6-я мнтк «Обеспечение безопасности аэс с ввэр» окб «гидропресс», Подольск, Россия 26 – 29 мая 2009 г




Скачать 119.48 Kb.
Дата19.07.2016
Размер119.48 Kb.

6-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия

26 – 29 мая 2009 г.



ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ АВГУР 5.2 ДЛЯ КОНТРОЛЯ АУСТЕНИТНЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ОБОРУДОВАНИЯ РЕАКТОРНОЙ УСТАНОВКИ ВВЭР-440


А.Х. Вопилкин, П.Ф. Самарин, Д.С. Тихонов

ООО «НПЦ «ЭХО+», Москва, Россия


EXPERIENCE OF APPLICATION OF THE AUGUR 5.2 SYSTEM FOR TESTING AUSTENITIC WELDS OF THE VVER-440 NPP
A.K. Vopilkin, P.F. Samarin, D. S. Tikhonov

SPC ECHO+, Moscow


This article describes apparatuses and methods of automatic ultrasonic testing (AUT) of the main austenite welding joint in the primary circuit of the VVER-440 nuclear power plant (NPP).

There are the results of tests and validation of the AUT methods of austenitic circular and longitudinal welds of the Du200 and Du500 pipelines with the AUGUR 5.2 system using coherent treatment the UT data. In the example of comparison of AUT results with information of metallographic investigations of austenitic and composite (austenitic - pearlitic) welds are certain the errors of measuring of the sizes of real defects. Comparisons of results of manual UT and AUT have been done. It is demonstrated that there are cracks in welds, reflecting ability of which below than defects (rejection) level. Such defects are effectively registered at acoustic holographic control. In the article the AUT technology is analyzed and advantages of his results are determined by comparison to the traditional UT for the estimation of remaining resource of the VVER-440 NPP.


введение
Важнейшей задачей при постоянном возрастании количества промышленно опасных объектов, у которых приблизился срок физического износа оборудования, но экономические обстоятельства вынуждают продолжать их эксплуатацию, является совершенствование методов максимально точного определения остаточного ресурса элементов и конструкций этих объектов. Это имеет непосредственное отношение к эксплуатирующимся атомным электростанциям (АЭС) России.

Благодаря развитию быстрых и эффективных алгоритмов когерентной обработки данных ультразвукового контроля, предназначенных для получения изображений внутреннего объема металла, разработке систем автоматизированного ультразвукового контроля (АУЗК) серии АВГУР была решена задача по определению реальных геометрических размеров несплошностей. Разработанные системы серии АВГУР предопределили использование комплексной технологии УЗ контроля сварных соединений [1], которая объединяет дефектоскопию, дефектометрию и определение остаточного ресурса объекта. Первые два этапа включают в себя выполнение АУЗК элементов конструкций с использованием систем АВГУР последовательно: в поисковом и измерительном режимах контроля.

Целью АУЗК с применением систем серии АВГУР является (приведенные ниже параметры несплошностей изменяются в зависимости от используемой методики):


  • обнаружение и локализация технологических и эксплуатационных несплошностей, эквивалентная площадь которых равна или превышает 3,5 мм2;

  • обеспечение выявления трещин различной ориентации - продольной, поперечной и диагональной – протяженностью более 10 мм и высотой более 2 мм;

  • измерение геометрических размеров несплошностей длиной более 10 мм с абсолютной погрешностью измерения длины  5 мм (протяженность вдоль оси шва) и высоты  2 мм.

В НПЦ «ЭХО+» были разработаны и утверждены в «Концерне Энергоатом» 19 методик АУЗК ответственных сварных соединений на АЭС с реакторными установками (РУ) РБМК и ВВЭР. По 15 методикам выполняется контроль сварных соединений ВВЭР-440 и ВВЭР-1000.

Эффективность использования комплексной технологии неразрушающего контроля была продемонстрирована как при эксплуатационном контроле трубопроводов действующих АЭС, так и при предэксплуатационном контроле – на Волгодонской и Калининской АЭС.

Ниже рассмотрены особенности применения методик АУЗК при контроле аустенитных сварных соединений трубопроводов первого контура реакторов ВВЭР-440 на примере контроля трубопроводов Ду500 и Ду200, приведены основные этапы аттестации средств контроля для этих методик.
Методика АУЗК кольцевых сварных соединений аустенитных трубопроводов Ду200.

