CN1040437A - 蒸汽发生器管道内环形焊缝的超生波非破坏性试验用的装置 - Google Patents

Abstract

本装置包括一个可弯曲管(15)，其一端位于水箱(6)外的区域(20)，另一端结合由配置在水箱(6)内的装卸机构(13，14)支承的探头导管(16)，包套(21)可滑动地安装在可弯曲管(15)内，其一端安装了止动器和引导超声波探头(18)用的衬套。Bowden电缆管(22)可转动地装于包套(21)内，其一端为特形旋转驱动件，另一端在水箱外连接旋转驱动机构(24)。探头支承件的螺纹部分啮合于衬套螺纹部分中，可受Bowden电缆管端部的特形部件驱动转动，因而探头支承件成螺旋形运动而进退。

Description

本发明涉及一种压水型核反应堆的蒸汽发生器管道内环形焊缝的超声波非破坏性试验用的装置。

压水型核反应堆的蒸汽发生器具有一束U形管道，其两端束缚在穿过管道板的洞孔内。管道的两端与管道板的入口侧的面齐平。在蒸汽发生器的底部有一个水箱，它由管道板确定界限，管道板的入口侧形成水箱的顶壁。

构成反应堆冷却剂的加压水在管束的管道内流动，在位于管道板上方的蒸汽发生器部分中，这些管道保证加压冷却水和接触管道外表面的进料水之间的热接触。从而使反应堆冷却水的热量保证进料水被加热和蒸发。

管束的管道组成使反应堆的一次冷却水与进料水隔开的阻挡层的一部分。因此需要检验管道的壁并保证它们未受损伤，以防止悬浮有放射性元素的加压水泄漏到包含进料水的蒸汽发生器的次级部分中去。

压水型核反应堆的蒸汽发生器预定运行极长的时间，在此期间它们的管道可能受到某种恶化作用，例如作为受一次水或进料水的腐蚀的结果。

影响管壁的裂缝可能在某些区域中出现，特别是在管道板出口侧的附近。此种裂缝造成一次水经常小量而麻烦地泄漏到进料水中去。

当检验到此种泄漏时，受泄漏影响的蒸汽发生器管道在预定用于反应堆检修的停止运行时期内进行修理。这些修理可以通过给管道的裂缝区域加衬的办法来进行。此种操作在于在管道内裂缝区域中固定一个套管。管道的每个端部在裂缝区域的两端受到膨胀。

为了保证套管和管道之间存在完全防漏的结合部，在套管每个端部附近进行环形焊接，使套管和管道间存在冶金类型的结合部。该焊接最好利用TIG法进行，也就是在焊接区利用钨电极和惰性气氛的方法。

结合部的质量和密封作用取决于所进行的焊接质量，因此最好在重新起动蒸汽发生器之前先仔细地检验结合套管和管道的焊缝的状态。

在蒸汽发生器运行一定时期以后，蒸汽发生器管道内部和水箱的壁受到相当严重的污染，使得套管的安装和最终焊接需要采取预防措施，以防止进行修理的人员暴露于大剂量的放射性之中。

已经设计了在受污染的蒸汽发生器管道内部进行套管的安装和最终焊接用的工具。

另一方面，使得有可能检验套管上进行焊接的焊缝的状态并防止经常进行这些检验的人员受到污染的试验装置，却还没有听说过。

装卸装置是已知的，它可以被安置在蒸汽发生器的水箱内，同时它通过它的与管道板入口侧齐平的端部使工具或试验探头可以引入管束的任何管道。

但是，这样一种装置还没有听说过，它可以安置和使用一种非破坏性的焊缝试验探头如超声波探头，以便在管道内扫描有限长度的环形区域。

本发明的目的是提供一种在压水型核反应堆的蒸汽发生器管道内对环

焊缝进行超声波非破坏性试验用的装置，该反应堆具有一束管道，其两端束缚在穿过管道板的洞孔内，管道板具有一个入口侧的面，管道的两端与这个入口侧的面齐平，而且这个入口侧的面形成一个接受反应堆的冷却水的水箱的壁，试验是借助于装卸机构利用探测机构进行的，探测机构包括至少一个从水箱侧引入管道的超声波探头，装卸机构配置在水箱内部，并使探头可以被安置在管束的任何管道内部，本装置使得可以仔细地试验焊缝，而不会让进行试验的人员暴露于蒸汽发生器水箱内存在的放射性之下。

