DE4213139A1 - Verfahren und anordnung zur ultraschallpruefung eines zylindrischen koerpers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Anordnung zur Ultraschallprüfung eines zylindrischen Kör­ pers, insbesondere eines in der Gitterplatte eines Kernge­ rüstes eingebauten Brennelementzentrierstiftes.

Die in der Gitterplatte des Kerngerüstes eines Kernreak­ tors eingebauten Brennelementzentrierstifte müssen in re­ gelmäßigen Abständen auf Fehler untersucht und bei Vor­ liegen eines Fehlerbefundes ausgetauscht werden. Besonders beanspruchte Stellen befinden sich im Bereich des Wand­ dickensprungs, mit dem der Zentrierstift auf der Gitter­ platte aufsitzt, und im Randbereich des in die Gitterplat­ te hineinragenden Schaftes, der durch die Gitterplatte hindurchragt und auf ihrer Rückseite gegen die Gitterplat­ te durch eine Schraubsicherung oder durch Verformung ver­ spannt ist.

Eine Prüfung eingebauter Zentrierstifte ist jedoch nur von der Oberseite der Gitterplatte her möglich. Um mit einer Ultraschallprüfung nach dem Impuls-Echo-Verfahren auch innerhalb der Gitterplatte liegende Fehlstellen zu errei­ chen, ist beispielsweise aus den Tagungsband der DGZfP-Jah­ restagung 21. bis 23. Mai 1990 in Trier, Seiten 385 bis 392, eine Meßanordnung bekannt, bei der ein Prüfkopf ver­ wendet wird, der nach der sogenannten Winkelspiegeltechnik arbeitet. Bei dieser Winkelspiegeltechnik wird die vom Ultraschallgeber emittierte Ultraschallwelle mehrfach an der innerhalb der Gitterplatte liegenden Oberfläche des Zentrierstiftes reflektiert und durchquert ihn dabei mehr­ mals.

Dieses bekannte Verfahren ist jedoch nicht geeignet für die Ultraschallprüfung von Zentrierstiften, die eine in Längsrichtung verlaufende durchgehende Bohrung aufweisen. Diese Bohrung stellt für die Fortpflanzung der bei der bekannten Anordnung eingekoppelten Ultraschallwellen ein Hindernis dar, so daß diese Ultraschallwellen die inner­ halb der Gitterplatte liegenden Bereiche des Zentrier­ stiftes nicht mehr erreichen können.

Zur Prüfung solcher Zentrierstifte ist aus dem vorstehend genannten DGZfP-Tagungsband, S. 556 bis 563, insbesondere Bild Nummer 5, eine sogenannte Sondenprüftechnik bekannt, bei der eine Ultraschallprüfsonde in die Bohrung des Zentrierstiftes eingeführt wird.

In ein und derselben Gitterplatte können jedoch sowohl Zentrierstifte mit als auch ohne Längsbohrung angeordnet sein. Die Prüfung der Zentrierstifte einer Gitterplatte erfordert dann zwei unterschiedliche Verfahren, für die entsprechende Prüfsonden bereitgestellt werden müssen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung zur Ultraschallprüfung eines Zentrierstiftes anzugeben, die eine Prüfung von Fehlern im eingebauten Schaftteil des Zentrierstiftes ermöglichen, und die sowohl bei einem mit einer durchgehenden zentralen Bohrung versehenen Zentrierstift als auch bei einem ungebohrten Zentrierstift anwendbar sind.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. mit einer Anordnung mit den Merkmalen des Anspruches 2 gelöst. Bei einem Verfahren zur Ultraschallprüfung eines zylindri­ schen Körpers nach dem Impuls-Echo-Verfahren gemäß der Er­ findung werden Echosignale erfaßt, die von einer auf den Körper einfallenden Ultraschallwelle erzeugt sind, deren Einfallsebene schräg zur Längsachse des Körpers orientiert ist. Die auf den Körper einfallende Ultraschallwelle trifft somit auf seine Oberfläche unter einem schiefen Winkel zur senkrecht zur Längsachse des Körpers verlaufen­ den Ebene und unter einem schiefen Winkel zur senkrecht zur Längsachse des Körpers verlaufenden Oberflächentangen­ te auf. Durch die schiefwinklig zur die Oberflächennormale enthaltenden und zur Längsachse senkrechten Ebene erfol­ gende Einkopplung können Fehlstellen erreicht werden, die sich in dem Teil des Zentrierstiftes befinden, der in die Gitterplatte hineinragt. Die schiefwinklige Einstrahlung zur senkrecht zur Längsachse des Körpers verlaufenden Oberflächentangenten bewirkt eine zusätzliche Beugung der Ultraschallwelle in Richtung des Außenmantels, so daß die zentrale Bohrung des Zentrierstiftes von den Ultraschall­ wellen umgangen werden kann.

