Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
1 На правах рукописи
Декопов Андрей Cеменович
ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТОДОВ РАДИОГРАФИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ КОЛЬЦЕВЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ УЗЛОВ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ
Специальность 05.11.13. -Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий.
АВТОРЕФЕРАТ
Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва - 2012
Работа выполнена в ОАО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И АВТОМАТИЗАЦИИ предприятие ГОСКОРПОРАЦИИ РОСАТОМ Научный руководитель - доктор технических наук, Артемьев Борис Викторович
Официальные оппоненты:
Доктор технических наук, с.н.с.
Владимиров Лев Владимирович Кандидат технических наук Юмашев Вячеслав Михайлович
Ведущая организация: Эксперт-Центр ОАО НИКИМТАтомстрой
Защита состоится л10 октября 2012 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 520.010.01 ЗАО НИИИН МНПО Спектр по адресу: 119048, г. Москва, ул. Усачёва, 35, строение 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИ Интроскопии, Ассоциация Спектр - групп
Автореферат диссертации разослан л_____ _____________2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Н.В. Коршакова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
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 плановопредупредительных 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 энер гетики, 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 кон структивной платформы параметрического ряда универсальной аппаратуры нового поколения.
Основными задачами
для реализации данной цели являются:
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 пэлов 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 75Se для радиоизотопной дефектоскопии и технологии их производства, количественная оценка фактических габаритных размеров активированного сердечника излучателей методом цифровой авторадиографии, оптимизация способа получения источников излучения на основе радионуклида 75Se.
6. Исследования и оптимизация технологии радиографического контроля сварных соединений труба - трубная доска теплообменного 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. Применительно к регламентированной геометрии контроля согласно зависимости Uг =Фh.(F-h)-1 установлены оптимальные области эффективного использования критериев равенства:
Uг= Uр, Uг= Uв и Uг=0,5W, где Uг, Uв и Uр - 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 глубиннолабиринтного 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 встречно-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.
5. Исследованы характерные недостатки серийных излучателей для изотопной дефектоскопии на основе радионуклида 75Se с учетом специфики технологии их производства и реализована количественная оценка фактических размеров активной части методом цифровой авторадиографии. Разработан способ получения излучателей на основе 75Se, защищенный патентом на изобретение.
6. 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 75Se;
- получения излучателей на основе радионуклида75Se 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 ря дов серийных излучателей и открыл перспективу снижения массогабаритных характеристик радиографической аппаратуры.
Разработаны и внедрены в т. ч. на предприятиях отрасли:
- автоматизированные -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 твэлов в производственный цикл их серийного производства;
- универсальный гамма-дефектоскоп УНИГАМ 75/40P с излучателем на основе 75Se (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 плановопредупредительных 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 Uг =Фh.(F-h)-1 определены зоны эффективного использования критериев: Uг = Uв, Uг = Uр и Uг = 0,5W.
На защиту выносятся следующие основные научные положения:
1. На основе минимизированных затрат времени экспонирования оптимизированы области эффективного использования критериев равенства: Uг = Uв, Uг = Uр и Uг = 0,5W 2. 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.
3. 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.
4. Методика цифровой авторадиографии для количественной оценки фактических размеров активной части радиоизотопных -излучателей.
5. 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 неразрушающим 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, В.Н.
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. Коровкину, 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. Кузелева 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.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснованы: актуальность выбранной темы диссертационной работы, цель, задачи, научная новизна и практи ческая значимость, сформулированы положения, выносимые на защиту.
Развитию радиографии посвящен ряд отечественных работ авторов: В.Н.Волченко, В.А.Воробьева, В.И.Горбунова, В.В.Клюева, С.В.Румянцева, А.С.Штань, Ф.Р. Соснина и др.
За рубежом известны работы авторов: Р. Мак-Мастера, Р.Халмшоу, Р.Шарпа и др.
