RU2154819C1 - Device for nondestructive testing of heat-generating elements for quality - Google Patents

Abstract

FIELD: nondestructive testing of weld seams; nondestructive testing of weld seams of nuclear reactors. SUBSTANCE: clamping and rotating unit is made in form of three-tab collet with elongated tabs which is connected with stepping rotation drive via shaft-spindle; it is also provided with taper bush which is mounted movably and concentrically relative to collet; this bush is connected with piston of pneumatic cylinder; centering unit is made in form of revolving bush with hole in form of tail-piece of heat-generating element; it is secured on immersion bath coaxially relative to clamping and rotating unit; control, monitoring and recording system is provided with diagnosis units which are connected with microprocessor of control system. EFFECT: enhanced accuracy of measurement due to improved basing of article and quality of information processing. 1 dwg

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю сварных соединений и предназначено, в частности, для контроля качества сварных швов тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. The invention relates to non-destructive testing of welded joints and is intended, in particular, for quality control of welds of fuel elements of nuclear reactors.

Известны устройства для ультразвукового контроля сварных швов (см.а.с.N 224066, МКИ G 01 N 29/04, 07.12.72; а.с. N 257834, МКИ К 42 К 46/06; а.с. N 405068, 23.11.67), содержащие привод для вращения изделия, механизм перемещения искателей, регистрирующую аппаратуру, недостатком которых является низкая точность измерения, обусловленная биением поверхности изделия при вращении, и отсутствие коррекции этого биения в результат измерения. Known devices for ultrasonic testing of welds (see A.S.N 224066, MKI G 01 N 29/04, 12/07/72; A.S. N 257834, MKI K 42 K 46/06; A.S. N 405068 , 23.11.67), containing a drive for rotating the product, a mechanism for moving the searchers, recording equipment, the disadvantage of which is the low accuracy of the measurement due to the beating of the surface of the product during rotation, and the lack of correction of this beat in the measurement result.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство по патенту США N 3575042 - прототип, содержащее узел перемещения изделия, узел вращения, узел сканирования, недостатком которого является низкая точность измерения, обусловленная нестабильностью позиционирования изделия при вращении и отсутствие коррекции позиционирования в результат измерения. The closest in technical essence and the achieved result is the device according to US patent N 3575042 - a prototype containing a unit for moving the product, a rotation unit, a scanning unit, the disadvantage of which is the low measurement accuracy due to the instability of the positioning of the product during rotation and the lack of positioning correction in the measurement result.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения за счет улучшения базирования изделия и качества обработки информации. An object of the invention is to increase the accuracy of measurements by improving the basing of the product and the quality of information processing.

Поставленная задача решается тем, что узел зажима и вращения выполнен в виде трехлепестковой цанги с удлиненными лепестками, связанной через вал-шпиндель с шаговым приводом вращения, и установленной подвижно и концентрично относительно цанги конусной втулки, соединенной с поршнем пневмоцилиндра, узел центрирования выполнен в виде вращающейся втулки с отверстием в форме хвостовика тепловыделяющего элемента, закрепленной на иммерсионной ванне соосно узлу зажима и вращения, а система управления, контроля, регистрации снабжена блоком диагностики, соединенным с микропроцессором системы управления. The problem is solved in that the clamping and rotation unit is made in the form of a three-leaf collet with elongated petals, connected through a spindle shaft with a step drive of rotation, and mounted movably and concentrically relative to the collet of the conical sleeve connected to the piston of the pneumatic cylinder, the centering unit is made in the form of a rotating bushings with an opening in the form of a shank of a fuel element mounted on an immersion bath coaxially with the clamping and rotating unit, and the control, monitoring, and recording system is equipped with a di Gnostics connected to the microprocessor control system.

Указанная совокупность признаков является новой и обладает изобретательским уровнем, так как выполнение зажима тепловыделяющего элемента с помощью цанги с удлиненными лепестками,через конусную втулку увеличивает местную жесткость тепловыделяющего элемента прогибу при вращении, что уменьшает биение и сохраняет поверхность тепловыделяющего элемента от возможных следов при зажиме, выполнение центровочной втулки с отверстием в форме хвостовика тепловыделяющего элемента также повышает жесткость и точность установки тепловыделяющего элемента, а блок диагностики обеспечивает коррекцию величины биения в результате измерения при каждом шаге вращения и отслеживает состояние исполнительных механизмов всех узлов. The specified set of features is new and has an inventive step, since the clamping of the fuel element using a collet with elongated petals through the conical sleeve increases the local stiffness of the fuel element deflection during rotation, which reduces runout and saves the surface of the fuel element from possible traces during clamping, execution centering sleeve with a hole in the shape of the shank of the fuel element also increases the rigidity and accuracy of the installation of the fuel element, and the diagnostic unit provides correction of the runout value as a result of measurement at each rotation step and monitors the state of the actuators of all nodes.