为此，按照本发明所述的装置包括：

一个可弯曲的管子，其一端位于水箱外的区域内，另一端连接到由装卸机构支承的探头导管上;

一个可滑动地安装在可弯曲管子内的包套，其一端有一个止动器和一个引导探头用的衬套，其另一端在水箱外从可弯曲管子的端部露出;

一个Bowden电缆管，可绕其轴线旋转地安装在包套内部，其一端与一个特形旋转驱动件成为一个整体，其另一端在水箱外连接到一个驱动该Bowden电缆管围绕其轴线旋转的机构上;

一个探头支承件，包括一个螺纹部分和一个洞孔，该螺纹部分啮合在导向衬套的螺纹部分内，洞孔的形状对应于旋转驱动件的特形截面，用于通过使Bowden电缆管旋转而驱动探头支承件使其旋转并沿轴向移动;

以及供应配合流体到待试验管道的区域和回收配合液体用的机构。

为了本发明能够被更加清楚地理解，作为非限制性的例子，现在参考附图说明一种根据本发明所述的非破坏性试验的实施例及其对衬有套管的蒸汽发生器管道内环形焊缝的试验应用。

图1是压水型核反应堆的蒸汽发生器的部分截面立视图。

图2是蒸汽发生器管道内环形焊缝的非破坏性试验用的装置的示意截面立视图。

图3是图2所示装置的位于蒸汽发生器内部分的放大图。

图3A是图3细部A的放大图。

图4A和4B分别是通过超声波试验探头及其支承件的底部和顶部的纵向截面图。

图5是通过蒸汽发生器的管道板部分的截面图，管道板下面安置了一个根据本发明所述的试验装置用的探头导管。

图6是将蒸汽发生器的管道和套管结合在一起的焊缝的放大图。

图7是通过根据本发明所述的装置的探头导管和探头校准管的截面图。

图8是图7所示校准管的沿8-8线的截面图。

图1表示通常用参考编号1指示的压水型核反应堆的蒸汽发生器。蒸汽发生器1在其中央部分具有位于管束罩3内部的一束管道2。管束的每根管道4的顶部为U形，管道4的两端固定在管道板5中，管道板5将包围管束2的蒸汽发生器部分与由隔板7隔开的两部分组成的水箱6隔开。

管束的每根管道其一端固定在隔板7一侧的穿过管道板5的一个洞孔中，其另一端固定在隔板7另一侧的穿过管道板5的一个洞孔中核反应堆的加压冷却水通过导管8进入由隔板7确定界限的水箱6的一个室，而后流入管束的管道4的内部，在水箱6的具有出口导管9的第二室中排出。

进料水通过导管10进入蒸汽发生器1的顶部，从顶部向下流入蒸汽发生器内由管束罩3确定界限的周缘空间，而后从底部向上与管束罩3内的管束2接触，在蒸汽发生器的顶部以蒸汽形式排出，当进料水与有反应堆的加压冷却水在其内部流动的管束的管道接触时，进料水被加热和蒸发。蒸汽通过位于蒸汽发生器顶端的导管11排出。

管束的管道4在蒸汽发生器运行期间受到一定程度的磨损和一定程度的腐蚀，使得在蒸汽发生器运行一定时期后至少在某些区域内容易发生泄漏。

在管道的位于管道板5的上侧附近区域内的增大的腐蚀强度和管子的内应力，导致该区域内裂缝和泄漏的更频繁发生。

为了延长蒸汽发生器的使用寿命，受泄漏影响的管道端部必须或者是停止使用，或者是用套管进行衬垫修理。

套管衬垫操作在于将一个套管引入发生泄漏的管道，从而盖住泄漏区，套管可以利用管道内的膨胀来束缚，在这种束缚操作之后，将套管焊接在泄漏区两侧的两个环形区域的管道上，从而得到套管和管道之间的完全防漏的接合部，使得对修理的管道再次保证一次流体和进料水的完全分离。

