Исследования методов радиографического контроля кольцевых сварных соединений узлов ядерных реакторов Декопов, Андрей Семенович

Введение к работе

Актуальность работы.

Сохранение и рациональное использование природных ресурсов газа, угля и нефти и необходимость выработки электроэнергии потребовали развития атомной энергетики и ввода в эксплуатацию новых мощностей. Динамика роста атомной энергетики в РФ на ближайшую перспективу определена Федеральной целевой программой «Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007-2010 годы и на перспективу до 2015 года». Обеспечение исполнения федеральной целевой Программы требуют одновременного совершенствования методов и средств радиографического контроля применительно к различным условиям диагностики качества ответственных сварных соединений оборудования АЭС.

Требования к повышению надежности элементов, узлов, агрегатов и сборок оборудования АЭС обусловлены эксплуатационными факторами и санитарными нормами биологической защиты персонала и окружающей среды. По мере накопления интегральной дозы облучения изменяется структура металла, появляется склонность к «распуханию», охрупчиванию и образованию трещин, что может вывести из строя энергетический комплекс и привести к масштабной аварии.

Опыт эксплуатации энергетических объектов подтверждает актуальность задачи контроля качества оборудования АЭС, в т. ч. сварных соединений, на всех стадиях строительства и работы АЭС. Надежность и безопасность оборудования АЭС наряду с введением современных конструктивно-технологических решений обеспечивается контролем качества объектов. Штатным методом контроля в сфере атомной промышленности является радиографический.

Указанный метод отличается высокой достоверностью и регламентирован нормативными требованиями правил контроля. Метод позволяет документально регистрировать макроструктуру материалов в условиях изготовления, монтажа, ремонтных и планово- предупредительных работ, в том числе при контроле сварных соединений аустенитного класса узлов основного оборудования АЭС.

Вместе с этим, технология радиографического контроля сварных соединений изделий, используемых в сфере атомной энергетики, требует совершенствования данного метода и средств контроля с учетом:

номенклатуры типоразмеров изделий, ограниченности доступа в зону контроля и технологической сложности контроля;

требований к чувствительности метода контроля и ограничений регламента геометрической нерезкости;

ограниченности рабочих параметров излучателей;

радиационного фона;

генерации рассеянного излучения элементами контролируемого изделия в процессе контроля.

Таким образом, оптимизация технологии радиографического контроля сложных сварных соединений оборудования АЭС является актуальной научной задачей и предметом исследований в данной работе.

Цель работы.

Целью настоящей работы является исследование и разработка новых методов радиографического контроля сложных сварных соединений оборудования АЭС, для чего требуются:

исследования технологических процессов, разработка алгоритма автоматизированного контроля, совершенствование технологий и создание специализированных средств контроля;

установление аналитических зависимостей определения рабочих параметров и количественной оценки прогнозируемого качества контроля;

получение формализованных аналитических зависимостей автоматизированного управления процессами контроля в динамическом режиме;

статистическое моделирование систем радиографического контроля сложных изделий и оптимизация режимов технологии контроля;

определение фактических размеров активированных сердечников радиоизотопных излучателей методом цифровой авторадиографии;

оптимизация конструктивных, технологических и эксплуатационных характеристик радиографической аппаратуры переносного класса и создание оптимальной базовой модели в качестве конструктивной платформы параметрического ряда универсальной аппаратуры нового поколения.

Основными задачами для реализации данной цели являются:

1. 1. Исследования влияния критериев выбора радиографических параметров на эффективность метода контроля и установление оптимальных областей использования каждого критерия при минимизированных затратах времени экспонирования.

   2. Разработка и исследование метода радиографического контроля сварных соединений «в ус» технологических каналов с трактами ЯР РБМК-1000, получение аналитических зависимостей для расчета чувствительности метода контроля в условиях рассеянного излучения. Создание автоматизированных средств контроля.

   3. Разработка и исследование способа контроля сварных стыков толстостенных патрубков с малыми проходными сечениями Ду-250 и Ду-300 корпусов ЯР ВВЭР- 440 и ВВЭР-1000 системой фронтальных встречно-пересекающихся пучков излучения в условиях радиационного фона с получением зависимостей определения рабочих параметров контроля и количественной оценкой их стабильности. Создание специализированных средств автоматизированного контроля.

