автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии и средств ультразвукового контроля сварных соединений и узлов атомного энергетического оборудования с ограниченной контроледоступностью

На правах рукописи

Разыграев Антон Николаевич

Исследование и разработка технологии и средств ультразвукового контроля сварных соединений и узлов атомного энергетического оборудования с ограниченной

контроледоступностъю

Специальность 05.02.11 - Методы контроля и диагностика в машиностроении

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2008

003459742

Работа выполнена в ОАО «Научно-производственное объединение «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения (ЦНИИТМАШ)».

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор

Ермолов

Игорь Николаевич

доктор технических наук

Данилов

Вадим Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических паук профессор

Вопилкин

Алексей Харитонович

кандидат технических наук

Григорьев

Михаил Владимирович

Ведущая организация: ОАО ОКБ «ГИДРОПРЕСС»

Защита состоится «12» февраля 2009 г. в 14:00 на заседании диссертационног совета Д 217.042.03 при ОАО «Научно-производственное объединени «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения по адресу: 115088, Москва, ул. Шарикоподшипниковская, д. 4, в малом конфереь зале.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотек ОАО НПО «ЦНИИТМАШ»

Автореферат разослан «11» января 2009 г.

Ученый секретарь совета, кандидат технических наук

С.М. Петушков

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Развитие отечественной атомной энергетики и эксплуатация действующих энергоблоков, а также задача повышения коэффициента использования установленной мощности за счет сокращения сроков ремонта определили возросшие требования к надежности и безопасной работе оборудования и трубопроводов АЭС, их качественному диагностированию и ремонту.

Используемые в атомной энергетике методы и аппаратура неразрушающего ультразвукового контроля в целом позволяют выявлять дефекты различной ориентации и местоположения в сварных соединениях и основном металле. Однако в некоторых случаях действующие методики не обеспечивают выявление трещиноподобных дефектов узлов сложной конструкции с ограниченной контроледоступностыо и контролепригодностью, тогда как такие дефекты имеют большую потенциальную опасность и могут привести к повреждению элементов АЭС и большим экономическим потерям. Для обеспечения контроля сложных узлов и выявления подобных дефектов необходим качественно более высокий, чем существующий, уровень реализации потенциальных возможностей ультразвуковых средств неразрушающего контроля, выбираемых оптимальным образом в зависимости от решаемой задачи.

Это может быть сделано на основе математического и физического моделирования условий контроля, выбора адекватных схем и операций ультразвукового контроля и оптимальных параметров оборудования.

Настоящая работа выполнена применительно к контролю оборудования и трубопроводов АЭС с ограниченной контроледоступностыо и контролепригодностью и посвящена решению актуальной задачи разработки эффективных средств и технологии ультразвукового контроля сварного соединения и основного металла узла приварки коллектора к парогенератору атомной энергетической установки ВВЭР-1000 для выявления трещиноподобных дефектов. Результаты работы могут быть использованы для разработки методик

ультразвукового контроля других узлов и сварных соединений сложной конструкции.

Цель и задачи работы.

Цель работы - разработка эффективной методики ультразвукового контроля узлов приварки коллекторов к патрубкам Ду1200 парогенераторов ВВЭР-1000 на основе использования специальных операций контроля, разработки новых специализированных преобразователей для своевременного обнаружения , повреждений и сокращения сроков ремонта.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• разработать математические модели акустических трактов УЗК методом «корневой тандем» и контроля с поверхности скоса коллектора;

• обосновать выбор комплекса оптимальных параметров специализированных преобразователей для УЗК по схеме «корневой тандем» и совмещенных наклонных преобразователей продольных волн;

• исследовать специальные операции УЗК и разработать новую методику ультразвукового контроля узла приварки коллектора к парогенератору;

• оценить эффективность разработанной методики контроля в условиях ее практического использования на АЭС.

Методы исследований.

В работе для моделирования акустических трактов и выбора оптимальных комплексов параметров преобразователей, а также при анализе и интерпретации полученных результатов использовались теоретические и экспериментальные методы исследования и моделирования процессов ультразвукового контроля. Для подтверждения достоверности результатов ультразвукового контроля использовалйсь методы разрушающего и неразрушающего контроля, металлографического анализа, статистические методы обработки результатов экспериментов.

Научная новизна .

1. Впервые разработана модель акустического тракта ультразвукового контроля изделия методом «корневой тандем» для моделей отражателей типов «бесконечная полоса» и «плоскодонное отверстие» с учетом индикатрис рассеяния отражателей и диаграмм направленности преобразователя, обеспечивающая расчет эхосигнала при его перемещении в плоскости падения-отражения поперечной волны.

2. Разработанные модели акустического тракта ультразвукового контроля методом «корневой тандем» и способом контроля наклонными продольными волнами, позволяют для конкретных условий контроля обосновать выбор комплекса оптимальных параметров специализированных преобразователей.

3. На основе численного моделирования и результатов экспериментов с использованием разработанного преобразователя для метода «корневой тандем» установлено линейное возрастание амплитуды эхосигнала при увеличении высоты трещиноподобного корневого дефекта до высоты фокуса преобразователя и дальнейшее увеличение до наибольшего значения при высоте несплошности, равной базовому расстоянию преобразователя, что может использоваться для оценки эквивалентной высоты корневого дефекта по амплитуде эхосигнала.

4. Установлена эффективность применения схем ультразвукового контроля «корневой тандем», наклонными продольными волнами и специализированных преобразователей для выявления корневых трещин на фоне ложных сигналов различной природы.

5. На основе использования исследовашшх схем контроля и разработанных специализированных преобразователей создана эффективная методика УЗК узла приварки коллектора к патрубку парогенератора, анализ практики применения которой позволил обосновать обобщённую многофакторную картину характерных дефектов.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов

обеспечиваются применешем современных методов расчета акустических трактов и физического моделирования, непротиворечивостью полученных результатов уже известным, соответствием теоретических и экспериментальных результатов, практикой использования методики, разработанной на основе научных положений и выводов, в реальном ультразвуковом контроле.

Практическая ценность и реализация работы.

Практическая ценность результатов работы заключается в том, что разработанные технология и технические средства контроля металла и сварных соединений с ограниченной контроледоступностью и контролепригодностью увеличивают возможности и расширяют область применения ультразвукового контроля на АЭС. Результаты исследований позволили разработать «Методику ультразвукового контроля узла приварки коллектора к парогенератору ВВЭР-1000» МЦУ-11-98п с использованием новых специализированных преобразователей (ПЦП-45-КТ и ПЦ-25-1,8П) и внедрить регламентный УЗК узлов приварки коллектора к парогенераторам для оценки фактического качества узлов в процессе эксплуатационного контроля и при ремонте узлов на АЭС, а также. при ультразвуковом экспертном контроле на энергомашиностроительных заводах.

Разработанные в диссертации методика контроля и преобразователи использовались и используются в настоящее время на всех парогенераторах АЭС с ВВЭР-1000 России, Украины, Болгарии, Китая и Ирана, а также на энергомашиностроительных заводах. Экономический эффект от использования технологии на объектах с дефектами парогенераторов составил 216 млн. руб.

Апробация работы

Основные результаты работы доложены на:

- Научно-технической конференции концерна «Росэнергоатом» «Итоги выполнения программы НИОКР и плана мероприятий по обеспечению ядерной, радиационной, технической и пожарной безопасности АЭС в 1999 году и задачи на 2000г.». Москва. ВНИИАЭС, 16-17 марта 2000 г.

- Научно-технической конференции-выставке «Неразрушающий контроль - 2002 г.» 23-26 апреля 2002 г. в г. Киев, ИЭС им. Е.О.Патона,

- Седьмой Международной конференции «Материаловедческие проблемы при проектировании, изготовлении и эксплуатации АЭС», 17-21 июня 2002 г, Санкт-Петербург.

- Семинаре BAO АЭС-МЦ и МАГАТЭ на тему: «Оптимизация режимов работы парогенераторов энергоблоков атомных станций» Ровенская АЭС, Украина, 11-14 июня 2002г.

- XVIII Национальной конференции «Дефектоскопия 2003». 10-13 июня 2003. Созополь. Болгария.

- Шестом международном семинаре по горизонтальным парогенераторам. 22-24 марта 2004 г., ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», г.Подольск

- XIX Национальной конференции «Дефектоскопия 2004». 8-10 июня 2004. Созополь. Болгария.