Наибольший объем контроля на АЭС за все годы проведения АУЗК с системами серии АВГУР пришелся на сварные соединения (далее – СС) трубопроводов Ду300 на АЭС с РУ РБМК. Эти трубопроводы изготовлены из труб стали О8Х18Н10Т с номинальными значениями наружного диаметра – 325 мм и толщины стенки   12-18 мм. Общий объем контроля этих СС составил несколько тысяч швов, были проведены сотни ремонтов и несколько десятков разрезок сварных швов с металлографическими исследованиями. Сопоставления данных металлографии с результатами АУЗК подтверждают приведенную выше погрешность определения высоты дефектов ( 2 мм в 95% доверительном интервале).

В связи с тем, что выше обозначенные СС Ду300 однотипны СС аустенитных трубопроводов Ду200 реакторов ВВЭР-440 и имеют одинаковые акустические свойства, «Методика АУЗК кольцевых СС аустенитных трубопроводов Ду300 реакторов РБМК с применением системы Авгур 5.2» была распространена на СС аустенитных трубопроводов Ду200 реакторов ВВЭР-440.

Контроль по методике проводится для обнаружения в поисковом режиме продольно и поперечно ориентированных несплошностей. АУЗК обеспечивает (при соблюдении необходимых условии) выявление несплошностей, равных и более несплошности в виде пропила длиной 10 мм и высотой 1,5 мм. Помимо совмещенной схемы контроля эхо-методом используются зеркально-теневой (для поиска попречно ориентированных несплошностей), теневой и дифракционно-временной методы УЗК. Совмещение этих методов с использованием сдвиговых, продольных и головных волн в широком частотном диапазоне (2 ÷ 6 МГц) обеспечивает надежное обнаружение несплошностей. На рис. 1 показан сканер СК.219/426.А5.2, использующийся при контроле трубопроводов Ду300 и Ду200.

Для получения информации о геометрических размерах, месте расположения и типе обнаруженных несплошностей необходимо проведение контроля в измерительном режиме. При этом, проводится регистрация эхо-сигналов на пространственной апертуре с шагом, не превышающим половины самой короткой принимаемой волны. Затем происходит когерентная обработка всех эхо-сигналов с учетом их временных задержек (фазы) и истинной формы импульсов. При обработке используется метод вычислительной многочастотной акустической голографии. Основные параметры используемых в методике пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП) приведены в таблице 1.

Полученные на продольных (L) и сдвиговых (T)волнах голографические изображения объединяются (двухмодовые изображения). Далее проводится анализ полученных изображений.

Таблица 1.


ПЭП

Обозначе-ние пластины ПЭП

Центральная частота, МГц

Полоса частот, МГц (по уровню –20 дБ)

Угол ввода, град.

Угол раскрытия диаграммы направленности, град (по уровню –20 дБ)

LS5D70TF

S

40,4

3,90,585

702

202

L

50,5

5,00,75

702

152

По полученным изображениям определяются координаты Z верхней и нижней границ несплошностей. Если в рассматриваемом изображении B-типа наблюдается несколько зафиксированных контуров несплошности, то координатой верхней границы несплошности по оси Z в данном слое (Zверхн) считается положение верхнего контура локализации. Координатой нижней границы несплошности по оси Z в данном слое (Zнижн) считается положение нижнего контура.

По полученным изображениям определяются координаты Z верхней и нижней границ несплошностей. Если в рассматриваемом изображении B-типа наблюдается несколько зафиксированных контуров несплошности, то координатой верхней границы несплошности по оси Z в данном слое (Zверхн) считается положение верхнего контура локализации. Координатой нижней границы несплошности по оси Z в данном слое (Zнижн) считается положение нижнего контура.

На рис. 2 приведены изображения дефектов, полученных в результате обработки данных измерительного контроля аустенитных СС трубопроводов Ду200 первого контура реакторов ВВЭР-440. Изображение является суммарным, сформированным по результатам АУЗК на прямом и отражённом от дна пучках ультразвуковых волн. На изображении нанесена маска СС: сплошными зелёными линиями обозначены наружная и внутренняя поверхности трубопровода, а штрихпунктирными   профиль сварного шва. Анализ данных позволил сделать вывод, что обнаруженный дефект   плоскостного типа   расположен по границе сплавления сварного шва. Кроме сигналов от дефекта, область которого выделенная пунктиром на рисунке, наблюдаются структурные шумы аустенита.






Рис. 1. Расположение сканера СК.219/426.А5.2 на тест- образце сварного соединения Ду300.