   4. Исследования и разработка способа динамической радиографии сварных соединений тонкостенных оболочек твэлов и пэ- лов цилиндрического и эллиптического профилей тангенциальными пучками излучения щелевым методом с соблюдением стабильной оптической плотности почернения снимка и исключением возможности наложения траекторий дефектов, расположенных в одной плоскости на различной глубине. Разработка формализованных аналитических зависимостей автоматизированного управления динамическими процессами перемещений объекта контроля и детектора. Создание автоматизированных средств радиографического контроля сварных стыков тонкостенных оболочек щелевым методом.

   5. Исследования рабочих параметров серийных излучателей

   на основе радионуклида Se для радиоизотопной дефектоскопии и технологии их производства, количественная оценка фактических габаритных размеров активированного сердечника излучателей методом цифровой авторадиографии, оптимизация способа получе-

   ния источников излучения на основе радионуклида Se.

   1. 6. Исследования и оптимизация технологии радиографического контроля сварных соединений «труба - трубная доска» теп- лообменного аппарата реактора БН-800 методом статистического моделирования сложившейся системы контроля с установлением фактора «шум/сигнал» в условиях переменного фокусного расстояния, стесненной геометрии контроля модифицируемых средств детектирования и излучателей.

      7. Разработка базовых технических решений и в т.ч. универсальных переносных гамма-дефектоскопов нового поколения с оптимизированными технологическими параметрами в качестве конструктивной платформы параметрического ряда аппаратуры.

      Научная новизна работы.

      1. 7. 1. Применительно к регламентированной геометрии контроля согласно зависимости и_г =ФЬ(Е-к)^-1 установлены оптимальные области эффективного использования критериев равенства: и_г= и_р , и_г= U_b и Ur=0,5W, где и_г, U_b и и_р - нерезкости рассеяния: геометрическая, внутренняя и рассеяния соответственно, а W- чувствительность, Ф- размер активной части источника, h- радиационная толщина, F- фокусное расстояние.

            2. Предложен и реализован оригинальный радиографический метод контроля торцовых сварных соединений «в ус» технологических каналов с трактами ЯР РБМ-К-1000 с использованием глубоко - коллимированного и компенсированного панорамного пучка излучения в конструктивно-стесненных условиях глубинно- лабиринтного размещения сварного стыка при наличии радиационного фона и генерации рассеянного излучения элементами конструкции в зоне детектирования.

            Установлена аналитическая зависимость прогнозирования чувствительности метода контроля в условиях рассеянного излучения с учетом фактора «шум/сигнал». Реализованы способы определения параметра фактора «шум/сигнал» в т.ч. методом Монте-Карло. На основе результатов исследований предложено средство контроля, защищенное двумя авторскими свидетельствами на изобретение.

            3.Установлены новые аналитические зависимости определения основных радиографических параметров и область применения радиографического способа контроля патрубков c малым проходным сечением с использованием нечетного количества встреч- но-пересекающихся фронтальных пучков излучения с соблюдением норм регламента, которые корреспондируются с техническими характеристиками средств контроля. Предложена методика тестирования стабильности основных радиографических параметров способа. Разработаны и реализованы оригинальные радиографический способ и средства контроля патрубков. Способ и устройство контроля защищены авторскими свидетельствами на изобретение.

            4 . Получены формализованные аналитические зависимости управления динамическим процессом радиографического контроля тангенциальным пучком излучения сварных стыков тел вращения с регулярно изменяющейся радиационной толщиной. На основе этих зависимостей синтезирован способ контроля, одновременно обеспечивающий при регистрации макроструктуры соблюдение стабильной оптической плотности почернения снимка и исключение возможности наложения траекторий дефектов, расположенных в одной плоскости на различной глубине. Способ контроля защищен авторским свидетельством на изобретение.

            1. 7. 2. 1. Исследованы характерные недостатки серийных излуча-

                     телей для изотопной дефектоскопии на основе радионуклида Se с учетом специфики технологии их производства и реализована количественная оценка фактических размеров активной части методом цифровой авторадиографии. Разработан способ получения из-

                     лучателей на основе Se, защищенный патентом на изобретение.

                     1. 7. 2. 2. Реализована методика количественной оптимизации радиографического контроля сварных соединений «труба - трубная доска» теплообменного аппарата реактора БН-800 методом статистического моделирования фактора «шум/сигнал».

                              Практическая ценность и реализация результатов работы.

