TWI288934B - Electric discharge machining sampling apparatus and in-situ sampling method - Google Patents

Description

1288934 玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明通常係關於核子反應器的檢查，而更特別地係關 於一種電子放電加工（EDM)裝置以獲得一材料取樣在一核 子反應器壓力容器。 【先前技術】 一沸水反應器（bwr)的反應器壓力容器（RPV)典型地具 有通#是圓柱形且在兩端處閉合，例如，下頭部和一可 移動的上頭.邵。-上辅助線典型地被隔開在—RPV内的核 心板之上。一核心遮蔽物典型地環繞核心且被一遮蔽物支 架結構支撐。特別是，此遮蔽物具有一通常是圓柱形且環 繞核心板和上辅助線二者。有一間隔或環位於此圓柱反應 器壓力容器和圓柱形狀的遮蔽物。 操作BWRs的内部冷吉構易受到各種腐姓和破裂的處理。壓 力腐蚀破裂（SCC)是—已知發生在反應器元件，|結構性的 元件答、'泉扣件，和坪接處，曝露於高溫水中的現象。 此反應器兀件受到各式各樣與，例如熱膨脹的差異，對於 反應器冷卻水之抑制所需要的工作壓力，和其他像來自於 焊接，冷作用和其他不均勻金屬處理有關的壓力。此外， 水化學作用，焊接，熱處理和輻射可能增加在一元件中金 屬對於SCC的感受度。 像惰性金屬化學添加（NMCA)的表面處理被用來產生一 附著的，微層鍍膜或薄膜在核子反應器元件的表面。在應 用期間，NMCA處理可能不是均勻放置，且在保養期間， 86648 1288934 由於腐姓或其他的結構’此處理可能自表面移除。要測量 在表面上NMCA的分伟或濃度’需要材料表面氧化物的試 樣。一足夠I面範圍和質量的試樣需要冑得對反應器元件 最小的破壞。 一種用以獲得材料表面氧化物簡的方法含有一小型砂 輪或磨石的使用’和-結合的真空以收集磨屑或殘逢:此 方法典型地不提供一適合的試料尺寸給必需的測量。另一 獲得材料表面氧化物試料的方法含有一加工毛口或類似的 工具以去除-包括表面氧化物之金屬表面的碎片。此方法造 成大的表面凹痕’且也可能在金屬碎片被去除前破壞或分 散重要的氧化物。仍有另-個獲得材料表面氧化物試料的 方法含有藉由加工或類似的處理從反應器元件去除材料的 大型4料…大型試料的去除在相當大程度上改變了反疯 器元件的表面，且可能要求維修，反應器元件的特別分； ，或未來反應器元件的使用的監控。 【發明内容】 在-方面，提供一種由金屬元件表面獲得試樣的電子方 电加工取U置。此取樣裝置可在水中操作且包括—基由 和一電極總成可移動地結合至此基板。此電極總成包括— 電子放電電極和-帶有包括至少-個鐵孔延伸由此通過的 :扛f此取樣裝置也包括—粒子收集總成可操作地結合 "此4 °每—個電極鑽孔都在—流體中與粒子收集總成 互通0 在另—方面，提供一種 由在核子反應器中元件表面獲得 86648 1288934 試樣的電子放電加工取樣裝置。此取樣裝置可在水中操作 且包括一基板和一電極總成可移動地結合至此基板。此電 極總成包括一電子放電電極和一帶有包括至少一個鑽孔延 伸由此通過的電極座。此取樣裝置也包括一粒子收集總成 可操作地結合至此電極。每一個電極鑽孔都在一流體中與 粒子收集總成互通。此粒子收集總成包括一過濾器介質置 於一過濾器罩中，而該過滤器罩可操作地結合至一真空源。 