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In unterschiedliche Richtungen verfahrbares Prüfsystem, das bestimmte
Prüfrichtungen erfordert, für insbesondere nicht oder nur schwer zugängliche Stellen
von Druckbehälterwänden Die Erfindung bezieht sich auf ein in unterschiedliche Richtungen
verfahrbares Prüfsystem, das bestimmte Prüfrichtungen erfordert, für insbesondere
nicht oder nur schwer zugangliche Stellen von Druckbehälterwan'den.
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Es ist bekannt, daß Reaktordruckbehälter in Kernkraftwerken in regelmäßigen
Zeitabständen wiederkehrenden Prüfungen, insbesondere durch Ultraschallprüfungen,
unterzogen werden müssen (Atom und Strom, 17/1971, 1, S.22/24).
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Es ist ferner bekannt, daß diese Prüfungen an durch Strahlenschutzvorrichtungen
schwer zugänglichen Stellen nur fernb edient durch Manipulatoren durchgeführt werden
können, Zur Prüfung von der Außenseite der Behälter aus wird ein auf einem Prüfwagen
angeordnetes Prüfsystem vertikal und horizontal in einem manuell nicht zugänglichen
engen Prüfspalt verfahren (Materialprüfung, Bd. 10, 1970, Nr. 7, S. 329-336).
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Reaktordruckbehälter von Kernkraftworken größere Leistung haben Durchmesser
von über 5 m und sind in verschiedenen Höhen mit kreisförmigen Anschlußstutzen für
Zu- und Abflußrohre des I:ühlmediums vrsehen, Der Durchmesser dieser Anschlußstutzen
ist unterschiedliche Die Stutzen sind teilweise auf- bzw. eingeschweißt. Die Behälterwand
wird aus geschmiedeten Ringen oder auch aus ringförmig zusammenge schweißten Blechen
hergestellt. Die gesamte Behälterwand, insbesondere die Schweißnähte müssen aus
Sicherheitsgründen periodisch in Form von wiederkehrenden Prüfungen mittels Ultraschall
geprüft werden.
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Diese Prüfungen müssen sich über den gesamten Volumenbereich der dickwandigen
Behälter erstrecken. Hierzu sind Ultraschallprüfsysteme bekannt, die aus mehreren
in einer Reihe angeordneten Sende- und Empfangsköpfen bestehen (Kerntechnik, Isotopontechnik
und -chemie, 13. Jg., 1971, Heft 2, Seite 56-68).
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Es ist bereits eine Einrichtung bekannt, die einen Prüfwagen verwendet,
welcher auf fest installierten, senkrecht angeordneten Führungsschienen läuft, wobei
der Wagen eine horizontal liegende Schiene trägt, auf der Ultra~ schallwinkel-Prüfkopfketten
verfahrbar sind. Diese Prüfkopfketten sind manuell entweder vertikal oder horizontal
einstellbar (Materialprüfung, Bd, 10, 1970, Nr, 7, Seite 329-336).
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Mit dieser Einrichtung sind die vertikal und horizontal verlaufenden
Schweißnälte auf Längs- und Querfehler prüfbar. Es ist auch möglich, die Schweißnähte
der Anschlußstutzen an ihren sogenannten 3, 6, 9 und 12 Uhr Positionen zu prüfen.
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Die Forderungen durch die GeneI»nigungsbehörden, vertreten durch die
TÜVs, gehen nunmehr je doch dahin, daß im Rahmen der wiederkehrenden Prüfungen auch
die Stutzenschweißnähte über ihren gesamten Umfang ihres annähernd kreisringförmigen
Verlaufs prüfbar sein sollen. Eine weitere Forderung besteht darin, daß auch die
kreisförmige Stutzeninnenkante mittels Ultraschall auf mögliche Anrisse prüfbar
spin muß (Atom und Strom, 17/1971, 1, S. 22/24).
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Diese Prüfung kann nur durch Einschallung mit einem großen Winlcel
zur Oberflächennormalen erfolgen, wodurch sich relativ lange Schaltwege ergeben.
Diese Schallstrahlen müssen sehr genau senkrecht auf die aufgrund der Beanspruchung
radial verlaufenden Rißbildungen gerichtet sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Prüfsystem zu schaffen,
das eine reproduzierbare Ultraschallprüfung jeder Volumeneinheit einer Behälterwand,
insbesondere die Bereiche aller Schweißnähte einschließlich der nicht linear verlaufenden
Stutzenschweißnähte auch an in Betrieb genommenen Kernreaktoren in deren Abschaltpausen
ermöglicht, d. h. auch variable Einschallrichtungen fernbedient einzustellen erlaubt.
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Diese Aufgabe wird erfindung'sgemäß dadurch gelöst, daß das Prüfsystem
durch Programm ferngesteuert in den vertikalen und horizontalen Koordinaten bewegbar
und in der Winkellage zu diesen Koordinaten drehbar ist.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch
dargestellten Ausführungsbeispieles nähor erläutert. Dargestellt ist lediglich ein
Ausschnitt einer Reaktordruckbehälterwand mit einem Anschlußstutzen und den für
die Ultraschallprüfung erforderlichen Elementen.
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Als Beispiel ist die Prüfung der nicht linear verlaufenden Stutzenschweißnaht
gewählt.
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Es zeigen Fig. 1 eine Übersicht über Druckbehälter und biologischen
Schild, Fig. 2 eine Außenansicht auf den Ausschnitt der Druckbehälterwand mit der
Prüfeinrichtung,
Fig. 3 eine Seitenansicht dieses Ausschnittes,
Fig. 4 eine Draufsicht dieses Ausschnittes, Fig. 5 ein möglichen Prinzipschaltbild
einer Steuerung einschl. Meßelektronik und Datenerfassungssystem für die Prüfeinrichtung.
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In die Reaktordruckbehälterwand 1 sind eine Reihe von Anschlußstutzen
2 eingeschweißt, wobei der Ausschnitt lediglich einen Stutzen zeigt. Der Durchmesser
dor annähernd kreisförmigen Schweißnaht 3 beträgt bei den größeren Stutzen etwa
900 mm. Die Prüfung mit Ultraschall muß auf mögliche Längs- bzw Querfehler in der
Schweißnaht erfolgen, d. h. eventuell entstandene Risse längs oder quer zur Schweißnahtrichtung.
Die Schweißnaht 3 sei in diesem Beispiel 50 mm breit und et 140 ;nm)tief, entsprechend
der Wanddicke.
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Der Druckbehälter 1 wird von einem Wärmeschutz 4 sowie einem biologischen
Schild 5 - einer Stahlbetonwand mit einer Dicke von ca. 1 m - umschlossen, wobei
der Abstand zwischen Druckbehälterwand 1 und Wärmeschutz 4 mindestens 370 mm beträgt.
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In dem Raum 6 zwischen Druckbehälterwand 1 und Wärmeschutz 4 sind
in annähernd regelmäßigen Abständen fest montierte vertikale Fülwungsschienen 7
so angeordnet,
daß in den vertikalen freien Passen zwischen den
Anschlußstutzen 2 mindestens eine Führungsschiene 7 vorhanden ist.
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Zur Prüfung der Schweißnähte wird die jeweils einer Gasso zugeordnete
Führungsschiene 7 mit Wagen 8, 9 bestückt, die miteinander verbunden sind. Nach
Prüfung in einer Gasse werden die liegen 8, 9 auf die einer anderen Gasse zugeordnete
Führungsschiene umgesetzt usf. Die Tagen 8, 9 werden durch einen Stellantrieb 10
(Fig. 1Y über einen Seiltrieb 11 in vertikaler Richtung Y ill vorbestimmte Ausgangsstellungen
gefahren.
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Zur Positionierung der Wagen 8, 9 in eine Ausgangsstellung dient ein
nicht weiter dargestellter Weggeber, der auf dem Wagen 8 r.lontiert ist und der
über eine auf der Führungsschiene 7 angeordnete Zahnstange 12 verstellt wird.