- Международной научно-технической конференции МНТК-2006, Москва, ВНИИАЭС, 19-21 апреля 2006 г;

- Седьмом международном семинаре но горизонтальным парогенераторам. 02-06 октября 2006 г., ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», гЛодолъск;

XIX Петербургской конференции «Ультразвуковая дефектоскопия металлоконструкций -УЗДМ-2007». 29-31 мая 2007,С-Петербург;

- 10-ой Международной конференции «Проблемы материаловедения при проектировании, изготовлении и эксплуатации оборудования АЭС». Санкт-Петербург, 7-9 октября 2008 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 4 статьи и 11 докладов и тезисов докладов.

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 156 страницах, содержащих 85 рисунков, 8 таблиц и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 68 наименований и приложения.

Автор считает своим долгом выразить благодарность первому научному руководителю данной работы проф., д.т.н. И.Н. Ермолову, к глубокому сожалению скончавшемуся летом 2007 г., за постановку задачи исследований и серьезную под держку в их проведении.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, кратко излагается содержание и цель работы, приводятся данные о использовании результатов диссертационной работы.

В первой главе дается характеристика объекта контроля - узла приварки коллектора к патрубку Ду1200 парогенератора ПГВ-1000 и технологии УЗК при его изготовлении и в процессе эксплуатации. При этом отмечено, что использование стандартной методики УЗК ПНАЭ Г-7-030-91 не обеспечивает полного прозвучивания сварного соединения, при контроле по ней возможно появление ложных эхо-сигналов, перебраковка сварных соединений и др. Недостатки методики показаны на примере анализа причин пропуска дефекта в узле приварки коллектора к парогенератору на блоке 5 Нововоронежской АЭС.

В работах профессора Щербинского В.Г. применительно к дефектоскопии ответственного оборудования, были исследованы методы и средства, повышающие достоверность ультразвукового контроля сварных соединений на основе изучения

акустических полей рассеяния реальных дефектов, предложен эхо-зеркальный метод ультразвукового контроля и разработаны теоретические основы метода.

В.Е.Белый и В.Г.Щербинский показали, что при контроле эхо-методом наклонными преобразователями при различных вариантах прозвучивания с применением действующих методик УЗК выявить все имеющиеся трещины и несплавления не удается.

Исследования эффективности УЗК сварных соединений при использовании методик кода ACME (США), правил КТА (Германия), методик ручного и автоматизированного контроля других стран показали, что пока высота вертикальных трещин не достигнет 25% толщины (~40 мм) вероятность выявления достаточно низка и не является приемлемой, причем для составных дефектов достаточно сложно проводить правильную оценку, даже когда они образуют большие дефектные зоны.

Эти выводы были подтверждены в процессе исследований методик УЗК АЭС и др. в СССР (России) в конце 80-х г.г. (Белый В.Е., Васильченко Г.С., Григорьев М.В. и др.).

Анализ трудов по УЗК в атомной энергетике показал, что для качественного повышения возможностей контроля рассматриваемого объекта целесообразно использование специальных операций ультразвукового контроля, в частности, для выявления магистральных трещин - метод, основанный на применении продольных волн, направление которых перпендикулярно к их плоскостям и тандем-метод. В приповерхностном наружном слое подобные трещины могут быть выявлены с помощью УЗК головными волнами (Ермолов И.Н., Разыграев Н.П.) (рис.1). Использование предложенных операций повышает контроледоступность до степени «1С», согласно п. 1.3.3 ПНАЭ Г-7-030-91.

Эффективная реализация метода тандем и эхо-метода с поверхностей со скосами невозможна без разработки новых специализированных преобразователей на основе создания алгоритмов работы акустических трактов этих методов УЗК и их численного анализа. Моделирование акустических трактов может быть выполнено

на основе трудов российских ученых - Ермолова И.Н., Алешина Н.П., Данилова В.Н., Щербинского В.Г., Вопилкина А.Х. и др.

Операции УЗК, позволяющие выявлять вертикальные трещины в металле узла приварки коллектора к патрубку Ду 1200 парогенератора.

Вторая глава посвящена математическому моделированию работы акустических трактов, исследованию их характеристик и разработке на этой основ специализированных преобразователей для УЗК объекта контроля в соответствии целью данной работы.

Выбор параметров преобразователей при работе по методу «корневой тандем» основывается на исследовании акустического тракта, схема которого обеспечива регистрацию максимального сигнала из возможных вариантов распространен! излученных и отраженных поперечных волн. При этом контролируемая сред ограничена параллельными поверхностями, расстояние между которыми равно А. Излучение и прием поперечных волн осуществляется раздельными наклонным преобразователями с одинаковыми параметрами (в практической конструкции эти преобразователи объединены в одном корпусе). Отражатель (дефект) - трещин типа «полоса» или типа «плоскодонное отверстие». Формула акустического тракт (по И.Н. Ермолову) представляет собой отношение амплитуд излученного Р0 и

регистрируемого сигналов Р (нормированная амплитуда) \5Р\ = Р /Рц. Дл дефекта типа «полоса» высотой 21 эта формула записывается в виде:

]__'

Рис. 1.

|5PJ = | D,t{an )DTl (an) Vnon (aa )| S'n eos (a,-a)F„(«JF„(orn)x

В формуле (1) а„ и ап углы направлений распространения лучей излучаемой и принимаемой волн, отсчитываемые от нормали к поверхности контроля в точках выхода акустической оси преобразователей, аг,и г„ - расстояния по лучам до точки отражения на дефекте; ¡5 и а - углы падения и преломления продольной волны в преобразователе (для акустической оси); Дг (а„), Е>г1 (ап ) . коэффициенты трансформации продольной волны в поперечную (в среде) для излучаемой волны и поперечной в продольную (в призме преобразователя) для принимаемой; Утп -коэффициент отражения поперечной волны от поверхности контролируемой среды; Ги- функция направленности преобразователя; Фпш («„,«„) - • индикатриса рассеяния дефекта; Зв З3 - соответственно коэффициенты затухания поперечной волны в металле и продольной волны в призме преобразователя, г3 - путь волны в

призме; сова/сов/? - площадь мнимой пьезопластины преобразователя (по

И.Н. Ермолову) с фактической площадью ЛТ - длина поперечной волны в контролируемой среде на рабочей частоте

х0 - расстояние от плоскости дефекта до центра системы преобразователей на поверхности контроля, - расстояние (базовое) между точками выхода акустической оси преобразователей. Индикатриса рассеяния полосы описывается выражением, полученным на основе точного решения скалярной задачи о рассеянии акустической волны на трещине типа «полоса» и учета уменьшения амплитуды поперечной волны при отражении от плоского дефекта (по Б.А. Круглову).

Максимум регистрируемого сигнала достигается при аи = а„ = а и (а и)= ^,

при этом х0 - к tga•, а х6 -21 Ща - оптимальное базовое расстояние, для которого достигается максимум эхосигнала, не зависящее от толщины контролируемой

h-l

h+l

cosa,

п

п

области Л и значения х0\ высота фокуса (расстояние точки отражения от донной поверхности контролируемого изделия) равна I.

Численное моделирование акустического тракта по формуле (1) и аналогичной для отражателя типа «плоскодонное отверстие» позволили обосновать необходимые параметры преобразователей для эффективной работы методом «корневой тандем» в контролируемой среде (сталь) - рабочую частоту fp, угол ввода а, оптимальное базовое расстояние хе, обусловливающие наибольшую чувствительность метода при его практической реализации. В расчетах при выборе fp (из стандартных значений 1,25 ,1,8 ,2,5 МГц) предполагалось, что пьезопластины преобразователей - типовые, их радиусы равны а = 12 мм для fv =1,25 МГц, 9 мм для 1,8 МГц и 6 мм для 2,5 МГц. Указанные значения обеспечивают примерное равенство произведения afp и ширины диаграмм направленности.

