Документ описывает разработку систем автоматизированного ультразвукового контроля (АУЗК) для диагностики сварных соединений на атомных электростанциях с использованием антеннных решеток и алгоритмов 3D. Приведены результаты работы НПЦ "Эхо+" за 1996-2011 годы, включая разработку и внедрение новых технологий контроля, а также обсуждение производительности и недостатков существующих систем. Основное внимание уделено методам повышения достоверности контроля и профилактике аварийных ситуаций на АЭС.

1. 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.

2. Результаты деятельности НПЦ
«ЭХО+» за период 1996-2011 годы
 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.
2

3. Применение систем Авгур
позволило решить следующие
практические задачи
 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
3

4. Дефект в сварном соединении композитного
переходного кольца и патрубка Ду1100 парогенератора
реактора ВВЭР-440
4

5. Дефект на «холодном» СС №111
ПГ4 блока 1 БалАЭС
32
380
5

6. АУЗК ТОЛСТОСТЕННЫХ СВАРНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ
Контуры разделки
Донная поверхность
Ступенька,
показывающая
границу наплавки

7. Сканеры систем АВГУР
7

8. Недостатки голографических
систем «Авгур 5.2»
1. Относительно
большое время
контроля, анализа
данных и выдачи
протокола
2. Относительно
большая масса
оборудования
(порядка 30 кг)
8

9. Начало работ по применению
приборов с ФАР
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
9

10. Основные положения комплексной
программы
 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
10

11. 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.

12. Варианты автоматизации с
использованием систем УЗФР
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
12

13. Первый уровень
Механизированный УЗК
АР1 АР2 ФАР-
дефектоск Рабочая
Сканер оп Копирование файлов станция с
Энкодер программой
«Анализ» и
конверторо
м
Блок
управления
Блок-схема механизированной системы на основе ручных ФАР-дефек-
тоскопов. 13

14. Система со сканером для сварных
швов Ду300, Ду800-850
14

15. Математическое моделирование
процесса УЗК
 Для выбора параметров
методики
 Для обоснования
достоверности методик
 Для уменьшения числа
испытательных образцов

16. Сравнение ФАР-дефектоскопов и
системы «Авгур 5.2»
Преимущества ФАР Недостатки ФАР
1. Получение изображений в 1. Ограничения по толщине
реальном масштабе контролируемых объектов
времени (до 50-70 мм)
2. Уменьшение уровня 2. Ухудшение разрешающей
артефактов способности вдали от линии
3. Более высокая фокусировки
производительность 3. Трудности измерения
контроля эквивалентных размеров
4. Меньшая масса обнаруженных дефектов
оборудования 4. Для толстостенных
объектов требуется
поперечное сканирование
Квалификация 16
эксперта

17. Второй уровень
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.
17

18. 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

19. 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

20. Схема двойного сканирования
Излучает пятый элемент антенной решетки и регистрируется набор эхосигналов 5→16.
20

21. Схема двойного сканирования
Излучает седьмой элемент антенной решетки и регистрируется набор эхосигналов
7→16.
21

22. Схема двойного сканирования
Излучает седьмой элемент антенной решетки и регистрируется набор эхосигналов
9→16.
22

23. Схема двойного сканирования
Измерения продолжаются до тех пор пока не излучит последний элемент и не
зарегистрируется набор эхосигналов 16→16.
23

24. Решение проблем контроля
толстостенных объектов
-10 мм 0 мм

25. Повышение отношения сигнал/шум
при контроле заварок
( xr , zr )
Заварка
( xt , zt ) x pr
Отверстие №1
x Схема образца трубо-
( x, z )
провода Ду800 толщи-
38
ной h с аустенитной
заваркой и тремя
Отверстие №2
отверстиями бокового
z Отверстие №3 Наплавка
сверления диаметром 2
мм.
"Схлопнутое" изображение (сумма комплексных изображений)
ФАР-изображение Тройное сканирование
(1157.5773 6 12 78.420106 24.213671))
1100
5
1000
Изображение отверс-
10
900 тий бокового сверле-
15 800
ния №1, №2 и №3 при
700
20 использовании антен-
600
z, мм
25
500
ной решётки на 5.0
30 400 МГц в режиме ФАР
35
300 (слева) и в режима
40
200
тройного сканирова-
100
ния (справа).
-40 -30 -20
25 -10 x, мм 0 10 20

26. Технические возможности системы
 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
26

27. 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

28. Типовая схема проведения
контроля
N сторона
N-АР P-АР
P сторона
Призма Призма
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

29. Информация получаемая по
измеренным эхосигналам
Измеренные
Измеренные
эхосигналы с N-
эхосигналы с
стороны или P-
NP-стороны
стороны
Изображение Изображение Изображение
дна по схеме дефектов по дна в режиме
T(L)-T(L) схеме T(S)-T(S) TB(SS)-TB(SS)
Объединённое
изображение
29

30. Реальный дефект в сварном
соединении Ду300
T(S)-T(S) TB(SS)-T(S) TB(SS)-TB(SS)
Вершина
трещины
TBT(SSS)-T(S) TBT(SSS)-TB(SS) TBT(SSS)-TBT(SSS)
Тело
трещины
30

31. Автообразмеривание и
формирование протокола
По объединенным
изображениям
программа позволяет
получить контуры
дефекта в каждом
слое и сделать запись
в БД о дефекте.
31

32. К методике АУЗК сварных швов ГЦТ
Ду850
 Требование к выявлению поперечных дефектов
 Применение TOFD
 Неровность поверхности трубопровода
 Требование к измерению эквивалентных
площадей
 Производительность контроля

33. Выявление поперечных дефектов

34. Выявление поперечных дефектов
y
x

35. Применение TOFD. ФАР.

36. Применение TOFD
АР + C-SAFT
Зона Трещина
тени
Совмещенный Раздельный
режим режим

37. Учет формы внешней поверхности

38. Пространственная регулировка
чувствительности

39. 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

40. Базулин Андрей
ООО «НПЦ «ЭХО+»
Начальник лаборатории систем автоматизированного
ультразвукового контроля для АЭС
android@echoplus.ru
+7-495-780-92-48