DE2636246A1

DE2636246A1 - Verfahren und vorrichtung zum ultraschallpruefen der stutzenfelder eines reaktordruckbehaelters

Info

Publication number: DE2636246A1
Application number: DE19762636246
Authority: DE
Inventors: Frederik Hendrik Dijkstra; Herrmann Dipl Ing Wuestenberg; Rudolf Dipl Ing Zipser
Original assignee: Babcock Brown Boveri Reaktor GmbH
Current assignee: ABB Reaktor GmbH
Priority date: 1976-08-12
Filing date: 1976-08-12
Publication date: 1978-02-16
Also published as: ATA510777A; DE2636246C2; CH616524A5

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Ultraschallprüfen der Stutzen-
felder eines Reaktordruckbehälters Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ultraschallprüfen der Stutzenfelder am Boden und/oder Deckel eines Reaktordruckbehälters.
Bei Reaktordruckbehältern ist es seit geraumer Zeit vorgeschrieben, vor der Inbetriebnahme einer Anlage und auch in gewissen Zeitabständen nach der Inbetriebnahme im Bereich der Schweißnähte eine Ultraschallprüfung vorzunehmen.
Gemäß den Richtlinien der Reaktorsichrheitskommission für Reaktordruckbehälter vom 24.4.74 sind auch die Stutzenfelder (Steuerstab- und Incore-Instrumentierungsdurchführungen) des Reaktordruckbehälterbodens und -deckels vor Inbetriebnahme der Anlage Nullmessungen und in bestimmten Zeitintervallen danach Wiederholungsprüfungen mittels Ultraschall zu unterziehen. Bei den Prüfungen sollen alle Stege der Stutzenfelder volumentrisch durch die ganze Wandstärke nach Reflektoren, welche auch in diagonaler Richtung, von Stutzen zu Stutzen verlaufen können, untersucht werden.
Die geforderte volumetrische Prüfung der Stege der Stutzenfelder mit starr angeordneten, in Gassen längsbewegten Prüfköpfen, ist nur teilweise zu verfüllen; sie ist nur bei Gassen die am Großkreis liegen 100uigmöglich. Die Außenstege können wegen ihrer Geometrie nur beschränkt volumetrisch geprCift werden. Eine gewisse Verbesserung kann hier durch "Anstellen" (Schwenken der Prüfköpfe in eine andere, jedoch ebenfalls starre Lage) erzielt werden. Jedoch ist bei diesem Anstellen" von Nachteil, daß nur Reflektoren bestimmter Richtungen (nicht wie gefordert aller Richtungen) an bestirnmten Stellen (nicht wie gefordert über die ganze Steglange und die ganze Wandstärke) zu erfassen sind.
Ferner hat das "Anstellen" der Prüfköpfe außerdem zur Folge, daß das geprüfte Volumen bei Untersuchungen der nicht am Großkreis liegenden Gassen aus der Gasserimitte, sogar in benachbarte, außenliegende Gassen verschoben wird und die Auswertung der Prüfungen beschränkt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe eine volumetrische Prüfung aller Stutzenfelder möglich ist.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß ein Ehinkelprüfkopf eine konstante Drehbewegung mit einem Rotationsradius "r" größer als Null ausführt und dabei gleichzeitig um die Früflingsnormale im Bereich eines Schielwinkeis 1111' verdreht wird.
Diese erfindungsgemäßen Maßnahmen haben den Vorteil, daß durch die Drehbewegungen des Winkeiprüfkopfes ein großes Volumen prüfbar is-t. Das Auffinden und die Befund-Analyse (Lage und Größe) eines Reflektors wird durch das Verdrehen um den Schielwinkel y wesentlich erleichtert.
Selbst eventuelle Anrisse der Bodenlöcher und Risse der Dichtungsschweißnähte können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren weitgehend erkannt werden.
Die Drehbewegung des ninkelprüfkopfes wird vorzugsweise bei konstantem Schielwinkel t durchgeführt.
Je nach den Gegebenheiten des zu prvifenden Stutzenfeldes kann es von Vorteil sein, die Drehbewegung des Winkelprüfkopfes bei pendelndem Schielwinkel Y durchzuführen. Der Einschallwinkel wird laufend verändert und somit ein optimales Erkennen von Reflektoren ermöglicht sowie deren Befundanalyse unterstützt.