图1表示用于修理管道板上侧附近的蒸汽发生器管道的套管12。如上所述，这个区域是对蒸汽发生器的管道最经常进行修理的区域。

这个套管12位于管道的内部，使得它的底端位于管道板5的内部而它的顶端位于这个管道板5的上侧。

在套管12的情形下，管道4是管束的周缘管道，在该管下面在半球形水箱6的内部只有有限的空隙量。因此，使用了有限长度的套管12，其底端位于离管道板5的入口侧一定距离。

在位于靠近管束的中央部分的管道4的惰形下，有可能使用长度更大的套管如12′，其底端的位置接近管道板5的入口侧。

在所有情形下，套管的两端必须在管道内束缚，而且这些套管在接近其两端的两个环形区域内焊接到管道上。

这些操作必须在水箱外部的一段距离处完成和控制，从而要求使用已经由申请人公司设计的特殊装置。

此种特殊的工具在例如法国专利86-06342和87-09872中得到说明。

当套管已经被焊接在管道泄漏区的两侧时，这个形成一次流体和进料水之间阻挡层的管道，基本上重新达到完全防漏。

但是，进行焊接操作的困难可能会造成焊缝质量的不均匀，焊缝可能会具有初期裂缝、不规则性或甚至是不防漏区域。

因此希望具有在管道内进行的试验环行焊缝的机构。

图2表示构成根据本发明所述的装置的组合件，它使得在蒸汽发生器管道内部焊接的环形区域可以被试验。

该装置已经被表示成处于蒸汽发生器1的管道4内部的工作位置，在管道4内部已经按照上述方法安装了套管。

为了对管束的任何管道4内部产生的焊缝进行试验，利用了一个安置在水箱6内部并包括臂14的装卸机构13，该机构的运动是摇控的，它能够在管道板5的下面将工具安置到管束的任何管道的轴向延伸部的内部。

这样一种装卸装置在先有技术中是已知的，可以通过一或多个按水箱高度配置的柱子或通过在穿过管道板5的管道内部的固定部件来固定。

根据本发明所述的装置包括一个可以弯曲的管子15，它的一端与连接到装卸机构13的臂14的端部上的管状件16成为一体，可弯曲管子15对被引入管道4内的试验探头18形成一个引导件。

可弯曲管子15的由弹簧器件15′组成的另一端安置在水箱的外面，位于试验控制台20的区域内。

包套21沿其全长度安装在管子15内，其一个端部安置在管子15外面，位于试验控制台20的区域内。

此外，该装置包括一根Bowden电缆管22，它安装在包套21的内部，其端部连接到马达24上，使上述Bowden电缆管可以在包套21内部围绕自已的轴线旋转。一个角度编号器25配置在马达24的输出一侧，使由Bowden电缆管22进行的旋转可以受到控制和被记录下来。

形状为管形的Bowden电缆管22沿其全长穿过一根同轴电缆26，其一端连接到探头18上，其另一端连接到组件30和31上，用于通过旋转收集器27和电连接件28处理由探头提供的数据。

马达24、编码器25和旋转收集器27被配置在装置32的活动部分上，用于在可弯曲管子15的内部沿轴向移动可动组合件。

装卸机构13包括一个部件34，用于升降导管16，以便使其与管道板5的下侧上的管道端部相接触或离开它，部件34受螺旋阀35控制，螺旋阀35位于水箱外的试验控制台中。试验探头18是一种超声波探头，当用于试验焊缝时，要求在管道内存在配合液体。

当导管件16通过垂直移动部件34与管道4的端部接触时，配合液体水可以利用泵36由容器37通过导管件16供给到管道4中。

当管道4中的试验已经完成时，配合水利用固定在可弯曲管子15上的回收装置38收回，该回收装置可与弯曲管子的内部容积连通，并通过管子40连接到抽吸装置39上。

在图3和图3A中可以看到，当本装置如图2、图3和图3A中所示那样处于工作位置时，包套21的端部与在导管件16内部分啮合的环形止动器41是成一体的。

图4A表示载带图4B所示探头18的同轴配置组合件的底部。

如上所述，这个具有同轴结构的组合件包括包套21、Bowden电缆管22和同轴电缆26。该组合件通过可弯曲管子15的内部，以便保证试验控制台20与蒸汽发生器的水箱6相结合。