Eine Anordnung zur Ultraschallprüfung von zylindrischen Körpern, insbesondere von Zentrierstiften im eingebauten Zustand, umfaßt einen Ultraschallsender zum Erzeugen einer auf den Körper einfallenden Ultraschallwelle und einem Ultraschallempfänger zum Empfangen von Echosignalen, wobei die Sendefläche des Ultraschallsenders derart angeordnet ist, daß die von ihr ausgehende Ultraschallwelle eine schräg zur Längsachse des Körpers orientierte Einfalls­ ebene bildet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Anordnung vorgesehen, bei der der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger mit ihrer Sende- bzw. Empfangs­ fläche spiegelsymmetrisch zu einer die Längsachse des Körpers enthaltenden Ebene einander gegenüber angeordnet sind.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine hohlzylindrische Meßzelle vorgesehen, die den Ultraschallsender und den Ultraschallempfänger enthält, und die auf den Zentrierstift aufgesteckt und um ihn ge­ dreht werden kann.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das Aus­ führungsbeispiel der Zeichnung verwiesen, in deren Fig. 1 und 2 eine Anordnung gemäß der Erfindung in ei­ ner seitlichen Draufsicht bzw. einem Querschnitt schema­ tisch veranschaulicht ist.

Gemäß Fig. 1 sitzt ein Zentrierstift 2 mit seiner Bund­ kante auf der Gitterplatte 4 eines Kerngerüstes auf und ragt mit einem Schaftteil 3 in die Gitterplatte 4 hinein. Der Zentrierstift 2 ist entlang seiner Längsachse 5 mit einer Bohrung 6 versehen, durch die beispielsweise ein Werkzeug zum Fixieren des Schaftteiles 3 in der Gitter­ platte 4 eingeführt werden kann.

Zur Prüfung von Fehlern 30, die sich innerhalb dieses Schaftteiles 3 befinden, ist eine Meßanordnung vorgesehen, die einen Ultraschallsender 12 und einen Ultraschall­ empfänger 14 enthält, die einander gegenüberliegend in einer hohlzylindrischen Meßzelle 10 angeordnet sind. Der Ultraschallsender 12 sendet ein Ultraschallwellenbündel, dessen Mittenstrahl 20 an einem Punkt 21 auf die Oberflä­ che des Zentrierstiftes 2 auftrifft. Der Mittenstrahl 20 fällt mit der Mittensenkrechten der Sendefläche des Ultra­ schallsenders 12 zusammen und ist in der Figur gestrichelt gezeichnet. Er verläuft oberhalb der die zeichnerisch dargestellten Längskanten des Zentrierstiftes 2 enthalten­ den Ebene. Der Punkt 21, in dem der Mittenstrahl 20 auf die Oberfläche des Zentrierstiftes 2 auftrifft, liegt dann ebenfalls außerhalb dieser Ebene. Die Ultraschallwelle 20 trifft im Punkt 21 unter einem schiefen Winkel α zur die Oberflächennormale zu diesem Punkt 21 enthaltenden und senkrecht zur Längsachse 5 verlaufenden Ebene 26 auf die Oberfläche des Zentrierstiftes 2 auf und wird in Richtung auf das Schaftteil 3 hin gebrochen. Die eingekoppelte, gebrochene Ultraschallwelle 22 wird an der Fehlerstelle 30 reflektiert. Die an der Fehlerstelle 30 reflektierte Ultraschallwelle 24 wird am Punkt 23 aus dem Zentrierstift 2 ausgekoppelt. Die ausgekoppelte Ultraschallwelle 25 wird als Echosignal vom Ultraschallempfänger 14 empfangen.

Die einfallende Ultraschallwelle 20 und die eingekoppelte Ultraschallwelle 22 legen somit eine Einfallsebene fest, die schräg zur Längsachse 5 orientiert ist.

