Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор методов и средств вихретоковои дефектоскопии твэлов 11
1.1 Объекты дефектоскопии 11
1.2 Средства и методы вихретоковой дефектоскопии твэлов 17
Глава 2. Система оперативной дефектоскопии облучённых твэлов ВВЭР 34
2.1 Структура системы 34
2.2 Дефектоскоп 35
2.3 Программное обеспечение 37
2.4 Первичные преобразователи 41
2.4.1 ВТП для применения в радиационной защитной камере 41
2.4.2 ВТП для применения на стенде инспекции 44
2.4.3 ВТП для дефектоскопии твэлов с высоким выгоранием 45
2.5 Методы анализа результатов вихретоковой дефектоскопии 48
2.6 Контрольные образцы и критерии идентификации дефектов 53
Глава 3. Результаты вихретоковой дефектоскопии облучённых твэлов ВВЭР 63
3.1 ВТ-контроль бездефектных твэлов 63
3.2 ВТ-контроль герметичных твэлов с дефектами оболочек 64
3.2.1 Локальные увеличения диаметра 64
3.2.2 Локальные уменьшения диаметра 65
3.2.3 Фреттинг-взаимодействия оболочки с пуклёвками ДР 67
3.2.4 Debris-дефекты 71
3.2.5 Очаговая коррозия 75
3.2.6 Локальное гидрирование 76
3.3 ВТ-контроль негерметичных твэлов 77
Выводы 87
Заключение 88
Список литературы 89
Приложение 1. Справка о внедрении результатов работы в ОАО «ГНЦ НИИАР» 98
Приложение 2. Акт о внедрении результатов работы наБелоярской АЭС 99
- Средства и методы вихретоковой дефектоскопии твэлов
- ВТП для применения в радиационной защитной камере
- Контрольные образцы и критерии идентификации дефектов
- Локальные увеличения диаметра
Введение к работе
Актуальность темы
Реакторы ВВЭР являются основой ядерной энергетики Российской Федерации и будут сохранять своё ведущее место на протяжении ближайших десятилетий. С целью обеспечения современных требований по ядерной безопасности и экономичности топливных циклов, для поддержания высокой конкурентоспособности проектов водо-водяных реакторов проводятся научно-исследовательские работы по совершенствованию конструкции ТВС и твэлов, технологии их изготовления, оптимизации режимов эксплуатации. Для оценки реализованных инноваций, а также разработки новых технических решений требуются статистически значимые экспериментальные данные о параметрах ТВС и тепловыделяющих элементов после завершения топливных кампаний.
. К наиболее важным параметрам, влияющим на ресурсные характеристики и безопасность работы твэла, относится степень повреждения оболочки - основного барьера, препятствующего выходу радиоактивных продуктов деления в теплоноситель и окружающую среду. Характеристики дефектов оболочки (местоположение, тип, размеры) позволяют определить вероятную причину их возникновения: нарушение технологии изготовления твэла, недостатки конструкции ТВС, отклонения от штатных режимов эксплуатации и т.д. Поэтому обнаружение и идентификация аномалий в оболочках отработавших твэлов - одна из приоритетных задач послереакторных исследований ТВС в защитных камерах исследовательских центров и на стендах инспекции при АЭС.
Модернизация конструкций ТВС и твэлов ВВЭР, перевод активных зон на повышенное выгорание топлива приводят к изменению типичного состояния облучённых твэлов. Это требует развития базы данных по дефектам оболочек, совершенствования существующих и разработки новых средств и методов их выявления и идентификации. Для получения статистически обоснованных результатов о состоянии облучённого ядерного топлива в отрасли принята концепция массовых (до 100 %) исследований твэлов, входящих в состав тепловыделяющей сборки. Такая концепция предъявляет высокие требования к производительности дефектоскопического контроля твэлов, проводимого в радиационных защитных камерах и на стендах инспекции в условиях «жёстких» ограничений по времени.