В процессе моделирования были рассчитаны зависимости нормированных амплитуд эхосигналов от нормированного расстояния до центра системы преобразователей х0ih для различных рабочих частот^,, углов ввода а, базовых расстояний хб. В качестве примера на рис.2 приведена зависимость амплитуды I бРпол I ДЛЯ различных углов ввода a (fp = 1,8 МГц, 21 - 20 мм, хй = 20 мм). Положение максимумов сигналов на рис.2 практически соответствует значениям, определяемым соотношением xjh= tgа ; максимум сигнала для преобразователя с углом ввода 45° на 10% меньше, чем для угла а= 40° , что обусловлено более длинным путем, проходимым волной в изделии. С уменьшением угла ввода возрастает расстояние 2a cos р < хб, что ухудшает возможности реализации необходимого значения хб в конструкции преобразователя. Существенным преимуществом использования угла а= 45° является то, что для такого угла фаза отражения волны от свободной поверхности равна 0, а явление незеркального отражения отсутствует. Поскольку такое смещение является частотно-зависимым, использование угла ввода, меньшего 45°, приведет к искажению формы регистрируемых импульсов и ухудшению условий контроля. Таким образом, для

решения задач контроля, рассматриваемых в данной работе, целесообразно использование преобразователей с углом ввода 45°.

|8Рп.л1хЮ3

Рис. 2.

Зависимость нормированной амплитуды принимаемого сигнала для дефекта типа «полоса» от нормированного рассгояшм до центра системы преобразователей для различных углов ввода: 1. - а=4(Г, 2. - 45°, 3. - 50", 4. - 55°

Максимумы всех сигналов на зависимостях нормированной амплитуды сигнала от дефекта типа «полоса» ^Рпм | для различных рабочих частот преобразователя достигаются при х011г=\, причем максимум сигнала для преобразователя с частотой /9= 1,8 МГц лишь несколько меньше, чем приУр-1,25 МГц и на 80% больше, чем в случае 2,5 МГц. Для дефекта типа «плоскодонное отверстие» максимумы эхосигнала для преобразователей с = 1,8 МГц и 1,25 МГц практически совпадают и значительно превышают его значение для рабочей частоты 2,5 МГц. Поэтому при решении рассматриваемых задач контроля целесообразно использование рабочей частоты преобразователей ~/р = 1,8 МГц, являющейся оптимальной.

По зависимости нормированной амплитуды эхосигнала можно оценить диапазон смещения системы преобразователей, в котором амплитуда уменьшается в 2 раза (на 6 дБ) (примерно соответствует при а= 45° ширине фокусного пятна) - = ±0,11 хД.

Для системы преобразователей при контроле УЗК по схеме «корневой тандем» для отражателей типа «плоскодонное отверстие» могут быть построены нормированные зависимости эхосигнала от расстояния до дна изделия для различных значений радиуса отверстия, рабочей частоты и т.д. - аналоги обычных АРД-диаграмм прямых и наклонных преобразователей. Такие диаграммы могут использоваться при настройке чувствительности и оценке эквивалентных размеров дефектов для этой схемы контроля.

Комплекс оптимальных параметров для эффективного УЗК узла приварки коллектора к парогенератору методом тандем был реализован в конструкции преобразователя ПЦП-45-КТ, для которого была разработана специальная технология изготовления и сборки («Технические условия на преобразователь специализированный ультразвуковой «корневой тандем» ПЦП-45-КТ» № Р-029.000ТУ). Основные параметры преобразователя: рабочая частота^, = 1,8 МГц, базовое расстояние -хг> = 20 мм, ширина диаграммы направленности излучающего и приёмного элементов на уровне -6 дБ от максимума - » 8°, высота фокуса над донной поверхностью - и 10 мм, ширина фокусного пятна на уровне -6 дБ от максимума 14 мм. Такой преобразователь обеспечивает возможность проведения УЗК не только методом «корневой тандем», но и обычным эхо-методом , при этом обеспечивая выявление дефектов с эквивалентным размером 3 мм2 и более при соотношении сигнал-шум не менее 12 дБ.

Проведенные экспериментальные исследования характеристик преобразователей типа ПЦП-45-КТ производилось на стандартных и специальных образца^ в эхоимпульсном, раздельно-совмещенном режимах и режиме «корневой тандем». Экспериментальные изображения импульсов и спектров эхосигналов строились и выводились на экран компьютера с использованием системы «АВГУР» (разработка НПЦ «ЭХО+»), теоретические - рассчитывались по программе «ИМПУЛЬС +» (предоставленной автору д.т.н. В.Н.Даниловым). В целом, теоретические эхосигналы вполне удовлетворительно количественно совпали с экспериментальными, что подтвердило реализацию в разработанной конструкции преобразователя ожидаемых характеристик.

Для эффективного ультразвукового контроля узла приварки коллектора к парогенератору со стороны наклонной поверхности необходимо обеспечить нормальное падение упругой ультразвуковой волны на отражатель, плоскость которого ортогональна верхней и нижней поверхностям изделия (рис.1). При этом угол ввода продольной волны должен составлять 25°. При выборе параметров преобразователей в этом случае в дальней зоне использовалась следующая формула акустического тракта для дефекта типа «полоса»:

Р>1

К ^—гехрЬ^ехр[-23, г,] {2), где гд - расстояние по лучу до точки отражения на дефекте при нормальном падении; с/ - расстояние от точки ввода луча до точки отражения волны на дефекте; Оп . коэффициент прозрачности по энергии для продольной волны (по И.Н. Ермолову); Я7 - длина продольной волны в среде, а <5/ - коэффициент ее затухания; -площадь мнимой пьезопластины.

Расчеты по формуле (2) для моделей преобразователей с типовыми размерами пьезопластин и различными рабочими частотами /р при условии примерного равенства ширины диаграмм направленности (параметра к:а, а - радиус пластины, к1 - волновое число продольной волны) показали целесообразность выбора рабочей частоты продольных волн, равной 1,8 МГц, радиус а = 9 мм. На основе результатов математического и физического моделирования был разработан специализированный преобразователь ПЦ-25-1,8П, предназначенный для решения задач контроля с наклонной поверхности, изготавливаемый по особой технологии («Технические условия на преобразователь специализированный ультразвуковой продольных волн ПЦ-25-1,8П» № Р-027.000 ТУ). Преобразователь, помимо продольной, излучает также и поперечную волну, являющуюся, по существу, помеховой. В некоторых случаях контроля оказалось необходимым повышение уровня излучаемого сигнала (продольной волны) относительно помехового, для чего был разработан специализированный преобразователь ПЦ-25-3,6П с рабочей частотой 3,6 МГц и более узкой диаграммой направленности. Экспериментально

установлено, что для разработанных конструкций преобразователей ПЦ-25-1,8П и ПЦ-25-3,6П амплитуды сигналов в максимуме диаграммы направленности рабочей волны значительно превосходили амплитуду помеховой - соответственно, примерно, на 15 и 30 дБ.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований применения специализированных преобразователей для выявления дефектов применительно к УЗК узла приварки коллектора к парогенератору реактора ВВЭР-1000 и разработки на этой основе специальных операций усовершенствованной технологии контроля. Исследования проводились на моделях дефектов в виде вертикальных сегментных пазов, плоскодонных отверстиях и реальных трещинах. Было установлено, что при использовании преобразователя ПЦП-45-КТ методом «корневой тандем» обеспечивается обнаружение трещиноподобных отражателей высотой 3 мм с соотношением сигнал-шум более 30 дБ и высотой 15 мм с соотношением сигнал-шум более 50 дБ. При этом увеличение высоты отражателя до размера фокуса преобразователя обусловливает линейное возрастание амплитуды максимума эхосигнала (в дБ), дальнейшее увеличение высоты до размера, равного базовому расстоянию преобразователя, приводит к возрастанию амплитуды до максимального значения этого метода, установленного ранее на основе численного моделирования работы акустического тракта. На основе этих результатов построена диаграмма для оценки эквивалентной высоты подобных дефектов, в частности, корневых трещин, по амплитуде эхосигнала. Метод «корневой тандем» с использованием преобразователей типа ПЦП-45-КТ также обеспечивается возможность оценки протяжённости трещин по длине зоны перемещения преобразователя вдоль них; это - условная протяженность, зависящая от уровня чувствительности, на котором выполняется измерение, и крутизны края трещины.