В главе 1 обобщено состояние вопроса радиографии сложных изделий оборудования АЭС с учетом:
- требований к методу и средствам контроля;
- характеристик контролируемых изделий;
- существующих методик инженерного прогнозирования радиографических параметров при контроле сварных стыков оборудования АЭС в условиях радиационного фона;
- методик радиографического контроля сварных соединений оболочек твэлов и пэлов в условиях серийного производства;
- спектральной чувствительности радиографических детекторов;
- параметров источников излучения для дефектоскопии;
- особенностей контроля аустенитных сварных соединений.
Сделано заключение о необходимости:
- оптимизированного выбора радиографических параметров контроля с учетом критериев равенства: Uг=Uв, Uг =Uр и Uг=0,5W;
- реализации методов и средств радиографического контроля качества сварных соединений оборудования АЭС в том числе посредством синтеза аппаратно-методических технических решений;
- разработки аналитических зависимостей определения основных радиографических параметров с учетом реальной геометрии, радиационного фона, рассеянного излучения и регламента контроля;
- разработки математического аппарата управления процессом динамической щелевой радиографии;
- количественной оценки фактических размеров активированного сердечника серийного радиоизотопного излучателя;
- оптимизации технологии контроля сложных сварных соединений методом статистического моделирования Монте-Карло.
Глава 2 посвящена:
Методу выбора основных параметров радиографического контроля: фокусных расстояний (F), размеров активной части источника излучения (Ф) и нерезкостей изображения с использованием критериев равенства:. Uг = Uв, Uг = Uр и Uг = 0,5W.
Показано (Рис. 1), что выбор параметров промышленной радиографии с использованием регламента ГОСТ 7512-75 эффективен исключительно на больших радиационных толщинах (h).
Рис. 1. Эффективность контроля при выборе фокусных расстояний по ГОСТ 751275 при Uг=Uв для излучателей 192Ir с размерами активной части Ф; (а - канавочный эталон; b - проволочный эталон) Методу радиографического контроля сварных соединений в лус технологических каналов с трактами ЯР РБМК-1000 в условиях наведенного радиационного фона из канала и генерации фона рассеянного излучения элементами конструкции. Метод технологически адаптирован к автоматизированному средству контроля, оснащенному профилированным соответственно сварному стыку компенсатором. Алгоритм рабочего цикла, реализованный в средстве контроля, обеспечивает блокирование наведенного радиационного фона из канала аппаратными средствами.
Установлена упрощенная зависимость оценки чувствительности метода Wф=W(1+Iф/Iп) в сравнении с чувствительностью без фона рассеянного излучения (W) с учетом фактора шум/сигнал (Iф/Iп), где Iф и Iп - регистрируемые детектором потоки рассеянного и прямого излучения соответственно при уровнях Iф/Iп 1. Фактор шум/сигнал (Iф/Iп) может быть установлен методом статистического моделирования Monte Carlo N-Particle Transport Code (MCNPо) согласно расчетной структуре системы (Рис. 2.).
Рис.2. Расчетная структура системы контроля сварного стыка в программе MCNP Visual Editor Количественные показатели Iф/Iп установлены (Таблица 2) согласно поглощенной в ячейке детектора энергии с учетом его физических свойств в зонах детектирования (0-5; 5-10 и 10-15 мм) применительно к контрастной пленке и излучателям: 192Ir, 75Se и 169Yb.
Таблица F, мм Фактор шум/сигнал (Iф/Iп) Зоны Кассета- Кассета- Кассета- регистрации стандарт, стандарт, стандарт, 192 75 1мм Ir Se Yb 66 0 - 5 0,603 0,609 0,666 5 - 10 0,604 0,611 0,666 10- 15 1,893 1,917 1,9Установлена согласованность параметра фактора шум/сигнал, полученного статистическим методом (Iф/Iп =0,603 - 0,604) и практическими исследованиями (Iф/Iп = 0,54).