Существовавшие ранее установки дефектоскопии по своим параметрам не соответствовали современным задачам послереакторных исследований облучённого топлива ВВЭР. Они позволяли осуществлять лишь выборочный контроль твэлов отработавшей сборки, а часть выявленных аномалий не удавалось идентифицировать, что в значительной степени снижало представительность полученных результатов и в целом сказывалось на качестве исследований ТВС. Поэтому создание средств и методов быстродействующей, высокоинформативной дефектоскопии оболочек облучённых твэлов ВВЭР в защитных камерах и на стендах инспекции - актуальная тема для диссертационной работы.
Пель и задачи диссертационной работы
Цель - разработать средства и методы оперативной вихретоковой дефек-
тоскопии облучённых твэлов ВВЭР с оболочками из сплава Zr-l%Nb в радиационных защитных камерах и на стендах инспекции.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие научно-технические задачи:
провести анализ состояния оболочек облучённых твэлов ВВЭР, условий послереакторного контроля в защитных камерах и на стендах инспекции, существовавших средств, методов и полученных с их помощью результатов вихретоковой дефектоскопии, что позволит сформулировать требования к разрабатываемым средствам и методам;
на основе выдвинутых требований разработать средства и методы оперативного дефектоскопического контроля облучённых твэлов ВВЭР;
по результатам сканирования контрольных образцов с искусственными дефектами выработать критерии идентификации основных типов аномалий оболочек облучённых твэлов ВВЭР;
с помощью созданных средств и методов, на основе полученных критериев идентификации дефектов провести дефектоскопию твэлов облучённых ТВС ВВЭР-440 и ВВЭР-1000, сопоставить полученные данные с результатами исследований другими методами контроля, что позволит сделать вывод об информативности разработанных средств и методов, получить новые данные по дефектам оболочек облучённых твэлов ВВЭР.
Научная новизна
-
Разработан вихретоковый дефектоскоп, превосходящий предыдущие аналоги, использовавшиеся в послереакторных исследованиях твэлов ВВЭР, по быстродействию и информативности. Доказана его более высокая эффективность на примерах выявления и идентификации дефектов, не распознаваемых оперативно с помощью аналогов.
-
Улучшена разрешающая способность импульсного вихретокового метода при определении параметров дефектов облучённых твэлов ВВЭР.
-
Разработана и обоснована конструкция дифференциального вихретокового преобразователя, повышающего чувствительность к дефектам твэлов ВВЭР с периодическими изменениями диаметра оболочки и продольным дефектам с плавным раскрытием.
-
Увеличено количество типов дефектов облучённых твэлов ВВЭР с оболочками из сплава Zr-l%Nb, идентифицируемых вихретоковым методом.
-
Получены статистически значимые результаты импульсной вихретоковой дефектоскопии твэлов герметичных и негерметичных ТВС ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 серийных и усовершенствованных конструкций, отработавших до различных выгораний топлива, развита база данных по дефектам оболочек облучённых твэлов ВВЭР.
Практическая значимость и внедрение результатов работы
1. Впервые в отечественной практике внедрена в эксплуатацию система вихретоковой дефектоскопии, позволяющая проводить оперативный, массовый контроль состояния оболочек облучённых твэлов ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 в радиационных защитных камерах и на стендах инспекции. Эффективность систе-
мы подтверждена результатами диагностики состояния твэлов 13 кассет ВВЭР-440 и 29 ТВС ВВЭР-1000 (более 10000 твэлов).
2. Разработанные средства и методы применяются для дефектоскопии облучённых твэлов в защитных камерах ОАО «ГНЦ НИИАР», Белоярскои АЭС, входят в состав измерительного оборудования стенда инспекции ТВС Калининской АЭС. Разработана техническая документация на систему вихретоко-вой дефектоскопии твэлов для стенда инспекции и ремонта ТВС ВВЭР-1000 Запорожской АЭС.