在另一方面，提供一種完成在核子反應器中金屬元件表 I 面的現場取-樣的方法。此方法包括定位靠近在反應器中反 應器元件之金屬表面的電子放電加工取樣裝置，啟動此取 樣裝置以自此反應器元件的表面產生粒狀的碎片，和收集 此粒狀的碎片。此取樣裝置可在水中操作且包括一基板和 一電極總成可移動地結合至此基板。此電極總成包括一電 子放電電極和一帶有包括至少一個鑽孔延伸由此通過的電 極座。此取樣裝置也包括一粒子收集總成可操作地結合至 此電極。每一個電極鑽孔都在一流體中與粒子收集總成互 參 通。 【實施方式】 一種可在水中操作的電子放電加工（EDM)取樣裝置，其 能夠自沸水核子反應器的元件中獲得材料試樣，將更詳細 地描述於下。此EDM取樣裝置容易定位在反應器中且能夠 維持在反應器中的位置以完成用對反應器元件的表面最小 和可忽略之破壞，從一反應器元件抽取材料的過程。此試 料材料（包括NMCA薄膜和任何其他的表面氧化物）從此元 86648 1288934 件之預定的表面區域移出，和可以從反應器移出以傳送至 一實驗室或測試系統來分析。 此EDM取樣裝置描料下關於從核子反應元件獲得試樣 二然而’此疆取樣裝置可以用來在各式各樣的應用中獲 得兀件的金屬試樣。例如，此聰取樣裝置可以用來檢查 儲水槽或管線的表面氧化物情況，或檢查生長在高溫氣體 滿輪機或噴射引擎元件上的氧化物。此職取樣裝置也可 2用於實驗室分析，其中金屬試樣必須具有自表面移出的 氧化物層以適當地檢查裸露的基層金屬。 現在參考圖例，圖1是—部分切開之滞水核子反應器壓力 客器（RPV) 10的截面圖。Rpv 1〇具有一般的圓柱形狀且一 端靠近下頭部12而另一端靠近一可移動的上頭部14。一側 壁16延伸自下頭部12至上頭部14。侧壁16包括一上邊緣Μ =頭部Η結合至上邊緣18。—圓柱形狀的核心遮蔽㈣ 料反應器的核心22。在遮蔽物2〇的—端由—遮蔽物支架 24支撐及包括一可移動的遮蔽物頭26在另一端。—環”8 形成在遮蔽物2〇和側壁16之間。—環㈣浦㈣延伸: 開口 32，每一開口嵌入一 已括4夕函形的 遮蔽物20做圓周地分佈。一 士人古+,好 互板言36猎由—轉換總成 土二贺射幫浦34。每一噴射幫浦34包括—入口” 合器40,和—擴散器42。入口暨此 浦34形成-噴射㈣總成44。 ^料㈣㈣ 熱產生在包括可引起核分裂材料之燃料包Μ的核心如 86648 -10 - 1288934 。循環經過核心的水至少部分地轉換成為蒸汽。蒸汽分隔 器48分開蒸汽與7]c ’其被再循環。剩餘的水用&汽乾燥器 從蒸汽去除。此蒸汽_RPV 1G經過—靠近容器上頭部 14的蒸汽出口 5 2。 產生在核心22中熱的4藉由播入和取丨巾子吸收材料 (像例如，碳化硼）的控制棒54來調整。在控制棒54被插入棘 料包46的範圍内，其吸收中+，要不然會引發連鎖反應而 產生熱在核心22中。控制棒導引管56維持控制棒在插入和 取出期間的-垂直運動。控制棒驅動器58影響控制棒54的插 入和取出。控制棒驅動器58延伸通過下頭部12。 燃料包46藉由位於核心22之基底處的核心板⑼來排成一 列。一上導引62和燃料包46排成一列當其降低進入核心22 中。核心板60和上導引62被核心遮蔽物2〇所支撐。 圖2是一根據本發明之範例的實施例之edm取樣裝置7〇 的透視圖。取樣裝置70包括一基板72和一電極總成74可移 動地結合土此基板7 2。電極總成7 4包括一電子放電電極7 6 和一電極座78。鑽孔80延伸通過電極76。