可弯曲的包套21由一根塑料管组成，它可以增加强度以提高其机械性能。

Bowden电缆管22由一个可以弯曲的金属管状结构件组成，可以沿其整个长度传递旋转运动，同时保持非常大的可弯曲度。

同轴电缆26是一根传递小直径测量用的简单电缆，沿同轴组合件的轴安置。

止动器41由一个与包套42成为一体的环形件组成，它可以滑动地安装在包套21上，以便可以调整止动器41的位置。该止动器的位置可以利用穿过止动器41的螺杆固定。

如可以从图3和图3A中看到的，在由臂14保持在管道4入口处的导管件16内部，止动器41压靠在决定管道4内部的探头18的位置的相应止动面上。

因此，根据止动器41的位置，有可能确定探头18在管道内的位置，从而对固定在管道4内部的套管的下焊缝或上焊缝进行试验，而不管这个套管是图1所示的如套管12那样的短套管，还是如套管12′那样的标准长度的套管。

在止动器41的上部，衬套45利用连接件46固定在包套21的端部上，连接件46牢固地固定在包套21的端部上，衬套45就利用螺纹接合固定在连接件46上。

衬套45沿其内孔的区段45a攻出螺纹。探头支承件50的螺纹端部利用螺纹接合啮合在衬套45的区段45a的内部上。

Bowden电缆管22的端部与一个特型部件47成为一体，特型部件47具有方型截面并沿衬套45的轴配置。管状探头承载部件50在其螺纹底端有一个带方形载面洞孔51的底座，部件47可以滑动地啮合到该洞孔中。

因此，当Bowden电缆管22受配置在水箱外的马达24的驱动而围绕电缆管轴线转动时，将型部件47沿围绕衬套45轴线的转动和沿该轴线的移动从两方面驱动探头支承件50，探头支承件50的螺纹部分50a形成一个安装在衬套45的螺纹部分45a内部的可以移动的螺母。

两个唇形密封件52′配置在衬套45的顶部内。利用环52保证引导。

探头支承件的底座在其内部也形成一个相对于孔径51侧向配置的通道53。

参考图4B可以见到，探头承载部件50利用Cardan接头55连接到探头承载部件的顶部上，从而使该探头承载部件的顶部在待进行试验的管道4内方便地定位和取向。

探头承载部件的顶部包括支承件56和镜子57，支承件56上固定真正的探头18，镜子57的表面根据焊缝的类型以相对于衬套45和探头承载部件50的轴成可变的角度，它被用于反射由超声波换能器组成的探头18所发射或接收的输出和输入的超声波信号。

在支承件56的上下两侧，探头承载部件具有环形刷子58和59，它们用于在管道或套管内部引导支承件56和探头18并对它们定中心，探头承载部件就啮合在环形刷子58和59中。

探头支承件50的端部包括一个特型引导头部60，在其下面安置了一个环形刷子61，用于在管道4中引导探头承载部件的顶部并对其定中心。

图5以示意形式表示一个被固定在蒸汽发生器的管道4内部的修理套管62。套管62的固定是分别用上下环形焊接结合部63和64来完成的，它们使套管62和管道4之间可以获得一个防漏的结合部。

上述试验装置的某些部件已经以示意形式表示在试验下焊缝64期间它们所占据的位置中。

探头导管16用配置在水箱6内的装卸机构保持压靠在管道板5的下侧上。

校准轴环65以相对于探头导管、管道4和套管62的同轴位置配置在探头导管16的内部。

侧向进水口66使探头导管16和泵的出口管36之间的连接得以实现。

固定在可以在管子15内移动的同轴组合件的包套21上的止动器41压靠在位于探头导管16的入口处的止动面上。

止动器41在包套21端部处的位置决定探头18和镜子57的位置，这一位置保证超声波束67沿径向向着套管62的壁和离开壁的发射和截获。

镜子57已经被表示在相应于焊接区64的套管区的扫描期间的两个端部位置57和57′上。

这个焊接区64在图6中以较大的尺寸表示。焊缝的试验在于在距离L上进行焊接区的纵向扫描，该距离L相对于环形焊缝64的中央平面70是对称的。

在现有技术的蒸汽发生器管道的情况下，扫描将对大体上等于24mm的距离进行，使得可以在焊缝的中央平面70的两侧至少扫描5mm。

由镜子57沿径向传播的超声波束特别由套管62和管道4之间的界面反射，从而返回到镜子57和换能器18。由套管/管道界面反射的信号用一个与表面回波同步的门电路记录，而后以给定的阈比较处理。从而检验焊缝的连续性。