Сущность изобретения поясняется чертежом. The invention is illustrated in the drawing.

На чертеже представлена блочно-функциональная схема устройства для неразрушающего контроля тепловыделяющих элементов. The drawing shows a block-functional diagram of a device for non-destructive testing of fuel elements.

Устройство состоит из узла загрузки-выгрузки 1, содержащего стол, на котором располагаются тепловыделяющие элементы, механизм загрузки-выгрузки, осуществляющий поштучную подачу тепловыделяющих элементов на измерение и выгрузку после измерения, причем стол выполнен с бункером для брака, узла 2 зажима и вращения, содержащего трехлепестковую цангу 3 с удлиненными лепестками, связанную через вал-шпиндель 4 с шаговым двигателем 5, конусную втулку 6, установленную подвижно и концентрично относительно цанги 3, соединенную с поршнем 7 пневмоцилиндра 8, обеспечивающего зажим и поворот тепловыделяющего элемента на величину, не превышающую диаметр пятна сканирования на поверхности тепловыделяющего элемента, относительно оси после выполнения каждого цикла построчного сканирования, узла центрирования 9, содержащего вращающуюся втулку 10 с отверстием 11 в форме хвостовика тепловыделяющего элемента, который закреплен на иммерсионной ванне 12 соосно узлу 2 зажима и вращения, узла сканирования, выполненного в виде приводной шаговым двигателем 13 каретки 14, перемещающейся вдоль образующей тепловыделяющего элемента по сварному шву, на которой закреплены один или несколько пьезопреобразователей 15, 23, системы 16 управления, контроля и регистрации, состоящей из генератора-приемника 17 зондирующих импульсов, блока 18 обработки информации, блока 19 диагностики, микропроцессора 20, блока 21 отображения информации и результатов контроля, блока 22 управления исполнительными механизмами. Блок 19 диагностики соединен с микропроцессором 20. The device consists of a loading and unloading unit 1, comprising a table on which fuel elements are located, a loading and unloading mechanism that supplies the fuel elements for measurement and unloading after measurement, the table being made with a reject bin, a clamping and rotating unit 2, comprising three-petal collet 3 with elongated petals, connected through a spindle shaft 4 with a stepper motor 5, a conical sleeve 6 mounted movably and concentrically relative to the collet 3, connected to the piston 7 pneumocilin ra 8, providing clamping and rotation of the fuel element by an amount not exceeding the diameter of the scanning spot on the surface of the fuel element, relative to the axis after each line scan, centering unit 9, containing a rotating sleeve 10 with an opening 11 in the form of a shank of the fuel element, which is fixed on the immersion bath 12 coaxially with the clamping and rotation unit 2, a scanning unit made in the form of a carriage 14 driven by a stepper motor 13 moving along the generatrix a heat generating element along the weld, on which one or several piezoelectric transducers 15, 23, a control, monitoring and recording system 16, consisting of a receiver-receiver 17 of probing pulses, an information processing unit 18, a diagnostic unit 19, a microprocessor 20, an information display unit 21, are fixed and control results, block 22 control actuators. Block 19 diagnostics connected to the microprocessor 20.

Все узлы устройства снабжены бесконтактными датчиками положения (не показаны). All components of the device are equipped with proximity sensors (not shown).

Устройство для неразрушающего контроля качества тепловыделяющих элементов работает следующим образом. A device for non-destructive quality control of fuel elements works as follows.

Перед проведением измерения для узла диагностики 19 требуется ввод стандартного образца с заданными параметрами сварного шва, по которым производится проверка метрологической исправности устройства с учетом длительности зондирующих импульсов генератора-приемника 17 зондирующих импульсов, амплитуды принятого сигнала с пьезопреобразователя 15 (23), определения протяженности зоны контроля, определения уровня разбраковки в каждой точке строки. Дополнительно проверяется величина давления сжатого воздуха в пневматической системе устройства. Вычисляют стандартный коэффициент для амплитуды прошедшего сигнала в каждой точке контроля. Before measuring for the diagnostic unit 19, it is necessary to enter a standard sample with the specified parameters of the weld, which is used to check the metrological serviceability of the device, taking into account the duration of the probe pulses of the receiver-generator 17 probe pulses, the amplitude of the received signal from the piezoelectric transducer 15 (23), determine the length of the control zone , determine the level of grading at each point in the line. Additionally, the pressure value of the compressed air in the pneumatic system of the device is checked. The standard coefficient for the amplitude of the transmitted signal at each control point is calculated.