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Der Seiltrieb 11 ergibt nicht die Positioniergenauigkeit, die zur
Führung des Prüfsystems 18 auf nicht linearen Prüfbahnen, wie bei der Prüfung von
Stutzenschweißnähten 3, erforderlich ist. Hierzu wird an der erforderlichen Stelle
der Führungsschienen 7 durch Fixieren des Wagens 8 ein Festpunkt gebildete gegen
den mittels des Stellantriebs 13 der Wagen 9 genau verfahren werden kann, Die zur
Ausgangsstellung des Wagens 8 unabhängige Positionierung des Wagens 9 erfolgt über
den Stellantrieb 13 mit dargestelltem Getriebe und Spindel. Der Stellantrieb 10
verstellt
über den Seiltrieb 11 gemeinsam die Wagen 8 und 9, während der Stellantrieb 13 nur
den Wagen 9 verstellt. Die Kombination der beiden Antriebe 10, 13 stellt sicher,
daß bei einem Versagen, beispielsweise durch Brechen oder Verklemmen eines Getriebes
oder medi.anisch fester Übertragungselemente, die Führungsschienen 7 nicht für weitere
Prüfungen blockiert und damit der weitere Betrieb des Kernkraftwerkes nicht behindert
wird. Mit Hilfe des Seiles 11 und des Antriebs 10 lcann ein nicht mehr funktionsfähiges
Prüfsystem 14 aus dem Raum 6 ohne Beschädigung der Führungsschiene 7 notfalls unter
Opferung des Prüfsysteins entfernt werden. Die programmgesteuerte Verstellung der
Vertikalbewegung in Y-Richtung wird daher in zwei Schritten vorgenommen. Im ersten
Schritt werden die lagen 8 und -9.
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gemeinsam über den Seiltrieb 11 und Antrieb 10 in eine definierte
Position gebrachte Die Verstellung wird durch einen nicht weiter dargestellten Wo
ggeb er gemessen. Der Wagen 8 wird in dieser Stellung in geeigneter Weise an der
Führungsschiene 7 fixiert. Im zweiten Schritt wird der Wagen 9 über den Stellantriob
13, Getriebe und Gewindespindel gegenüber dem festgestellten Wagen 8 programmgemäß
verstellt. Der Wagen 9 trägt eine gekrümmte, der Druckbehälterwand angepaßte Führungsschiene
15 in Form eines Meßarmes, die von einem Stellantrieb 16 senkrecht zur Verfahrrichtung
des Wagens 9 in horizontaler Richtung X verschiebbar ist. Der Meßarm 15 trägt an
einem Ende das Prüfsystem 14, beispielsweise ein Ultraschallprüfsystem mit sieben
Sende- und Empfangsköpfen, die auf einer Halteschiene 17 angeordnet sind. Das Prüfsystem
14
ist auf einem Prüfsystemhalter 18 drehbar gelagert und mit einem
Stellantrieb 19 versehen, welcher das Prüfsystem programmgesteuert in jede gewünschte
Winkellage zu den X- und Y-toordinaten dreht. Die Stellantriebe 13 und 16 für die
Verstellung von Wagen 9 und Meßarm 15 können beispielsweise Schrittmotore sein,
die über Getriebe die Bewegung von Wagen 9 und Meßarin 15 bewirken.