Рис. 2. Результаты АУЗК в измерительном режиме. Изображение реального дефекта в сварном соединении Ду200. На виде D-типа видны структурные шумы СС.
В качестве примера изменений размеров несплошности в реальном СС на рис. 3 приведены данные по аустенитному СС трубопровода Ду300 АЭС с РУ РБМК [2] (для ВВЭР-440 нет необходимых данных наблюдений). За четыре года произошло увеличение высоты несплошности на 2 мм при практически неизменной длине – скорость роста составила 0,5 мм/год.


Рис. 3. Наблюдение за плоскостным отражателем при периодическом контроле в 2000 – 2004 гг. на трубопроводе реального сварного соединения Ду300.
Приведенные на рис. 3 результаты явились необходимой базой для разработки нормативов допускаемых размеров несплошностей в сварных соединениях трубопроводов Ду-300. Схематично нормативный подход к допускаемым размерам несплошностей в СС отражен в диаграмме рис. 4, где приведены безопасные области эксплуатации сварных соединений (кривые 1, 2, 3), которые определяются длиной и высотой трещин [3]. Кривые соответствуют длительности межконтрольного срока эксплуатации с учетом подрастания трещины за этот период времени в длину и глубину.


Длина дефекта, мм



Высота дефекта, мм

2

1

3

4

5



Рис. 4. Диаграмма допускаемых размеров дефектов:

1 – диаграмма предельных допускаемых дефектов;

2 – область безопасная для эксплуатации на конец срока оценки;

3 - область безопасная для эксплуатации на 1 год;

4 - область безопасная для эксплуатации на 2 года;

5 - область безопасная для эксплуатации 4 года.


Методика АУЗК кольцевых сварных соединений аустенитных трубопроводов Ду500.


АУЗК по методике проводится с целью обнаружения продольно и поперечно ориентированных несплошностей, он обеспечивает выявление несплошностей, эквивалентная площадь которых равна или превышает 15 мм2, а условная протяженность превышает 30 мм вдоль оси СС. Контроль проводится в поисковом и измерительном режимах с использованием сдвиговых и продольных волны с основными углами ввода 45°, 60° и 0°.

Благодаря двухмодовому АУЗК каждая контролируемая область СС прозвучивается двумя типами (модами) волн   продольными и сдвиговыми. Голографические изображения, полученные на двух типах волн, подвергаются совместному анализу или объединяются в одно изображение.

Качество СС считается удовлетворительным при одновременном соблюдении следующих требований: отсутствуют несплошности, амплитуда сигнала от которых превышает браковочный уровень (30 мм2, отсутствуют протяжённые несплошности, максимальное количество точечных (непротяжённых) несплошностей не превышает 5 штук на 100 мм протяженности СС. Если в одной области СС наблюдается несплошность в нескольких акустических каналах, то за её протяженность принимается значение соответствующее наибольшему по результатам измерений во всех каналах, Оценка несплошностей по амплитудному признаку производится по максимальным значениям эхо-сигналов, полученным для этой несплошности в различных каналах регистрации.

По результатам поискового АУЗК проводится измерительный контроль, служащий для определения геометрических размеров несплошностей.

На рис. 5 и 6 показаны схемы прозвучивания и расположения ПЭП на сканере при двустороннем контроле кольцевых СС Ду500.



Рис. 5. Схемы прозвучивания при двустороннем контроле кольцевых СС Ду500.



Рис. 6. Схемы расположения ПЭП на сканере при двустороннем контроле кольцевых СС Ду500. Слева   схема размещения ПЭП в случае контроля СС с не удаленным валиком усиления. Справа   схема размещения ПЭП в случае контроля СС с удаленным валиком усиления.

Методика АУЗК продольных сварных соединений аустенитных трубопроводов Ду500.


Методика устанавливает порядок проведения АУЗК продольных СС колен главных циркуляционных трубопроводов (ГЦТ) Ду500 реакторов типа ВВЭР-440. Основные характеристики СС: внешний диаметр 590 мм, толщина стенки 60 мм, радиус колена 620 мм, X-образная разделка.

В процессе поискового АУЗК определяются места локализации несплошностей и их протяженность, амплитуда эхо-сигналов которых превышает браковочный уровень 30 мм2, фиксируются все несплошности, амплитуда эхо-сигналов которых превышает контрольный уровень 15 мм2, а условная протяженность вдоль оси СС равна или превышает 15 мм.