Положения, выносимые на защиту
-
Аппаратурное исполнение и программная реализация импульсного вихретокового дефектоскопа позволяют проводить быстродействующую, высокоинформативную дефектоскопию облучённых твэлов ВВЭР.
-
Разработанный способ анализа А-сканограмм повышает точность определения параметров дефектов твэлов ВВЭР импульсным вихретоковым методом.
-
Конструкция вихретокового преобразователя с регулируемой базой улучшает чувствительность к дефектам твэлов ВВЭР с периодическими изменениями диаметра оболочки и продольным дефектам с плавным раскрытием.
-
Полученные критерии идентификации позволяют распознавать все основные типы дефектов оболочек облучённых твэлов ВВЭР из сплава Zr-l%Nb.
-
Разработанные средства и методы позволяют оперативно получать информацию о наличии и типе дефектов в оболочках твэлов облучённых ТВС ВВЭР-440 и ВВЭР-1000.
Обоснованность положений, сформулированных в диссертации Степень достоверности положений, сформулированных автором в диссертационной работе, обусловлена правильным выбором и применением в проводимых исследованиях аттестованных методик, включённых в состав «Реестра действующих методик ОАО «ГНЦ НИИАР», и подтверждена данными систематических исследований штатных твэлов, отработавших до различного выгорания в реакторах ВВЭР-440 и ВВЭР-1000.
Апробация результатов диссертации и публикации
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
б-ой Курчатовской молодёжной научной школе (РНЦ «Курчатовский институт», Москва, 2008 г.);
международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2009» (МГУ, Москва 2009 г.);
9-ой российской конференции по реакторному материаловедению, Ди-митровград, 2009 г.;
8-ой международной конференции «Характеристики, моделирование и экспериментальная поддержка топлива ВВЭР», Албена, Болгария, 2009 г.;
7-ом совместном техническом совещании МАГАТЭ и рабочей группы HOTLAB «Послереакторные исследования ядерного топлива в горячих камерах и бассейнах выдержки», Смоленице, Словакия, 2011 г.
По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 4 статьи в журналах из перечня ВАК, 1 монография, 3 патента на изобретение.
Личный вклад соискателя
Лично автором в процессе выполнения диссертационной работы сделано следующее:
-
Разработана принципиальная схема импульсного вихретокового дефектоскопа;
-
Сформулированы требования к структуре программного обеспечения системы оперативной вихретоковои дефектоскопии твэлов ВВЭР и разработаны основные алгоритмы обработки и анализа данных;
-
Получены идентификационные признаки основных типов дефектов оболочек твэлов ВВЭР;
-
Проведены исследования состояния оболочек облучённых твэлов 42 ТВС ВВЭР с помощью созданных средств и методов импульсной вихретоковои дефектоскопии. Достоверность полученных данных подтверждена результатами исследований твэлов классическими разрушающими методами материаловедения.
Совместно с другими сотрудниками ОАО «ГНЦ НИИАР» при определяющем вкладе автора:
-
Разработан способ улучшения разрешающей способности метода импульсных вихревых токов при идентификации дефектов оболочек твэлов ВВЭР;
-
Разработан вихретоковый преобразователь, предназначенный для контроля твэлов ВВЭР с периодическими изменениями диаметра оболочки.
Структура диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, выводов, списка литературных источников из 98 наименований. Работа изложена на 97 страницах, включает 83 рисунка и 15 таблиц, имеет два приложения.
Средства и методы вихретоковой дефектоскопии твэлов
Вихретоковая дефектоскопия относится к числу основных методов диагностики состояния оболочек при производстве твэлов [18, 19]. С 1989 года она включена в спецификацию на трубы из циркониевых сплавов - оболочки твэлов реакторов ВВЭР и РБМК, что позволило повысить достоверность контроля качества и уменьшить недобраковку готовой продукции [20]. Положительный эффект был обусловлен возможностями аппаратуры ВТ-контроля выявлять аномалии, не регистрируемые с помощью ультразвукового метода: трещины с малым раскрытием, раковины с пологими краями, шлаковые включения и т.п. [21]. Требования, предъявляемые к чувствительности ВТ-аппаратуры, определяются размерами максимально допустимого дефекта в материале оболочки. Согласно ТУ 95.2594-96 "Трубы бесшовные холоднокатаные из сплава циркония марки Э-110" в оболочках готовых твэлов реакторов на тепловых нейтронах допускается наличие поверхностных дефектов глубиной не более 35 мкм.
С целью повышения качества ВТ-диагностики и доведения её до уровня существующих требований постоянно совершенствуется схемотехника дефектоскопов [22-24], разрабатываются новые вихретоковые преобразователи [25, 26], методы фильтрации и математической обработки сигналов [27-29]. Предпринятые меры позволили поднять чувствительность ВТ-аппаратуры к дефектам до необходимого уровня: на наружной и внутренней поверхности оболочки выявляются риски глубиной 30 мкм и более, что соответствует требованиям входного контроля твэлов.
Несмотря на достигнутые эксплуатационные и метрологические характеристики, средства и методы дореакторного вихретокового контроля (ВТК) могут найти очень ограниченное применение в послереакторной дефектоскопии твэлов, поскольку адаптированы для диагностики состояния стандартных необлучённых оболочек с дефектами, не характерными для отработавших изделий, в менее сложных условиях контроля.
Использование вихретоковых методов для оперативной диагностики состояния отработавших твэлов в условиях защитных камер и бассейновых стендов инспекции обусловлено [30]: - нечувствительностью к радиоактивному излучению, влаге, давлению, наличию неэлектропроводящих веществ на поверхности оболочки; - высокой производительностью контроля; - возможностью дистанционного автоматизированного сканирования твэлов; - компактностью оборудования, простотой его монтажа/демонтажа и относительно невысокой стоимостью; - возможностью проводить контроль состояния твэлов как в воздушной, так и в водной среде.
На начальном этапе развития методов ВТ-диагностики отработавших твэлов использовались одночастотные гармонические дефектоскопы, оснащённые преобразователем проходного типа [31]. Основными недостатками таких приборов являлись отсутствие гибкости в настройке прибора, невозможность подавления фоновых факторов, появляющихся в процессе эксплуатации твэлов, низкая достоверность при определении типа обнаруженной аномалии.
Для повышения информативности ВТК использовались дефектоскопы с многочастотным возбуждением вихревых токов. В частности, материало-ведческий комплекс НИИАР был оснащён установкой вихретокового контроля с дефектоскопом «Elotest UL3» фирмы Rohmann GmbH, способным работать одновременно на двух частотах в диапазоне от 10 Гц до 2 МГц [32]. Эта установка существенно расширила методические возможности радиационной лаборатории НИИАР, повысила быстродействие и информативность неразрушающей диагностики. Вследствие недостаточного объёма информации о состоянии облучённых твэлов для калибровки измерительной аппаратуры по типу дефекта использовались простейшие контрольные образцы с наружными, сквозными и внутренними несплошностями оболочки.
В настоящее время применяются усовершенствованные контрольные образцы, разработанные автором на основании современных данных о состоянии оболочек облучённых твэлов ВВЭР [33]. Описание образцов приведено в разделе 2.6 диссертации.
Одним из недостатков этих исследований следует признать малый объём выборки исследуемых твэлов ТВС (12,5 % от общего числа твэлов), обусловленный низкой скоростью сканирования твэлов на установке (0,3 мм/с) и большим временем транспортных операций из-за невозможности контроля твэлов непосредственно при их извлечении из ТВС. В связи с этим по типовой программе исследований, например, кассеты реактора ВВЭР-440 проводилась ВТ-дефектоскопия только 16 твэлов из 126 [36].
ВТП для применения в радиационной защитной камере
В качестве первичного преобразователя выбран проходной дифференциальный датчик «самосравнения» трансформаторного типа, позволяющий отстроиться от фоновой составляющей в виде сигнала от плавных изменений температуры, электромагнитных и геометрических свойств оболочки твэла (рис. 2.11).
Параметры №1-5, 7 оставлены без изменений. Рекомендованное количество витков в измерительных обмотках - от 50 до 120. Для выбора оптимального значения этого параметра были изготовлены преобразователи с разным количеством витков (от 25 до 150) в измерительных обмотках. Результаты экспериментальных исследований показали (рис. 2.12, а): - в диапазоне 25-70 витков рост амплитуды полезного сигнала (в 2,5 раза) происходит практически по линейному закону; - в диапазоне 70-110 витков изменение амплитуды сигнала незначительно (-10 %); - максимальная чувствительность датчика к дефектам наблюдается при 90 витках; - увеличение числа витков больше 90 понижает чувствительность ВТП. Рис. 2.12. Влияние количества витков в измерительных обмотках на амплитуду сигнала ВТП от дефектов сплошности различного типа (а) и разность в положениях узловых точек наружного и внутреннего дефектов оболочки глубиной 0,2 мм (б) Замедление роста и появление тенденции к снижению чувствительности датчика в диапазоне 70-110 происходит из-за следующих факторов: 1. Возрастает экранирующий эффект со стороны близлежащих к оболочке твэла витков. 2. Уменьшается коэффициент заполнения преобразователя л:
D06M - средний диаметр измерительных обмоток. 3. Растёт ёмкостная составляющая в комплексном сопротивлении измерительной обмотки ВТП. Ещё один фактор, влияющий на выбор количества витков в измерительных обмотках, - селективные возможности преобразователя, что также является важным свойством при контроле особо тонкостенных изделий, к которым относятся оболочки твэлов ВВЭР. Экспериментально установлено, что увеличение числа витков приводит к незначительному сокращению разности в значениях узловых точек сигналов от наружного и внутреннего дефектов оболочки (рис. 2.12, б). Это происходит вследствие повышения собственной ёмкости измерительных обмоток и снижения за счёт этого высокочастотной составляющей в их амплитудно-частотной характеристике. Поэтому из диапазона оптимальной чувствительности (70-110 витков) выбрано минимальное значение, соответствующее наилучшему разделению дефектов на типы - 70.
Конструкция преобразователя, предназначенного для измерений в условиях бассейнового стенда инспекции при АЭС, модифицирована с целью предохранения его обмоток от контакта с водой (рис. 2.13). Герметичность
Конструкция первичного вихретокового преобразователя: 1 - катушка с обмотками; 2 - корпус; 3 - герметичный разъём; 4 -компаунд; 5, 6 - уплотнительные кольца; 7 - верхний экран; 8 -нижний экран; 9 - твэл; 10 - приёмный пенал датчика обеспечивается уплотнительными кольцами и компаундом из радиа-ционно-стойких материалов. Для подключения сигнальных кабелей используются разъёмы герметичного исполнения. Верхний торцевой экран выполнен в форме воронки и позволяет дистанционно опускать твэл в приёмный пенал с помощью управляемого электрическим приводом транспортного захвата стенда. Нижний торцевой экран обеспечивает соединение ВТП с пеналом.
Периодограмма твэла ВВЭР-1000, отработавшего до выгорания 75 МВт-сут/кги В случае вихретоковой диагностики твэлов ВВЭР с высоким выгоранием значительным мешающим фактором является изменение диаметра оболочек с периодом Т, равным 10-12 мм [80, 81]. Такое «гофрирование» обусловлено термомеханическим взаимодействия топлива с оболочкой и на ВТ-диаграммах проявляет себя в виде периодических сигналов (с тем же периодом Т), маскирующих отклики от дефектов. Для определения Т строится периодограмма, получаемая путём Фурье-преобразования распределения амплитуды сигнала ВТП по длине твэла. На рис. 2.14 показан фрагмент типичной периодограммы высоковыгоревшего твэла ВВЭР. Положение характерного пика на координате 10 мм соответствует периоду следования сигналов от локальных изменений диаметра оболочки, равному длине топливных таблеток твэла. Фурье-анализ ВТ-диаграмм твэлов ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 показал, что периоды Т у твэлов одной ТВС отличаются незначительно.
Одним из приемов отстройки от мешающего параметра, появляющегося с определённым периодом по длине контролируемого изделия, является применение вихретокового преобразователя с чувствительными элементами, разнесёнными друг от друга на расстояние, кратное этому периоду [82]. На рис. 2.17 приведена конструкция разработанного датчика, предназначенного для ВТ-дефектоскопии высоковыгоревших твэлов ВВЭР. Датчик имеет шесть обмоток, разделенных на две идентичные секции.
Отклик, оцифрованный в N точках (до 256 точек стробирования) через равные промежутки времени At (значение, кратное » 33,3 не), заносится в память ПК и в дальнейшем анализируется. Стробу с номером і соответствует определённый момент времени tj = і -At (і = 1, N). Это даёт возможность кроме А-сканограмм и огибающих (см. гл.1) использовать для оценки состояния твэла отображение амплитуды ВТ-сигнала на двумерной плоскости, где по одной оси откладывается аксиальная координата твэла, по второй - момент стробирования импульса ВТП (рис. 2.21). Значение амплитуды отклика кодируется цветом. По аналогии с устоявшейся терминологией для метода накладного датчика подобное изображение, полученное с помощью проходного ВТП, будет далее называться D-сканограммой. D-сканограмма, показанная на рис. 2.21, демонстрирует вносимые отклики от наружного, сквозного и внутреннего дефектов оболочки твэла ВВЭР.
Контрольные образцы и критерии идентификации дефектов
Для анализа результатов вихретоковой дефектоскопии отработавших твэлов ВВЭР необходимо получить идентификационные признаки основных типов аномалий, встречающихся в их оболочках. С этой целью были изготовлены образцы с искусственными дефектами (ОИД). По результатам их сканирования получены значения следующих параметров вносимых дефектами откликов: положения узловой точки t0 (в стробах), максимальной амплитуды (Ат) и полярности (Pol.). Амплитуда откликов выражается в относительных единицах в связи с применением на практике различных коэффициентов усиления АЦП. За 1 отн. ед. принята амплитуда отклика от сквозного отверстия диаметром 1,5 мм.
Известно, что при одинаковых продольных и поперечных размерах наружного, сквозного и внутреннего дефектов сплошности узловая точка сигнала от наружного дефекта будет иметь меньшее значение, чем для сквозного, а для внутреннего дефекта - большее значение [44]. Поэтому сначала необходимо определить возможный диапазон амплитудно-временных параметров сигналов от сквозных дефектов. Для изучения влияния параметров сквозных несплошностей оболочки на показания дефектоскопа были изготовлены образцы с дефектами в виде сквозных отверстий, поперечных и продольных пропилов (имитация debris-повреждений), «стёсов» (имитация фреттинг-износа). В табл. 2.3 и 2.4 приведены параметры искусственных де фектов, нанесённых на ОИД № 1 и № 2 соответственно.
Размеры сквозных отверстий выбраны из диапазона типичных размеров debris-повреждений круглой и овальной формы. При амплитудно-временном анализе необходимо учитывать некоторую зависимость временных параметров отклика от поперечных размеров дефекта. Так, с увеличением диаметра сквозного отверстия временные параметры его отклика начинают принимать значения, характерные для наружных дефектов, поскольку, чем больше раскрытие дефекта, тем ближе параметры его отклика к параметрам сигнала от зазора между датчиком и поверхностью изделия [84]. Чтобы учесть эту особенность, в состав ОИД № 1 включены сквозные отверстия не только малого, но и большого диаметра, сопоставимого с поперечными размерами значительных сквозных повреждений негерметичных твэлов.