Im Querschnitt gemäß Fig. 2 ist zu erkennen, daß die vom Ultraschallsender 12 emittierte Ultraschallwelle 20 mit ihrer parallel zur Zeichenebene verlaufenden Komponente unter einem schiefen Winkel β zur senkrecht zur Längs­ achse des Zentrierstiftes 2 durch den Punkt 21 verlaufen­ den Tangente 27 auftrifft. Die Ultraschallwelle 20 ist ge­ strichelt eingezeichnet, da sie unterhalb der Zeichenebene unter dem Winkel α schräg nach unten verläuft. Dadurch wird die Ultraschallwelle 20 in Richtung zum Außen­ mantel des Zentrierstiftes 2 gebrochen. Die sich im Innern des Zentrierstiftes 2 fortplanzende gebrochene Ultra­ schallwelle 22 verläuft dann schräg nach unten zum unter­ unterhalb der Zeichenebene befindlichen Fehler 30 und wird dort reflektiert. Die reflektierte Ultraschallwelle 24 trifft am Punkt 23 auf die Oberfläche des Zentrier­ stiftes 2 und tritt dort als Ultraschallwelle 25 aus dem Zentrierstift 2 aus und wird vom Ultraschallempfänger 14 erfaßt.

Die Mittensenkrechten der Sende- bzw. Empfangsfläche des Ultraschallsenders 12 bzw. des Ultraschallempfängers 14, die im Beispiel der Figur mit den dargestellten Mitten­ strahlen der Ultraschallwellen 20 bzw. 25 zusammenfallen, schneiden den Zentrierstift 2 in Punkten 21 bzw. 23, deren Verbindungslinie eine parallel zur Längsachse 5 des Zentrierstiftes aufgespannte Ebene 28 festlegen, die im Ausführungsbeispiel die Längsachse 5 nicht enthält.

Der Ultraschallsender 12 und der Ultraschallempfänger 14 sind im Beispiel der Figur mit schräg nach unten geneig­ ter Sende- bzw. Empfangsfläche zueinander spiegelsymme­ trisch derart angeordnet, daß die von den Mittensenkrech­ ten ihrer Sende- und Empfangsflächen senkrecht zu diesen aufgespannten Ebenen mit dieser Ebene 28 zusammenfallen und senkrecht zur Zeichenebene in einem Abstand a von der Längsachse 5 des Zentrierstiftes 2, die mit der Längsachse der Meßzelle 10 zusammenfällt, verläuft. Im Beispiel der Figur sind somit die Schnittkanten der Sende- und Empfangsfläche parallel zueinander angeordnet. Es sind jedoch auch Anordnung möglich, bei der die Schnittkanten der Sende- und Empfangsfläche ebenfalls geneigt zueinander verlaufen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Ultraschallprüfung eines zylindrischen Körpers (2) nach dem Impuls-Echo-Verfahren, bei dem Echosignale erfaßt werden, die von einer auf den Körper (2) einfallenden Ultraschallwelle (20) erzeugt sind, deren Einfallsebene schräg zur Längsachse (5) des Körpers (2) orientiert ist.

2. Anordnung zur Ultraschallprüfung eines zylindrischen Körpers (2) mit einem Ultraschallsender (12) zum Erzeugen einer auf den Körper (2) einfallenden Ultraschallwelle (20) und einem Ultraschallempfänger (14) zum Empfangen von Echosignalen, wobei die Sendefläche des Ultraschallsenders (12) derart angeordnet ist, daß die von ihr ausgehende Ultraschallwelle (20) eine schräg zur Längsachse (5) des Körpers orientierte Einfallsebene bildet.

3. Anordnung zur Ultraschallprüfung eines zylindrischen Körpers nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ultraschallsender (12) und der Ultraschallempfänger (14) mit ihrer Sende- bzw. Empfangs­ fläche spiegelsymmetrisch zu einer die Längsachse (5) des Körpers (2) enthaltenden Ebene einander gegenüber ange­ ordnet sind.

4. Anordnung zur Ultraschallprüfung eines zylindrischen Körpers nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mittensenkrechten der Sende- bzw. Empfangsfläche den Körper (2) in Punkten (21 bzw. 23) schneiden, deren Verbindungslinie eine parallel zur Längsachse (5) des Körpers (2) aufgespannte Ebene (28) festlegen, die die Längsachse (5) nicht enthält.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallsender (12) und der Ultraschallempfänger (14) in einer Meßzelle (10) angeordnet sind, die auf den Körper (2) aufschiebbar ist.