Um die Sicherheit beim Erkennen von Reflektoren noch zu erhöhen, wird weiterhin vorgeschlagen, daß das durch die Drehbewegung eines Winkelprüfkopfes geprüfte Volumen zumindest teilweise von der Winkelprüfkopf-Drehbewegung benachbarter Stutzenfelder iiberlagert wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Winkelprüfkopf senkrecht zur Prüflingsnormalen bewegt.
Mit dieser Maßnahme können die Gassen zwischen den Stutzen besonders vorteilhaft geprüft werden. Durch entsprechende Einstellung des Verhältnisses von Drehbewegung zur Bewegung senkrecht zur Prüflingsnormalen ergibt sich eine Zykloidenbewegung des Prüfkopfes welche die Prüfung der gesamten Gassenbreite mit einem Durchgang ermöglicht.
Während sich der Prüfkopf längs in den Gassen bewegt, kann die Rotationsbewegung auch mit einem Radius r = 0 ausgeführt werden.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß auf dem abgesetzten Bund einer sowohl um ihre Achse drehbare als auch vertikal bewegbaren Stange ein Halter befestigt ist, auf dem parallel zur Achse der Stange eine teleskopförmig ausgebildetes Rohr befestigt ist, daß am freien Ende einer vertikal beweglichen Welle ein Kardangelenk angeordnet ist, daß ein Winkelprüfkopf mit diesem Kardangelenk verbunden ist, daß ein in dem Teleskoprohr angeordneter Drehantrieb die Welle antreibt und der Winkelprüfkopf über das Kardangelenk um die Prüflingsnormale in beiden Richtungen drehbar ist, daß die Stange die Hubstange eines kombinierten Hub-und Drehantriebs ist und mit dem freien Ende ihres abgesetzten Teils in einer Stutzenbohrung geführt ist, daß der kombinierte Hub- und Drehantrieb auf einem Prüfwagen befestigt ist der entlang einer diametral auf einem Drehkranz angeordneten Führungsschiene bewegbar ist, daß der kugelgelagerte Drehkranz auf Konsolen ruht, die am Abstellring für den Reaktordruckbehälter-Deckel befestigt sind.
Zur Prüfung der Stutzenfelder am Reaktordruckbehälterboden ist der Prüfwagen vorzugsweise in einer an einem bekannten Manipulator für Reaktordruckbehälter-Innenuntersuchungen befestigten Führungsschiene bewegbar.
Damit der Rotationsradius 'tr" sowohl beim Stillstand der Vorrichtung als auch während des Einsatzes derselben verstellt werden kann wird weiterhin vorgeschlagen, daß der Halter aus einem Innen- und einem Außenteil besteht, daß das Innenteil mit dem abgesetzten Bund der Stange fest verbunden ist, daß auf dem Außenteil das teleskopförmig ausgebildete Rohr befestigt ist und daß über einen am Innenteil angelenkten Stellantrieb das im Innenteil geführte Außenteil senkrecht zur Achse bewegbar ist.
Die Berührungsfläche des Winkelprüfkopfes ist mit Hilfe einer Feder immer mit gleicher Kraft andrückbar. Diese Maßnahme bringt den Vorteil, daß immer die gleichen Prüfbedingungen vorliegen.
Weiterhin wird vorgeschlagen, die Achse der Stange senkrecht zur Prüflingsfläche anzuordnen. Durch diese Maßnahme werden die Prüfkopfspuren kreisförmig anstatt elipsenförmig. Außerdem wird die Prüfkopfhalterung nicht so stark beansprucht.
Eine weitere Ausgestaltung zur Prüfung der an die Stutzenfelder des Reaktordruckbehälter-Deckels angrenzenden Bereiche ist dadurch gekennzeichnet, daß der Halter am freien Ende des abgesetzten Teils der Stange gelenkig befestigt ist und über auf dem Außenteil des Halters angeordnete Prüfköpfe der an die Stutzenfelder des Reaktordruckbehälter-Deckels anschließende Bereich prüfbar ist.
Anhand von Ausführungsbeispielen und der schematischen Zeichnungen (Fig. 1 - 13) wird nachfolgend das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens erläutert.