Размеры искусственных сквозных пропилов (табл. 2.4) соответствуют параметрам узких протяжённых debris-повреждений. Дефекты изготавливаются в продольном и поперечном направлениях, поскольку ширина и длина дефекта влияют на амплитудно-временные параметры отклика от него. Обра 55 зец № 2 содержит также дефекты типа «стёс», имитирующие сквозные фрет тинг-повреждения оболочки.
В состав образцов № 4 и № 5 входят наружные и внутренние глухие отверстия глубиной от 0,1 до 0,6 мм с шагом 0,1 мм, изготовленные с помощью сверла диаметром 0,7 мм соответственно. Эти образцы позволяет выявить закономерности изменения параметров сигналов с ростом глубины дефектов (табл. 2.6 и табл. 2.7). Таблица 2.6 - Образец № 4 с наружными глухими отверстиями
Изготовление и контроль глубины наружных дефектов не представляет сложности. Проблема градуировки дефектоскопа по глубине внутренних аномалий решается путём изготовлением образца, в котором для упрощения нанесения внутренних дефектов и повышения точности контроля их параметров фрезеруется сквозной продольный паз [33]. Появление паза изменяет значение идентификационного признака t0 дефектов на некоторую величину Ato, которая зависит от ширины паза и устанавливается экспериментальным путём.
Локальные уменьшения диаметра оболочки (табл. 2.8) изготавливались путём нагрева участка вращающегося образца с последующим вдавливанием роликом округлой формы, а локальные увеличения диаметра (табл. 2.9) - по 57 перечным сжатием трубки с нагретым участком. Суперпозиции дефектов (табл. 2.10) делались аналогично образцу № 7 с дополнительным нанесением внутренних рисок и сквозных отверстий.
Кроме указанных образцов, были изготовлены имитации включений в топливном сердечнике: электропроводящие без магнитных свойств, электро 58 проводящие с магнитными свойствами, неэлектропроводящие с магнитными свойствами. Аномалии подобного рода иногда встречаются при дефектоскопии твэлов, и требуется знать параметры их сигналов во избежание диагностических ошибок. Материал топливной композиции твэла ВВЭР (U02) не электропроводен, и вместо него в ОИД применяют эбонит.
Важной характеристикой дефектоскопа является порог чувствительности [85], определяемый как значение контролируемого параметра дефекта, при котором амплитуда полезного сигнала в два раза превышает уровень шума. Полезным сигналом является отклик от дефекта, а шумом - среднее квадратическое значение амплитуды сигналов, принадлежащих фоновым факторам. В качестве контролируемого параметра используется объём дефекта. Для определения порога чувствительности используется образец № 1 со сквозными отверстиями (см. табл. 2.3), по результатам сканирования которого строится градуировочная зависимость между объёмом сквозного дефекта и амплитудой ВТ-отклика (рис. 2.28). В условиях фоновой составляющей 5-10 мВ чувствительность дефектоскопа по объёму отверстия равна приблизительно 0,014 мм3, что соответствует сквозному отверстию диаметром-0,15 мм.
Локальные увеличения диаметра
На ВТ-диаграммах 5 % твэлов зарегистрированы одиночные или сдвоенные сигналы, параметры которых (t0 = строб 50-56, Pol. = -1) указывают на локальные увеличения диаметра оболочки, что подтверждается результатами профилометрии .