На рис. 7 приведены схемы прозвучивания продольных СС колен главных циркуляционных трубопроводов Ду500.


Рис. 7. Схемы прозвучивания при контроле продольных СС колен гибов главных циркуля-ционных трубо-проводов Ду500 (наружный шов).
В соответствии с действующими руководящими документами перед утверждением выше рассмотренных методик АУЗК проводились приемочные испытания средств контроля и проектов методик. Испытания проводились на специально изготовленных образцах, имитирующих объект контроля и содержащих реальные или реалистичные эксплуатационные дефекты.

При испытаниях методики АУЗК продольных сварных соединений аустенитных трубопроводов Ду500 были использованы два испытательных тест-образца представляющие собой участок колена ГЦТ Ду500 с продольными сварными соединениями (внутренним и наружным). Образцы содержали 10 и 14 искусственных реалистичных дефектов, выявленных во время испытаний. На рис. 8 приведены изображения дефектов, полученных в результате обработки данных измерительного контроля образца аустенитного продольного СС трубопровода Ду500.




Рис. 8. Результаты измерительного АУЗК на испытательном образце. Выявляется дефект – цилиндрическое отверстие бокового сверления.
Координаты и размеры отражателей, выявленных при ультразвуковом контроле аустенитных сварных соединений образцов, сопоставляются с реальными координатами и размерами дефектов, содержащихся в их паспортах. Абсолютная погрешность измерения длины несплошностей не превышала 7 мм, погрешность измерения высоты несплошностей не превышала 1,5 мм. В измерениях этих образцов традиционными ручными методами УЗК были определены только условные протяженности, не были выявлены несколько отражателей и не были определены геометрические размеры дефектов по глубине.

Обязательным этапом приемочных испытаний средств контроля и проектов методик АУЗК являлись испытания на действующих блоках АЭС. После устранения замечаний методики были введены для обязательного периодического проведения контроля на АЭС с РУ ВВЭР.

Аналогичным образом были аттестована методики АУЗК сварных швов приварки коллекторов теплоносителя к патрубкам парогенераторов ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 [4].
4. ВЫВОДЫ


  1. В докладе рассмотрены методики АУЗК аустенитных сварных соединений трубопроводов первого контура реакторов ВВЭР-440: Ду200, главного циркуляционного трубопровода Ду500 (кольцевых и продольных сварных соединений) с использованием систем Авгур 5.2.

  2. Приведены результаты АУЗК аустенитных сварных соединений ГЦТ Ду200, Ду500 с использованием системы АВГУР 5.2, демонстрирующие возможность получения изображений акустических отражателей.

  3. На примере сопоставления результатов АУЗК с паспортными данными испытательных образцов приведены данные по погрешностям измерений. Абсолютная погрешность измерения высоты несплошностей не превышала 1,5 мм, что позволяет эффективно проводит мониторинг оборудования АЭС.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ




  1. Бадалян В.Г., Вопилкин А.Х., Тихонов Д.С. Новый подход к ультразвуковому неразрушающему автоматизированному контролю ответственных сварных соединений. // Контроль. Диагностика, 1999, № 10, 23 – 31.

  2. Бадалян В.Г. (НПЦ ЭХО+, Москва). Оценка результатов контроля по акустическим изображениям. – Дефектоскопия, 2007, № 4, с. 39-58. V.G. Badalyan, Estimated results of testing on acoustic imagines. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2007, Vol. , No. 4, pp. 39 58.

  3. Методика расчета и нормы допускаемых размеров дефектов в сварных соединениях трубопроводов Ду300 КМПЦ РБМК (РД ЭО 0489-03).

  4. Вопилкин А.Х., Самарин П.Ф., Тихонов Д.С. (НПЦ ЭХО+, Москва) Оборудование и методики автоматизированного ультразвукового контроля сварных швов приварки коллекторов теплоносителя к патрубкам парогенераторов ВВЭР-440 и ВВЭР-1000.   Материалы 7-го международного семинара по горизонтальным парогенераторам ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», г. Подольск Московской обл., Россия, 03-05 окт. 2006г. A.K. Vopilkin, P.F. Samarin, D.S. Tikhonov, Equipment and procedures of automated ultrasonic testing of the welding joint of the heat-carrying collector with the socket of the VVER-440 and VVER-1000 Steam Generators. The 7-th International Seminar on Horizontal Steam Generators.






База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница