CN209822291U - 一种反应堆压力容器下封头堆焊层检测工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型主要用于核电站检修领域，具体涉及一种反应堆压力容器下封头堆焊层检测工具及方法。反应堆压力容器磨损区域极易因为应力集中而产生危害性缺陷，使容器的使用寿命减少，需对这些磨损区进行缺陷检测。本实用新型包括：直线伸缩装置、末端监控装置。直线伸缩装置与末端监控装置相连，末端监控装置整***于直线伸缩装置的下方。本实用新型能够有效的实现反应堆压力容器磨损区域缺陷检测，提高了工作效率，降低了运行成本。

Description

一种反应堆压力容器下封头堆焊层检测工具

技术领域

本实用新型主要用于核电站检修领域，具体涉及一种反应堆压力容器下封头堆焊层检测工具。

背景技术

反应堆压力容器是核反应堆的关键性部件，属于核一级部件。在核电站的运行过程中，反应堆压力容器主要装载反应堆堆芯和高温高压的冷却剂，要求在各种工况下均能保证结构的完整性。在反应堆压力容器役前安装调试或者在役运行过程中下由于操作不当或者高温、高压、高扰动的水流冲击的影响，使内部其他部件失效造成对容器内壁的冲击磨损，以致形成大小不等的凹陷区域。国内某电站曾发生过内部物件掉落造成容器内壁的挤压磨损。

反应堆压力容器内表面存在4～12mm的不锈钢堆焊层，以减少堆芯高辐照对容器筒体的影响，提高容器使用寿命。由于表面的挤压磨损，形成较深凹坑，造成堆焊层厚度减薄或消失。在高温高压高辐照的运行工况下，这些磨损区域极易因为应力集中而产生危害性缺陷，使容器的使用寿命减少。因此对于这些磨损区进行缺陷的检测尤为必要。

反应堆压力容器下封头磨损区缺陷检验采用的设备是：在现有六关节机器人基础上，设计编写下封头检验专用运动轨迹，设计下封头检验专用工具，本篇着重描述的是针对300Mev核反应堆机组而设计的一种反应堆压力容器下封头堆焊层检测工具，其它堆型球型封头检测工具可在此基础上进行适应性拓展。

反应堆压力容器下封头磨损区缺陷检验采用的方法是：在反应堆压力容器内壁0-30mm深度范围内，实现磨损区缺陷全深度覆盖。超声波和涡流检测技术可实现0-30mm深度范围内缺陷检测以及定量，水下三维激光扫描可实现表面开口缺陷相关尺寸测量定量。

发明内容

一、目的：

本实用新型的目的是提供一种能够对核电站反应堆压力容器下封头内壁磨损区缺陷进行检测的检测工具和检测方法。

二、技术方案：

一种反应堆压力容器下封头堆焊层检测工具，包括：直线伸缩装置，末端监控装置。末端监控装置包括：摄像头、转接基座、连接板、转接板；转接基座整体为U型，底部及两个侧面都为镂空直板；摄像头镶嵌在转接基座中，通过螺钉与连接基座底部相连；连接板为倒U形，底部及两个侧面都为直板，其左右侧面通过螺栓分别与转接基座的侧面相连，底面与转接板相连；连接板和转接基座互为上下，将摄像头限制在转接基座中；所述的直线伸缩装置包括：轴端部固定块、轴固定块，均为长方体，大小形状一致，沿从左至右方向开有三个通孔；轴端部固定块、轴固定块的两端均通过螺栓与转接基座底面固定连接，将直线伸缩装置与末端监控装置相连，末端监控装置整***于直线伸缩装置的下方。

所述的直线伸缩装置还包括：拉伸气缸、滑动轴、转接块、轴套；滑动轴为圆柱形直杆，共两根，互相平行放置，从轴端部固定块、轴固定块的两端通孔中穿过；轴端部固定块、轴固定块的中间通孔均为螺纹通孔，拉伸气缸从中间的螺纹通孔中穿过，与滑动杆相平行；轴端部固定块固定安装在直线伸缩装置的最右端，转接块固定安装在直线伸缩装置的最左端。

所述的轴套共有三个，直线轴承与轴套一一对应，均装载在轴套中；轴套中两个平行放置，滑动轴从其中穿过；另一个轴套和转接块相焊接，直线轴从中穿过。

所述的转接块为整体为凸字形，其下半部分两端开有螺纹通孔，滑动轴从通孔中穿过，通过螺栓和转接块固定的连接；轴套穿过转接块的正中部分；轴承挡板紧密安装在转接块的左侧，轴套与轴承挡板相贴合。