При использовании специализированного преобразователя ПЦ-25-1,8П трещиноподобный отражатель высотой 2 мм обнаруживается с соотношением сигнал-шум более 16 дБ, а высотой 16 мм - более 40 дБ. Результаты исследований показали возможность оценки высоты вертикальной трещины или глубины залегания точечных отражателей при УЗК металла узла такими преобразователями

со стороны скошенной поверхности (рис.1). При определении условной протяженности дефектов в некоторых случаях целесообразно использовать и преобразователи с рабочей частотой 3,6 МГц (ПЦ-25-3,6П) с более узкой диаграммой направленности. Исследования на реальной трещине в узле поврежденного парогенератора №1 блока №5 Нововоронежской АЭС с использованием ПЦ-25-1,8П показали, что разработанным методом при УЗК с поверхности скоса коллектора обеспечивается обнаружение трещины в районе начала галтельного перехода (R20), причем амплитуда эхосигнала от реальной трещины до 8 дБ превышает опорный уровень сигнала от отверстия 06 мм в образце СО-2 (с глубины 44 мм). В результате по сигналу от трещины удалось оценить протяженность оставшегося участка и выдать рекомендации по объему выборки.

При контроле рассматриваемого узла с использованием методики УЗК ПНАЭ-Г-7-030-91 наблюдается ряд специфических ложных эхо-сигналов, которые вводят в заблуждение и могут быть причиной перебраковки. К ложным относятся эхосигналы от галтели (R20) в максимумах основного и боковых лепестков диаграммы направленности, сигналы от проточки поверхности патрубка с учетом образования головной волны, сигналы, обусловленных наличием коррозионных язв на донной поверхности, а также эхосигналы от провисания в корне сварного соединения при УЗК штатными для этой методики преобразователями. Использование в качестве основных операций УЗК прозвучивание методом «корневой тандем» и продольной волной с углом ввода 25° специализированными преобразователями ПЦП-45-КТ и ПЦ-25-1,8П позволили исключить перебраковку при контроле.

Для настройки параметров УЗК методом «корневой тандем», продольными волнами с углом ввода 25° и головными волнами разработан специальный настроечный образец (НО-111), представляющий из себя модель контролируемого узла в масштабе 1:1, который содержит имитаторы трещин: вертикальные сегментные отражатели (пазы), плоскодонные отверстия, а также имитатор

провисания в корне сварного соединения. Отражатели моделируют плоскостные трещиноподобные несплошности в разных зонах узла.

Четвертая глава посвящена разработке на основе специальных операций усовершенствованной методики контроля узла приварки коллектора к парогенератору с использованием созданных в рамках данной работы преобразователей ПЦ-25-1,8П, ПЦП-45-КТ, анализу результатов её использования и эффективности. Эта «Методика ультразвукового контроля узла приварки коллектора к парогенератору ВВЭР-1000» МЦУ-11-98п обеспечивает выявление несплошпостей в основном металле и в сварном соединении с использованием операций для выявления трещинообразных дефектов - методом «корневой тандем», прозвучиванием продольными волнами с углом ввода 25° и головными волнами. Результаты проведенных исследований позволили обосновать методические указания, обеспечивающие проведение контроля и разбраковку корня сварного соединения и галтельного перехода коллектора при наличии конструктивных отражателей и ложных эхо-сигналов, а также позволяющие определить такие характеристики отражателя, как его координаты по длине шва, условная протяженность, глубина залегания, эквивалентная площадь и др.

В результате практического использования методики МЦУ-11-98п в период 1999-2007 гг. на парогенераторах ПГВ-1000 было выявлено одиннадцать дефектных зон, в которых наличие трещиноподобных несгшошностей было подтверждено в результате неразрушающего контроля визуальным и капиллярным методами и металлографических исследований, причем случаев пропуска дефектов и ложного бракования зафиксировано не было.

На основе анализа заключений по дефектным парогенераторам разработаны сводная дефектограмма повреждений в узлах приварки коллектора к патрубку Ду1200 ПГВ-1000 (рис.3) и обобщённая многофакторная картина дефектообразования в узле.

г

Рис.3.

Сводная дефекте грамма УЗК с использованием .методики МЦУ-11-98п узлов приварки коллектора

к патрубку Ду 1200 ПГВ-1000 за 1998-200бг. Обозначения: 1ПГ1 - блок №1, парогенератор №1, 1231 - длина зоны дефекта мм: 2003 - год обнаружения дефекта, красный и зеленый цвет - реакторная установка В-302, синий цвет -реакторная установка В-320.

Возможности обобщенной многофакторной картины дефектов в узле приварки коллектора к патрубку парогенератора были проверены на практике в июле 2007 г при проведении планового УЗК по методике МЦУ-1 ] -98п (с Изменением Ksi) на блоке 5 H обо Воронеже кой АЭС, в ходе которого выявлены повреждения (трещины) на горячих коллекторах парогенераторов №2 и №4. Характеристики выявленных трещин были нанесены на картину с распределениями, и во всех случаях новые трещины легли в рамки зон специфических повреждений узла приварки коллектора к патрубку парогенератора, что свидетельствует о том, что разработанная многофакторная картина повреждения является устойчивой, а обнаруженные и зафиксированные в ней закономерности могут быть рекомендованы да я использования.

В результате исследования эффективности использования разработанной на основе новь[х научных результатов данной работы методики МЦУ-11-98п УЗК узла приварки коллектора к патрубку парогенератора посредством анализа сравнительных испытаний методик ручного и автоматизированного контроля (с

использованием установки «Авгур 4.2»), результатов выемки и исследования темплетов ультразвуковым, металлографическим и визуальным методами подтверждено, что созданная технология ручного контроля с этой методикой обеспечивает с достаточной для практики надежностью, что было подтверждено во всех случаях обнаружения трещиноподобных несплошностей в контролируемом узле, что было подтверждено во всех случаях контроля. При этом установлено, что УЗК методами «корневой тандем» и продольными волнами повышает степень контроледоступности сварного соединения до наивысшей - 1С, обеспечивает обнаружение и правильное распознавание трещин высотой 6 мм и более в окружении коррозионных язв высотой до 2-3 мм, погрешность определения координаты края трещины в районе галтельного перехода составляет не более 10-11 мм. Подробные сведения об испытании и аттестации методики МЦУ-11-98п (с Изменением №1) приведены в приложении к диссертации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, представляющей собой законченную научную квалификационную работу, дано решение актуальной научной задачи создания эффективных средств и технологии ультразвукового контроля сварного соединения и основного металла узла приварки коллектора к парогенератору атомной энергетической установки ВВЭР-1000 для выявления трещиноподобных дефектов. Полученные результаты могут быть использованы для разработки методик ультразвукового контроля других узлов и сварных соединений с ограниченной контроледоступностью и контролепригодностью. Основные научные результаты, полученные автором, заключаются в следующем:

1. Разработаны расчетные модели акустических трактов при УЗК методом «корневой тандем» для моделей дефектов типа «полоса» и «плоскодонное» отверстие.

2. На основе компьютерного анализа разработанных моделей трактов теоретически обоснован и экспериментально подтвержден комплекс оптимальных параметров преобразователя при контроле методом «корневой тандем» с

использованием поперечных волн. Разработаны новые специализированные преобразователи ПЦП-45-КТ для УЗК методом «корневой тандем», реализующие обоснованные параметры.

3. Разработана расчетная модель акустического тракта при контроле продольными волнами с поверхности, ориентированной под заданным углом относительно плоскости отражателя и обоснованы рабочие параметры преобразователя. Созданы реализующие эти параметры совмещённые наклонные специализированных преобразователи продольных волн с углом падения меньше первого критического ПЦ-25-1,8П.

4. Экспериментальные исследования разработанных преобразователей на стандартных и специальных образцах подтвердили реализацию в конструкциях преобразователей ожидаемых характеристик.

5. В результате исследований процессов образования и характера ложных сигналов при УЗК узла приварки коллектора к парогенератору было установлено, что комплексное использование специальных операций УЗК «корневой тандем» и наклонными продольными волнами позволяет исключить перебраковку узлов.

6. При исследовании влияния коррозионных язв на донной поверхности и галтели контролируемого узла на результаты УЗК установлено, что образование ложных сигналов происходит за счет суммирования эхо-импульсов боковых лучей диаграммы направленности преобразователя ПЦ-25-1,8П от коррозионных язв на поверхности галтели с язвами, которые образуют «мнимые» плоскостные отражатели в районе начала галтели при УЗК продольными волнами со скоса, а также осевого и боковых лучей диаграммы направленности наклонного преобразователя поперечных волн.