Показана возможность альтернативной оценки чувствительности использованием выражения Wф=W(1+S/0,43) и применением модифицированного имитатора торцового сварного соединения в лус (Рис.3).
Рис. 3. Модифицированный имитатор Фактор шум/сигнал в этом случае устанавливается из приращения оптической плотности (S), соразмерно отнесенного к коэффициенту контрастности () фотомате риала, Iф/Iп = S/0,43.
Приращение оптической плотности S за счет рассеянного излучения устанавливается, например, разницей оптических плотностей зон панорамного снимка сварного стыка модифицированного имитатора (Рис. 3) при наличии внешней оболочки канала и в ее отсутствии.
Способу радиографического контроля толстостенных патрубков Ду-250 и Ду-300 корпусов ЯР ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 при их многопозиционном просвечивании нечетным количеством встречно-пересекающихся фронтальных пучков излучения (Рис. 4).
а б Рис. 4. Схема контроля тел вращения системой пучков излучения а) Схема формирования обратно-рассеяного излучения: 1 - сварной стык объекта контроля; 2 - коллиматоры фронтальных пучков излучения; 3 - детектор; б) Геометрия просвечивания Аналитические зависимости определения параметров контроля способа согласованы с регламентом норм контроля по геометрической нерезкости. Количество дискретных позиций контроля (m) определяют соотношением m=2/n, где n - нечетное число источников излучения, а - угол, устанавливающий размер контролируемого участка. Для условий фона обратно-рассеянного излучения от (n-1) источников излучения чувствительность метода (Wф) определяется зависимостью, установленной в [16, 24]. Угол определяют из системы выражений, также установленных в работах [16, 24]. Стабильность радиографических параметров способа контроля подтверждается графоаналитическим тестированием (Рис.5).
Рис. 5. Зависимость параметров радиографии от угла коллимации .
Методу динамической щелевой радиографии сварных соединений оболочек твэлов и пэлов тангенциальными пучками излучения с регистрацией дефектов на подвижный вдоль оси оболочки детектор, исключающему возможность пропуска дефектов в мертвых зонах, характерных для радиографии статическим методом по участкам. Метод эффективен при выявлении образовавшихся в одной плоскости дефектов, так как исключает возможность наложения информации разноглубинных дефектов и обеспечивает возможность установления глубин залегания дефектов. Метод адаптирован и синтезируется также с контролем сварного соединения эллиптической оболочки при регулярно-изменяющейся радиационной толщине. Технологию контроля в этом случае сопровождают аналитические закономерности [5] вариаций текущей угловой скорости поворота (i) эллиптической оболочки и линейной скорости детектора (Vi) при повороте оболочки на угол i В главе 3 исследованы сопутствующие факторы технологий:
Производства серийных излучателей на основе радионуклида 75Se с установлением диапазона дрейфа (140-330%) номинальных значений МЭД, свидетельствующего о нестабильности технологии производства.
Отмечена предрасположенность прессованных заготовок сердечника из 74Se в условиях температур активации излучателя к эвтектическим новообразованиям с материалом ампулы из ванадия и потерей геометрических форм и размеров, чем мотивирована необходимость метрологической оценки фактических размеров активной части серийных излучателей на основе радионуклида 75Se.
Подтверждена практика активации штатного сердечника (стабильный изотоп 74Se) в первичной ампуле из титана с получением гибридного излучателя на основе радионуклида Se с эффектом дублированного фокального пятна и модифицированного спектра излучения за счет линий (Е 0,89 и 1,12 МэВ) дочернего продукта облученного титана (46Sc).
Цифровой количественной авторадиографии излучающей области серийного излучателя на основе радионуклида 75Se с использованием камеры обскуры и детекторов на основе люминофорных пластин или кристаллов фосфора с фокусированной структурой. Подтверждена возможность количественной оценки фактических геометрических размеров активированных сердечников серийных излучателей на основе радионуклида 75Se.