所述的轴套中相平行的两个，与恒力弹簧固定座通过螺栓连接，形成直线轴承轴向挡板。

所述的恒力弹簧固定座与气缸固定座间通过螺栓连接；气缸固定座与拉伸气缸之间通过气缸自带螺纹形成连接。

所述的直线轴穿出轴承挡板后，与下封头检查托盘活动连接；下封头检查托盘上搭载检查探头。

三、效果：

3.1末端监控技术

反应堆压力容器下封头检查时，末端ZUMA摄像头传回的监控视频信号，在视频控制***处理下，监视器上可实时显示反应堆压力容器下封头在水下的状态，极大地减小了下封头检测时碰撞风险。ZUMA摄像头通过螺钉与转接基座相连，转接基座通过螺钉与连接板相连。螺栓拧紧后不仅实现了良好连接，也增强了反应堆压力容器下封头堆焊层检测工具的整体强度，保证了检测时超声波以及涡流信号往复重合性。

3.2直线伸缩技术

当拉伸气缸伸缩时，带动轴套以及固定在轴套上的直线轴运动，从而控制下封头检查托盘的贴合与脱开。在机械臂折臂动作时，直线伸缩机构可最大程度缩减末端距离，极大减小机械臂碰撞风险与折臂难度。同时在扫查过程中，该伸缩机构又具有缓冲作用，确保在扫查过程中探头与扫查对象贴合良好。

3.3其它技术效果

直线轴悬臂绝大部分长度以扫查压缩量的方式变为两点支撑，只有少数余量以悬臂方式存在，这种设计在不影响直线伸缩的基础上增强了伸缩件刚度，保证了检测时超声波以及涡流信号往复重合性。

将机械臂所有关节均置于贯穿件之上，反应堆压力容器下封头检测工具呈窄扁型布置，整个检测工具在贯穿件之下部位最大宽度为探头托盘最大宽度，其它位置宽度均小于该处宽度，这样不仅减小检查碰撞风险，极大减小了操作员的操作难度，而且还尽可能大的保留了扫查区域范围，确保检验部位不可达范围最小。

3.4检测方法

采用频率3～5MHz的窄脉冲宽频探头，极大提高了超声信号的分辨率和信噪比；采用水浸探头，不仅可检测出磨损区缺陷，还可以通过水/钢界面波判断耦合状况和磨损区域的轮廓测量；采用弹性点式涡流探头，可最大程度保证探头在磨损区扫查始终紧贴表面；设计的参考试块可以有效进行检测灵敏度设置；探头夹持装置能同时安装多种不同规格和不同方向的超声探头以及一个涡流弹性点式探头，实现了对磨损区的多方向检查；

附图说明

图1检测工具左视图

图2检测工具主视图

图3涡流探头结构

图4缺陷高度定量示意图

图中：1.摄像头、2.转接基座、3.连接板、4.转接板、5.轴端部固定块、6.轴固定块、7.滑动轴、8.气缸固定座、9.恒力弹簧固定座、10.直线轴承、11.轴套、12.直线轴、13.下封头检查托盘、14.轴承挡板、15.转接块、16.拉伸气缸。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本专利进行详细描述：

主要包括以下几项技术：

1.末端监控技术

如图1所示，末端监控装置包括：连接块、摄像头1、转接基座2。反应堆压力容器下封头堆焊层区域两排贯穿件之间的距离为200.3mm，竖直高度不完全一致，受J型焊缝的影响，检测范围可达区域较小。检测环境复杂，光线弱。压力容器其它部位检测时监测方式依靠机器人中心箱体两侧监控或者长杆摄像头监控，这两种监控方式距离均较远而且难以保证长时间实时监控，这样会造成下封头检测时极大的碰撞风险。鉴于以上情况，考虑在反应堆压力容器下封头检测工具末端安装监控摄像头，结合虚拟模拟扫查所确定的扫查工具中心线与机械臂6号关节中心线之间的距离，采用成熟的ZUMA摄像头1，不仅可实现该部位的良好实施监控，而且可以极大节省成本。

ZUMA摄像头1通过螺钉与转接基座2相连，转接基座2通过螺钉与连接板3相连。转接基座2与连接板3均设计成C型结构，转接基座2与摄像头长度尺寸以及连接板3宽度尺寸形成配合关系，螺栓拧紧后不仅可实现良好连接，还能增强反应堆压力容器下封头堆焊层检测工具的整体强度。

2.直线伸缩技术

如图2所示，直线伸缩机构包括轴端部固定块5、轴固定块6、拉伸气缸16、滑动轴7、转接块15、轴套11。

轴端部固定块5、轴固定块6、转接块15、滑动轴7构成整个直线伸缩运动的基本架构。直线轴承装载在轴套11中，恒力弹簧固定座9与轴套11之间通过螺栓连接，形成直线轴承轴向挡板。气缸固定座8与恒力弹簧固定座9之间通过螺栓连接，气缸固定座8与拉伸气缸16之间通过气缸自带螺纹形成连接。

3.伸缩件刚度增强技术

在直线伸缩的基础上，直线轴12悬臂较长，为了解决悬臂轴刚性差的问题，将转接块15设计成异型件，其与滑动轴7配合装配的同时，在其上安装直线轴12滑动轴承，这样直线轴12悬臂绝大部分长度以扫查压缩量的方式变为两点支撑，只有少数余量以悬臂方式存在，这种设计在不影响直线伸缩的基础上增强了伸缩件刚度。