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Wie bereits vorstehend erwähnt, besteht das Ultraschall-Prüfsystem
14 beispielsweise aus einer Mehrzahl von an die Außenfläche der Druckbehälterwand
1 andrückbaren Prüfköpfen, die für jeden zu prüfenden Punkt des Prüfbereiches, in
diesem Beispiel die Stutzenschweißnaht 3, mittels des Stellantriebes 19 in die erforderliche
Prüfrichtung auf dem Prüfsystemhalter 18 gedreht werden. In Fig. 2 und 4 ist die
Stellung des Prüfsystems 14 angedeutet, die für eine Längsfehlerprüfung der Schweißnaht
3 in der 3 Uhr-Position erforderlich ist, während die Fig. 2 und 3 die Stellung
für die Läragsfehlerpriifung in der 6 Uhr-Position zeigen. Wie ersichtlich, steht
die Reihe der Prüfköpfe des Systems 14 im 6 Uhr-Punkt in vertikaler Richtung Y und
im 3 Uhr-Punkt in horizontaler Richtung X. Für jede zwischen den gezeigten Positionen
liegende Stelle muß das Prüfsystem 14 so gedreht werden, daß z.B. für die Längsfehlerprüfung
die Prüfkopfreihe immer im rechten Winkel zur Prüfebene steht. Für eine Querfehlerprüfung
muß die Prüfkopfreihe immer tangential zu der kreisförmigen
Stutzenschweißnaht
3 stehen. Die Einrichtung erlaubt durch das auf dem Prüfsystemhalter 18 beliebig
drehbare Prüfsystem 14 auch die Prüfung auf zwischen der Langs- und Ouerri chtung
verlaufende Fehler.
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Das Prüfsystem 14 wird also bei stillstehendem Wagen 8 durch entsprechende
Positiollierung von Wagen 9 über den Antrieb 13, Meßarm 15 über den Antrieb 16 und
Prüfsystem halter 18 über den Antrieb 19 in den drei Koordinaten X, Y, Z fferart
verstellt, daß stets die gewünschte Einschallrichtung vorliegt. Die Stutzenschweißnaht
3 wird voll der festgestellten Position des waggons 8 aus über 1800 geprüft. Zur
Prüfung der restlichen 180° der Schweißnaht werden die Wagen 8 und 9 auf die links
von dem Stutzen 2 befindliche, nicht weiter dargestellte Führungsschiene (wie 7)
aufgesetzt, wobei das Prüfsystem 14 einschließlich des Prüfsystemhalters 18 auf
das entgegengesetzte Ende des Meßarmes 15 montiert ist. In gleicher Weise sind auch
Stutzen (wie 2) prüfbar, die rechts von der dargestellten Führungsschiene 7 liegen.
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Ist der Raum 6 zwischen Behälterwand 1 und Wärmeschutz 4 wesentlich
größer als 370 mm, so ist es zweckmäßig, den Prüfsystemhalter i8 auf einem Schlitten
anzuordnen, der über dem Meßarm 15 verfahrbar ist, so daß der Prüfsystem halter
18 ferngesteuert von dem einen Ende des Meßarmes 15 nun anderen Ende verschoben
werden kann,
Außer dem im Beispiel gezeigten. Prüfsystem 14 für
die volumetrische Prüfung der Behälterwand 1 und der Schweißnähte sind mit der Einrichtung
auch andere Prüfsysteme anwendbar, beispielsweise für die Prüfung der Stlltzeninnenkanten
20. hierzu wird ein spezielles Prüfkopfsystem 21 (Fig, 2) angewendet, das mit einzeln
arbeitenden Winkelprüfköpfen unterschiedlicher Einschallwinkel arbeitet.
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Durch Programmsteuerung kann für j eden PiirJt der Innenkante 20 der
Stutzen 2 durch Verfahren in den X- und Y-Koordinaten und der Verstellung des Winkels
Z über den Prüfsystemhalter 18 der entsprechende Prüfkopf in die erforderliche Position
zur Prüfung gebracht werden.
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Außerdem erlaubt diese Einrichtung bei Auftreten einer Fehleranzeige,
die nicht eindeutig zu interpretieren ist, eine zusätzliche Untersuchung dieses
Bereiches, indem der fragliche Bereich durch kreisförmiges Umfahren mit dem Prüfsystem
14, oder eines anderen, wie bei einer Handprüfung gezielt untersucht werden kann.
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Zur Prüfung linear verlaufender Prüfbereiche, beispielsweise der vertikalen
Schweißnähte 22 der Behälterwand 1 wird durch Verstellen des Prüfsystemhalters 18
und. des Meßarmes 15 das Prüfsystem 14 in die erforderliche Lage gebracht und mit
Hilfe des Seiltriebes 11 die Wagen 8 und 9 gemeinsam in Y-Richtung verfahren.