7. В результате исследования возможности оценки «эквивалентной высоты» корневой трещинообразной несплошности с помощью преобразователя ПЦП-45-КТ установлено, что зависимость амплитуды эхосигнала (в дБ) от высоты трещиноподобного корневого дефекта (в мм) выражается в виде прямой линии до высоты фокуса преобразователя (10 мм) и далее увеличивается до амплитуды

максимального сишала при высоте несплошности, примерно равной базовому расстоянию преобразователя (высоте верхнего края фокусного пятна 18 мм).

8. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований, опыта УЗК парогенераторов разработана «Методика ультразвукового контроля узла приварки коллектора к парогенератору ВВЭР-1000» МЦУ-11-98п.

9. Разработана обобщённая многофакторная картина характерного дефекта узла приварки горячего коллектора к патрубку Ду1200 по характеристикам УЗК с использованием методики. Установлены основные зоны инициирования трещин -вблизи начала галтели R20 с переходом в цилиндр - под парогенератором на участке, где патрубок Ду1200 имеет минимальную высоту - на пересечении узла с продолжением оси трубопровода и зона, симметричная последней, относительно оси коллектора, перпендикулярной оси парогенератора. Результаты УЗК парогенераторов в 2007 подтвердили адекватность такого описания зон повреждений.

10. В результате исследования эффективности использования разработанной на основе научных результатов данной работы методики установлено, что УЗК методами «корневой тандем» и наклонными продольными волнами повышает степень контроледоступности сварного соединения до наивысшей - 1С, обеспечивает обнаружение и правильное распознавание трещин высотой 6 мм и более в окружении коррозионных язв высотой до 2-3 мм.

11. Обоснованность и достоверность результатов научных исследований, реализованных в методике подтверждены практикой использования при регламентном эксплуатационном контроле металла на АЭС ВВЭР-1000 России, Украины, Болгарии, Китая и Ирана (всего на 27 блоках). Экономический эффект от использования технологии - 216 млн. руб.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Зубченко A.C., Разыграев Н.П., Разыграев А.Н. Подготовка и согласование с ГОСАТОМНАДЗОРОМ «Методики ультразвукового контроля узлов приварки

коллекторов к парогенераторам ВВЭР-1000». Труды научно-технической конференции концерна «Росэнергоатом». Москва. ВНИИАЭС, 16-17 марта 2000 г.

2. Разыграев А.Н. История, особенности, результаты УЗК узла соединения коллектора с парогенераторами ПГВ-1000. 23-26 апреля 2002, г. Киев, ИЭС им. Е.О.Патона, конференция-выставка «Неразрушающий контроль - 2002 г.».

3. Зубченко A.C., Разыграев Н.П., Разыграев А.Н., Жбанников В.В., Сливкин М.П., Рогов В.М., Заплатин В.Г., Бажуков A.B., Палий А.Н. Особенности УЗК узла соединения коллектора с парогенератором ПГВ-1000. Седьмая Международная конференция «Материаловедческие проблемы при проектировании, изготовлении и эксплуатации АЭС», 17-21 июня 2002 г, Санкт-Петербург.

4. Н.П.Разыграев, А.Н.Разыграев, П.Цоков, Е.Ничева, В.Ничев. Аттестация персонала и проведение ультразвукового контроля сварного соединения №111 парогенераторов ПГВ-1000 на АЭС Козлодуй. XVIII Национальная конференция «Дефектоскопия 2003». 10-13 июня 2003. Созополь. Болгария (на1 болгарском языке).

5. Разыграев Н.П., Разыграев А.Н. Ультразвуковой контроль узла приварки коллектора к парогенератору ПГВ-1000. Шестой международный семинар по горизонтальным парогенераторам. 22-24 марта 2004 г. ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», г.Подольск.

6. Н.П.Разыграев, А.Н.Разыграев. УЗК узлов соединения коллекторов с парогенератором ПГВ-1000 и новые проблемы контроля. XIX Национальная конференция «Дефектоскопия 2004». 8-10 июня 2004. Созополь. Болгария.

7. Зубченко A.C., Разыграев Н.П., Разыграев А.Н. Анализ результатов ультразвукового контроля узлов приварки коллектора к парогенератору ПГВ-1000 на АЭС. Международная научно-техническая конференция МНТК-2006, Москва, ВНИИАЭС, 19-21 апреля 2006 г.

8. Разыграев А.Н., Разыграев Н.П. Ультразвуковой контроль аустенитных сварных соединений трубопроводов ДуЗОО. РАН, Дефектоскопия, 2006, №10, 59-71.

9. Разыграев А.Н., Разыграев Н.П. Методики ультразвукового контроля сварных соединений АЭС с ограниченными контролепригодностью и контроледоступностью. Сб.трудов XIX Петербургской конференции «Ультразвуковая дефектоскопия металлоконструкций -УЗДМ-2007»С.26-27, 29-31 мая 2007,С-Петербург.

10. Разыграев А.Н., Разыграев Н.П., М.Миховски, А.Алексиев, Ультразвуковой контроль сварного соединения на АЭС с ограниченными доступом и контролепригодностью (на болгарском языке. Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования. Выпуск 31. Современное состояние и проблемы диагностирования оборудования электрических сетей напряжением 6-35 кв. Общие проблемы диагностики силового электрооборудования. С-Петербург, ПЭИПК, 2008, с. 11-34.

-2411. Разыграев А.Н. Ложные эхо-сигналы при УЗК парогенератора. РАН Дефектоскопия. РАН, Дефектоскопия, 2008г., №4, с.31-37.

12. Данилов В.Н., Разыграев А.Н. О выборе параметров преобразователей при ультразвуковом контроле сварных соединений методом тандем. РАН, Дефектоскопия, 2008г., №4, с. 19-29.

13. Разыграев А.Н., Разыграев Н.П. Эффективность методики ручного УЗК узла приварки коллектора к парогенератору ПГВ-1000 (111 шва). Сб.Трудов 10-ой Международной конференции «Проблемы материаловедения при проектировании, изготовлении и эксплуатации оборудования АЭС» Санкт-Петербург, 7-9 октября 2008 г, т. 1,стр. 178.

14. Разыграев А.Н., Разыграев Н.П. Образ повреждения узла приварки коллектора к парогенератору ПГВ-1000 (111 шва) по результатам УЗК. Сб.Трудов 10-ой Международной конференции «Проблемы материаловедения при проектировании, изготовлении и эксплуатации оборудования АЭС» Санкт-Петербург, 7-9 октября 2008 г, стр.179.

15. Разыграев А.Н. Разработка оптимизированного преобразователя при ультразвуковом контроле сварных соединений методом тандем. Вестник МГТУ им. Г.И.Носова. 2008 г. В печати.

Введение.

1 .Анализ повреждения узла приварки коллектора к парогенератору ВВЭР

1000 и выбор новых методов и операций ультразвукового контроля.

1.1 .Характеристика объекта контроля.

1.3.Анализ технологии и результатов неразрушающего контроля узла приварки коллектора к парогенератору ВВЭР-1000 на АЭС.

1.4.Анализ литературы по выявлению трещин при ультразвуковом контроле сварных соединений.

1.5. Анализ возможностей использования новых операций УЗК и разработка предложений по повышению контролепригодности узла приварки коллектора к парогенератору ВВЭР-1000.

1.6.Выводы и конкретизация задач исследования.

2.Разработка преобразователей для УЗК и исследование их характеристик.

2.1.Основные требования к преобразователям, работающим по схеме «корневой тандем».

2.2.Расчет акустического тракта при контроле изделий методом «корневой тандем».

2.3.Выбор параметров преобразователей для УЗК методом «корневой тандем».

2.4.Разработка конструкции преобразователя для УЗК по схеме «корневой тандем» и его экспериментальное исследование.

2.5.Разработка наклонных преобразователей для УЗК с поверхности скоса коллектора.

2.6.Вывод ы.

3.Исследования и разработка методики УЗК узла приварки коллектора к парогенератору ВВЭР-1000.

3.1 .Исследования выявляемости дефектов в узле приварки коллектора к парогенератору ВВЭР-1000.

3.1.1.Разработка настроечного образца НО-111.

3.2.Выбор чувствительности при УЗК узла приварки коллектора к парогенератору ВВЭР-1000.