Предложен защищенный патентом [33] оригинальный способ получения излучателей на основе радионуклида Se, обеспечивающий стабильную геометрию монолитных сердечников изотопа 74Se в ампуле из ванадия при отсутствии контакта заготовок сердечников с материалом первичной ампулы в процессе активации.
Радиографии сложных сварных соединений трубатрубная доска парогенератора ЯР БН-800 в условиях многокомпонентной и стесненной геометрии системы контроля, формирующей негативно сказывающийся на чувствительности метода контроля шумовой поток фона рассеянного излучения (Iф ) помимо потока нерассеянного излучения (Iп), несущего полезную информацию. Соотношения потоков Iф/Iп, именуемые в дальнейшем фактором шум/сигнал, квалифицируют степень размытия изображения, ухудшения контрастности снимка и изменения чувствительности метода контроля в сложившейся системе контроля.
Перспектива совершенствования метода контроля сварных соединений труба-трубная доска парогенератора ЯР БН-800 за счет различных методических комбинаций системы контроля при ее модификациях оценивается количественными значениями фактора шум/сигнал Iф/Iп, устанавливаемыми применительно к раз личным режимам высокопроизводительного радиографического метода контроля указанных сварных соединений.
При этом в системе контроля сварного стыка труба-трубная доска с учетом его геометрических параметров стабильно соблюдается условие регистрации макроструктуры сварного стыка неколлимированным пучком излучения острофокусного радиоизотопного излучателя на торцовый дискообразный детектор.
В работе показана возможность оптимизация технологии радиографии сложных изделий с использованием программноаппаратного комплекса Monte Carlo N-Particle Transport Code (MCNPо).
Установлены (Рис.6) оптимизированные параметры технологии радиографического метода контроля при min[Iф/Iп] сварных соединений парогенератора ЯР БН-800.
Рис. 6. Семейство графических моделей фактора Iф/Iп системы контроля сварного стыка труба - трубная доска Подтверждена согласованность результатов статистического прогноза фокусного расстояния (F=35мм) при минимизированном факторе шум/сигнал и практического выбора фокусного расстояния (F=40мм). Одновременно оптимизированы параметры и характеристики экранов и оболочки кассеты.
В главе 4 приведены результаты разработки и исследований специализированных и универсальных средств радиографического контроля.
Автоматизированные гамма-дефектоскопические установки контроля качества сварных соединений оборудования первого контура АЭС разработаны и внедрены:
Дятел и Дятел-2 при панорамном контроле сварных соединений патрубков, Лу-250 и Ду-500 в условиях энергоблока НВАЭС и финской АЭС;
РИД-187/213 при фронтальном и панорамном контроле сварных соединений патрубков Ду-250 и Ду-500 и патрубков Ду-З00 и Ду-850 в условиях 4 и 5 энергоблоков НВАЭС и венгерской АЭС.
"Дрозд" при контроле сварных соединений технологических каналов с трактами реактора РБМ-К-1000 в условиях ЛАЭС.
При использовании РИД-187/213 внедрен способ контроля, отвечающий требования регламента геометрической нерезкости, признанный изобретением и реализующий контроль сварного стыка с малым проходным сечением нечетным количеством встречнопересекащихся фронтальных пучков излучения.
При контроле сварных соединений "в ус" технологических каналов с трактами реактора РБМ-К-1000 с использованием установки Дрозд реализован алгоритм автоматизированного рабочего цикла, обеспечивающий аппаратными средствами блокирование радиационного фона из канала на детектор и компенсацию пучка излучения. Достигнута необходимая чувствительность метода контроля без дополнительных средств обработки снимков.
Комплекс автоматизированных средств щелевой радиографии сварных стыков оболочек твэлов и пэлов тангенциальными пучками излучения с условными обозначениями НГИР и НГИР-2 (Рис.7) разработан и внедрен на предприятиях отрасли с учетом специфики серийного производства.
