DD233770A3 - Verfahren zur herstellung von bezugskoerpern fuer schweissnahtpruefungen an brennstoffelementen fuer kernkraftwerke - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bezugskoerpern fuer die zerstoerungsfreie Pruefung von Schweissnaehten an Brennstoffelementen fuer Kernkraftwerke durch Roentgen- und Ultraschallpruefverfahren. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung von Bezugskoerpern zu vereinfachen, den Aufwand zu verringern und dieselben so herzustellen, dass kuenstliche Fehler in Form kleinster Poren in definierter Lage und Groesse reproduzierbar nachgebildet werden koennen, die den im Schweissnahtgefuege der Brennstoffelemente auftretenden Fehlern in Lage und Groesse entsprechen. Geloest wird dies dadurch, dass der Durchmesser der in den Bezugskoerper einzubringenden Sackloecher groessenmaessig nach oben begrenzt wird durch die Groesse der Oberflaechenspannung des fluessigen Materials des Bezugskoerpers, die Sackloecher durch Elektronenstrahlschweissen nach aussen verschlossen werden, dergestalt, dass der Elektronenstrahl in Laengsrichtung neben den Sackloechern positioniert wird. Fig. 2

Description

Verfahren zur Herstellung von Bezugskörpern für Schweißnahtprüfungen an Brennstoffelementen für Kernkraftwerke

Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bezugskörpern für die zerstörungsfreie Prüfung von Schweißnähten an Brennstoffelementen für Kernkraftwerke durch Röntgen- und Ultraschallprüfverfahren, wobei in die Bezugskörper Sacklöcher definierter Größe, radial zur Längsachse eingebracht werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Für die Kalibrierung von Röntgen- und Ultraschallprüfgeräten für Schweißverbindungen an Brennstoffelementen für Kernkraftwerke werden im allgemeinen Bezugskörper verwendet, die definierte Fehler enthalten. An solchen Bezugskörpern gewonnene Meßergebnisse werden mit denen am Prüfkörper verglichen. Die in den Bezugskörpern enthaltenen Fehler sollen den im Prüfkörper nachzuweisenden Fehlern möglichst ähneln. Zur Kalibrierung von Ultraschallprüfgeräten für Schweißverbindungen an Brennstoffelementen für Kernkraftwerke sind folgende technische Lösungen bekannt:

Im Bericht von P. M. Dickerson (Ultrasonic testing of

nuclear fuel rod welds and clad", Westinghouse Elektric Corporation, Febr. 1979» wird ein Bezugskörper beschrieben, der mehrere definierte künstliche Fehler enthält und dessen Geometrie äquivalent der Geometrie der Prüfkörper ist.

Diese künstlichen Fehler sind elektroerosiv hergestellte Sacklöcher 'von unterschiedlichen Abmessungen (Tiefe, Durchmesser).

In der Veröffentlichung von W. Sternberg u.a. "Ultraschallprüfung an WIG-Schweißnähten bei Brennstäben als Ersatz der Röntgenprüfung"ζ Jahrestagung Kerntechnik 25. 3. - 27. 3. 80 in Berlin (West)y wird ein anderes Verfahren zum Herstellen von Bezugskörpern beschrieben.

Die Bezugskörper entsprechen in ihrer Geometrie den Brennstoffelementen. Die Fehler in den Schweißnähten, welche zum Kalibrieren der Prüfgeräte verwendet werden, entstehen durch gezielte Verunreinigungen der Schweißstelle, so daß beim Schweißen Poren entstehen. Die dargestellten Verfahren zur Herstellung von Bezugskörpern entsprechen dem Stand der Technik. Sie weisen folgende Nachteile auf:

1. Der von P.M. Dickerson vorgeschlagene Bezugskörper enthält als Vergleichsfehler Sacklöcher, die nicht den in . der Schweißnaht nachzuweisenden Poren entsprechen. Ihre Reflexionseigenschaften können sich erheblich von natürlichen Fehlern unterscheiden.

2. Im Beitrag von W. Sternberg wird zwar beschrieben, daß Poren durch künstliche Verschmutzung der Schweißstelle erzeugt werden, doch sind diese in Größe und Lage nicht reproduzierbar herzustellen. Weitere Veröffentlichungen, wie beispielsweise die DE-OS 2 856 370 und 2 915 852 beschreiben ebenfalls Verfahren zur Herstellung von Bezugskörpern.«

Diese sind aber nicht auf die Herstellung von Bezugskörpern für die zerstörungsfreie Prüfung von Schweißnähten an Brennstoffelementen für Kernkraftwerke anwendbar. Grund dafür sind die zur Anwendung kommenden Materialien, die Geometrie der Brennstoffelemente, deren Abmessungen sowie die Forderung, daß sich die künstlichen Fehler im Bereich der Schweißnaht befinden müssen, um den Einfluß der Oberfläche des Prüflings auf das reflektierte Signal zu berücksichtigen.

Mit den aus dem Stand der Technik bekannten und den daraus folgenden naheliegenden Verfahren ist eine reproduzierbare Herstellung von künstlichen kleinen Poren in Schweißnähten an Brennstoffelementen für Kernkraftwerke nicht möglich.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung stellt sich das Ziel, die Herstellung von Bezugskörpern für die Prüfung von Schweißnähten an Brennstoffelementen für Kernkraftwerke mit Röntgen- und Ultraschallprüfgeräten, die im Prüfbereich mit Ausnahme der Bezugsfehler die gleiche Geometrie und innere Struktur wie die Brennstoffelemente selbst aufweisen, zu vereinfachen und den dazu notwendigen Aufwand zu verringern.

Wesen der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Bezugskörper für Brennstoffelemente zum Kalibrieren von Röntgen- und Ultraschallprüfgeräten verfahrensmäßig so herzustellen, daß in ihm künstliche Pehler in Form kleinster Poren in definierter Lage und Größe reproduzierbar nachgebildet werden können, die den im Schweißnahtgefüge der Brennstoffelemente auftretenden Fehlern in Lage uri Größe entsprechen. Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die Bezugskörper mit einer umlaufenden Schweißnaht versehen und danach die Sacklöcher, deren Durchmesser größenmäßig nach oben durch die Größe der Oberflächenspannung des flüssigen

Materials des Bezugskörpers begrenzt wird, in die Schweißnaht eingebracht werden, anschließend die Sacklöcher mit Elektronenstrahlschweißen überschweißt und nach außen verschlossen werden, dergestalt, daß der Elektronenstrahl in Längsrichtung neben den Sacklöchern positioniert und ein vollständiges Zuschweißen der Sacklöcher verhindert wird, so daß am Rande der Elektronenstrahlschweißnaht von den Sacklöchern sphärische Poren zurückbleiben, die in Lage und Größe reproduzierbar sind

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' Nach einem v/eiteren Erfindungsmerkmal weisen die Bezugskörper im Prüfbereich die gleiche Geometrie und innere Struktur auf, wie die zu prüfenden Brennstoffelemente.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung entspricht die Tiefe der Elektronenstrahlschweißnaht zum Verschließen der Sacklöcher maximal der Tiefe der Sacklöcher und der Elektronenstrahl wird beim Schweißen maximal 0,2 mm in Längsrichtung versetzt neben die Sacklöcher positioniert.

Schließlich betragen die Durchmesser der Sacklöcher 0,15 bis 0,3 mm und die nach dem Elektronenstrahlschweißen des Bezugskörpers entstehenden sphärischen Poren besitzen Querschnittsflächen der Größe 0,02 bis 0,09 mm².

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Herstellung von Bezugskörpern der durch die spezielle Aufgabe der Schweißnahtprüfung an Brennstoffelementen geforderten Art bedeutend vereinfacht und der dafür erforderliche Aufwand verringert. Das Verfahren ermöglicht die reproduzierbare Herstellung von künstlichen Poren kleinster Abmessungen in definierter Lage und Größe entsprechend den beim Schweißen von Brennstoffelementen im Schweißnahtgefüge entstehenden und festzustellenden Fehlern.