電極76可以形成 自任何適合的材料，例如，石墨或一銀鎢材料。 取樣裝置70也包括一粒子收集總成82可操作地結合至電 極76，每一個電極鑽孔80都在流體中與粒子收集總成互通 。收集總成82包括一過滤元件84(顯示於圖4中）置於一過濾 器罩86内。收集總成82可操作地結合至一水真空幫浦（未示 出）以抽出含有自EDM程序經由電極鑽孔80而進入過濾器 罩86產生的細小粒子或”屑”的水。在罩86内，當水通過過 86648 1288934 滤為罩86時’屑被收集在過濾元件μ上。在另一實施例中 黾極座7 8包括在泥體中與過遽器罩互通的鑽孔以提供給 在收集總成82中屑的收集。 一驅動機構90結合至基板72和藉由一驅動帶94可操作地 結合至一馬達92。馬達92藉由安裝托架96結合至基板72。 驅動機構90包括一支撐方塊％結合至基板72，吊運車1〇〇可 “作地結合至一導引螺桿1 〇2和線性滑軌丨〇4。一乙形安裝托 架106結合至吊運車100且依附於過濾器罩％和電極座78。 一驅動滑輪J08可操作地結合至導引螺桿1〇2且依大小來接 受驅動帶94。 一杈直托架110結合至基板72。可調整的水平測量螺栓 112延伸自校直托架110的第一表面114。水平測量螺栓112 在反應為10中裝置70的安裝之前被校準以適應被檢查之反 應器元件的曲率。 參考圖3 ’ EDM取樣裝置7〇也包括—定位總成116其包括 -支撐托架118和-用以結合裝置7〇至—反應器元件的裝 置120。在此範例的實施例中，用以結合裝置7〇至一反應器 元㈣裝置120包括吸力杯m結合至支撐托架ιΐ8。在其他 的只施例t用以結合裝置7〇至_反應器元件的適當裝置 12〇包括（但纟_於）—夹子總成，一模子總&，一釣子總 成’扣件總成，和里★人 ”、、且口 同I地，圖4顯示帶有收集的屑 124的過濾元件84。 要自一反應器10之开株的矣品猶 <兀件的表面獲传一測試試料，取樣裝 置70被置於反應器1〇φ > ◦中水下，具有電極76緊靠被檢查之 86648 -12- 1288934 反應恭元件的表面。吸力杯122將取樣裝置7〇固定在反應器 兀件的表面，帶有可調整的水平測量螺栓丨丨2接觸此反應器 元件的表面以使電極76和此反應器元件的表面成一直線。 啟動馬達92來沿著線性滑軌1〇4移動吊運車1〇〇以定位電極 76在距此反應器元件的表面之希望的距離。啟動edm電極 76以產生一電子放電來汽化此反應器元件的表面並產生細 小的粒子碎片或屑。水和屑藉由水真空幫浦（未示出）的作用 被導向通過在電極中的鑽孔8〇，且被收集在過遽器罩％内 4的過濾元件84上。然後裝置7〇被關機並從反應器1〇移出 。從過遽器罩86移出過濾元件84並傳送至—實驗室或測試 系統（未示出）用Μ分析來判斷沉殿在被檢查之反應器元件 的表面上之惰性金屬的量或濃度。 、取樣裝置70自反應器元件獲得試料以判斷惰性金屬的濃 度’其僅在此反應器轉上產生很淺的（大約請⑴幅 英吋的深度)試料面積。此淺的試料面積具有極微小或可忽 各的〜#在此反應益凡件的表面。此試料面積的深度由 疆參數控制，例如電極材料，供給電極的電流和電壓， 及放電時間。同樣地，此供給的電流和電壓可以是常數或 具有可變振幅，脈衝頻率和脈衝持續時間的規律震動。 當本發明已經根據各種特^實施例描述時，那些在技術 上4練的人會g忍出’本日曰 士 不毛明可以在申請專利範圍的精神和 範疇内修改後實行。 【圖式簡單說明】 86648 -13 - 1288934 圖2是一根據本發明之實施例的取樣裝置之透視圖。 