Автоматизированная ультразвуковая система контроля напряженного состояния основного металла и сварных соединений циркуляционных трубопроводов ЯЭУ на основе эффекта акустоупругости

• Автор: Минин, Сергей Иванович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Обнинск
• Количество страниц: 248 с. : ил.

Глава 1. Характеристика напряжений в основном металле и сварных соединениях циркуляционных трубопроводов ЯЭУ
1.1. Характеристика объекта контроля
1.2. Диаграммы напряжений для материалов циркуляционных трубопроводов ЯЭУ
1.3. Остаточные напряжения в циркуляционных трубопроводах ЯЭУ
1.4. Остаточные напряжения в сварных соединениях
1.5. Состояние современных методов измерения напряжений в металлах
1.6. Основные требования к автоматизированной системе контроля напряженного состояния основного металла и сварных соединений циркуляционных трубопроводов ЯЭУ
Глава 2. Теоретическое обоснование и экспериментальные исследования измерительных преобразователей автоматизированной ультразвуковой системы контроля напряжений в металлах на основе эффекта акустоупругости
2.1. Физические основы эффекта акустоупругости
2.2. Разработка ультразвуковых преобразователей для автоматизированной системы контроля на основе эффекта акустоупругости
2.3. Экспериментальные исследования зависимости скорости ультразвуковых волн от напряжений в металле циркуляционных трубопроводов ЯЭУ
Глава 3. Разработка автоматизированной системы обработки и представления информации ультразвуковых измерительных преобразователей
3.1. Функциональная схема автоматизированной системы контроля
3.2. Электронные блоки регистрации и обработки информации
3.3. Алгоритмы и программы обработки и представления информации
3.3.1. Состав программного обеспечения
3.3.2. Программное обеспечение сбора и накопления данных
3.3.3. Подсистема анализа ультразвуковых данных и архивации

Глава 4. Разработка систем автоматического управления процессом ультразвукового контроля напряженного состояния основного металла и сварных соединений циркуляционных трубопроводов ЯЭУ
4.1. Методика автоматизированного ультразвукового контроля
4.2. Функциональные схемы систем автоматического управления ультразвуковым контролем
4.3. Механизмы перемещения ультразвуковых преобразователей
4.4. Электронные блоки систем автоматического управления ультразвуковым контролем
4.5. Алгоритмы и программы систем автоматического управления
Глава 5. Метрологические характеристики автоматизированной системы контроля
5.1.Метрологические характеристики ультразвуковых преобразователей автоматизированной системы контроля
5.2. Влияние температуры металла на изменение скорости ультразвука200
5.3. Влияние неравномерного распределения плотности металла на точность измерения скорости ультразвука
5.4. Акустические и электрические помехи при контроле напряженного состояния металла
Заключение
Список литературы
Приложение
Приложение

Контроль состояния сварных швов и металла является одной из основных задач диагностики оборудования ядерных реакторов. Дефекты сварных швов и металла в виде несплошностей (трещин, шлаковых включений и др.) снижают безопасность эксплуатации атомных электростанций (АЭС). Существующие методы ультразвуковой диагностики позволяют проводить контроль технологического оборудования АЭС на наличие уже существующих несплошностей. Ультразвуковой контроль напряженных состояний основного металла и сварных швов позволяет предсказывать появление несплошностей. Устранение же существующих напряжений способно продлить срок эксплуатации технологического оборудования ядерных реакторов.
Основными элементами технологического оборудования ЯЭУ с реакторами ВВЭР являются корпус реактора и трубопроводы первого контура Ду 600 мм, а с реакторами РБМК - технологические каналы и трубопроводы контура многократной принудительной циркуляции (КМПЦ) Ду 800 мм. Разрыв любого из этих конструктивных элементов может привести к максимальной аварии.
В реакторах типа РБМК одним из основных элементов являются технологические каналы (ТК). ТК состоит из циркониевой части, которая находится в активной зоне ядерного реактора, и стальной, расположенной вне активной зоны. Между ТК и графитовой кладкой расположены упругие графитовые кольца. Величина зазора между ТК с графитовыми кольцами и графитовой кладкой составляет 3 мм. В результате процессов термодинамической ползучести и радиационного роста диаметры канальных труб увеличиваются, а отверстий в графитовых блоках уменьшаются [1]. Это приводит к уменьшению «зазора» и заклиниванию ТК. При этом в металле ТК

плоскости поляризации колебаний вдоль и поперек напряжений. По измеренным значениям скоростей определяют их разность. По этой разности, с помощью тарировочного графика вычисляют искомое напряжение. Разность определяет и знак проконтролированных остаточных напряжений.
В работе [18] представлены графики зависимости скоростей от одноосного растяжения для стали 09Г2С, алюминиевого сплава АМгб и титанового сплава ВТ6. Там же приведены диаграммы растяжения этих материалов. Графики показывают, что разность скоростей поперечной УЗ волны при поляризации ее вдоль и поперек действующих напряжений изменяется линейно под влиянием напряжений вплоть до предела текучести металла. Там же приведены для стали 09Г2С и сплава АМгб значения остаточных напряжений в поперечном сечении образца при сварке его в закреплении. Напряжения проконтролированы описанным способом и тензодатчиком, с разрезкой образца. Напряжения, измеренные этими способами, различаются не более чем на ±5%. Также в [18] представлены эпюры сварочных остаточных напряжений, проконтролированных в образцах из стали 09Г2С и сплава АМгб описанным способом без разрушения. Эпюры как для наплавки валика, так и для стыкового соединения имеют характерный для каждого случая вид. Проконтролированные неразрушающим методом и тензодатчиками, с разрезкой элемента, эти эпюры хорошо совпадают. Показано, что для металла шва коэффициент анизотропии значительно выше, чем для основного металла. При этом отмечено, что для крупногабаритных образцов большой толщины остаточные напряжения, проконтролированные ультразвуковым методом, совпадают с расчетными остаточными напряжениями. Точность контроля ультразвуковым методом выше, чем при использовании тензометрии.