4.避障设计技术

300Mev核反应堆压力容器下封头区域两排贯穿件之间的距离为200.3mm，高度不完全一致，贯穿件竖直方向高度最大约为450mm。由于贯穿件以及扫查范围的限制，将机械臂所有关节均置于贯穿件之上，反应堆压力容器下封头检测工具呈窄扁型布置，整个检测工具在贯穿件之下部位最大宽度为探头托盘最大宽度，其它位置宽度均小于该处宽度，这样不仅减小检查碰撞风险，而且还尽可能大的保留了扫查区域范围。

2.2检测方法技术方案

针对裂纹类缺陷，为了提高缺陷的检出率，设计采用超声检验和涡流检验技术实现全深度覆盖；

为了提高检测效率，一次性完成超声和涡流检查，设计专用的探头夹持装置，能够同时安装多个超声探头和涡流探头，一次性实施针对缺陷的检查；

为了减少表面凹凸对超声耦合和声束传播的影响，采用高频率(3～5MHz)、窄脉冲宽频水浸超声探头；

通过设置水中探头超声声束的入射角，使钢中产生45度或70度的纵波，实现了对缺陷进行探测和高度测量；

涡流检测采用弹性点式探头，使其能沿着磨损区域的轮廓自动贴合表面，最大程度减小提离效应；

依据检测规范，设计能覆盖检验深度的不同深度的横通孔的超声参考试块，用于设置水浸超声检测灵敏度；

依据检测规范，设计表面不同深度的槽的涡流参考试块，用于设置涡流检测灵敏度；

采用水下三维激光扫描技术直接对表面开口磨损区轮廓实施扫描，形成轮廓数据，在相应软件配合下对磨损区域尺寸进行精确测量。

Claims (7)

1.一种反应堆压力容器下封头堆焊层检测工具，包括：直线伸缩装置，其特征在于：末端监控装置包括：摄像头(1)、转接基座(2)、连接板(3)、转接板(4)；转接基座(2)整体为U型，底部及两个侧面都为镂空直板；摄像头(1)镶嵌在转接基座(2)中，通过螺钉与转接基座(2)底部相连；连接板(3)为倒U形，底部及两个侧面都为直板，其左右侧面通过螺栓分别与转接基座(2)的侧面相连，底面与转接板(4)相连；连接板(3)和转接基座(2)互为上下，将摄像头(1)限制在转接基座(2)中；所述的直线伸缩装置包括：轴端部固定块(5)、轴固定块(6)，均为长方体，大小形状一致，沿从左至右方向开有三个通孔；轴端部固定块(5)、轴固定块(6)的两端均通过螺栓与转接基座(2)底面固定连接，将直线伸缩装置与末端监控装置相连，末端监控装置整***于直线伸缩装置的下方。

2.如权利要求1所述的一种反应堆压力容器下封头堆焊层检测工具，其特征在于：所述的直线伸缩装置还包括：拉伸气缸(16)、滑动轴(7)、转接块(15)、轴套(11)；滑动轴(7)为圆柱形直杆，共两根，互相平行放置，从轴端部固定块(5)、轴固定块(6)的两端通孔中穿过；轴端部固定块(5)、轴固定块(6)的中间通孔均为螺纹通孔，拉伸气缸(16)从中间的螺纹通孔中穿过，与滑动轴(7)相平行；轴端部固定块(5)固定安装在直线伸缩装置的最右端，转接块(15)固定安装在直线伸缩装置的最左端。

3.如权利要求2所述的一种反应堆压力容器下封头堆焊层检测工具，其特征在于：所述的轴套(11)共有三个，直线轴承(10)与轴套(11)一一对应，均装载在轴套(11)中；轴套(11)中两个平行放置，滑动轴(7)从其中穿过；另一个轴套(11)和转接块(15)相焊接，直线轴(12)从中穿过。

4.如权利要求2所述的一种反应堆压力容器下封头堆焊层检测工具，其特征在于：所述的转接块(15)为整体为凸字形，其下半部分两端开有螺纹通孔，滑动轴(7)从通孔中穿过，通过螺栓和转接块(15)固定的连接；轴套(11)穿过转接块(15)的正中部分；轴承挡板(14)紧密安装在转接块(15)的左侧，轴套(11)与轴承挡板(14)相贴合。

5.如权利要求3所述的一种反应堆压力容器下封头堆焊层检测工具，其特征在于：所述的轴套(11)中相平行的两个，与恒力弹簧固定座(9)通过螺栓连接，形成直线轴承轴向挡板。

6.如权利要求5所述的一种反应堆压力容器下封头堆焊层检测工具，其特征在于：所述的恒力弹簧固定座(9)与气缸固定座(8)间通过螺栓连接；气缸固定座(8)与拉伸气缸(16)之间通过气缸自带螺纹形成连接。

7.如权利要求3所述的一种反应堆压力容器下封头堆焊层检测工具，其特征在于：所述的直线轴(12)穿出轴承挡板(14)后，与下封头检查托盘(13)活动连接；下封头检查托盘(13)上搭载检查探头。