а б Рис.7. Комплекс средств щелевой радиографии НГИР (а) НГИР-2(б) Комплекс средств щелевой радиографии НГИР и НГИР-обеспечивает автоматизированный контроль качества сварных соединений оболочек в статическом (12 дискретных положений контролируемых изделий) режиме, НГИР дополнительно адаптирован к контролю в режиме динамической радиографии.
Фиксация изделий и установка детекторов в комплексе НГИР и НГИР-2 ручная для исключения возможности повреждения оболочек изделий согласно технологическому регламенту предприятий-изготовителей.
Универсальная гамма-дефектоскопическая аппаратура и новые базовые модели для технологического сопровождения регламента неразрушающего контроля оборудования АЭС.
Перспективным направлением развития методов и средств радиографического контроля оборудования АЭС является комплекс мероприятий, включающий в себя:
-повышение удельной активности и расширение номенклатуры параметрического ряда острофокусных излучателей;
- создание отвечающих действующим регламентам надежных базовых моделей аппаратуры с расширением диапазона технологических возможностей и улучшением эксплуатационных параметров;
- построение параметрического ряда универсальной аппаратуры переносного класса на базовой модели с максимально возможным увеличением активности излучателя.
Создана базовая модель радиационной головки универсального гамма-дефектоскопа с аксиальным каналом, оснащенная клинообразным обтюратором (Рис.8).
Рис.8. Универсальная радиационная головка с клинообразным обтюратором Базовая модель предназначена для излучателей на основе 192Ir (150Ки) и 75Se (200Ки) и представлена в качестве конструктивной платформы параметрического ряда универсальной 1аппаратуры переносного класса для излучателей на основе Ir активностью до 300Ки. Техническое решение защищено патентом на изобретение.
Для радиографии сварных стыков магистральных труб с проходным сечением Ду-15 - Ду-50 в конструктивно-стесненных условиях АЭС на малых фокусных расстояниях создана базовая модель портативной роторно-затворной радиационной головки (Рис.9).
Рис.9. Портативная роторно-затворная радиационная головка Радиационная головка (масса 6 кг) с блоком защиты из вольфрама оснащается серийным излучателем на основе Se (80 Ки) и снабжена съемным средством коллимации и штативом для крепления на объектах контроля трубного сортамента. Техническое решение модели защищено положительным решением на изобретение.
Для радиографии в условиях замкнутых пространств на конструктивной платформе затворного гамма-дефектоскопа Стапель-5 создана рестайлинговая переносная модель аппарата 1для излучателя на основе Ir (25 Ки) с системой глубокой коллимации. Техническое решение модели защищено патентом на изобретение.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. В диссертационной работе проведены исследования и разработаны новые технологии радиографии сложных сварных соединений оборудования АЭС. Осуществлено развитие радиографического метода контроля посредством создания новой методики выбора основных параметров контроля с учетом рассеянного излучения, разработки алгоритмов автоматизированного контроля и получения аналитических зависимостей определения рабочих параметров контроля.
Получены аналитические зависимости определения основных рабочих параметров и оценки качества контроля, закономерности управления процессом динамической щелевой радиографии тангенциальным пучком излучения сварных стыков тонкостенных тел вращения с регулярно изменяющейся радиационной толщиной.
Проведена количественная оценка фактических размеров активированных сердечников серийных излучателей и оптимизирована технология радиографического контроля сложных объектов по фактору шум/сигнал (Iф/Iп).
2. Разработан радиографический способ и аппаратура контроля сварных соединений толстостенных патрубков корпусов ЯР малого диаметра в рамках регламента геометрической нерезкости, чувствительности и разности оптических плотностей в условиях радиационного фона и генерации рассеянного излучения. Способ реализован просвечиванием объекта контроля изнутри нечетным количеством встречно-пересекающихся фронтальных пучков излучения и устанавливает новые закономерности выбора основных параметров радиографического процесса.