Местоположение локальных гофр зачастую совпадает с координатами незначительных разрывов в топливном сердечнике [33]. Рис. 3.4 демонстрирует результаты сканирования участка твэла АРК ВВЭР-440 (выгорание 50 МВт-сут/кгЦ) с аномальными двойными ВТ-сигналами. Параметры ВТ-сигналов (to = строб 54, Pol. = -1) соответствуют локальным увеличениям диаметра оболочки, что было подтверждено результатами профилометрии (рис. 3.4, графики 1 и 2). Гамма-сканирование и рентгенография показали существование зазора между таблетками в топливном сердечнике на координате 1778 мм (рис. 3.4, графики 3 и 4).
Локальные уменьшения диаметра оболочки обусловлены, как правило, образованием большого ( 3 мм) зазора между топливными таблетками [33] и идентифицируется импульсным ВТ-методом по следующим параметрам вносимого отклика ВТП: t0 = строб 44-48, Pol. = +1. С ростом аксиального размера дефекта значение t0 уменьшается. ВТ-сигналы с такими параметрами редко регистрировались при ВТК облучённых твэлов ВВЭР. Вероятность их появления составляла 2Т0"3 /твэл.
Зафиксированы единичные случаи существенного превышения этого показателя. Например, в ТВС ВВЭР-1000, отработавшей до выгорания 48 МВт-сут/кги, методом импульсного ВТК было обнаружено 10 твэлов с сигналами от локальных уменьшений диаметра оболочки. Подтверждение факта уменьшения диаметра по всей окружности твэла на участке зазора между топливными таблетками было проведено методами профилометрии, гамма-спектрометрии и рентгеновского просвечивания. Рис. 3.5 иллюстрируют результаты неразрушающих исследований одного из твэлов этой ТВС на участке с аномальным сигналом проходного ВТП. Гамма-сканограмма и рентгеновский снимок указывают на наличие разрыва в топливном сердечнике шириной 6,5 мм. Диаграмма, полученная усреднением данных профилометрии по 8 ориентациям, свидетельствует об уменьшении среднего диаметра оболочки на 20 мкм.
Амплитуда отклика ВТП зависит от размеров дефекта и конфигурации обмоток ВТП. Использовать в качестве аргумента отдельно глубину или ширину дефекта некорректно, поскольку между ними наблюдается слабая корреляция (см. табл. 3.1). Поэтому для конкретной конструкции датчика используется комплексный аргумент, зависящий от глубины и ширины -площадь поперечного сечения смятия оболочки, усреднённая по количеству измеренных ориентации.
ВТ-дефектоскопия твэлов ТВС ВВЭР, отработавших при нормальных условиях эксплуатации, позволила обнаружить значительное количество участков локальной коррозии глубинной до 5-7 % от толщины оболочки под стальными ДР.
Результаты контроля РК ВВЭР-440 показывают, что сигналы ВТП от следов взаимодействия оболочки со стальными дистанционирующими решётками (СДР) фиксируются в основном на координатах, соответствующих наибольшему уменьшению диаметра оболочки (450-1800 мм от низа) (рис. 3.7). Результаты дальнейших металлографических исследований показали, что глубина фреттинг-коррозии под пуклёвками СДР (рис. 3.8) достигала 60 мкм.
Посторонние предметы (стружка, проволока и т.п.) проникают с потоком теплоносителя внутрь ТВС, застревают в ДР и механически взаимодействуют с поверхностью расположенного рядом твэла, следствием чего является возникновение в оболочке значительных по глубине или сквозных дефектов.
Как показывает практика послереакторных исследований, debris-повреждения в ТВС ВВЭР уверенно обнаруживаются ВТ-методом [87]. Параметры ВТ-отклика от наружного debris-дефекта зависят от глубины и площади повреждения, с высокой точностью совпадая с параметрами сигналов от искусственных наружных аномалий контрольных образцов: t0 = строб 66-78, Pol. = +1. Значение t0 возрастает с ростом глубины дефекта. Наличие сквозного debris-дефекта также в большинстве случаев устанавливается по параметрам сигналов от сквозных аномалий контрольных образцов: t0= строб 78-82, Pol. =+1.