                              Практическая ценность работы заключается в создании и внедрении аппаратно-методического комплекса как специализированных, так и универсальных средств радиографического контроля для использования предприятиями отрасли с перспективой применения для задач иных отраслей промышленности.

                              При участии и под руководством автора реализованы и внедрены технологии радиографии сложных изделий:

                              полых тел вращения с малым проходным сечением нечетным количеством фронтальных пучков излучения;

                              труднодоступных торцовых сварных соединений «в ус» глубоко коллимированным и компенсированным панорамным пучком излучения в условиях радиационного фона рассеянного излучения;

                              щелевой статической радиографии сварных соединений цилиндрических оболочек пэлов и твэлов тангенциальными пучками излучения.

                              Предложены технологии и способы:

                              цифровой авторадиографической оценки фактических размеров

                              активированного сердечника серийного излучателя на основе Se;

                              получения излучателей на основе радионуклида Se со стабильными геометрическими размерами активированных монолитных сердечников;

                              оптимизации методики радиографического контроля сварных стыков «труба - трубная доска» теплообменного аппарата реактора БН-800 методом статистического моделирования Монте-Карло;

                              щелевой динамической радиографии тангенциальными пучками излучения сварных стыков оболочек с регулярно изменяющейся радиационной толщиной.

                              Полученные аналитические зависимости определения и прогнозирования радиографических параметров контроля в условиях фона рассеянного излучения в том числе для модификации технологии контроля в рамках действующего регламента реализованы в разработанной аппаратуре.

                              Минимизированный модуль рабочей капсулы излучателя на

                              основе Se с элементами присоединения определил конструктивную платформу унификации существующих параметрических рядов серийных излучателей и открыл перспективу снижения мас- согабаритных характеристик радиографической аппаратуры. Разработаны и внедрены в т. ч. на предприятиях отрасли:

                              автоматизированные у-дефектоскопические установки «Дрозд», «Дятел», «Дятел-2», РИД-187/213 для контроля качества сварных соединений основного оборудования ЯР РБМ-К-1000, ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 на Ленинградской, Курской, Ново-Воронежской, Финской и Венгерской АЭС;

                              комплекс автоматизированных средств (НГИР и НГИР-2) радиографического контроля качества сварных соединений пэлов и твэ- лов в производственный цикл их серийного производства;

                              универсальный гамма-дефектоскоп УНИГАМ 75/40P с излучате-

                              лем на основе Se (40Ки) для контроля качества сварных соединений оборудования Калининской АЭС;

                              комплект экспериментальной аппаратуры ГДУ и методические рекомендации контроля во внештатных ситуациях контроля сварных соединений патрубков Ду-500 через две стенки и сварного шва парогенератора при его ремонте в условиях 4 блока НВАЭС. Практикой внедрения аппаратуры в условиях планово- предупредительных ремонтов энергоблоков НВАЭС при контроле качества отдельных сварных стыков патрубков аустенитного класса установлены характерные особенности указанных стыков в виде химической неоднородности распределения легирующих компонентов и образования транскристаллитных структур металла, искажающих поток излучения и формирующих неравномерности оптических плотностей радиографических снимков.

                              При соблюдении U_r =ФЬ.(Т'-Ь)^-1 определены зоны эффективного использования критериев: и_г = U_b, и_г = и_р и иг = 0,5W.

                              На защиту выносятся следующие основные научные положения:

                              1. На основе минимизированных затрат времени экспонирования оптимизированы области эффективного использования критериев равенства: и_г = U_b, и_г = и_р и иг = 0,5W

                              Методы оптимизации технологий радиографии сложных объектов контроля оборудования АЭС в условиях радиационного фона и эффекта генерации рассеянного излучения элементами конструкции в зоне детектирования на основе полученных аналитических зависимостей определения рабочих параметров радиографии и алгоритмов автоматизированного контроля панорамными и встречно-пересекающимися фронтальными пучками излучения и тестирование стабильности радиографических параметров.

                              Метод щелевой динамической радиографии сварных соединений оболочек тел вращения с регулярно изменяющейся радиационной толщиной тангенциальными пучками излучения с соблюдением стабильной оптической плотности почернения снимка на основе полученных формализованных зависимостей управления радиографическим процессом, синтезированный со способом контроля, исключающим возможность при регистрации наложения траекторий дефектов, расположенных в одной плоскости на различной глубине.

                              Методика цифровой авторадиографии для количественной оценки фактических размеров активной части радиоизотопных у-излучателей.