При несоответствии вышеуказанных параметров заданным пределам узел диагностики доводит их до необходимой величины и дает микропроцессору 20 разрешение на проведение измерения. If the above parameters do not meet the specified limits, the diagnostic unit brings them to the required value and gives the microprocessor 20 permission to take the measurement.

По сигналу датчика наличия изделия на позиции узла 1 загрузки-выгрузки выдается команда на подачу тепловыделяющего элемента, и он подается с транспортного стола через узел 2 зажима и вращения в устройство в отверстие 11 вращающейся втулки 10 до упора. Срабатывает датчик узла центрирования 9, подается воздух в пневмоцилиндр 8, который перемещает поршень 7, смещающий конусную втулку 6, которая сжимает лепестки цанги 3, обеспечивая зажим тепловыделяющего элемента. Так как цанга 3 выполнена с удлиненными лепестками и жестко связана с валом-шпинделем 4, то она не смещается и не оставляет на тепловыделяющем элементе следов зажима. The signal from the product availability sensor at the position of the loading-unloading unit 1 gives a command to supply the fuel element, and it is supplied from the transport table through the clamping and rotating unit 2 to the device in the hole 11 of the rotating sleeve 10 until it stops. The sensor of the centering unit 9 is activated, air is supplied to the pneumatic cylinder 8, which moves the piston 7, which biases the conical sleeve 6, which compresses the petals of the collet 3, providing a clamp for the fuel element. Since the collet 3 is made with elongated petals and is rigidly connected to the spindle shaft 4, it does not move and does not leave traces of a clamp on the fuel element.

После выполнения зажима производится опрос датчика начального положения узла 2 зажима и вращения и датчика линейного перемещения. По полученным данным микропроцессор 20 производит запуск шагового двигателя 5 узла 2 зажима и вращения и шагового двигателя 13 узла сканирования, выставляя их в исходное состояние. After clamping is performed, the sensor for the initial position of the clamping and rotating unit 2 and the linear displacement sensor are polled. According to the data obtained, the microprocessor 20 starts the stepper motor 5 of the clamping and rotating unit 2 and the stepping motor 13 of the scanning unit, exposing them to their initial state.

Далее проводится контроль сварного шва сканированием одним или несколькими пьезопреобразователями 15 (23) вдоль образующей тепловыделяющего элемента и поворотом его на заданный угол. По сигналу датчика узла 9 центрирования микропроцессор 20 запускает шаговый двигатель 13 узла сканирования и выдает разрешение на запуск генератора-приемника 17 зондирующих импульсов синхронно перемещению каретки 14. Next, the weld is inspected by scanning one or more piezoelectric transducers 15 (23) along the generatrix of the fuel element and rotating it by a predetermined angle. According to the sensor signal of the centering unit 9, the microprocessor 20 starts the stepping motor 13 of the scanning unit and issues permission to start the generator-receiver 17 of the probe pulses synchronously to the carriage 14.

С первого выхода генератора-приемника 17 зондирующих импульсов электрический сигнал поступает на пьезопреобразователь 15, работающий в режиме излучения, который преобразует сигнал в ультразвуковые колебания и фокусирует их в зоне сварного шва. Ультразвуковой сигнал проходит через соответствующую зону контролируемого сварного шва тепловыделяющего элемента, после чего попадает на пьезопреобразователи 15 или 23, работающие в режиме приема, которые преобразуют его из ультразвукового в электрический. При этом амплитуда прошедшего сигнала изменяется от качества сварного шва в данной зоне. From the first output of the generator-receiver 17 of the probe pulses, the electric signal is supplied to the piezoelectric transducer 15 operating in the radiation mode, which converts the signal into ultrasonic vibrations and focuses them in the weld zone. The ultrasonic signal passes through the corresponding zone of the welded seam of the fuel element, after which it enters the piezoelectric transducers 15 or 23, operating in the receiving mode, which convert it from ultrasonic to electric. In this case, the amplitude of the transmitted signal varies from the quality of the weld in this zone.

Электрический сигнал с приемного пьезопреобразователя 15 (или 23) попадает на вход генератора-приемника 17 зондирующих импульсов, где он преобразуется в форму, удобную для цифрового преобразования, и затем со второго выхода поступает на вход блока 18 обработки информации. The electric signal from the receiving piezoelectric transducer 15 (or 23) enters the input of the generator-receiver 17 of the probing pulses, where it is converted into a form convenient for digital conversion, and then from the second output it enters the input of the information processing unit 18.

