Разработка систем и методик автоматизированного УЗК с

использованием технологии антенных решеток и трехмерной обработки данных

для диагностики сварных соединений трубопроводов и оборудования АЭС

Базулин А.Е.

НПЦ «ЭХО+»

Миссия технической поддержки

10-11 августа 2011 г.

Разработаны и аттестованы системы «Авгур 4.2» и «Авгур 5.2»

Эксплуатируется на АЭС 38 комплектов систем серии «Авгур»

Разработано и аттестовано 20 методик контроля системами «Авгур»

Осуществлен АУЗК сварных соединений специалистами «Эхо+»:

Ду300 реакторов РБМК 1000 – более 30 000 шт;

Ду800 реакторов РБМК 1000 – более 2 000 шт;

Ду1200 реакторов ВВЭР 1000 – более 300 шт;

Ду850 реакторов ВВЭР 1000 – более 500 шт;

Ду1100 реакторов ВВЭР 440 – более 200 шт;

Прочие сварные соединения – более 10 000 шт.

Результаты деятельности НПЦ

«ЭХО+» за период 1996-2011 годы

2

Перейти от дефектоскопии к дефектометрии, то есть от эквивалентных размеров к реальным размерам дефектов

Повысить качество и достоверность контроля

Осуществить мониторинг за развитием дефектов в процессе эксплуатации

Начать работы по созданию эксплуатационных норм на дефекты

Предотвратить аварийные остановы энергоблоков по развивающимся дефектам

Применение систем Авгур позволило решить следующие

практические задачи

3

Дефект в сварном соединении композитного переходного кольца и патрубка Ду1100 парогенератора

реактора ВВЭР-440

4

Дефект на «холодном» СС №111 ПГ4 блока 1 БалАЭС

32

380

5

АУЗК ТОЛСТОСТЕННЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Донная поверхность

Контуры разделки

Ступенька,

показывающая

границу наплавки

7

Сканеры систем АВГУР

1. Относительно большое время контроля, анализа данных и выдачи протокола

2. Относительно большая масса оборудования (порядка 30 кг)

Недостатки голографических систем «Авгур 5.2»

8

Разработана и утверждена КОМПЛЕКСНАЯ ПРОГРАММА

МЕРОПРИЯТИЙ ПО РАЗРАБОТКЕ И ВНЕДРЕНИЮ ТЕХНОЛОГИЙ И СРЕДСТВ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО

УЛЬТРАЗВУКОВОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ АЭС РОССИИ С

ВВЭР, ОСНОВАННЫХ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ ФАЗИРОВАННЫХ РЕШЁТОК

Начало работ по применению приборов с ФАР

9

Разработка методик НК с использованием УЗФР для сварных соединений оборудования РУ ВВЭР-1000 и ВВЭР-440 и необходимого дополнительного оборудования автоматизации и механизации процесса контроля

Разработка системы моделирования технологии контроля с УЗФР широкого класса объектов и малообразцовой технологии аттестации методик

Разработка, изготовление и испытания опытных образцов комплектов систем сканирования для приборов с УЗФР имеющихся на АЭС (для всех основных типов сварных соединений)

Разработка системы АУЗК с полным циклом автоматизации на базе технологии УЗФР

Основные положения комплексной программы

10

Выполняемые работы НПЦ «ЭХО+»

Разработана методика УЗК аустенитных сварных швов Ду300 с применением ФАР

Выполняется работа по модернизации методики УЗК аустенитных сварных швов Ду300 ФАР

Выполняется разработка методики УЗК аустенитных сварных швов Ду800 с применением ФАР

Начата разработка методики УЗК композитных сварных швов патрубков корпуса реактора и компенсатора давления ВВЭР-440 с применением ФАР

Начата разработка методики УЗК композитных и аустенитных сварных швов компенсатора давления ВВЭР-1000 с применением ФАР

Начата разработка методики УЗК сварного соединения приварки коллекторов теплоносителя к корпусу парогенератора ПГВ-1000 с применением ФАР

Начата разработка и обоснование малообразцовой технологии аттестации методик ультразвукового контроля металла оборудования и трубопроводов АЭС.

1. Системы механизированные на основе ручных ФАР-дефектоскопов типа «Омнискан», «X-32», «Isonic» и др.

2. Системы автоматизированного УЗК на основе применения антенных решеток и/или матриц и алгоритма 3D-C-SAFT

3. Полностью автоматизированная система УЗК со многими антенными решётками и/или матрицами на основе алгоритма 3D-C-SAFT, с автоматическим измерением размеров дефектов и выдачей протокола контроля

Варианты автоматизации с использованием систем УЗФР

12

Блок-схема механизированной системы на основе ручных ФАР-дефек-тоскопов.

Первый уровень Механизированный УЗК

Блок

управления

Энкодер

Сканер

АР2 АР1

Копирование файлов

Рабочая

станция с

программой

«Анализ» и

конверторо

м

ФАР-

дефектоск

оп

13

Система со сканером для сварных швов Ду300, Ду800-850

14

Математическое моделирование процесса УЗК

Для выбора параметров

методики

Для обоснования

достоверности методик

Для уменьшения числа

испытательных образцов

Сравнение ФАР-дефектоскопов и системы «Авгур 5.2»

1. Получение изображений в реальном масштабе времени

2. Уменьшение уровня артефактов

3. Более высокая производительность контроля

4. Меньшая масса оборудования

1. Ограничения по толщине контролируемых объектов (до 50-70 мм)

2. Ухудшение разрешающей способности вдали от линии фокусировки

3. Трудности измерения эквивалентных размеров обнаруженных дефектов

4. Для толстостенных объектов требуется поперечное сканирование

Преимущества ФАР Недостатки ФАР

16 Квалификация эксперта

Системы второго уровня автоматизированного УЗК на основе применения антенных решёток и матриц и алгоритма комбинационного SAFT (3D-C-SAFT) :

Используют несколько антенных решёток;

Регистрируют эхосигналы методом двойного или тройного сканирования;

Получают трёхмерные изображения дефектов методом 3D-С-SAFT.

