элемента.

Недостатком способа является отсутствие возможности обнаружения пор в области линии продолжения внутренней поверхности и непроваров, определяемых длиной линии продолжения внутренней поверхности.

Задачей изобретения является выявление непроваров, пор, микропор, длины зоны сплошности и повышение надежности их обнаружения.

Задача решается тем, что способ контроля качества сварных швов тепловыделяющего элемента заключается в излучении ультразвукового сигнала, его приеме и анализе, согласно формуле изобретения ультразвуковой сигнал преобразователя падает нормально к наружной поверхности тепловыделяющего элемента и поверхности шва при перемещении его вдоль образующей и регистрируют эхо-сигналы от наружной и внутренней поверхности оболочки и в области линии продолжения внутренней поверхности оболочки по времени, длительности и протяженности наблюдения.

Указанная совокупность признаков является новой и обладает изобретательским уровнем, так как использование способа позволяет оценивать качество герметизирующих сварных соединений оболочки с заглушками тепловыделяющих элементов, выполненных электронно-лучевой сваркой и контактно-стыковой сваркой (КСС-2), за счет выявленных непроваров, пор, микропор и длину зоны сплошности и повышения надежности их обнаружения за счет ввода ультразвукового сигнала нормально к поверхности оболочки и сварного шва и дополнительного использования эхо-сигналов от поднутрения заглушки для электронно-лучевой сварки и донного сигнала для контактно-стыковой сварки (КСС-2).

На чертеже представлена схема реализации способа контроля качества сварного шва тепловыделяющего элемента, в которой I - схема сканирования сварного шва первой заглушки, выполненного электронно-лучевой сваркой, II - схема сканирования сварного шва второй заглушки, выполненного контактно-стыковой сваркой (КСС-2).

Способ реализуется следующим образом.

Твэл подается в иммерсионную ванну механизма вращения. После установки твэла на позиции контроля и получения сигналов исходного состояния по команде персонального компьютера начинается возвратно-поступательное перемещение пьезоэлектропреобразователя (ПЭП) вдоль оси твэла и последующим поворотом твэла на заданный угол после каждого перемещения, причем персональный компьютер запоминает текущую координату перемещения ПЭП и угол поворота твэла.

Одновременно запускается генератор зондирующих импульсов, соединенный с ПЭП, и ультразвуковые сигналы, возбуждаемые ПЭП, прозвучивают оболочку твэла и его сварное соединение. Эхо-сигналы, отражаемые от поверхностей твэла и несплошностей, принимаются ПЭП и усиливаются в усилителе для последующей обработки в персональном компьютере и наблюдения на экране электронно-лучевой трубки дефектоскопа.

Пример выполнения способа

Ультразвуковые колебания, возбуждаемые фиксирующим пьезоэлектрическим, например фокусирующим, преобразователем 1, через иммерсионную жидкость падают нормально к наружной поверхности 2 оболочки твэла. Отраженные от наружной поверхности 2 эхо-сигналы 3 регистрируются ультразвуковым дефектоскопом 4 и на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 5 наблюдают эхо-сигналы 3. Ультразвуковые колебания, прошедшие в материал оболочки, отражаются от внутренней поверхности 6. Отраженные эхо-сигналы от внутренней поверхности 6 регистрируют ультразвуковым дефектоскопом 4 и на экране ЭЛТ наблюдают эхо-сигналы 7.

Длительность строб-импульса 12 дефектоскопа 4 устанавливают между сигналами 3 и 7. При перемещении пьезоэлектрического преобразователя 1 вдоль образующей твэла регистрируются эхо-сигналы 3 и 7 ультразвуковым дефектоскопом 4 и запоминают синхронно с перемещением в памяти ПК 16.

При переходе на сварное соединение продолжается регистрация эхо-сигналов 3, установленная длительность строб-импульса 12 обеспечивает регистрацию дефектов в сварном соединении 9 или 10 выше линии 11 продолжения внутренней поверхности. Амплитуда и ширина эхо-сигналов, попавших в строб-импульс 12 определяет дефекты: поры, непровары, а протяженность времени наблюдения сигнала определяет размер дефекта. По окончании перемещения так называемой “строки” твэл поворачивают на заданный угол и перемещение ПЭП производят вновь, это повторяют до завершения полного поворота твэла на угол 360°С. Эхо-сигнал каждой строки запоминают. После исчезновения эхо-сигнала 7 от внутренней поверхности 6 начинается отсчет протяженности сплошности, так как в сварном шве при отсутствии непровара происходит прием эхо-сигналов вторым строб-импульсом 19, установленным в определенном месте. Для сварного соединения 9 ЭЛС в месте 3-го отражения эхо-сигнала 7 появляется эхо-сигнал 13, отраженный от поверхности 14 поднутрения, что несет дополнительную информацию о качестве сварного соединения: наличие его информирует об отсутствии непровара, а прерывание - о наличии пор, для сварного соединения 10 КСС-2 - эхо-сигнал 15, отраженный от противоположной поверхности заглушки. Наличие его информирует о качестве сварного соединения и его протяженности, а прерывание - о наличии непроваров и микропор.

Таким образом, применение данного способа позволяет повысить качество контроля и, следовательно, надежность тепловыделяющего элемента.

Способ контроля качества сварных швов тепловыделяющего элемента предназначен для использования в области ядерной энергетики. Способ заключается в излучении ультразвукового сигнала. Ультразвуковой сигнал пьезоэлектропреобразователя падает нормально к наружной поверхности тепловыделяющего элемента и поверхности сварного шва при перемещении его вдоль образующей. Производят регистрацию эхо-сигналов от наружной и внутренней поверхности оболочки и сварного шва в области линии продолжения внутренней поверхности оболочки по времени. Обеспечивается выявление непроваров, пор, микропор, длины зоны сплошности и повышение надежности их обнаружения. 1 ил.

Способ контроля качества сварных швов тепловыделяющего элемента, заключающийся в излучении ультразвукового сигнала, его приеме и анализе, отличающийся тем, что ультразвуковой сигнал пьезоэлектропреобразователя подают нормально к наружной поверхности тепловыделяющего элемента и поверхности сварного шва при перемещении его вдоль образующей и регистрируют эхо-сигналы от наружной и внутренней поверхности оболочки и сварного шва в области линии продолжения внутренней поверхности оболочки по времени, длительности и протяженности наблюдения.