圖3是一顯示於圖2中之取樣裝置結合於一傳送工具的透 視圖。 圖4是一顯示於圖2中之取樣裝置的過濾器元件的上視圖。 【圖式代表符號說明】 10 济水核子範反應器壓力容器 12 下頭部 14 可移動上頭部 16 侧壁 18 上緣 20 核心遮蔽物 22 反應器核心 24 遮蔽物支架 26 可移動遮蔽物頭 28 環形 30 幫浦座 32 圓形開'口 34 噴射幫浦 36 入口豎板管 38 轉換總成 40 入口混合器 42 擴散器 44 喷射幫浦總成 46 燃料包 86648 -14 - 1288934 48 蒸汽分隔器 50 蒸汽乾燥器 52 蒸汽出口 54 控制棒 56 控制棒導引管 58 控制棒驅動器 60 核心板 62 上導引 70 EDM取樣裝置 72 基板 74 電極總成 76 電子放電電極 78 電極座 80 鐵孔 82 粒子收集總成 84 過漉元件 86 過濾器罩 90 驅動機構 92 馬達 94 驅動帶 96 安裝托架 98 支撐方塊 100 吊運車 102 導引螺桿 -15 86648 1288934 104 線性滑軌 106 L形安裝托架 108 驅動滑輪 110 校直托架 112 水平測量螺栓 114 第一表面 116 定位總成 118 支撐托架 120 裝置 122 吸力杯 124 收集的屑 16 86648

Claims (1)

1. 1288編^22627號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(96年4 拾、申請專利範園： 一種用以從金屬元件之-表面獲得試樣之電子放電加 工取樣裝置，該裝置可在水中操作且包含： 一基板； -電極總成可移動地耦合至該基板’該電極總成包令 -電子放電電極和-電極座，該電極包含至少一個鑽孔 延伸由此通過； 一粒子收集總成可操作地耦合至該電極，該至少一個 電極鑽孔在流體中與該粒子收集總成互通，·及 -耦合至該基板之定位總成，該定位總成包括耦合至 該基板之-支揮托架以及將該取樣裝置麵合至一元件 之一構件。 3. 2.如申請專利範圍第1項之裝置，更包含-馬達和一電極 驅動機構可操作地輕合至該馬達和該電極總成。 如申請專利範圍第2項之裝 衣直，、中該電極驅動機構被 配置以沿一大體上盥一 傲 ^疋件之表面垂直的一平面 該電極總成。 砂勒 4. 更包含一耦合至該基相 其中該校直牦架包含5 如申請專利範圍第丨項之裝置 之校直托架。 5 ·如申睛專利範圍第4項之裳置 少三個水平測量螺栓。 6·如申請專利範圍第1項 置至一元件㈣構^該取们 樓托架。 …少二個吸力杯輕合至該支 86648-960402.DOC 1288934 ，一 - 7如申請專利範圍第1項之裝置，其中該粒子收集總成包含 置於一過濾器罩中的一過濾元件，該過濾器罩可操作地 耦合至一真空源。 8· —種用以從一核子反應器中之元件之一表面獲得試樣 之電子放電加工取樣裝置，該裝置可在水中操作且包含 一基板， 一可移動地耦合至該基板之電極總成，該電極總成包 含一電子放電電極和一電極座，該電極包含至少一個鑽 孔延伸由此通過； 一耦合至該基板之校直托架，該校直托架包含至少三 個水平測量螺栓；及 一粒子收集總成，其可操作地耦合至該電極，該至少 一個電極鑽孔在流體中與該粒子收集總成互通，該粒子 收集總成包含置於一過濾器罩中的一過濾元件，該過渡 器罩可操作地耦合至一真空源。 