此外，在用超声波信号扫描期间，测量了对应于焊接区64与套管/管道界面的相交截面的坚固焊接区长度L′。这个具有对应于套管62与管道4存在冶金结合的区域的长度L′的区域保证结合部是防漏的。

在现有技术使用的管道和套管的情形下，采用的焊接区的长度LO大体上等于10mm，这个区域在中央平面70的两端各延伸5mm。

区域L′具有至少为2mm的长度，这一点将受到检验。

图7和图8更详细地表示导管16，其底端有一个可动试验装置组合件的止动件41用的截锥形支承表面。

这个截锥形表面是在固定于探头导管16内部的校准管65的端部上加工的。

校准管65有一个环形试验部件71，其截面在图8中可见。在这个形环部件中，校准管具有沿圆周方向宽度不同的凹槽72和73，在校准管65的一部分壁上还有一个成90°角度的内部锥形开口74。

凹槽72和73及锥形开口74代表焊接区的缺陷，对于它们在真正的焊缝试验操作之前记录到了超声波信号。这些信号是对装置32的预定位置进行记录的。在此相位期间，环形刷子58保证不存在泄漏。

象真实试验一样，校准也是用水作为配合液体来进行的，这种水通过喷嘴66引入探头导管16内部，与管道板的下侧接触。

现在参考所有附图来说明在蒸汽发生器的管道4内部试验套管的防漏焊缝用的操作。

将其臂14在其端部具有探头导管16的装卸机构13安置在蒸汽发生器的水箱6内部。臂14使探头导管16能够垂直地安置在管道4内部，使探头导管的端部压靠管道板的下侧。

调整止动器41，使探头18及其镜子57安置在一个使套管62的一个焊缝（例如下焊缝64）可以被试验的区域中，这一点上面已经说明过了。

可动的同轴试验组合件通过水箱6外面的管端被引入可弯曲管子15内部。探头预先安置在探头导管16内部的校准管试验部件的对面。

配合水利用泵36通过喷嘴46引入探头导管。

可动的同轴组合件通过位移装置32安置在管子15的内部，位移装置32对包套21的端部施加推力。

探头的旋转是利用安装在包套21内部的Bowden电缆管22通过马达24实现的。

相应于校准管65的凹槽72和73及锥形开口74的信号是作为参比元素记录的。

而后移动可动的同轴组合件，直到止动件41压靠校准管65的端部。位移如前一样是由装置32实现的。弹性装置15′使止动件41能够被安置在探头导管16上，从而保证不存在配合液体的泄漏。

调整止动件41，使得探头18及其镜子57现在位于焊接区64中。

起动马达24，导致Bowden电缆管22沿这样一个方向转动，使得探头承载部件50在螺纹衬套45内升高到最高点。而后停止马达，探头及其镜子处于最高位置，对应于焊缝64附近的待试验区的顶端。

