Диссертация (Расчетно-экспериментальный анализ влияния термосиловых воздействий на повреждение узла приварки коллектора теплоносителя к корпусу парогенератора ПГВ-1000М), страница 12

= 33 мм2), как достаточный дляоценки динамики роста наиболее опасных протяженных дефектов в зоне СС №111 в течениевсей топливной кампании РУ.Одним из ограничений разработанной технологии непрерывного УЗ контроля СС №111является возможность наблюдения за развитием дефектов только в локальной зоне СС №111 вместе установки акустического волновода с УЗ преобразователями, которая по периметруСС №111 составляет около 50 мм. Таким образом, установку измерительной оснастки длянепрерывного УЗ контроля СС №111 в течение всей топливной кампании РУ целесообразно61осуществлять только в зонах, где потенциально возможно образование и ускоренное развитиедефектов в процессе эксплуатации. Данное ограничение компенсируется посредствомустановки подсистемы непрерывного акустико-эмиссионного контроля СС №111, котораяпредназначена для контроля на развивающимися дефектами по всему периметру СС №111.2.2.3.

Разработка технологии непрерывного акустико-эмиссионного контроля СС №111Метод акустико-эмиссионного контроля оборудования и трубопроводов АЭС основан нарегистрации и анализе акустических волн (сигналов), возникающих в процессе пластическихдеформаций и/или развитии несплошностей в металле контролируемых объектов [69].Подрастание трещины, возникающее под действием внешних и внутренних факторов,имеет скачкообразный характер, при котором чередуются периоды стабильного состояниятрещины при возможном увеличении пластической деформации у ее вершины и периоды, когдатрещина меняет свою длину с околозвуковой скоростью, переходя в новое состояниеравновесия.

Переход сопровождается упругой волной, регистрируемой преобразователем каксигнал дискретной акустической эмиссии (АЭ). В промежутки времени между скачками, принакоплениипластическойдеформации,появляетсяхарактернаядляпластическогодеформирования непрерывная АЭ. Средняя скорость продвижения трещины в течениедостаточно длительного периода наблюдения указанных явлений может не превышать малыхдолей миллиметра в час, и трещина еще не представляет серьезной опасности для конструкции.Возникающая АЭ служит предвестником разрушения задолго до его опасной стадии. Обычнодля прогнозирования разрушения используют дискретную составляющую АЭ ввиду простотырегистрации сигналов большой амплитуды.

Метод АЭ контроля, как правило, используют приконтроле технологических процессов, в ходе которых возможно образование трещин (сварки,закалки, диффузионного насыщения, например, наводороживания), а также для исследований иконтроля коррозионного растрескивания и усталостного разрушения материалов [70].По сравнению с другими методами неразрушающего контроля (НК), метод АЭ имеет рядпреимуществ, среди которых следует отметить следующие:− возможностьпроведенияэксплуатационногоконтроляиобнаружениеразвивающихся дефектов в конструкции непосредственно в процессе эксплуатации;− возможность определения координат развивающихся дефектов – трещин, зонпластической деформации, утечек и др., находящихся достаточно далеко отприемных преобразователей;− совместимость АЭ метода с другими методами НК, в частности УЗК, что позволяетза счет использования нескольких независимых методов повысить достоверностьрезультатов контроля;62− возможностьпроведениядистанционногоавтоматизированногоконтролявнеобслуживаемых помещениях АЭС с повышенным уровнем ионизирующихизлучений.Несмотря эти очевидные достоинства метода АЭ, сложившаяся практика показывает, чтоданный метод не нашел широкого применения на российских АЭС.

Исключение составляеттолько внедрение метода АЭ для диагностирования течи ответственного оборудования итрубопроводов АЭС. Такая недооценка возможностей метода АЭ, по-видимому, связана срядом проблемных вопросов, возникающих при использовании метода АЭ для контроля идиагностики оборудования и трубопроводов АЭС:− отсутствие первичных преобразователей и электронных измерительных блоков,работающих длительное время без потери служебных свойств в условиях высокихполей температур и ионизирующего излучения;− трудность выделения полезных АЭ сигналов от развивающихся дефектов в зонеконтроля на фоне сильных шумовых помех от работающего оборудования;− отсутствие общепринятых соотношений, связывающих параметры АЭ сигналов сразличного рода повреждаемостью металла оборудования АЭС.Таким образом, разработка технологии непрерывного АЭ контроля целостностиСС №111 ПГВ-1000М в течение всей топливной кампании РУ обуславливает необходимостьрешения комплекса выше обозначенных проблемных вопросов.Проблема высокой температуры контролируемой поверхности металла СС №111 такжеактуальна и для АЭ контроля с точки зрения обеспечения работоспособности и живучестиизмерительных датчиков.