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Die Prüfung linear und horizontal verlaufender Prüfbereiche, z. B,
horizontaler Schweißnähte 23 der Behälterwand 1, erfolgt durch Verstellen des Prüfsystemhalters
18 und der Wagen 8 und 9 in die erforderliche Lage des Prüfsystems 14, sowie durch
Verfahren des Meßarmes 15 in horizontaler X-Ri chtung.
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Die Positionierung der Wagen 8 und 9 vertikal in Richtung Y und des
gekrümmten Meßarmes 15 horizontal in Richtung X und der Winkelverstellung Z des
Prüfsystems 14 auf dem Prüfsystemhalter 18 erfolgt mittels einer Steuereinrichtung
nach Fig. 5.
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Die geometrische Kontur nicht linear verlaufender Prüfbereiche, beispielsweise
der Stutzeneinschweißnähte 3 bzw.
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der Stutzeninnenkanten 20, kann in eine elektronische Datenverarbeitungsanlage
eingegeben werden, die einen entsprechenden Datenträger 24, beispielsweise in Form
eines Lochstreifens, liefert Die Informationen des Datenträgers 24 - X- und Y-Werte
für den Wagen 9 und den gekrümmten Meßarm 15 und die dazugehörigen Winkelwerte Z
für das Prüfsystem 14 - werden in eine numerische Steuereinrichtung 25 eingegeben,
durch welche die Stellantric-be 13 (Y), i6 (X) und 19 (Z) beeinflußt werden
Die
Steuerung 25 gibt beispielsweise am Begimi einer Schweißuahtprüfung (für den Stutzen
2) einen Befehl an eine Meßelektronik 26 für das Prüfsystem 14. Nach Durchführung
der Prüfung eines Punktes der Schweißnaht 3 gibt die Meßelektronik 26 eine Fertigmeldung
der Prüfung an die Steuereinrichtung 25, welche darauf an einen Positionsstellenzähler
27 ein Signal gibt, der damit seinen Zählstand um eine Einheit ändert. Das Prüfungsergebuis
der Meßelektronik 26 über jeden angefahrenen Punkt der Schweißnaht 3 und der Zählerstand
des Zählers 27 werden einem Protokolldrucker 28 zugeführt, der damit die Meßwerte
des Prüfsystems 14 und den Zählerstand, welcher der jeweiligen Position des Prüfsystenis
14 entspricht, ausdruckt.
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Um den ganzen Priifbercich, beispielsweise einer S Stutzenschweißnaht
3, flächenmäßig zu erfassen, erfolgt über die Steuereinrichtung 25 mit Hilfe des
Steuerlochstreifens 24 ferner eine taktweise Verstellung des Prüfsystems 14 um frei
wählbare Schritte, beispielsweise 10 mm, je Takt.
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Nach Abfahren und Prüfen einer ersten, z. B. inneren, Bahn der Schweißnaht
3 durch das Prüfsystem 14 wird dieses in einem ersten Takt darauf auf eine Bahn
mit einem um eine Schrittgröße größeren Radius eingestellt und diese Bahn abgefahren,
worauf im nächsten Takt das Prüfsystem 14 wieder um eine Sehrittgröße verstellt
wird und danii diese Bahn abgefahren wird usf.
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Die Wagen 8 und 9 mit dem Meßarm 15 und dem Prüfsystem 14 werden vor
dem Prüfen auf die jeweilige fest installierte Führungsschiene 7, deren oberes Ende
frei zugänglich ist, aufgesetzt. Dieser zugängliche Bereich befindet sich ober..
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halb des Abschirmungszwecken dienenden biologischen Schildes 5. Hier
ist die Radioaktivität relativ klein, so daß eine manuelle Montage der Einrichtung
möglich ist.
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Der durch die Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesonderte darin,
daß mit nur einer Einrichtung ferngesteuert alle linearen und nichtlinearen Prüfbereiche
und Prüfbahnen mit beliebig wählbaren Prüfrichtungen einfach, sicher und schnell
prüfbar sind.
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P a t e n t a n s p r ü c h e