Второй уровень

17

Схема двойного сканирования

Регистрация эхосигналов в режиме двойного сканирования (бистатическая схема) предполагает излучение и приём любой парой элементов антенной решетки. Сначала излучает первый элемент решетки состоящий из 16 элементов, а остальные элементы принимают эхосигнал (1→16 ).

18

Схема двойного сканирования

После завершения приема набора эхосигналов 1→16, излучает второй элемент антенной решетки и, а затем и третий и регистрируется набор эхосигналов 3→16.

19

Схема двойного сканирования

Излучает пятый элемент антенной решетки и регистрируется набор эхосигналов 5→16.

20

Схема двойного сканирования

Излучает седьмой элемент антенной решетки и регистрируется набор эхосигналов 7→16.

21

Схема двойного сканирования

Излучает седьмой элемент антенной решетки и регистрируется набор эхосигналов 9→16.

22

Схема двойного сканирования

Измерения продолжаются до тех пор пока не излучит последний элемент и не зарегистрируется набор эхосигналов 16→16.

23

Решение проблем контроля толстостенных объектов

-10 мм 0 мм

25

Повышение отношения сигнал/шум при контроле заварок

Схема образца трубо-провода Ду800 толщи-ной h с аустенитной заваркой и тремя отверстиями бокового сверления диаметром 2 мм.

z

x

( , )t tx z

( , )x z

Отверстие №1

Отверстие №2

Отверстие №3 Наплавка

Заварка

prx

38

( , )r rx z

x, мм

z,

мм

"Схлопнутое" изображение (сумма комплексных изображений)

(1157.5773 6 12 78.420106 24.213671))

-40 -30 -20 -10 0 10 20

5

10

15

20

25

30

35

40100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

Изображение отверс-тий бокового сверле-ния №1, №2 и №3 при использовании антен-ной решётки на 5.0 МГц в режиме ФАР (слева) и в режима тройного сканирова-ния (справа).

Тройное сканирование ФАР-изображение

Полноценная фокусировка во всей области восстановления изображения (а не по линии фокусировки, как в случае ФАР)

Можно контролировать толстостенные объекты контроля толщиной более 200 мм

Улучшение качества изображения

Совместимость с базой данных Авгур

Повышение производительности контроля

Технические возможности системы

26

Состояние разработки

Создан 64-х канальный макет системы

Разработаны и исследованы алгоритмы восстановления изображения дефектов с учётом трансформации типов волн при отражении от неровной границы

Алгоритм 3D-C-SAFT реализован по технологии CUDA для проведения параллельных расчётов

Опытный образец должен быть изготовлен в июне 2012 года

27

Типовая схема проведения контроля

N сторона P сторона

Призма

N-АР

Призма

P-АР

Две или более АР на призмах сканируют вдоль сварного соединения и проводят измерения в режимах излучения и приёма с каждой стороны, и в режиме излучения с N-стороны и приёма с P-стороны.

28

Информация получаемая по измеренным эхосигналам Измеренные

эхосигналы с N-

стороны или P-

стороны

Изображение

дна по схеме

T(L)-T(L)

Изображение

дна в режиме

TB(SS)-TB(SS)

Изображение

дефектов по

схеме T(S)-T(S)

Измеренные

эхосигналы с

NP-стороны

Объединённое

изображение

29

30

Реальный дефект в сварном соединении Ду300

TBT(SSS)-TB(SS)

TB(SS)-T(S)

TBT(SSS)-T(S)

TB(SS)-TB(SS) T(S)-T(S)

TBT(SSS)-TBT(SSS)

Вершина

трещины

Тело

трещины

По объединенным изображениям программа позволяет получить контуры дефекта в каждом слое и сделать запись в БД о дефекте.

31

Автообразмеривание и формирование протокола

К методике АУЗК сварных швов ГЦТ Ду850

Требование к выявлению поперечных дефектов

Применение TOFD

Неровность поверхности трубопровода

Требование к измерению эквивалентных площадей

Производительность контроля

Выявление поперечных дефектов

Выявление поперечных дефектов

x

y

Применение TOFD. ФАР.

Применение TOFD АР + C-SAFT

Зона

тени

Трещина

Совмещенный

режим Раздельный

режим

Учет формы внешней поверхности

Пространственная регулировка чувствительности

Заключение

1. Создание аппаратно-методического обеспечения для приборов ФАР и АР является логическим продолжением разрабатываемых в НПЦ «ЭХО+» автоматических голографических систем, применяемых на всех АЭС России

2. Рекомендовано применять ручные приборы с ФАР только в комплекте со сканером и энкодером

3. Перспективным направлением автоматизации является применение систем, основанных на использовании двойного и тройного сканирования и обработки по методу 3D-C-SAFT

4. НПЦ «ЭХО+» обладает всеми возможностями для разработки методики АУЗК сварных соединений Ду850

39

Базулин Андрей

ООО «НПЦ «ЭХО+»

Начальник лаборатории систем автоматизированного ультразвукового контроля для АЭС

android@echoplus.ru

+7-495-780-92-48