                              Оптимизации технологии радиографии сложных систем контроля методом статистического моделирования Монте-Карло фактора «шум/сигнал» в зоне детектирования.

                              Апробация работы.

                              Основные положения диссертационной работы и отдельные ее результаты докладывались и обсуждались на 8-ми международных и отечественных конференциях и семинарах по неразрушаю- щим методам и средствам контроля (Варшава-1973, Киев-1974, Кишенев-1974, Москва-1974, Москва-1975, Москва-1985, Москва- 2010, Салехард- 2011), опубликованы в научных журналах: Изотопы в СССР 1974 г, Энергетическое строительство 1975 г, Дефектоскопия 1979 г, Атомные электрические станции 1980 г, В мире НК 2010 г, Вопросы атомной науки и техники 1970, 1978, 1980, 1984, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011 г.г., Атомная энергия 2012 г, Контроль. Диагностика 2012 г. Результаты работ отмечены дипломом и серебряной медалью ВДНХ за изделия радиационной техники в 1974г., дипломом Всесоюзного научно-технического общества энергетики за комплексную механизацию радиографического контроля качества сварных соединений патрубков корпуса ЯР ВВЭР в 1981г.

                              Публикации.

                              По данной работе автором и при его участии опубликованы 23 работы по теме диссертации. Получено 13 авторских свидетельства и патентов на изобретения.

                              В исследованиях на различных этапах работы и в разные годы принимали участие ученые и специалисты ВНИИТФА: А.Н. Майоров, В.Г. Фирстов, А.В Грачев, А.Е. Борисов, Н.С. Орлов, В.И. Петухов, М.В. Емельянов, В.И. Фурцев, А.И. Мурашев, ВН. Полосатов, В.А. Малосолов, В.Н. Хорошев, В.В. Цобенко и др. Автор выражает признательность за организационно-техническое содействие Е.М. Косицыну, консультативную помощь при подготовке диссертационной работы коллегам по работе: Д.Ю. Коровки- ну, Е.Р. Карташову В.И. Микерову и А.П. Кошелеву, высказывает благодарность за деловое обсуждение особенностей и перспектив работы В.П. Варварице.

                              Автор подчеркивает энергичное участие, ценные замечания и советы при подготовке диссертационной работы А.С. Штань, Н.Р. Ку- зелева и выражает глубокую благодарность за научное руководство Б.В. Артемьеву.

                              Всем перечисленным коллегам автор выражает свою глубокую признательность.

                              Структура и объем работы.

                              Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и заключения, содержит 138 страниц машинописного текста, 54 рисунка, 14 таблиц и списка литературы из 107 наименований, в том числе 36 опубликованных автором или с его участием по теме диссертации.

                              Похожие диссертации на Исследования методов радиографического контроля кольцевых сварных соединений узлов ядерных реакторов

                              Развитие оптического метода исследования/контроля деформации и разрушения композиционных материалов, армированных углеродными волокнамиБурков, Михаил Владимирович

                              

                              Исследование электромагнитных методов контроля и разработка средств дефектоскопии с повышенной разрешающей способностью Бизюлев Александр Николаевич

                              Разработка и исследование оптоэлектронных методов контроля технологических параметров коконов и их дефектовНабишев, Дильшод Пардаевич

                              

                              Исследование и разработка методов контроля параметров наноразмерных пленок твердых растворов титаната-цирконата свинцаСилибин, Максим Викторович

                              

                              Исследование магнитоэлектрического метода неразрушающего контроля и разработка средств дефектоскопии на его основеУткин Дмитрий Николаевич

                              Исследование и разработка метода неразрушающего контроля качества никелевых и никель-хромовых покрытий узлов жидкостных ракетных двигателейКалошин, Валентин Александрович

                              Исследование и разработка метода ультразвукового контроля динамических параметров воздушной средыКоротков, Михаил Михайлович

                              

                              Исследование и разработка метода локального магнитного контроля напряженно-деформированного состояния металла элементов корпусного оборудования и металлоконструкцийЗагидулин Тимур Ринатович

                              Разработка и исследование методов, устройств и автоматизированной системы контроля характеристик тепло- и массопереноса дисперсных материаловПодольский, Владимир Ефимович

                              

                              Развитие методов зондовой микроскопии для исследования и контроля поверхностей материалов и изделий микроэлектроникиЛосев Виталий Викторович