同时，将配合液引入探头导管16从而引入管道4。当液位达到镜子57时，回波受到套管62的表面的反射。而后一个信号使泵36停止。在超声波试验期间水被用作配合液。

而后使马达24沿与上述方向相反的方向转动，从而以可控速度使探头承载部件和探头18在套管内在等于24mm的距离L上产生螺旋形的位移。

超声波探头每秒旋转2.7圈，并进行螺距为0.4mm的螺旋形运动。

信号由同轴电缆26截获，并由装置30和31处理。

当管道4中的试验已经完成时，配合水利用可弯曲管子15、装置38、管子40和抽吸装置39回收。

利用位移装置32在可弯曲管子15内部拉动可动同轴组合件和探头18，而装卸装置13的臂14安置在下一个待试验管子的对面。

操作可以如上所述地继续下去。

利用按照本发明所述的装置，通过以螺旋形运动移动探头从而在精确确定的高度扫描整个焊接区的方法，有可能对蒸汽发生器管道内部的套管的防漏焊缝进行非常精确的试验。

必须注意到，试验总是在探头沿同一方向移动即从顶部往下移动期间进行的。

而且，由于与探头导管16相配合的可弯曲导管15和止动器41，探头在管道内的定位是非常容易实现的。

此外，利用一个配置在水箱外的单独的双向马达，可以没有困难地非常精确地实现探头的纵向的和转动的位移。

本发明不限于上述实施例。

比如，有可能设计除了上述以外的用于移动探头的机构和可动的同轴组合件以及其它用于在待试验管道内引入和回收配合液体的机构。

按照上述举例性质的实施例所述的探头可以由包括若干每个连接到一根同轴电缆上的超声波探头的探测组合件所代替。

处理探头信号用的机构可以是任何种类的，并可以在试验台20内包括任何种类的显示或记录机构。

最后，按照本发明所述的装置适用于压水型核反应堆的蒸汽发生器的管道内任何环形焊缝的非破坏性试验，并适用于给定区域上的任何其它类型的试验：此时，只有在连接器55′的区域内必须改变图44B所示的探头头部，而处理方法必须与之适应。

Claims (6)

1、一种在压水型核反应堆的蒸汽发生器管道(4)内对环形焊缝(63、64)进行超声波非破坏性试验用的装置，该反应堆具有一束管道(2)，其两端束缚在穿过管道板(5)的洞孔内，管道板(5)具有一个入口侧的面，管道(4)的两端与这个入口侧的高齐平，而且这个入口侧的面形成一个接受反应堆的冷却水的水箱(6)的壁，试验是借助于装卸机构(13，14)利用探测机构进行的，探测机构包括至少一个从水箱侧引入管子的超声波探头(18)，装卸机构(13，14)配置在水箱内部，并使探头被安置在管束的任何管道内部，该装置的特征在于，它包括：

一个可弯曲的管子(15)，其一端位于水箱(6)外的区域(20)内，另一端连接到由装卸机构(13)支承的探头导管(16)上；

一个可滑动地安装在可弯曲管子(15)内的包套(21)，其一端有一个止动器(41)和一个引导探头用的衬套(45)，其另一端在水箱(6)外从可弯曲管子(15)的端部露出；

一个Bowden电缆管(22)，可绕其轴线旋转地安装在包套(21)内部，其一端与一个特形旋转驱动件(47)成为一个整体，其另一端在水箱(6)外连接到一个驱动该Bowden电缆管围绕其轴线旋转的机构(24)上；

一个探头支承件(50)，包括一个螺纹部件(50a)和一个洞孔(51)，螺纹部件(50a)啮合在引导衬套(45)的螺纹部分(45a)内，洞孔(51)的形状对应于部件(47)的特形截面，用于通过使Bowden电缆管(22)旋转而驱动探头支承件(50)使其旋转并沿轴向移动；

供应配合液体到待试验管道的区域和回收配合液体用的机构(36、37，38，39，40)。

2、根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，止动器（41）具有一个可以沿包套（21）的轴向调整的位置。

3、根据权利要求1或2所述的试验装置，其特征在于，探头导管（16）具有一个使止动器（41）固定在包套（21）上用的支承表面。

4、根据权利要求1至3中任何一项所述的试验装置，其特征在于，探头导管（16）包围一个校准探头（18）用的管道（65）。

5、根据权利要求1至4中任何一项所述的试验装置，其特征在于，探头支承件（50）包括至少两个沿轴向接续地配置并由通用接头（55）结合的部件。

6、根据权利要求1至5中任何一项所述的试验装置，其特征在于，同轴组合件由包套（21）、Bowden电缆管（22）和至少一个同轴电缆（26）组成，包套（21）具有安装于其端部的探头（18），同轴电缆（26）用于传输探测机构的信号，它配置在Bowden电缆（22）的中央部分，同轴组合件在其位于水箱（6）以外的端部连接到装置（32）上，装置（32）用于在管子（15）内实现轴向的滑动移动，管子（15）本身与弹簧装置（15′）成为一体。

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