頂蓋儀表測量管異種金屬焊縫超聲自動(dòng)檢查裝置研究

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【摘 要】頂蓋儀表測量管異種金屬焊縫關(guān)系著核反應(yīng)堆回路系統(tǒng)的安全運(yùn)行，為有效避免安全事故的發(fā)生，必須對(duì)該類焊縫進(jìn)行無損檢測。根據(jù)無損檢測規(guī)范要求，儀表測量管異種金屬焊縫適合進(jìn)行超聲檢查。然而，由于儀表測量管周圍空間狹小，安裝及檢測受到相關(guān)零件的限制，而且目前沒有專門針對(duì)對(duì)此部位焊縫檢查的成熟技術(shù)及專用檢查裝置。為此，本文提出了一種核反應(yīng)堆壓力容器一回路系統(tǒng)的頂蓋儀表測量管異種金屬焊縫檢查裝置，其能夠按照相關(guān)檢查規(guī)范要求有效的對(duì)該處焊縫進(jìn)行超聲自動(dòng)檢查，確保險(xiǎn)期檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。

【關(guān)鍵詞】核反應(yīng)堆；焊縫；超聲自動(dòng)檢查裝置

0 引言

核電站壓力容器頂蓋儀表測量管（如圖1）用于壓力容器內(nèi)中子通量的測量，每個(gè)頂蓋上分布有8根儀表測量管，儀表測量管屬于一回路系統(tǒng)重要組成部分，其異種金屬焊縫的焊接容易產(chǎn)生氣泡、裂紋等缺陷，存在缺陷的焊縫在缺陷位置容易產(chǎn)生斷裂[1-2]，使一回路帶放射性物質(zhì)存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)，因此必須定期對(duì)該類焊縫進(jìn)行檢查。異種金屬焊縫超聲檢測在國內(nèi)、外領(lǐng)域都是難題，不同國家的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)檢測方法也各不相同。由于超聲檢測具有檢測成本低、速度快、靈敏度高、儀器輕、對(duì)現(xiàn)場環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用在核電設(shè)備無損檢測中[3-4]。

1 儀表測量管簡介

帶儀表測量管的壓力容器頂蓋結(jié)構(gòu)不同于國內(nèi)現(xiàn)有堆型，其反應(yīng)堆壓力容器沒有設(shè)計(jì)底部貫穿件，所有的測量通道均布置在頂蓋上，頂蓋儀表測量管異種金屬焊縫是該關(guān)鍵設(shè)備上的薄弱環(huán)節(jié)，相應(yīng)規(guī)范也將其納入強(qiáng)制必檢項(xiàng)目，檢查實(shí)施方式及檢查質(zhì)量都受到業(yè)主及監(jiān)管機(jī)構(gòu)高度重視。

壓力容器頂蓋儀表測量管異種金屬焊縫共8條，在頂蓋周圍均勻分布，其壁厚為33.4mm，外徑？準(zhǔn)187.5mm，儀表測量管外表面與下筒體內(nèi)表面間最小尺寸為115.8mm。其模型如圖1所示：1.儀表測量管接管；2.異種金屬焊縫；3.儀表測量管。頂蓋上除了有儀表測量管外，還有其它很多附屬設(shè)備分布于周圍，焊縫所處位置空間狹小，其模型如圖2所示：1.頂蓋2.門孔3.儀表測量管4.下筒體5.擋流板6.CRDM管；頂蓋區(qū)域?qū)儆诟邉┝繀^(qū)，對(duì)在該區(qū)域進(jìn)行檢查設(shè)備安裝、操作人員有較大影響。

目前比較成熟的異種金屬焊縫超聲自動(dòng)檢查技術(shù)主要是針對(duì)壓力容器進(jìn)水口、出水口接管焊縫，而儀表測量管異種金屬焊縫直徑小、壁厚薄，雖然二者材質(zhì)相近，但結(jié)構(gòu)尺寸以及周圍環(huán)境存在巨大差異，使得壓力容器進(jìn)水口、出水口接管異種金屬焊縫超聲自動(dòng)檢驗(yàn)技術(shù)在此不能適用。因此，必須針對(duì)儀表測量管異種金屬焊縫開發(fā)專用的檢查設(shè)備及超聲檢驗(yàn)技術(shù)。

2 頂蓋儀表測量管異種金屬焊縫超聲自動(dòng)檢查裝置總體設(shè)計(jì)

2.1 檢查裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3所示為頂蓋儀表測量管異種金屬焊縫超聲自動(dòng)檢查檢測示意圖，它包括軸向定位組件，周向運(yùn)動(dòng)組件、軸向運(yùn)動(dòng)組件及耦合劑儲(chǔ)存組件等四個(gè)部分，其中軸向定位組件安裝于儀表測量管頂端后，保證軸向、周向運(yùn)動(dòng)組件在儀表測量管軸向每次安裝位置一致，周向定位桿將周向運(yùn)動(dòng)組件周向限位，軸向運(yùn)動(dòng)組件固定在周向運(yùn)動(dòng)上，周向運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)軸向運(yùn)動(dòng)整體旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)探頭整體旋轉(zhuǎn)。

周向運(yùn)動(dòng)組件由導(dǎo)軌滾輪副限制其余五個(gè)自由度，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，只能繞導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)，其定位采用兩個(gè)固定夾定心，此兩個(gè)固定夾呈120°角度分布，在與兩固定夾分別成120°的位置，設(shè)計(jì)有一快速夾緊機(jī)構(gòu)，使其安裝過程中能實(shí)現(xiàn)快速安裝，準(zhǔn)確定位。軸向運(yùn)動(dòng)組件螺紋連接在周向運(yùn)動(dòng)組件運(yùn)動(dòng)載體上，在周向運(yùn)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)下，軸向運(yùn)動(dòng)組件整體繞儀表測量管旋轉(zhuǎn)。兩個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的相互配合，可以實(shí)現(xiàn)儀表測量管異種金屬焊縫的軸向與周向自動(dòng)掃查。

2.2 檢查裝置系統(tǒng)說明

壓力容器頂蓋儀表測量管異種金屬焊縫超聲自動(dòng)檢查裝置包括機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和超聲系統(tǒng)等三個(gè)方面內(nèi)容研究，其檢查設(shè)備研究框圖如圖4所示：

3 技術(shù)難點(diǎn)及解決方法

3.1 技術(shù)難點(diǎn)

1）儀表測量管周圍空間狹小，安裝及檢測受到下筒體、頂蓋、擋流板、CRDM管等部件的限制（如圖2）；

2）軸向與周向定位準(zhǔn)確、可靠，同時(shí)，保證安裝時(shí)間盡量少，設(shè)備輕便；

3）耦合劑收集困難。

3.2 解決方法

3.2.1 儀表測量管周圍空間狹小，障礙物多的解決方法

針對(duì)周圍空間狹小，障礙物多特點(diǎn)，儀表測量管異種金屬焊縫超聲自動(dòng)檢查裝置設(shè)計(jì)時(shí)，合理選用和布置傳動(dòng)方式，控制軸向運(yùn)動(dòng)組件和周向運(yùn)動(dòng)組件各零部件尺寸，每個(gè)尺寸都經(jīng)過準(zhǔn)確計(jì)算，建立其三維模型，確保每個(gè)環(huán)節(jié)準(zhǔn)確，最終保證其三維模型與實(shí)物一致，確保裝置研發(fā)成功。

3.2.2 周向、軸向準(zhǔn)備定位、快速安裝解決方法

為了實(shí)現(xiàn)快速安裝，保證人體在設(shè)備安裝過程中被照射劑量盡量低，軸向定位組件、周向運(yùn)動(dòng)組件、耦合劑收集組件均設(shè)計(jì)由兩半組成，一端由合頁把兩部分連接好，另一端靠快速夾鉗將兩部分快速夾緊，使其連接后成一個(gè)整圈。軸向定位組件中有三根定位桿與周向運(yùn)動(dòng)組件中三個(gè)定位塊相連，能保證軸向尺寸每次安裝一致，周向定位采用周向定位桿與最近的一根CRDM管相切，周向定位桿固定于周向運(yùn)動(dòng)組件上，該方法能保證裝置每次安裝于儀表測量管后，與儀表測量管周向角度一致。

3.2.3 耦合劑收集困難解決方法

在檢查裝置的下部擺放一個(gè)專用裝置進(jìn)行耦合劑收集，此裝置底部一側(cè)與下筒體上表面支撐面貼合，設(shè)計(jì)時(shí)保證此裝置與儀表測量管聯(lián)接件采用橡膠材質(zhì)，快速夾鉗夾緊的同時(shí)，保證橡膠與儀表測量管緊密貼合，從而實(shí)現(xiàn)掃查過程中順著儀表測量管外壁往下流的耦合劑進(jìn)行收集，為了保證耦合劑形成一個(gè)閉合回路，在此耦合劑收集裝置下部開有兩個(gè)引流孔，然后通過水管引至專用耦合劑儲(chǔ)存裝置。

4 結(jié)語

本文提出了一種能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)進(jìn)行儀表測量管周向和軸向焊縫檢查功能的頂蓋儀表測量管異種金屬焊縫超聲自動(dòng)檢查裝置，詳述了頂蓋儀表測量管異種金屬焊縫超聲自動(dòng)檢查的結(jié)構(gòu)特征，詳述了周向往復(fù)掃查、軸向往復(fù)掃查、周向定位與軸向定位的實(shí)現(xiàn)方法。保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性，減少了人體受放射性射線的照射，為頂蓋儀表測量管異種金屬焊縫的超聲檢查帶來幫助。

【參考文獻(xiàn)】

[1]馮小平，楊峰，李亞維，等.鑄件的超聲波檢測分析[J].熱加工工藝，2015，41（3）：79-80.

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[3]雒里柯.異種金屬焊縫常規(guī)超聲檢測應(yīng)注意的幾個(gè)問題[J].無損探傷，2013，37（6）：32-33.

[4]楊芷，楊茂.無損檢測技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用綜述[J].金屬世界，2013（5）：22-25.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]