Ausführungsbeispiel

Das Verfahren wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1: einen Bezugskörper nach dem Schweißen der ersten

Naht und Einbringen der Sacklöcher

Pig. 2: den Bezugskörper nach dem Verschließen der Sacklöcher durch Elektronenstrahlschweißen einer zweiten Naht.

Der herzustellende Bezugskörper 1 entspricht dem Ende eines Brennstoffelementes für Kernkraftwerke. Mit einem dünnwandigen Rohr 2 ist ein Stopfen 3 verschweißt. In die Schweißnaht 4 werden Sacklöcher 5 radial zur Längsachse des Bezugskörpers 1 eingebracht. Die Durchmesser der Sacklöcher 5 betragen 0,2 mm. Anschließend werden die Sacklöcher 5 durch Elektronenstrahlschweißen nach außen verschlossen, wobei die Tiefe der Schweißnaht 4 der Tiefe der Sacklöcher 5 entspricht und der Elektronenstrahl in axialer Richtung um ca. 0,2 mm versetzt neben die Sacklöcher 5 positioniert wird. Durch die Positionierung des Elektronenstrahls neben die Sacklöcher 5 wird ein direktes Aufheizen der gesamten Lochwandung durch Elektronenstoß bis zum Schmelzpunkt und damit ein vollständiges Zuschweißeü der Sacklöcher 5 verhindert. Durch Wärmeleitung innerhalb des Materials von der sich an der Auftreffstelle der Elektronen ausbildenden Dampfkapillare zur Umgebung bildet sich eine V-förmige Naht 6 aus, so daß die Sacklochwandung infolge der seitlich versetzten Positionierung des Elektronenstrahls nur im oberen Teil aufschmilzt und verläuft. Die Oberflächenspannung der Schmelze verhindert ein völliges Zulaufen der Sacklöcher 5. Auf deren Grund bleiben sphärische Poren 7 zurück, die in definierter Größe und Lage reproduzierbar sind. Die künstlich erzeugten sphärisehen Poren 7 besitzen im Ausführungsbeispiel Quer-

schnittsflächen von 0,04 mm ,

Claims (3)

1. - 6 Pat ent ansp rüche

   1. Verfahren zum Herstellen von Bezugskörpern für die zerstörungsfreie Prüfung von Schweißnähten an Brennstoffelementen für Kernkraftwerke, durch Röntgen- oder Ultraschallprüfverfahren, wobei in die Bezugskörper Sacklöcher definierter Größe, radial zur Längsachse eingebracht werden, gekennzeichnet dadurch, daß die Bezugskörper (1) mit einer umlaufenden Schweißnaht (4) versehen und danach die Sacklöcher (5), deren Durchmesser größenmäßig nach oben durch die Größe der Oberflächenspannung des flüssigen Materials des Bezugskörpers (1) begrenzt wird, in die Schweißnaht (4) eingebracht werden, anschließend die Sacklöcher (5) mit Elektronenstrahlschweißen überschweißt und nach außen verschlossen v/erden, dergestalt, daß der Elektronenstrahl in Längsrichtung neben den Sacklöchern (5) positioniert und ein vollständiges Zuschweißen der Sacklöcher (5) verhindert wird, so daß am Rande der Elektronenstrahlschweißnaht von den Sacklöchern (5) sphärische Poren (7) zurückbleiben, die in Lage und Größe reproduzierbar sind.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Bezugskörper (1) im Prüfbereich die gleiche Geometrie und innere Struktur aufweisen, wie die zu prüfenden Brennstoffelemente.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, .. daß die Tiefe der Elektronenstrahlschweißnaht zum Verschließen der Sacklöcher (5) maximal der Tiefe der Sacklöcher (5) entspricht und der Elektronenstrahl beim Schweißen maximal 0,2 mm in Längsrichtung versetzt neben die Sacklöcher (5) positioniert wird.

   Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Durchmesser der Sacklöcher (5) 0,15 bis 0,3 mm betragen und die nach dem Elektronenstrahlschweißen des Bezugskörpers (1) entstehenden sphärischen Poren (7) Querschnittsflächen der Größe 0,02

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   bis 0,09 nun. besitzen.

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