9·如申請專利範圍第8項之裝置，更包含：一馬達和一電 極驅動機構，該電極驅動機構可操作地耦合至該馬達和 該電極總成，該電極驅動機構被配置以沿一大體上與一 反應器元件之表面垂直的一平面移動該電極總成。 10·如申請專利範圍第8項之裝置，更包含耦合至該基板之 一定位總成。 π.如申請專利範圍第ίο項之裝置，其中該定位總成包含耦 合至該基板之一支撐托架以及將該取樣裝置麵合至一 86648-960402.DOC -2- 1288934 修(史)正替換頁 反應器元件之一 一·^一-—〜 12. 如申請專利範圍第11項之扭 項之裝置，其中用以連接該 置至一反應器元件的嗜播从—入s， 银表 構件包含至少二個耦合至該支 撐托架之吸力杯。 叉 13. 一種在一核子反應器中執行元件 之方法’該方法包含： 之金屬表面現場取樣 定位在該反應器中相鄰 之一電子放電加工取樣裝 啟動該取樣裝置以便自 狀之碎片；及 一反應器元件之一金屬表面 置； 該反應器元件之表面產生粒 收集該粒狀之碎片 一基板； 該電子放電加工取樣裝置包括： 、-可移動地耦合至該基板之電極總成，該電極總 成包3 f子放電電極和—^極座，該電極包含至少 一個鑽孔延伸由此通過；及 一粒子收集總成，其可操作地耦合至該電極，該至 少一個電極鑽孔在流體中與該粒子收集總成互通，其 中名取樣裝置更包括一定位總成耦合至該基板，該定 位總成包括耦合至該基板之一支撐托架以及將該取 樣裝置耦合至一反應器元件之一構件，該定位在該反 應器中相鄰一反應器元件之一金屬表面之一電子放 電加工取樣裝置包括定位相鄰該反應器元件之取樣 裝置以及將該取樣裝置耦合至該反應器元件。 14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該取樣裝置更包含 86648-960402.DOC 1288934 沙卜y修(.更)正替换貢I ‘· ,— —〜一·…—..... 」 一馬達和一電極驅動機構，該電極驅動機構可操作地輕 合至該馬達和該電極總成，該電極驅動機構被配置以沿 一大體上與一反應器元件之表面垂直的一平面移動該 電極總成，及定位在該反應器中相鄰一反應器元件之一 金屬表面之一電子放電加工取樣裝置包括啟動該電極 驅動機構以便自該反應器元件之表面將該電極定位一 預定的距離。 1 5 ·如申請專利範圍第i 3項之方法，其中該取樣裝置更包含 李禺合至δ亥基板之一校直托架，該校直托架包含至少三個 水平測畺螺栓，及定位在該反應器中相鄰一反應器元件 之一金屬表面之一電子放電加工取樣裝置包括將該取 樣裝置耦合至該反應器元件以便該至少三個水平測量 螺栓接合該反應器元件之表面。 6 ·如申印專利範圍第13項之方法，其中該取樣裝置更包含 置於一過濾器罩中的一過濾元件，該過濾器罩可操作地 耦口至真空源，及收集該粒狀之碎片包括導引該粒狀 之碎片通過該電極鑽孔、進人該過遽器罩中以及至該過 /慮件卜。 17.如申請專利範圍第16項之方法，其中導引該粒狀之碎片 $過遠電極鑽孔包括施加—真空至粒狀收集總成以便 流動水與該粒狀之碎片通過該至少—電極鑽孔、進入該 過濾器罩中以及至該過濾元件上。 18·如申請專利範圍第13項之方法，更包括藉由控制電子放 電力4置之電流與電壓輸人，控制從該反應器元件之 86648-960402.DOC -4- 1288934 表面所移除之金屬之數量。 19.如申請專利範圍第1 8項之方法，其中控制電流與電壓輸 入包括以可變振幅、脈衝頻率與脈衝持續時間震動該電 流與電壓輸入。 86648-960402.DOC