Установлены характерные особенности радиографического контроля аустенитных сварных соединений патрубков в связи с химической неоднородностью распределения легирующих компонентов вследствие перегрева в процессе сварки и формированием транскристаллитных структур металла, искажающих поток излучения и создающих неравномерности оптических плотностей на радиографических снимках.
3. Разработан метод и аппаратура радиографического контроля торцового сварного соединения в ус технологических каналов с трактами в условиях наведенного радиационного фона из канала и генерации рассеянного излучения от рабочего излучателя.
Для радиографического контроля в конструктивно-стесненных условиях, генерирующих фон рассеянного излучения, регистрируемый детектором, установлена имеющая линейный характер упрощенная аналитическая зависимость чувствительности метода контроля Wф=W(1+Iф/Iп) с учетом фактора шум/сигнал при уровнях фактора Iф/Iп 1.
4. Предложено количественные параметры фактора шум/сигнал устанавливать:
- методом статистического моделирования Монте-Карло в сложившейся системе контроля;
- соразмерным отнесением приращения оптической плотности S за счет фона рассеянного излучения к контрастности пленки из выражения Iф/Iп = S/0,43.
5.С использованием критериев равенства: Uг = Uв, Uг = Uр и Uг = 0,5W показано, что выбор фокусных расстояний в соответствии с требованиями ГОСТ 7512 повышает производительность контроля по сравнению с другим методом исключительно на больших толщинах. Оптимизированы области эффективного использования критериев.
6. Разработан автоматизированный метод и аппаратура статической щелевой радиографии сварных соединений тел вращения в виде оболочек и автоматизированный способ динамической щелевой радиографии сварных соединений тел вращения в виде оболочек с разверткой изображения вдоль оси изделия, исключающий возможность пропуска дефектов в мертвых зонах, характерных для метода статической щелевой радиографии по участкам.
Способ исключает возможность наложения информации разноглубинных дефектов, расположенных в одной плоскости, и обеспечивает возможность установления глубин залегания дефектов.
Способ сочетается с методикой динамической щелевой радиографии тангенциальными пучками излучения сварных соединений оболочек сложного профиля в виде тел вращения с регулярно изменяющейся радиационной толщиной и регистрацией макроструктуры соединений с равномерной плотностью почернения снимка согласно полученным закономерностям управления технологическим процессом динамической радиографии.
7. Метод компьютерной авторадиографии с использованием камеры обскуры адаптирован к количественной оценке фактиче ских размеров активной части серийного радиоизотопного излучателя на основе радионуклида Se применительно к выходному контролю в условиях серийного производства излучателей.
8. Реализована методика оптимизации технологии радиографического контроля сложных сварных соединений труба-трубная доска теплообменного аппарата реактора БН-800, методом статистического моделирования Монте-Карло с установлением фактора шум/сигнал (Iф/Iп).
9. При создании базовой модели универсального гаммадефектоскопа нового поколения переносного класса в качестве оптимальной унифицированной конструктивной платформы пара1метрического ряда аппаратуры с излучателями на основе Ir активностью до 300 Ки реализована концепция синтеза трансформированного аксиального канала блока защиты с клиновидным затвором, выполненным с возможностью ограниченных плоскопараллельных перемещений в соответствующей ему направляющей.
Список основных публикаций по теме диссертации.
В ведущих рецензируемых ВАК научных журналах:
1. Декопов А.С. Технология производства и рабочие параметры серийных излучателей на основе75Se. Атомная энергия, т.112, вып.6, 2012, с.37-42.
2. Декопов А.С. Оптимизация метода радиографического контроля ответственных сварных соединений патрубков Ду-250 и Ду-300 корпусов ЯР.
Известия высших учебных заведений, № 8, 2012, с.36-47.