Как и в случае отработки технологии непрерывного УЗ контроля, влабораторных исследованиях по отработке технологии непрерывного АЭ контроля с цельюснижения влияния высокой температуры поверхности были проведены испытания волноводов,привариваемых точечной сваркой к контролируемой поверхности, при этом были полученыположительные результаты экспериментов. Тем не менее, с учетом того, что выполнятьприварку волноводов на оборудование первого контура АЭС запрещено, единственнымвариантом оставалась установка АЭ датчиков непосредственно на поверхность объектаконтроля. В связи с тем, что использование контактной смазки для обеспечения надежногоакустического контакта АЭ датчиков с контролируемым металлом весьма затруднено в связи сотсутствием смазок, сохраняющих свойства при высоких температурах в течение длительныхсроков, было принято решение устанавливать АЭ датчики непосредственно на металл СС №111с предварительной качественной зачисткой места контакта.

Проведенные испытания показалиудовлетворительные характеристики такой схемы установки АЭ датчиков и приемлемыйуровень чувствительности при длительной эксплуатации.63На начальномэтапе работ наиболее сложной оказалась задача по подборучувствительных высокотемпературных первичных преобразователей (АЭ датчиков) длярегистрации АЭ сигналов. АЭ датчики должны сохранять свои служебные характеристики притемпературе эксплуатации до 280 °С и времени непрерывной работы не менее одного года. Всвязи с отсутствием на рынке АЭ датчиков промышленного изготовления, способных работатьв заданных условиях, были выполнены научно-исследовательские и опытно-конструкторскиеработы по разработке и изготовлению специализированных АЭ датчиков непосредственно подзадачу непрерывного АЭ контроля СС №111 ПГВ-1000М.

При изменении энергетическогосостояния контролируемого материала часть энергии высвобождается в виде излученияупругих волн, эти волны и есть акустическая эмиссия. Для преобразования упругих волн вэлектрическиесигналынаиболееширокоераспространениеполучилиАЭдатчики,использующие явление пьезоэффекта – пьезоэлементы. Из-за малости пьезоэффекта уприродных кристаллических диэлектриков для изготовления пьезолемента используютсяискусственные пьезокерамические материалы (керамики).

Для изготовления АЭ датчиков былавыбрана керамика на основе цирконата-титаната свинца с высокой точкой Кюри +400 °С. Этакерамика сохраняет свои рабочие характеристики при температурных режимах первого контураВВЭР-1000 и устойчива к нейтронному и гамма излучению. Конструктивно АЭ датчик состоитизмножестватонкиходнонаправленныхпьезокристаллов.Такжебылипроведенылабораторные исследования по подбору и температурным испытаниям высокотемпературныхконтрольных кабелей.При разработке технологии непрерывного АЭ контроля СС №111 ПГВ-1000М былапоставлена задача регистрации и локации (определения местоположения) АЭ сигналов отразвивающихся дефектов по всему периметру СС.

Для этого по периметру СС в определеннойпоследовательности должна быть установлена акустическая антенна, состоящая из несколькихАЭ датчиков и образующих единую локационную группу. Количество АЭ датчиков ирасстояние между ними выбиралось экспериментально, исходя из уровня акустического шумаоколо 35 dB, что составляет среднюю величину шума при работе энергоблока на мощности.Максимально допустимое расстояние между датчиками локационной группы не должнопревышать величину, при которой затухание мгновенной амплитуды излучаемых АЭ сигналовв процессе распространения от одного датчика к другому не позволяет однозначноидентифицировать АЭ сигнал на фоне общих шумов. Исходя из этого, сначала была проведенарасчетно-экспериментальная работа по определению оптимального расстояния междудатчиками, а также выбору оптимальной локационной схемы с учетом фактической геометриизоны СС №111 и наиболее вероятного места образования и развития дефектов (в районе галтели«кармана» коллектора).

В качестве контрольного импульса АЭ сигнала использовался источник64Су-Нильсена,которыйобычноиспользуетсядляабсолютнойградуировкиАЭпреобразователей. По измеренным пиковым амплитудам зарегистрированных сигналов со всехАЭ датчиков рассчитывался коэффициент затухания первой и второй мод и всего АЭ сигнала вцелом. В зависимости от расстояния коэффициент затухания акустической волны в металле Копределяется по формуле [71]:К=20 A2,lgl12 A1(2.4)где l12 – расстояние между парой ближайших датчиков; А1, А2 – амплитуды АЭ сигналаот источника Су-Нильсена для двух ближайших датчиков, В.Если расчетно-экспериментальные данные показывают, что для двух ближайшихдатчиков локационной группы выполняется соотношение (2.5) и оно меньше величины порога,выставляемого исходя от уровня акустического шума, то расстояние между датчикамиуменьшается.А2 = А1 − К ⋅ l12 ,(2.5)где А1, А2 – амплитуды АЭ сигнала от источника Су-Нильсена для двух ближайшихдатчиков, дБ.Скорости распространения акустических сигналов и коэффициенты затухания для стали10ГН2МФ, полученные экспериментально, были использованы для выбора схемы локации имоды АЭ сигналов, по которой будет проводиться локация.На основании проведенных исследований была выбрана схема локационной группы изшестнадцати АЭ датчиков, обеспечивающих непрерывный АЭ контроль развивающихсядефектов по всему периметру СС №111 (рис.