В блоке 18 обработки информации амплитуда принятого сигнала корректируется по параметрам стандартного образца, полученным при проверке метрологической исправности устройства для данной строчки контроля, и сравнивается с установленным уровнем разбраковки, определенным также при контроле стандартного образца. По результатам сравнения микропроцессор 20 определяет качество сварного шва тепловыделяющего элемента в данной точке, запоминает его параметры, после чего дает разрешение на перемещение каретки 14 через блок 22 управления исполнительными механизмами на заданный шаг сканирования по установленной строчке, и процесс контроля повторяется по всей длине сканирования. In the information processing unit 18, the amplitude of the received signal is corrected according to the parameters of the standard sample obtained by checking the metrological serviceability of the device for a given control line, and compared with the set level of grading, also determined during the control of the standard sample. According to the comparison results, the microprocessor 20 determines the quality of the weld of the fuel element at a given point, remembers its parameters, and then gives permission to move the carriage 14 through the actuator control unit 22 to a predetermined scan step along the specified line, and the control process is repeated along the entire scan length.

После прохождения всей длины сканирования в данной строке микропроцессор 20 дает сигнал через блок 22 исполнительных механизмов узлу 2 зажима и вращения на поворот тепловыделяющего элемента на определенный угол, и процесс контроля сварного шва по следующей строке повторяется. After passing the entire scan length in this line, the microprocessor 20 gives a signal through the actuator block 22 to the clamping and rotary unit 2 to rotate the fuel element by a certain angle, and the weld inspection process is repeated on the next line.

По окончании контроля сварного шва тепловыделяющего элемента микропроцессор 20 выдает все полученные данные о сварном шве на блок 21 отображения информации и результатов контроля, выдает сигнал на выгрузку тепловыделяющего элемента блоку 22 управления исполнительными механизмами. По сигналу блока 22 управления исполнительными механизмами механизм узла 1 загрузки-выгрузки выгружает проконтролированный тепловыделяющий элемент на стол, где по результатам контроля тепловыделяющие элементы сортируются на годные и брак. At the end of the control of the weld of the fuel element, the microprocessor 20 provides all the received data about the weld to the block 21 for displaying information and control results, gives a signal for unloading the fuel element to the actuator control unit 22. According to the signal of the actuator control unit 22, the mechanism of the loading and unloading unit 1 unloads the controlled fuel element to the table, where according to the results of the control, the fuel elements are sorted for fit and defective.

Таким образом, применение данного устройства позволяет повысить точность контроля качества сварных швов тепловыделяющих элементов как при проведении ультразвукового контроля, так и при радиационных методах неразрушающего контроля. Thus, the use of this device allows to increase the accuracy of quality control of welds of fuel elements both during ultrasonic testing and in radiation non-destructive testing methods.

Устройство может быть использовано как автономно, так и в составе линии по изготовлению тепловыделяющих элементов. The device can be used both autonomously and as part of a line for the manufacture of fuel elements.

Claims (1)

Устройство для неразрушающего контроля качества тепловыделяющих элементов, содержащее узел загрузки-выгрузки, узел зажима и вращения, узел центрирования, иммерсионную ванну, узел сканирования в виде приводной каретки с закрепленными на ней одним или несколькими пьезопреобразователями, систему управления, контроля, регистрации, состоящей из генератора-приемника зондирующих импульсов, блока обработки информации, управляющего микропроцессора, блока отображения информации и результатов контроля, блока управления исполнительными механизмами, отличающееся тем, что узел зажима и вращения выполнен в виде трехлепестковой цанги с удлиненными лепестками, связанной через вал-пшиндель с шаговым приводом вращения, и установленной подвижно и концентрично относительно цанги конусной втулки, соединенной с поршнем пневмоцилиндра, узел центрирования выполнен в виде вращающейся втулки с отверстием в форме хвостовика тепловыделяющего элемента, закрепленной на иммерсионной ванне соосно узлу зажима и вращения, а система управления, контроля, регистрации снабжена блоком диагностики, соединенным с управляющим микропроцессором. A device for non-destructive testing of the quality of fuel elements, comprising a loading and unloading unit, a clamping and rotating unit, a centering unit, an immersion bath, a scanning unit in the form of a drive carriage with one or more piezoelectric transducers fixed to it, a control, monitoring, recording system consisting of a generator -receiver of probe pulses, information processing unit, control microprocessor, information and control results display unit, executive mechanics control unit isms, characterized in that the clamping and rotating unit is made in the form of a three-leaf collet with elongated petals, connected through a pinch shaft with a stepwise rotation drive, and mounted movably and concentrically with respect to the collet of the conical sleeve connected to the piston of the pneumatic cylinder, the centering unit is made in the form of a rotating bushings with an opening in the form of a shank of a fuel element mounted on an immersion bath coaxially with the clamping and rotating unit, and the control, monitoring, and recording system is equipped with a diagnostic unit Connected to the control microprocessor.