3.3.Ложные сигналы при УЗК узла приварки коллектора к парогенератору ВВЭР-1000.

3.4.Использование операции «корневой тандем» для оценки высоты трещин.

3.5.УЗК сварных соединений и металла АЭС, с пораженной коррозией донной поверхностью.

3.6.Вывод ы.

4.Разработка и внедрение методики УЗК на АЭС. Исследование повреждений.

4.1 .Разработка методики УЗК узла приварки коллектора к парогенератору.

4.2.Результаты использования методики на АЭС (2000-2006 гг.).

4.2.1.Анализ расположения дефектов, их размеров, формы.

4.2.2.Исследование повреждений и разработка обобщённой многофакторной картины дефектообразования в узле по результатам УЗК

4.3 .Выводы.

Актуальность работы.

Развитие отечественной атомной энергетики и эксплуатация действующих энергоблоков, а также задача повышения коэффициента использования установленной мощности за счет сокращения сроков ремонта определили возросшие требования к надежности и безопасной работе оборудования и трубопроводов АЭС, их качественному диагностированию и ремонту.

Используемые в атомной энергетике методы и аппаратура неразрушающего ультразвукового контроля в целом позволяют выявлять дефекты различной ориентации и местоположения в сварных соединениях и основном металле. Однако в некоторых случаях действующие методики не обеспечивают выявление трещиноподобных дефектов узлов сложной конструкции с ограниченной контроледоступностью и контролепригодностью, тогда как такие дефекты имеют большую потенциальную опасность и могут привести к повреждению элементов АЭС и большим экономическим потерям. Для обеспечения контроля сложных узлов и выявления подобных дефектов необходим качественно более высокий, чем существующий, уровень реализации потенциальных возможностей ультразвуковых средств неразрушающего контроля, выбираемых оптимальным образом в зависимости от решаемой задачи.

Это может быть сделано на основе математического и физического моделирования условий контроля, выбора адекватных схем и операций ультразвукового контроля и оптимальных параметров оборудования.

Настоящая работа выполнена применительно к контролю оборудования и трубопроводов АЭС с ограниченной контроледоступностью и контролепригодностью и посвящена решению актуальной задачи разработки эффективных средств и технологии ультразвукового контроля сварного соединения и основного металла узла приварки коллектора к парогенератору атомной энергетической установки ВВЭР-1000 для выявления трещиноподобных дефектов. Результаты работы могут быть использованы для разработки методик ультразвукового контроля других узлов и сварных соединений сложной конструкции.

Цель и задачи работы.

Цель, работы - разработка эффективной методики ультразвукового контроля узлов-приварки коллекторов к патрубкам Ду1200 парогенераторов ВВЭР-1000 на основе использования специальных операций контроля, разработки- новых специализированных преобразователей для своевременного обнаружения повреждений и сокращения сроков ремонта.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• разработать математические модели акустических трактов УЗК методом «корневой тандем» и контроля с поверхности скоса коллектора;

• обосновать выбор комплекса оптимальных параметров специализированных преобразователей для УЗК по схеме «корневой тандем» и совмещенных наклонных преобразователей продольных волн;

• исследовать специальные операции УЗК и разработать новую методику ультразвукового контроля узла приварки коллектора к парогенератору;

• оценить эффективность разработанной методики контроля в условиях ее практического использования на АЭС.

Методы исследований.

В работе для моделирования акустических трактов и выбора оптимальных комплексов параметров преобразователей, а также при анализе и интерпретации полученных результатов использовались теоретические и экспериментальные методы исследования и моделирования процессов ультразвукового контроля. Для подтверждения достоверности результатов ультразвукового контроля использовались методы разрушающего и неразрушающего контроля, металлографического анализа, статистические методы обработки результатов экспериментов.

Научная новизна

1. Впервые разработана модель акустического тракта ультразвукового контроля изделия методом «корневой тандем» для моделей отражателей типов «бесконечная полоса» и «плоскодонное отверстие» с учетом индикатрис рассеяния отражателей и диаграмм направленности преобразователя, обеспечивающая расчет эхосигнала при его перемещении в плоскости падения-отражения поперечной волны.

2. Разработанные модели акустического тракта ультразвукового контроля методом «корневой тандем» и способом контроля наклонными продольными волнами, позволяют для конкретных условий контроля обосновать выбор комплекса оптимальных параметров специализированных преобразователей.

3. На основе численного моделирования и результатов экспериментов с использованием разработанного преобразователя для метода «корневой тандем» установлено линейное возрастание амплитуды эхосигнала при увеличении высоты трещиноподобного корневого дефекта до высоты фокуса преобразователя и дальнейшее увеличение до наибольшего значения при высоте несплошности, равной базовому расстоянию преобразователя, что может использоваться для оценки эквивалентной высоты корневого дефекта по амплитуде эхосигнала.

4. Установлена эффективность применения схем ультразвукового контроля «корневой тандем», наклонными продольными волнами и специализированных преобразователей для выявления корневых трещин на фоне ложных сигналов различной природы.

5. На основе использования исследованных схем контроля и разработанных специализированных преобразователей создана эффективная методика УЗК узла приварки коллектора к патрубку парогенератора, анализ практики применения которой позволил обосновать обобщённую многофакторную картину характерных дефектов.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов обеспечиваются применением современных методов расчета акустических трактов и физического моделирования, непротиворечивостью полученных результатов уже известным, соответствием теоретических и экспериментальных результатов, практикой использования методики, разработанной на основе научных положений и выводов, в реальном ультразвуковом контроле.

Практическая ценность и реализация работы.

Практическая ценность результатов работы заключается в том, что разработанные технология и технические средства контроля металла и сварных соединений с ограниченной контроледоступностью и контролепригодностью увеличивают возможности и расширяют область применения ультразвукового контроля на АЭС. Результаты исследований позволили разработать «Методику ультразвукового контроля узла приварки коллектора к парогенератору ВВЭР-1000» МЦУ-11-98п [2] с использованием новых специализированных преобразователей (ПЦП-45-КТ и ПЦ-25-1,8П) и внедрить регламентный УЗК узлов приварки коллектора к парогенераторам для оценки фактического качества узлов в процессе эксплуатационного контроля и при ремонте узлов на АЭС, а также при ультразвуковом экспертном контроле на энергомашиностроительных заводах.

Разработанные в диссертации методика контроля и преобразователи использовались и используются в настоящее время на всех парогенераторах

АЭС с ВВЭР-1000 России, Украины, Болгарии, Китая и Ирана, а также на энергомашиностроительных заводах. Экономический эффект от использования технологии на объектах с дефектами парогенераторов составил 216 млн. руб.

Апробация работы

Основные результаты работы доложены на:

- Научно-технической конференции концерна «Росэнергоатом» «Итоги выполнения программы НИОКР и плана мероприятий по обеспечению ядерной, радиационной, технической и пожарной безопасности АЭС в 1999 году и задачи на 2000г.». Москва. ВНИИАЭС, 16-17 марта 2000 г.

- Научно-технической конференции-выставке «Неразрушающий контроль -2002 г.»

23-26 апреля 2002 г. в г. Киев, ИЭС им. Е.О.Патона,

- Седьмой Международной конференции «Материаловедческие проблемы при проектировании, изготовлении и эксплуатации АЭС», 17-21 июня 2002 г, Санкт-Петербург.

- Семинаре В АО АЭС-МЦ и МАГАТЭ на тему: «Оптимизация режимов работы парогенераторов энергоблоков атомных станций» Ровенская АЭС, Украина, 11-14 июня 2002г.

- XVIII Национальной конференции «Дефектоскопия 2003». 10-13 июня 2003. Созополь. Болгария.

- Шестом международном семинаре по горизонтальным парогенераторам. 2224 марта 2004 г., ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», г.Подольск

- XIX Национальной конференции «Дефектоскопия 2004». 8-10 июня 2004 г. Созополь. Болгария.

- Международной научно-технической конференции МНТК-2006, Москва, ВНИИАЭС, 19-21 апреля 2006 г.;

- Седьмом международном семинаре по горизонтальным парогенераторам. 02-06 октября 2006 г., ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», г.Подольск;

- XIX Петербургской конференции «Ультразвуковая дефектоскопия металлоконструкций -УЗДМ-2007». 29-31 мая 2007 г. С-Петербург;

- 10-ой Международной конференции «Проблемы материаловедения при проектировании, изготовлении и эксплуатации оборудования АЭС». Санкт-Петербург, 7-9 октября 2008 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 4 статьи и 11 докладов и тезисов докладов.