Die Fig. 1 zeigt den Ausschnitt des Stutzenfeldes eines Reaktordruckbehälter-Bodens 1 bzw. - Deckels 2. Ein Winkelprüfkopf 3 rotiert mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit mit einem Rotationsradius "r" und beschallt unter einem bestimmten Einschallwinkel ein ringförmiges Volumen. Die Wirkung des gleichzeitigen Verdrehens des Winkelprüfkopfes 3 um den Schielwinkel Yt ist aus Fig. 2 zu ersehen. Während in Fig. 1 beim Rotieren des Winkelprüfkopfes das schraffierte Feld 5 nicht beschallt wird, ist mit Verdrehen des Winkelprüfkopfes um den Schielwinkel t das verbleibende, nicht beschallte Feld 5 a gem. Fig. 2 wesentlich kleiner. Durch das Rotieren und Schielen werden rißartige Reflektoren unter einem optimalen Einschallwinkel beschallt, womit eine hohe Auffindwahrscheinlichkeit des Prüfverfahrens erzielt wird. Diese Auffindwahrscheinlichkeit wird noch erhöht durch die Überlagerung eines geprüften Volumens durch die Drehbewegung eines anderen Prüfkopfes.
Aus den schraffierten Feldern 6 der Fig. 3 ist eine derartige Überlagerung zu ersehen Die Fig. 3 zeigt weiterhin, daß mehrere Prüfköpfe' gleichzeitig eingesetzt werden können.
Der Einfachheit halber wird in der Beschreibung nur von einem Prüfkopf ausgegangen.
Je nach dem Einsatzgebiet des Prüfverfahrens können Winkelprüfköpfe eingesetzt werden, die nach verschiedenen Methoden arbeiten. Beispielsweise der Impulsechomethode mit S+E-Betrieb (Einkopftechnik) oder S/E-Betrieb (Sendeempfangs.
technik mit zwei getrennten Systemen) mit Longitudinal-oder Transversalwellen.
Die Fig. 4 und 4a zeigen die Anwendung des Verfahrens zur Analyse eines Reflektors bezüglich seiner Lage und Größe.
Bei der Rotationsbewegung des Winkelprüfkopfes 3 ohne Schielen wird ein Reflektor erkannt. (Fig. 4) Mit Hilfe des Schielens in einer Pendelbewegung um die Prüflingsnormale 33 (Fig. 4a) wird der Reflektor zumindest teilweise analysiert.
Eine weitgehendere Befundanalyse kann mit geeigneten Mitteln, wie z.B. fokussierten Prüfköpfen, vorgenommen werden.
Aus Fig. 5 und 6 ist die Anwendung des Verfahrens zur Erfassung von Anrissen der Stutzenbohrungen zu ersehen. Zur Prüfung der sogenannten innennahen Zonen (Prüfkopf-Nahezonen) muß der Winkelprüfkopf genügend nahe am Stutzen angeordnet sein. (Fig. 5) Bei der Prüfung von außenliegenden Zonen (Prüfkopf-Fernzonen) wird der Abstand "a" so gewählt, daß ein eventueller Anriß optimal angeschalltwird. (Fig. 6) Ein Beispiel der Bewegung des Winkelprüfkopfes senkrecht zur Prüflingsnormalen 33 ist aus der Fig. 7 zu ersehen. Mit dieser Ausbildung kann z.B. die Gasse eines Stutzenfeldes mit einem Durchgang geprüft werden, wenn die aus Drehbewegung gemäß Pfeil 41 und der Bewegung parallel zur zu prüfenden Fläche 42 gemäß Pfeil 43 resultierende Zykloide 44 entsprechend gewählt wird.
Fig. 8, 9 und 10 zeigen die Ausbildung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel des Stutzenfeldes eines Reaktordruckbehälterdeckels.
