Фазированные решётки. Контроль толстостенных сварных швов в Росатоме. Практический опыт

Введение

В начале 2021г получили приглашение от постоянного Заказчика провести испытания ультразвукового дефектоскопа OmniScan X3 на объектах сложной формы и большой толщины (до 120мм). В качестве объекта контроля был предоставлен массивный корпус циркуляционного насоса со сварным швом с заданными дефектами сварки.

ГЦН на АЭС — это главный циркуляционный насос, который отвечает за циркуляцию теплоносителя, нагретого до 320°C в первом контуре реактора. Давление в насосе может достигать 17 МПа. ГЦН считается одним из потенциальных мест возникновения пожаров, вызываемых утечкой масла и большой внутренней температурой насоса. Поэтому главный циркуляционный насос должен иметь высокую герметичность стенок корпуса, чтобы не допустить протечек радиоактивного теплоносителя.

Контроль таких объектов является очень сложной задачей. Чтобы контролировать сварные швы таких толстых изделий на предприятиях используют рентгеновский метод с мощностью излучения, для которого на предприятии предусмотрен специальный ускоритель частиц.

Мощные ультразвуковые дефектоскопы на фазированных решётках так же могут справиться с контролем толстостенных сварных швов. На испытаниях мы применили один из таких мощных дефектоскопов: OmniScan X3 в комбинации со специальным фазированным преобразователя DMA - раздельно-совмещённая матрица.

Главный циркуляционный насос для АЭС

Оборудование и контроль

Объект контроля является особо ответственным компонентом. В состав главного циркуляционного контура АЭС входят парогенераторы, главные циркуляционные насосы, главные циркуляционные трубопроводы. Всё это нуждается в регулярном контроле, поскольку сбой в работе ГЦН может привести к остановке подачи теплоносителя в активную зону реактора, что приведёт к повышению температуры и выходу из строя тепловыделяющих элементов ТВЭЛ-ов, являющимися главным конструктивным элементом активной зоны. Последствия могут быть очень серьезными.

Для проведения испытаний мы использовали:

OmniScan X3 32:128PR

Ультразвуковой дефектоскоп с поддержкой Фазированных решеток и FMC/TFM.

2,25L32-A31

Фазированный ПЭП с линейной фазированной решёткой использовали в комбинации с призмой 0 градусов. Контроль проводился продолными волнами.

2.25DM7X4-A17

DMA фазированный ПЭП (1,5D), работающий по раздельно-совмещённой схеме в комбинации с призмой 27 градусов. Контроль проводился продольными волнами. У DMA ФР ПЭП превосходное соотношение сигнал-шум.

Сбор данных

Толщина стенки изделия составила 120 мм, поверхность сварного шва обработана и зачищена в уровень с основным металлом. На первом этапе проводился ручной контроль корня сварного шва преобразователем 2.25DM7X4-A17. Сканирование осуществлялось в секторном режиме с диапазоном углов от 30° до 70°. Излучались продольные ультразвуковые волны. Схема прозвучивания приведена ниже:

Верхняя часть шва зачищеная до гладкой поверхности сканировалась фазированным преобразователем 2,25L32-A31 с линейной решёткой и прямой призмой. Преобразователь располагался на поверхности сварного шва. Контроль проводился в режиме TFM/FMC.

Результаты

В процессе контроля были выявлены все заготовленные дефекты, включая несплошности (поры, включения):

Заключение

Для включения этапа ультразвукового контроля фазированными решётками в технологический процесс изготовления изделий требуется технологическая карта неразрушающего контроля и прописанный алгоритм действий, необходимых для 100% покрытия сварного шва. Представленное на испытаниях оборудование может быть дополнено полуавтоматизированным или полностью автоматизированным сканером, дополнительным фазированным преобразователем для одновременного двухстороннего контроля сварного шва

Пробные испытания показали принципиальную контролепригодность предявленных на испытания объектов контроля для дефектоскопа Omniscan X3 с мощностью генератора импульсов 32:128PR и фазированным DMA ПЭП.