3. Декопов А.С. К вопросу радиографического контроля качества торцовых сварных соединений в лус технологических каналов с трактами ядерных реакторов РБМК-1000.Контроль. Диагностика, 7(169), 2012, с.37-42.
4. Декопов А.С., Майоров А.Н. и др. Контроль сварных соединений л в ус в условиях радиационного фона с использованием гамма- дефектоскопической установки Дрозд, Изотопы в СССР, 1974, №38, с.37-42.
5. Декопов А.С., Майоров А.Н., Петухов В.И. Производительность радиографического метода контроля с учетом требований ГОСТ 7512-75, Дефектоскопия, 1979, №6, с. 77-83.
6. Захаржевский Ю.О., Ребрик В.П., Декопов А.С. и др. Радиографический контроль качества сварных соединений в лус каналов ядерного реактора РБМК в условиях монтажа и ремонта. Атомные электрические станции, М., Энергия, 1980, № 7. Калинин В.П., Майоров А.Н., Декопов А.С. и др. Внедрение гаммадефектоскопической установки для контроля сварных швов узла соединения корпуса реактора с трубопроводами Ду-500 первого контура АЭС., Энергетическое строительство, №8, с.21-24, Москва, Энергия, 1975.
В прочих изданиях:
8. Декопов А.С., Майоров А.Н., Фирстов В.Г. Некоторые особенности изотопной радиографии сварных соединений ядерных реакторов в условиях радиационного фона. В кн. УII Международной конференции по неразрушающим испытаниям., Варшава, июнь, 1973, G-10, с.1-8.
9. Майоров А.Н., Кулешов А.В., Декопов А.С., и др. Гаммадефектоскопическая установка Полюс., Сб. Радиационная техника, вып. 4, Москва, Атомиздат, 1970, с. 361-365.
10. Калинин В.П., Декопов А.С. и др. Особенности радиографического контроля сварных соединений патрубков корпуса реактора ВВЭР-440 во время эксплуатации АЭС. В кн. Опыт внедрения неразрушающих методов испытаний материалов., Кишинев, 1974.
11. Декопов А.С., Майоров А.Н. и др. Автоматизированные гаммадефектоскопические установки для контроля сварных соединений в условиях АЭС., Доклад на Х Международной конференции по неразрушающему контролю., Москва, 1982.
12. Декопов А.С. Радиоизотопная дефектоскопия полых тел вращения системой фронтальных встречно-пересекающихся пучков излучения и средства дефектоскопии. в кн. Вопросы атомной науки и техники, Серия: Техническая физика и автоматизация, вып. 64-65, 2010, с.225-236.
13. Декопов А.С. К вопросу подтверждения оптимальности основных параметров контроля при просвечивании полых тел вращения методом встречно-пересекающихся пучков излучения. в кн. Вопросы атомной науки и техники., Серия: Техническая физика и автоматизация, вып. 62, 2007, с.199-205.
14. Декопов А.С. Особенности контроля качества торцовых сварных соединений в лус технологических каналов с трактами ядерных реакторов РБМК-1000 радиографическим методом. в кн. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Техническая физика и автоматизация, вып. 63,2008, с.29-40.
15. А.С. Декопов Контроль сварных соединений тонкостенных оболочек тангенциальными пучками излучения. в кн. Вопросы атомной науки и техники, Серия: Техническая физика и автоматизация, вып.62, 2007, с.183-198.
16. Декопов А.С. К вопросу прогнозирования ожидаемой чувствительности радиографического метода контроля торцовых сварных соединений в лус. Вопросы атомной науки и техники, Серия: Техническая физика и автоматизация, вып.64-65, 2010, с.237-244.
17. Декопов А.С. Универсальный шланговый гамма-дефектоскоп УНИГАМ 75/40 Р., Вопросы атомной науки и техники, Серия Техническая физика и автоматизация, вып. 61, 2006, с. 201-205.