Der Reaktordruckbehälterdeckel 1 wird nach dem Abheben vom Reaktordruckbehälter auf einem ringförmigen Traggestell, dem sogenannten Abstellring 8, gelagert. Mit den Tragkonsolen 9, die am Abstellring befestigt sind, ist ein Tragring 10 fest verbunden. Der Drehkranz 11 bildet mit Tragring 10 über die Kugeln 12 eine Art Rillenkugellager. Ein Drehantrieb 13 treibt mit seinem Zahnrad 14 über eine am Drehkranz 11 angebrachte Innenverzahnung denselben an, so daß er sich in Pfeilrichtung 15 bewegt. Der Drehantrieb weist einen Ortsgeber 16 auf, der die Winkelkoordinate der auf dem Drehkranz 11 diametral angeordneten Führungsschiene 17 anzeigt. Entlang der Führungsschiene bewegt sich, von einem Motor 18 angetrieben, der Prüfwagen 19, dessen Position von dem Ortsgeber 20 angezeigt wird.
Auf dem Prüfwagen 19 ist ein kombinierter Hub- und Drehantrieb 21 befestigt. Dieser Antrieb bewegt beispielsweise über hydraulische Mittel die Stange 22 in vertikaler Richtung und versetzt über geeignete mechanische Mittel diese Stange 22 um ihre Achse 23 in Drehung. Die jeweilige Stellung der Stange 22 wird durch den Ortsgeber 46 angezeigt. Mit dem freien Ende ihres abgesetzten Teils 34 ist die Stange 22 in einer Stutzenbohrung 35 geführt. An dem abgesetzten Bund 24 der Stange 22 ist das Innenteil 26 eines Halters 25 befestigt (Fig. 10).
Das Außenteil 27 des Halters 25 ist im Innenteil 26 geführt und über einen Stellantrieb 28 in Pfeilrichtung 29 bewegbar.
Die jeweilige Stellung des Außenteils 27 wird über den Ortsgeber 36 angezeigt. In einem Abstand "r" ist parallel zur Achse der Stange 22 an dem Außenteil 27 ein teleskopförmig ausgebildetes Rohr 30 befestigt. An dem freien Ende der Welle 45 ist ein Kardangelenk 32 befestigt mit dem der Winkelprüfkopf 3 verbunden ist.
Die Welle 45 wird durch einen im Teleskoprohr 48 angeordneten Stellantrieb 47 vorzugsweise in zwei Richtungen verdreht, so daß der Winkelprüfkopf 3 über das Kardangelenk um seine Achse 33 die gleiche Drehbewegung ausführt.
Über die mittels einer Druckfeder 31 vertikal bewegbare Welle 45 wird der Winkelprüfkopf 3 mit einer gleichbleibenden Kraft an die Fläche des Stutzenfeldes gedrückt.
Die Vorrichtung wird über nicht dargestellte Leitungsverbindungen fernbedient. Nachdem über Drehkranz 11, Prüfwagen 19, Stange 22 und Außenteil 27 das zu prüfende Stutzenfeld angefahren ist, wird die Stange 22 über denkombinierten Hub-und Drehantrieb in Bewegung versetzt. Der Winkelprüfkopf rotiert entsprechend dem eingestellten Rotationsradius "r" über das zu prüfende Stutzenfeld und wird mit Hilfe der Druckfeder 31 mit gleichmäßiger Kraft an das Stutzenfeld gedrückt. Die Drehbewegung kann selbstverständlich durch zur sätzliche Veränderung des Rotationsradius "r" zu einer Spiralbewegung werden. Eine zusätzliche Drehung des Winkelprüfkopfes um seine Achse 33 im Bereich des Schiel-Winkels 8 ergibt den erwünschten Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 11 zeigt eine besondere Ausbildung der Vorrichtung bei der eine Führung durch den abgesetzten Teil 34 der Stange 22 in einer Stutzenbohrung nicht erforderlich ist. Die Achse der Stange 22 ist dabei senkrecht zur Prüflingsfläche 48 angeordnet.
Fig. 12 zeigt in vereinfachter Darstellung die Prüfvorrichtung beim Prüfen der Stutzenfelder des Reaktordruckbehälterbodens 2.
Die gleiche Vorrichtung wie für den Reaktordruckbehälterdeckel beschrieben, arbeitet hier lediglich in hängender Weise. Der kombinierte Hub- und Drehantrieb 21 ist an einem Prüfwagen 19 befestigt, der in der Führungsschiene 17 geführt ist. Die Führungsschiene ist Teil einer bekannten Manipuliereinrichtung 36.