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 156 страницах, содержащих 85 рисунков, 8 таблиц и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 68 наименований и приложения.

4.3.Выводы

1. Разработана в рамках данной диссертационной работы с использованием специальных операций и специализированных преобразователей «Методика ультразвукового контроля узла приварки коллектора к парогенератору ВВЭР-1000» МЦУ-11-98п, методика допущена Госатомнадзором России к использованию на АЭС и используется для УЗК на всех парогенераторах реакторных установок ВВЭР-1000 России, Украины, Болгарии, а также в Китае и Иране;

2.В результате практического использования методики МЦУ-11-98п в период 1999-2007 гг. на парогенераторах ПГВ-1000 было выявлено одиннадцать дефектных зон, которые были отремонтированы с выемкой темплетов, изучением характера и природы повреждения;

3. Результаты УЗК парогенераторов в 2000-2006 гг., выемки темплетов, неразрушающего контроля и исследований визуальным и металлографическим методами поврежденного металла показали эффективность методики, случаев пропуска дефектов не зафиксировано;

4. Разработана обобщённая многофакторная картина повреждения узла приварки коллектора к парогенератору. По результатам анализа характеристик УЗК, установлено, что для повреждения в узле приварки коллектора к парогенератору наиболее характерными факторами являются: зона инициирования и развития трещин расположена вблизи начала галтели 1120 кармана коллектора и перехода её в цилиндр; зона инициирования и развития трещин расположена под парогенератором на участке ближе к продольной оси парогенератора, где патрубок Ду1200 имеет минимальную высоту; имеется две зоны инициирования трещин: одна находится на пересечении узла с продолжением оси трубопровода ГЦК- Ду850, другая - расположена симметрично этой зоне по отношению к оси коллектора перпендикулярной оси парогенератора;

5. Результаты УЗК парогенераторов в 2007 подтвердили работоспособность обобщенной многофакторной картины дефектообразования - выявленные трещины имеют те же характерные признаки;

6. Полученная многофакторная картина дефектообразования узлов приварки коллектора к парогенератору блока №5 Нововоронежской АЭС свидетельствует о наличии специфического распределения напряжений на парогенераторах реакторной установки ВВЭР-1000.

Заключение

В диссертации, представляющей собой законченную научную квалификационную работу, дано решение актуальной научной задачи создания эффективных средств и технологии ультразвукового контроля сварного соединения и основного металла узла приварки коллектора к парогенератору атомной энергетической установки ВВЭР-1000 для выявления трещиноподобных дефектов. Основные научные результаты, полученные автором, заключаются в следующем:

1. Разработаны расчетные модели акустических трактов при УЗК методом «корневой тандем» для моделей дефектов типа «полоса» и «плоскодонное» отверстие.

2. На основе компьютерного анализа разработанных моделей трактов теоретически обоснован и экспериментально подтвержден комплекс оптимальных параметров преобразователя при контроле методом «корневой тандем» с использованием поперечных волн. Разработаны новые специализированные преобразователи ПЦП-45-КТ для УЗК методом «корневой тандем», реализующие обоснованные параметры.

3. Разработана расчетная модель акустического тракта при контроле продольными волнами с поверхности, ориентированной под заданным углом относительно плоскости отражателя и обоснованы рабочие параметры преобразователя. Созданы реализующие эти параметры совмещённые наклонные специализированных преобразователи продольных волн с углом падения меньше первого критического ПЦ-25-1,8П.

4. Экспериментальные исследования разработанных преобразователей на стандартных и специальных образцах подтвердили реализацию в конструкциях преобразователей ожидаемых характеристик.

5. В результате исследований процессов образования и характера ложных сигналов при УЗК узла приварки коллектора к парогенератору было установлено, что комплексное использование специальных операций УЗК «корневой тандем» и наклонными продольными волнами позволяет исключить перебраковку узлов.

6. При исследовании влияния коррозионных язв на донной поверхности и галтели контролируемого узла на результаты УЗК установлено, что образование ложных сигналов происходит за счет суммирования эхо-импульсов . боковых лучей диаграммы направленности преобразователя ПЦ-25-1,8П от коррозионных язв на поверхности галтели с язвами, которые образуют «мнимые» плоскостные отражатели в районе начала галтели при УЗК продольными волнами со скоса, а также осевого и боковых лучей диаграммы направленности наклонного преобразователя поперечных волн.

7. В результате исследования возможности оценки «эквивалентной высоты» корневой трещинообразной несплошности с помощью преобразователя ПЦП-45-КТ установлено, что зависимость амплитуды эхосигнала (в дБ) от высоты трещиноподобного корневого дефекта (в мм) выражается в виде прямой линии до высоты фокуса преобразователя (10 мм) и далее увеличивается до амплитуды максимального сигнала при высоте несплошности, примерно равной базовому расстоянию преобразователя (высоте верхнего края фокусного пятна 18 мм.).

8. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований, опыта УЗК парогенераторов разработана «Методика ультразвукового контроля узла приварки коллектора к парогенератору ВВЭР-1000» МЦУ-11-98п.

9. Разработана обобщённая многофакторная картина характерного дефекта узла приварки горячего коллектора к патрубку Ду1200 по характеристикам УЗК с использованием методики. Установлены основные зоны инициирования трещин:

- вблизи начала галтели 1120 с переходом в цилиндр;

- под парогенератором на участке, где патрубок Ду1200 имеет минимальную высоту;

- на пересечении узла с продолжением оси трубопровода Ду850 и зона, симметричная последней, относительно оси коллектора, перпендикулярной оси парогенератора.

Результаты УЗК парогенераторов в 2007 подтвердили адекватность такого описания зон повреждений.

10. В результате исследования эффективности использования разработанной на основе научных результатов данной работы методики установлено, что УЗК методами «корневой тандем» и наклонными продольными волнами повышает степень контроледоступности сварного соединения до наивысшей - 1С, обеспечивает обнаружение и правильное распознавание трещин высотой б мм и более в окружении коррозионных язв высотой до 2-3 мм.

11. Обоснованность и достоверность результатов научных исследований, реализованных в методике подтверждены практикой использования при регламентном эксплуатационном контроле металла на АЭС ВВЭР-1000 России, Украины, Болгарии, Китая и Ирана (всего на 27 блоках). Экономический эффект от использования технологии - 216 млн. руб.

1. МЦУ-11-98. Методика ультразвукового контроля узла приварки коллектора к парогенератору ВВЭР-1000. Москва. ЦНИИТМАШ. 1999 г.

2. МЦУ-11-98п. Методика ультразвукового контроля узла приварки коллектора к парогенератору ВВЭР-1000. Москва. ЦНИИТМАШ. 2000 г.

3. ОП 1513-72. Основные положения по сварке и наплавке узлов и конструкций атомных электростанций, опытных и исследовательских ядерных реакторов и установок. Москва. Энергоатомиздат. 1985 г.

4. ПК 1514-72. Правила контроля сварных соединений и наплавки узлов и конструкций атомных электростанций, опытных и исследовательских ядерных реакторов и установок. ПК 1514-72. Москва. Энергоатомиздат. 1985 г.

5. ПНАЭ Г-7-009-89. Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварка и наплавка. Основные положения. Москва. Энергоатомиздат. 1990 г.

6. ПНАЭ Г-7-010-89. Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварные соединения и наплавки. Правила контроля. Москва. Энергоатомиздат. 1990 г.

7. ТУ 108.766-86. Заготовки из стали марки 10ГН2МФА, 10ГН2МФА-ВД, 10ГН2МФА-Ш для оборудования АЭС. Технические условия. Москва. ЦНИИТМАШ. 1986 г.

8. АИП-34-14-88 .«Инструкция по предэксплуатационному контролю основного металла и сварных соединений оборудования и трубопроводов серийных блоков АЭС с реактором ВВЭР-1000». Минатом. Москва. 1988 г.

9. АИЭ-9-92. «Инструкция по эксплуатационному контролю за состоянием основного металла и сварных соединений оборудования и трубопроводов атомных электростанций с ВВЭР-1000». Минатом России. Москва. 1992 г.

