DE2434467B2 - Verfahrbares Prüf system für Druckbehälterwände - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein in unterschiedliche Richtungen verfahrbares Prüfsystem, das bestimmte Prüfrichtungen erfordert, für insbesondere nicht oder nur schwer zugängliche Stellen von Druckbehälterwänden, wobei das Priiisystem durch Programm ferngesteuert in den vertikalen und horizt ,talen Koordinaten bewegbar und in der Winkellrge zu diesen Koordinaten drehbar ist.

Es ist bekannt, daß Reaktordruckbehälter in Kernkraftwerken in regelmäßigen Zeitabständen wiederkehrenden Prüfungen, insbesondere durch Ultraschallprüfungen, unterzogen werden müssen (Atom und Strom, 17/1971,1₁S. 22/24).

Es ist ferner bekannt, daß diese Prüfungen an durch Strahlenschutzvorrichtungen schwer zugänglichen Stellen nur (ernbedient durch Manipulatoren durchgeführt werden können. Zur Prüfung von der Außenseite der Behälter aus wird ein auf einem Prüfwagen angeordnetes Prüfsystem vertikal und horizontal in einem manuell nicht zugänglichen engen Prüfspalt verfahren (Materialprüfung. Bd. 10,1970,Nr. 7, S. 329-336).

Reaktordruckbehälter von Kernkraftwerken größerer Leistung haben Durchmesser von über 5 m und sind in verschiedenen Höhen mit kreisförmigen Anschlußstutzen für Zu- und Abflußrohre des Kühlmediums versehen. Der Durchmesser dieser Anschlußstutzen ist unterschiedlich. Die Stutzen sind teilweise auf- bzw. eingeschweißt. Die Behälterwand wird aus geschmiedeten Ringen oder auch aus ringförmig zusammengeschweißten Blechen hergestellt. Die gesamte Behälterwand, insbesondere die Schweißnähte müssen aus Sicherheitsgründen periodisch in Form von wiederkehrenden Prüfungen mittels Ultraschall geprüft werden.

Diese Prüfungen müssen sich über den gesamte Volumenbereich der dickwandigen Behälter erstrecken. Hierzu sind Ultraschallprüfsysteme bekannt, die aus mehreren in einer Reihe angeordneten Sende- und Empfangsköpfen bestehen (Kerntechnik, Isotopentechnik und -chemie, 13. Jg., 1971, Heft 2, Seite 56-68).

Es ist bereits eine Einrichtung bekannt, die einen Prüfwagen verwendet, welcher auf fest installierten.

senkrecht angeordneten Führungsschienen läuft, wobei der Wagen eine horizontal liegende Schiene trägt, auf der Ultraschallwinkel-Prüfkopfketten verfahrbar sind. Diese Prüfkopfketten sind manuell entweder vertikal 5 oder horizontal einstellbar (Materialprüfung, Bd. 10, Nr. 7, Seite 329-336).

Mit dieser Einrichtung sind die vertikal und horizontal verlaufenden Schweißnähte auf Längs- und Querfehler prüfbar. Es ist auch möglich, die Schweißnaht der

to Anschlußstutzen an ihren sogenannten 3, 6, 9 und 12 Uhr-Positionen zu prüfen.

Die Forderungen durch die Genehmigungsbehörden, vertreten durch die TÜVs, gehen nunmehr jedoch dahin, daß im Rahmen der wiederkehrenden Prüfungen auch die Stutzenschweißnähte über ihren gesamten Umfang ihres annähernd kreisringförmigen Verlaufs prüfbar sein sollen. Eine weitere Forderung besteht darin, daß auch die kreisförmige Stutzeninnenkante mittels Ultraschall auf mögliche Anrisse prüfbar sein muß (Atom und Strom, 17/1971, 1, S. 22/24). Diese Prüfung kann nur durch Einschallung mit einem großen Winkel zur Oberflächennormalen erfolgen, wodurch sich relativ lange Schallwege ergeben. Diese Schallstrahlen müssen sehr genau senkrecht auf die aufgrund der Beanspruchung radial verlaufenden Rißbildungen gerichtet sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Prüfsystem zu schiffen, das eine reproduzierbare Ultraschallprüfung jeder Volumeneinheit einer Behälterwand, insbesondere die Bereiche aller Schweiß-

JO nähte einschließlich der nicht linear verlaufenden Stutzenschweißnähit auch an in Betrieb genommenen Kernreaktoren in deren Abschaltpausen ermöglicht, d. h. auch variable Einschallrichtungen fernbedient einzustellen erlaubt.

ti Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Meßarm vorgesehen ist, der an einem Ende das Prüfsystem mit zugeordnetem Dreh-Stellantrieb trägt, daß der Meßarm an einem Wagen gelagert ist, an dem ein dem Meßarm zugeordneter Sielisntrieb angeordnet ist, daß der Wagen auf einer Führungsschiene mittels eines Stellantriebes verfahrbar und der Meßarm im rechten Winkel zur Verfahrrichtung des Wagens verstellbar ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dargestellt ist lediglich ein Ausschnitt einer Reaktordruckbehälterwand mit einem Anschlußstutzen und den für die Ultraschallprüfung erforderlichen Elementen. Als Beispiel ist die Prüfung der nicht linear verlaufenden Stutzenschweißnaht gewählt. Es zeigt

Fig. 1 eine Übersicht über Druckbehälter und biologischen Schild,

Fig. 2 eine Außenansicht auf den Ausschnitt der Druckbehälterwand mit der Prüfeinrichtung,
F i g. 3 eine Seitenansicht dieses Ausschnittes,
F i g. 4 eine Draufsicht dieses Ausschnittes,
Fig.5 ein mögliches Prinzipschaltbild einer Steuerung einschl. Meßelektronik und Datenerfassungssystern für die Prüfeinrichtung.

In die Reaktordruckbehälterwand 1 sind eine Reihe von Anschlußstutzen 2 eingeschweißt, wobei der Ausschnitt lediglich einen Stutzen zeigt. Der Durchmesser der annähernd kreisförmigen Schweißnaht 3 beträgt bei den größeren Stutzen etwa 900 mm. Die Prüfung mit Ultraschall muß auf mögliche Längs- bzw. Querfehler in der Schweißnaht erfolgen, d.h. eventuell entstandene Risse längs oder quer zur Schweißnahtrichtung. Die

Schweißnaht 3 sei in diesem Beispiel 50 mm breit und etwa 140 mm tief, entsprechend der Wanddicke.

Der Druckbehälter 1 wird von einem Wärmeschutz 4 sowie einem biologischen Schild 5 — einer Stahlbetonwand mit einer Dicke von ca. 1 m — umschlossen, wobei der Abstand zwischen Druckbehälterwand 1 und Wärmeschutz 4 mindestens 370 mm beträgt.

In dem Raum 6 zwischen Druckbehälterwand 1 und Wärmeschutz 4 sind in annähernd regelmäßigen Abständen fest montierte vertikale Führungsschienen 7 so angeordnet, daß in den vertikalen freien Gassen zwischen den Anschlußstutzen 2 mindestens eine Führungsschiene 7 vorhanden ist Zur Prüfung der Schweißnähte wird die jeweils einer Gasse zugeordnete Führungsschiene 7 mit Wagen 8, 9 bestückt, die miteinander verbunden sind. Nach Prüfung in einer Gasse werden die Wagen 8, 9 auf die einer anderen Gasse zugeordnete Führungsschiene umgesetzt usf. Die Wagen 8,9 werden durch einen Stellantrieb 10 (F i g. 1) über einen Seiltrieb 11 in vertikaler Richtung Y in vorbestimmte Ausgangsstellungen gefahren.

Zur Positionierung der Wagen 8, 9 >n eine Ausgangsstellung dient ein nicht weiter dargestellter Weggeber, der auf dem Wagen 8 montiert ist und der über eine auf der Führungsschiene 7 angeordnete Zahnstange 12 verstellt wird.

Der Seiltrieb 11 ergibt nicht die Positioniergenauigkeit, die zur Führung des Prüfsystems 14 auf nicht linearen Prüfbahnen, wie bei der Prüfung von Stutzenschweißnähten 3, erforderlich ist. Hierzu wird an der erforderlichen Stelle der Führungsschienen 7 durch Fixieren des Wagens 8 ein Festpunkt gebildet, gegen den mittels des Stellantriebs 13 der Wagen 9 genau verfahren werden kann.

Die zur Ausgangsstellung des Wagens 8 unabhängige Positionierung des Wagens 9 erfolgt über den Stellantrieb 13 mit dargestelltem Getriebe und Spindel. Der Stellantrieb 10 verstellt über den Seiltrieb 11 gemeinsam die Wagen 8 und 9, während der Stellantrieb 13 nur den Wagen 9 verstellt. Die Kombination der beiden Antriebe 10, 13 stellt sicher, daß bei einem Versagen, beispielsweise durch Brechen oder Verklemmen eines Getriebes oder mechanisch fester Übertragungselemente, die Führungsschienen 7 nicht für weitere Prüfungen blockiert und damit der weitere Betrieb des Kernkraftwerkes nicht behindert wird. Mit Hilfe des Seiles U und des Antriebs 10 kann ein nicht mehr funktionsfähiges Prüfsystem 14 aus dem Raum 6 ohne Beschädigung der Führungsschiene 7 notfalls unter Opferung des Prüfrvstems entfernt werden. Die programmgesteuerte Verstellung der Vertikalbewegung in K-Richtung wird daher in zwei Schritten vorgenommen. Im ersten Schritt werden die Wagen 8 und 9 gemeinsam über den Seiltrieb 11 und Antrieb 10 in eine definierte Posilion gebracht. Die Verstellung wird durch einen nicht weiter dargestellten Weggebei gemessen. Der Wagen 8 wird in dieser Stellung in geeigneter Weise an der Führungsschiene 7 fixiert. Im zweiten Schritt wird der Wagen 9 über der. Stellantrieb 13, Getriebe und Gewindespindel gegenüber dem festgestellten Wagen 8 programmgemäß verstellt. Der Wagen 9 trägt eine gekrümmte, der Druckbehälterwand angepaßte Führungsschiene 15 in Form eines Meßarmes, die von einem Stellantrieb 16 senkrecht zur Verfahrrichtung des Wagens 9 in horizontaler Richtung X verschiebbar ist. De. Meßarm 15 trägt an einem Ende das Prüfsystem 14, beispielsweise ein Ultraschallprüfsystem mit sieben Sende- und Empfangsknöpfen, die auf einer Halteschiene 17 angeordnet sind. Das Prüfsystem 14 ist auf einem Priifsysiemhalier 18 drehbar gelagert und mit einem Stellantrieb 19 versehen, welcher das Prüfsystem programmgesteuert in jede gewünschte Winkellage zu den X- und Y-Koordinaten dreht. Die Stellantriebe 13 und 16 für die Verstellung von Wagen 9 und Meßarm 15 können beispielsweise Schrittmotore sein, die über Getriebe die Bewegung von Wagen 9 und Meßarm 15 bewirken.

Wie bereits vorstehend erwähnt, besteht das Ultraschall-Prüfsystem 14 beispielsweise aus einer Mehrzahl von an die Außenfläche der Druckbehälterwand 1 abdrückbaren Prüfköpfen, die für jeden zu prüfenden Punkt des Prüfbereiches, in diesem Beispiel die Stutzenschweißnaht 3, mittels des Stellantriebes 19 in die erforderliche Prüf richtung auf dem Prüfsystemhalter 18 gedreht werden. In F i g. 2 und 4 ist die Stellung des Prüfsystems 14 angedeutet, die für eine Längsfehlerprüfung der Schweißnaht 3 in der 3 Uhr-Position erforderlich ist, während die F i g. 2 und 3 die Stellung für die Längsfehlerprüfung in der 6 Wr -Position zeigen. Wie ersichtlich, steht die Reihe der Prufkopfe des Systems 14 im 6 Uhr-Punkt in vertikaler Richtung V'und im 3 Uhr-Punkt in horizontaler Richtung X. Für jede zwischen den gezeigten Positionen liegende Stelle muß das Prüf'ystem 14 so gedreht werden, daß z. B. für die Längsfehlerprüfung die Prüfkopfreihe immer im rechten Winkel zur Prüfebene steht. Für eine Querfehlerprüfung muß die Prüfkopfreihe immer tangential zu der kreisförmigen Stutzenschweißnaht 3 stehen. Die Einrichtung erlaubt durch das auf dem Prüfsysiemhalter 18 beliebig drehbare Prüfsystem 14 auch die Prüfung auf zwischen der Längs- und Querrichtung verlaufende Fehler.

Das Prüfsystem 14 wird also bei stillstehendem Wagen 8 durch entsprechende Positionierung von Wagen 9 über den Antrieb 13, Meßarm 35 über den Antrieb 16 und Prüfsystemhalter 18 über den Antrieb 19 in den drei Koordinaten X, Y, Z derart verstell, daß stets die gewünschte Einschallrichtung vorliegt. Die Stutzenschweißnaht 3 wird von der festgestellten Position des Wagens 8 auf über 180° geprüft. Zur Prüfung der restlichen 180° der Schweißnaht werden die Wagen 8 und 9 auf die links von dem Stutzen 2 befindliche, nicht weiter dargestellte Führungsschiene (wie 7) aufgesetzt, wobei das Prüfsystem 14 einschließlich des Prüfsystemhalters 18 auf das entgegengesetzte Ende des Meßarmes 15 montiert ist. In gleicher Weise sind auch Stutzen (wie 2) prüfbar, die rechts von der dargestellten Führungsschiene 6 liegen.

Ist der Raum 6 zwischen Behälterwand 1 und Wärmeschutz 4 wesentlich größer als 370 mm. so ist es zweckmäßig, den Prüfeystemhalter 18 auf einem Schlitten anzuordnen, der über dem Meüarm 15 verfahrbar ist, so daß der Prüfsystemhalter 18 ferngesteuert von dem einen Ende des Meßirmes 15 zum anderen Ende verschoben werden kann.

Außer dem im Deispiel gezeigten Prüfsystem 14 für die volumetrische Prüfung der Behälterwand 1 und der Schweißnähte sind mit der Einrichtung auch andere Prüfsysteme anwendbar, beispielsweise für die Prüfung der Stutzeninnenkanten 20. Hierzu wird ein spt/.ielles Prüfkopfsystem 21 (F i g. 2) angewendet, das mit einzeln arbeitenden Winkelprüfköpfen unterschiedlicher Einschallwinkel arbeitet. Durch Programmsteuerung kann für jeden Punkt der Innenkante 20 der Stutzen 2 durch Verfahren in den X- und V-Koordinaten und der Verstellung des Winkels Zuber den Prüfsystemhalter 18

der entsprechende Prüfkopf in die erforderliche Position zur Prüfung gebracht werden.

Außerdem erlaubt diese Einrichtung bei Auftreten einer Fehleranzeige, die nicht eindeutig zu interpretieren ist, eine zusätzliche Untersuchung dieses Bereiches, indem der fragliche Bereich durch kreisförmiges Umfahren mit dem Prüfsystem 14, oder eines anderen, wie bei einer Handprüfung gezielt untersucht werden kann.

Zur Prüfung linear verlaufender Prüfbereiche, heispiclswcise der vertikalen Schweißnähte 22 der Behälterwand I wird durch Verstellen des Priifsv sternhalters 18 und des Meßarmes 15 das Priifsysicm 14 in die erforderliche Lage gebracht und mil Hilfe des Sciltricbes 11 die Wagen 8 und 9 gemeinsam in >-Richtung verfahren.

Die Prüfung linear und horizontal verlaufender Prüfbcreichc. /.. B. horizontaler Schweißnähte 23 der Behälterwand 1, erfolgt durch Verstellen des Priifsystemhalicrs 18 und der Wagen 8 und 9 in die erforderliche Lage des Prüfsystems 14, sowie durch Verführen des Meßarmes 15 in horizontaler ,V-Richtung.

Die Positionierung der Wagen 8 und 9 vertikal in Richtung Y und des gekrümmten Meßarmes 15 horizontal in Richtung X und der Winkelverstellung Z des Prüfsystems 14 auf dem Prüfsystemhalter 18 erfolgt mittels einer Steuereinrichtung nach F i g. 5.

Die geometrische Kontur nicht linear verlaufender Prüfberciche, beispielsweise der Stutzeneinsehweißnähle 3 bzw der .Stutzeninnenkanten 20, kann in eine elektronische Datenverarbeitungsanlage eingegeben werden, die einen entsprechenden Datenträger 24. beispielsweise in Form eines Lochstreifens, liefert. Die Informationen des Datenträgers 24 -- ,V- und > -Werte für den Wagen 9 und den gekrümmten Meßarm 15 und die dazugehörigen Winkelwerte /Tfür das Prüfsystem 14 - werden in eine numerische Steuereinrichtung 25 eingegeben, durch welche die Stellantriebe I }()'). 16 (X) und 19 (Z)beeinflußt werden.

Die Steuerung 25 gibt beispielsweise am Reginn einer Schweißnahtprüfung (für den Stutzen 2) einen Befehl an eine Meßelektronik 26 für das Prüfsystem 14. Nach Durchführung der Prüfung eines Punktes der Schweißnaht 3 gibt die Meßelektronik 26 eine Fertigmeldung der Prüfung an die Steuereinrichtung 25, welche darauf an einen Positionsstellenzähler 27 ein Signal gibt, der damit seinen Zählstand um eine Einheit ändert. Das Prüfungsergebnis der Meßelektronik 26 über jeden angefahrenen Punkt der Schweißnaht 3 und der

i" Zählerstand des Zählers 27 werden einem Protokolldruckcr 28 zugeführt, der damit die Meßwerte des Prüfsystems 14 und den Zählerstand, welcher der jeweiligen Position des Prüfsystems 14 entspricht, ausdruckt.

''' Um den ganzen Prüfbereich, beispielsweise einer Stut/enschweißnaht 3. flächenmäßig zu erfassen, erfolgt über die Steuereinrichtung 25 mit Hilfe des Steuerlochstreifens 24 ferner eine taktweise Verstellung des Prüfsystems 14 um frei wählbare Schritte, beispielsweise

-''ι 10 mm. je Takt. Nach Abfahren und Prüfen einer ersten. /. 11. inneren. Bahn der Schweißnaht 3 durch das Prüfsystem 14 wird dieses in einem ersten Takt darauf auf eine Bahn mit einem um eine Schrittgröße größeren Radius eingestellt und diese Bahn abgefahren, worauf

.''■ im nächsten Takt das Prüfsystem 14 wieder um eine Schritigröße verstell! wird und dann diese Bahn abgefahren wird usf.

Die Wagen 8 und 9 mit dem Meßarm 15 und dem Prüfsystem 14 werden vor dem Prüfen auf die jeweilige

in fest installierte Führungsschiene 7. deren oberes linde frei zugänglich ist. aufgesetzt. Dieser zugängliche Bereich befindet sich oberhalb des Abschirmungszwckken dienenden biologischen Schildes 5. Hier ist die Radioaktivität relativ klein, so daß eine manuelle

i-, Montage der Einrichtung möglich ist.

Der durch die Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß mit nur einer Einrichtung ferngesteuert alle linearen und nichtlinearen Prüfbereiche und Prüfbahnen mit beliebig wählbaren Prüfrichtun

in gen einfach, sicher und schnell prüfbar sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. In unterschiedliche Richtungen verfahrbares Prüfsystem, das bestimmte Prüfrichtungen erfordert, für insbesondere nicht oder nur schwer zugängliche Stellen von Druckbehälterwäriden, wobei das Prüfsystem durch Programm ferngesteuert in den vertikalen und horizontalen Koordinaten bewegbar und in der Winkellage zu diesen Koordinaten drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßarm (15) vorgesehen ist, der an einem Ende das Prüfsystem (14) mit zugeordnetem Dreh-Stellantrieb (19) trägt, daß der Meßarm (15) an einem Wagen (9) gelagert ist, an dem ein dem Meßarm (15) zugeordneter Stellantrieb (16) angeordnet ist, daß der Wagen (9) auf einer Führungsschiene (7) mittels eines Stellantriebes (13) verfahrbar und der Meßarm (15) im rechten Winkel zur Verfahrrichtung des Wagens (9) verstellbar ist.

2. Prüfsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daft mit dem Wagen (9) ein weiterer Wagen (8) verbunden ist, die gegeneinander durch den Stellantrieb (13) verstellbar sind.