Wie aus Fig. 13 zu ersehen ist, sind auch die an die Stutzenfelder des Reaktordruckbehälterdeckels angrenzenden Bereiche wie z.B. Rundschweißnaht 37 und Konsolen 38 der Steuerstabbühne mit der Vorrichtung prüfbar. Dazu wird an das freie Ende des abgesetzten Teils 34 der Stange 22 das Innenteil 26 des Halters 25 gelenkig befestigt. Auf dem Außenteil 27 sind mehrere Prüfköpfe 39 angeordnet. Die Stellung des Außenteils kann über den Stellantrieb 28 in Pfeilrichtung 40 bewegt werden. Nachdem die Prüfköpfe an die Geometrie des Pruflings angepaßt sind, erfolgt die Drehbewegung der Gesamtvorrichtung über den Drehantrieb 13 des Drehkranzes 11.

Claims

Patentansprüche l.jVerfahren zum Ultraschallprüfen der Stutzenfelder am Boden und/oder Deckel eines Reaktordruckbehälters, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkelprüfkopf (3) eine konstante Drehbewegung mit einem Rotationsradius "r" größer als O ausführt und dabei gleichzeitig um die Prüflingsnormale (33) im Bereich des Schielwinkels Y verdreht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Drehbewegung der Winkelprüfkopf einen konstanten Schielwinkel Y aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Drehbewegung der Winkelprüfkopf eine Pendelbewegung um den Schielwinkel tf ausführt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelprüfkopf senkrecht zur Prüflingsnormalen (33) bewegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelprüfkopf eine Rotationsbewegung mit dem Radius "r" = 0 ausführt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Drehbewegung des Winkelprüfkopfes (3) geprüfte Volumen zumindest teilweise von der Drehbewegung anderer Winkelprüfköpfe überlagert wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem abgesetzten Bund (24) einer sowohl um ihre Achse (23) drehbaren als auch vertikal bewegbaren Stange (22) ein Halter (25) gelagert ist auf dem parallel zur Achse (27) der Stange (22) ein teleskopförmig ausgebildetes Rohr (30) befestigt ist, daß am freien Ende einer vertikal beweglichen Welle (45) ein Kardangelenk (32) angeordnet ist, daß der Winkelprüfkopf mit diesem Kardangelenk verbunden ist, daß ein in dem Teleskoprohr (48) angeordneter Stellantrieb (47) die Welle (45) antreibt und der Winkelprüfkopf um die Prüflingsnormale (33) über das Kardangelenk in beiden Richtungen drehbar ist, daß die Stange (22) die Hubstange eines kombinierten Hub- und Drehantriebes (21) darstellt und mit dem freien Ende ihres abgesetzten Teils (34) in einer Stutzenbohrung (35) geführt ist, daß der kombinierte Hub- und Drehantrieb (21) auf einem Prüfwagen (19) befestigt ist, der entlang einer diametral auf einem Drehkranz (11) angeordneten Führungsschiene (17) bewegbar ist, daß der kugelgelagerte Drehkranz auf Konsolen (9) ruht, die am Abstellring (8) für den Reaktordruckbehälterdeckel befestigt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfwagen (19) in einer an einem bekannten Manipulator für Reaktordruckbehälter-Innenuntersuchungen befestigten Führungsschiene (17) bewegbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (25) aus einem Innen- (26) und Außenteil (27) besteht, daß das Innenteil (26) mit dem abgesetzten Bund (24) der Stange (22) fest verbunden ist, daß auf dem Außenteil (27) das teleskopförmig ausgebildete Rohr (30) befestigt ist und daß über einen am Innenteil (26) angelenkten Stellantrieb (28) das im Innenteil (26) geführte Außenteil (27) senknrecqht,nZ0; achse(23) bewegbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsfläche des Winkelprüfkopfes mit Hilfe einer Druckfeder (31) immer mit gleicher Kraft an die Prüflingsfläche andriickbar ist.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (23) der Stange (22) senkrecht zur Prüflingsfläche (48) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (25) am freien Ende des abgesetzten Teils (34) der Stange (22) gelenkig befestigt ist und über auf dem Außenteil (27) des Halters (25) angeordnete Prüfköpfe der an die Stutzenfelder des Reaktordruckbehälterdeckels anschließende Bereich prüfbar ist.