10. АИЭ-9-97. «Инструкция по эксплуатационному контролю за состоянием основного металла и сварных соединений оборудования и трубопроводов атомных электростанций с ВВЭР-1000». Минатом России. Москва. 1997 г.

11. Щербинский В.Г. Белый В.Е. Обнаружение дефектов сварных швов при ультразвуковом контроле системой тандем. Дефектоскопия, 1974 г., №5, 2329.

12. Белый В.Е., Щербинский В.Г. Выявляемость реальных плоскостных дефектов при различных вариантах прозвучивания. Дефектоскопия, 1980 г., №9, 89-90.

13. ASME boiler and pressure vessel code an international code. American Society of Mechanical Engineers. New York. New York. 2001.

14. KTA 3201.4. Компоненты первого контура легководных реакторов. Германия. 1982 г.

15. S.Crutzen. Pisc-I and Pisc-II: Looking for effective and reliable inspection procedures. Труды семинара «Выявляемость дефектов в оборудовании АЭС». Санкт-Петербург. 1993 г.

16. Отчёт 1ЩИИТМАШ № 174/517-32. Москва. 1989 г.

17. Григорьев М.В., Гурвич А.К., Гребенников В.В., Маркелова Е.А. Исследование способа измерения размеров объёмных дефектов при ультразвуковом контроле. Дефектоскопия, 1982 г., №5, 4-11.

18. МЦУ-1-91. Методика дефектоскопии методом «корневой тандем» сварных соединений трубопроводов ГЦК Ду-850 ВВЭР-1000. ЦНИИТМАШ. 1991 г.

19. ГОСТ 26266-90. Контроль неразрушающий. Преобразователи ультразвуковые. Москва. 1991 г.

20. Ермолов И.Н., Ланге Ю.В. Неразрушающий контроль. Т.З: Ультразвуковой контроль. Справочник.: М.: Машиностроение, 2004. 864 с.

21. Ермолов И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля. М.: Машиностроение, 1981 г. -240 с.

22. Данилов В.Н. Отражение продольных упругих волн, возбуждаемых дисковым преобразователем в полупространстве, от неоднородности в виде эллиптического цилиндра. Дефектоскопия, 1985 г., №4, с. 16-22.

23. Данилов В.Н. Отражение продольных и поперечных упругих волн от трещины конечных размеров. Дефектоскопия, 1985 г, №9, с. 12-18.

24. Ермолов И.Н., Вопилкин А.Х., Бадалян В.Г. Расчеты в ультразвуковой дефектоскопии (краткий справочник). М.: НПЦ НК «ЭХО+», 2000 г. 109 с.

25. Ермолов И.Н. Контроль ультразвуком (краткий справочник). М.: НПО ЦНИИТМАШ, 1992 г. 86 с.

26. Гребенников В.В., Лебедев Н.Е. Эхо-зеркальный способ ультразвукового контроля с трансформацией упругих волн. Дефектоскопия, 1979 г., №10, с. 73-78.

27. Басацкая Л.В., Вопилкин А.Х., Воронков В.А., Данилов В.Н., Ермолов И.Н. Акустический тракт прямого преобразователя для модели трещины, выходящей на поверхность. Дефектоскопия, 1987 г., №10, с. 45-52.

28. Хенл X., Мауэ А., Вестпфаль К. Теория дифракции. М.: Мир, 1964 г. -426 с.

29. Круглов Б.А. Об угловых характеристиках рассеяния акустически мягким диском в твердом теле плоских монохроматических продольной ипоперечной SV- и SH- волн. Вопросы материаловедения, 2001 г., №4, с.6677.

30. Бреховских JI.M. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973 г. - 344 с.

31. Данилов В.Н. Расчет акустического тракта на SV-волнах для модели дефекта типа полубесконечной трещины. Дефектоскопия, 1992, №7, с.7-14.

32. Гурвич А.К., Ермолов И.Н. Ультразвуковой контроль сварных швов. К.: Техника, 1972 г.-460 с.

33. ОП 501 ЦД-95. Котлы паровые и водогрейные. Трубопроводы пара и горячей воды, сосуды. Сварные соединения. Контроль качества. Ультразвуковой контроль. Основные положения. М., 1995 г., 95 с.

34. Данилов В.Н. Программа компьютерного моделирования работы электроакустических трактов дефектоскопов «ИМПУЛЬС+» — Дефектоскопия, 2006 г., №3, с. 37-43.

35. Данилов В.Н., Изофатова Н.Ю., Воронков В.А. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов исследования работы прямых совмещенных преобразователей. Дефектоскопия, 1997 г., №6, с.39-49.

36. Р-029.000ТУ. Технические условия на преобразователь специализированный ультразвуковой «корневой тандем» ПЦП-45-КТ. Москва. ЦНИИТМАШ. 2005 г.

37. Р-027.000 ТУ. Технические условия на преобразователь специализированный ультразвуковой продольных волн ПЦ-25-1,8П. Москва. ЦНИИТМАШ. 2005 г.

38. ГОСТ 14782-86. Контроль неразрушающий. Сварные соединения. Методы ультразвуковые. Государственный стандарт. Госкомитет по стандартам. Москва. 1988 г.

39. ОСТ 108.004.108-80. Соединения сварные и наплавки оборудования атомных электростанций. Методы ультразвукового контроля. Отраслевой стандарт. 1981 г.

40. Отчет ОКБ «Гидропресс». 320-Пр-494 «Парогенератор. Предварительная оценка критических и допустимых размеров трещин в зоне шва №111»

41. ПНАЭ Г-7-008-89. Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Москва. Энергоатомиздат. 1990 г.

42. МЦУ-11~98п с Изменением №1. Методика ультразвукового контроля узла приварки коллектора к парогенератору ВВЭР-1000. Москва. ЦНИИТМАШ. 2005 г.

43. МЭ-АЭ1-П1Б/8-ПК-02. Методика автоматизированного ультразвукового контроля кольцевых сварных соединений узла приварки коллекторов теплоносителя к патрубкам парогенераторов Ду1200 реакторов типа ВВЭР-1000 системой «Авгур 4.2».

44. Программа и методика проведения приемочных испытаний. №27.28.011.001-05. Москва. ЦНИИТМАШ. 2005 г.

45. Техническое задание №27.28.011.002-05 на «Методику УЗК узла приварки коллектора к парогенератору ВВЭР-1000» МЦУ-11-98п с Изменением №1. Москва. ЦНИИТМАШ. 2005 г.

46. МЦУ-7-97. Методика УЗК сварных соединений аустенитных трубопроводов ДуЗОО АЭС с РБМК-1000. Москва. ЦНИИТМАШ. 1997 г.

47. Разыграев А.Н., Разыграев Н.П. Ультразвуковой контроль аустенитных сварных соединений трубопроводов ДуЗОО. Дефектоскопия, 2006, №10,59-71.

48. Алешин Н.П., Щербинский В.Г. Контроль качества сварочных работ. Москва. Высшая школа, 1981 г.

49. Recommendation for Inspection Qualification for Russian NPP: Recommendation for a Strategy Document for Inspection Qualification. United Kingdom Department of trade and Industry. NSP/03-R7.SA/SIA/11104 R11 Draft 4. October 2005.

50. Разыграев А.Н. История, особенности, результаты УЗК узла соединения коллектора с парогенераторами ПГВ-1000. 23-26 апреля 2002 г. в г. Киев, ИЭС им. Е.О.Патона, конференция-выставка «Неразрушающий контроль2002 г.»

51. Разыграев Н.П., Разыграев А.Н. Ультразвуковой контроль узла приварки коллектора к парогенератору ПГВ-1000. Шестой международный семинар по горизонтальным парогенераторам. 22-24 марта 2004 г. ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», г.Подольск

52. Разыграев А.Н. Ложные эхо-сигналы при УЗК парогенератора. РАН Дефектоскопия. РАН, Дефектоскопия, 2008 г., №4, с.31-37

53. Данилов В.Н., Разыграев А.Н. О выборе параметров преобразователей при ультразвуковом контроле сварных соединений методом тандем. РАН, Дефектоскопия, 2008 г., №4, с. 19-29.

54. Разыграев А.Н. Разработка оптимизированного преобразователя при ультразвуковом контроле сварных соединений методом тандем. Вестник МГТУ им. Г.И.Носова. 2008 г. В печати.