18. Декопов А.С., Злобин Н.Н., Хорошев В.Н. Исследование зависимости основных рабочих параметров серийных излучателей для гаммадефектоскопии на основе радионуклида Se от технологии производства. Вопросы атомной науки и техники, Серия: Техническая физика и автоматизация, вып.66, 2011, с.152-164.
19. Декопов А.С., Мухамадьяров И.В. и др. Оптимизация технологии радиографического контроля сварных соединений труба-трубная доска методом Монте-Карло., Вопросы атомной науки и техники, Серия Техническая физика и автоматизация, вып. 66, 2011, с.92-106.
20. А.С.Декопов Оптимизация конструкции ответственных узлов переносного шлангового гамма-дефектоскопа., Вопросы атомной науки и техники, Серия: Техническая физика и автоматизация, вып. 63, 2007, с.65-74.
21. А.В. Грачев, А.С.Декопов и др. Разработка методики и комплекса аппаратуры радиографического контроля твэлов энергетических реакторов. в кн. Вопросы атомной науки и техники, сер. Радиационная техника,, М., Атомиздат, 1980, вып. 20, с.131-137.
22. В.П.Калинин, А.Н.Майоров, А.С.Декопов Контроль за сварными швами на патрубках корпуса реактора ВВЭР-440 с помощью гаммадефектоскопической установки Дятел.,Труды ВТИ, вып. 10, Москва, Энергия, 1978, с.182-186.
23. Хорошев В.Н., Волчков Ю.Е., Декопов А.С., Косицын Е.М., Козин Ю.Н. Гамма-дефектоскопы для радиографического и радиометрического контроля промышленных изделий., В мире НК, №3 [49], сентябрь, 2010, с.40-42.
Авторские свидетельства, патенты, положительные решения РФ на изобретения :
24. А.С. № 713249, Способ и устройство для радиоизотопной дефектоскопии полых тел вращения., А.С.Декопов, А.Н.Майоров и др.,1979.
25. А.С. №1122102, Способ радиографического контроля изделий в виде тел вращения., А.С.Декопов, В.И.Петухов, Цобенко В.В., Шиленко И.Н., 1983.
26. Патент №1746799 А1, Гамма-дефектоскоп., А.С.Декопов, М.В.Емельянов, В.А.Малосолов, В.И.Фурцев, 1992.
27. А.С. №1187568 А, Рентгенографическая установка., А.Х.Ахметов, А.В.Грачев, А.С.Декопов, 1984.
28. А.С. № 401218, Установка для радиоизотопной дефектоскопии., А.Н.Майоров,А.С.Декопов и др.,1973.
29. А.С. № 1526382, Установка для радиоизотопной дефектоскопии., А.С.Декопов и др., В.И.Фурцев и др.,1989.
30. А.С. № 1468188, Устройство для радиоизотопной дефектоскопии тел вращения., А.С.Декопов Е.А.Жуковский и др., 1988.
31. Патент №2418290 С1, Гамма-дефектоскоп., В.Н.Хорошев, А.С.Декопов и др.,2010.
32. А.С. № 1427984, Устройство для рентгенографического контроля сварных соединений изделий с винтообразной поверхностью., Е.С.Волков, А.В.Грачев, А.С.Декопов и др., 1986.
33. Патент №2444074, Способ получения высокоактивных острофокусных источников гамма-излучения на основе радионуклида 75Se для промышленной гамма-дефектоскопии., А.С.Декопов, Ю.Е.Волчков и др.,2011.
34. Гамма-дефектоскоп., А.С.Декопов, В.Я.Кабанов, Положительное решение по заявке №2010106731 от 03.08.2035. А.С. №1385440, Шаговый конвейер для длинномерных изделий., В.М.Охлобыстин, А.С.Дмитриев, А.С.Декопов и др. 1986.
36. Патент№2428679 С1, Гамма-дефектоскоп., А.С.Декопов, В.И.Федотов, В.К.Гуськов, 2011.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям