Неразрушающий контроль. Атомная промышленность.

Исследование остаточных напряжений в патрубках Ду1200 парогенераторов ПГВ-1000 в зоне сварного соединения СС №111

Авторы:
Жбанников В.В.- главный инженер НВАЭС
Фоменко В.И. – зам. главного инженера НВАЭС
Киселёв А.М. – начальник лаборатории НВАЭС
Гетман А.Ф. – главный научный сотрудник ВНИИАЭС, д-р.т.н.
Усанов А.И. – зам. генерального директора ВНИИАЭС, к.т.н.
Смирнов В.А.– главный инженер ООО "ИНКОТЕС", к.т.н.
Пасманик Л.А. – зам. генерального директора ООО "ИНКОТЕС"

 

Аннотация


     Работа посвящена исследованию проблемы возникновения дефектов (трещин) в материале патрубков Ду 1200 парогенераторов ПГВ-1000 в зоне сварного соединения СС №111.

 

ВВЕДЕНИЕ


     В связи с неоднократно имевшими место случаями обнаружения трещиноподобных дефектов в околошовной зоне сварного соединения СС №111 возникла необходимость определения причин возникновения указанных дефектов. Было выдвинуто предположение, что одним из факторов, приводящих к образованию трещин, является наличие в околошовной зоне СС №111 существенных остаточных напряжений. При разработке программы исследований, была поставлена задача выполнения прямых измерений действующих механических напряжений, усреднённых по толщине материала патрубков (мембранных напряжений) для оценки их влияния на прочность сварного соединения СС №111.
     Для проведения измерений был использован прибор ИН-5101А и методика контроля, разработанные фирмой "ИНКОТЕС", базирующиеся на использовании упругоакустического эффекта, то есть линейной зависимости скорости распространения упругих волн от механических напряжений (метод акустоупругости)). Для измерения напряжений в приборе ИН-5101А используются объемные сдвиговые и продольные волны, временя распространения которых по толще материала измеряется с помощью ультразвукового эхо-импульсного метода. Особенность измерений состоит в том, что упругоакустический эффект достаточно слаб и требует проведения прецизионных измерений времени распространения волн (с погрешностью не хуже 10-9 с), поэтому в приборе реализован метод измерения, на несколько порядков превосходящий по точности обычный эхо-метод.

 

Результаты работы


     В соответствие с программой исследований, утвержденной "Концерном "Энергоатом", был проведён анализ дефектов, возникающих в районе СС №111 на Нововоронежской АЭС, и выполнены контрольные измерения остаточных напряжений в период ППР-2008 на подводящем (горячем) патрубке парогенератора №1 5-го энергоблока.
     Расположение точек измерения напряжений показано на рис.1.

 
Рис.1. Точки контроля напряжений на патрубке ДУ 1200 парогенератора ПГВ-1000.


     Проведенная работа позволила предварительно оценить уровень остаточных напряжений, построить эпюры кольцевых и продольных напряжений в околошовной зоне по длине шва, сопоставить зоны возникновения трещин с эпюрами измеренных напряжений. Эпюры остаточных напряжений для подводящего (горячего) патрубка парогенератора №1 5-го энергоблока приведены на рис. 2.
     На контролируемом парубке максимальные измеренные напряжения в точках околошовной зоны СС № 111Г (сечение 1) имели значения -190…+163 МПа они зафиксированы в зоне I – противоположной от клина коллектора. В этой зоне по данным дефектоскопии, проведенной в 1998 и 2004 гг., были зафиксированы дефекты в виде трещин.
     На основании результатов, полученных в процессе измерений, и на основании прочностного анализа, проведённого ВНИИАЭС, получено заключение, что причины рассмотренных эффектов связаны с технологическими факторами и особенностями конструкции парогенераторов.

Рис. 2. Эпюры остаточных напряжений для подводящего (горячего) патрубка парогенератора 5ПГ-1, полученные в 2008 г.


     По результатам работы совместными усилиями ВНИИАЭС и фирмы "ИНКОТЕС" были разработаны "Временная методика оценки напряженно-деформированного состояния элементов оборудования и трубопроводов АЭС с учетом экспериментальных результатов измерений механических напряжений методом акустоупругости" и "Методика выполнения измерений (МВИ) методом акустоупругости механических напряжений, возникающих в элементах оборудования АЭС в результате технологических воздействий (свидетельство № 633/1700 от 16.06..2009г.)" Методики прошли экспериментальную апробацию на НВАЭС в период ППР-2009. В процессе апробации были проведены измерения напряжений на всех патрубках всех парогенераторов 5-го энергоблока.
     На подводящем (горячем) патрубке 4-го парогенератора по результатам дефектоскопии была обнаружена трещина длиной 40 мм, после проведения ремонта были проведены измерения остаточных напряжений в околошовной зоне.
     Эпюры напряжений, с наложенным местом дефекта показаны на рис.3. Как следует из полученных данных, дефект расположен в зоне, примыкающей к месту, где при измерении напряжений зафиксированы аномально высокие значения, свидетельствующие об изменении акустических характеристик материала, что указывает на возможность наличия зон пластических деформаций

Рис. 3. Эпюры остаточных напряжений для подводящего (горячего) патрубка парогенератора 5ПГ-4, полученные в 2009 г.

 

Выводы

  1. Проведённые работы выявили наличие высоких значений остаточных напряжений в околошовной зоне СС №111, достигающих значений близких к пределу текучести материала патрубков. Причем это проявляется как на отремонтированных сварных соединениях СС №111, так и на сварных соединениях указанного типа, не подвергавшихся ремонту.
  2. Установлено наличие зон пластической деформации в околошовной зоне СС №111, предположительно, вследствие технологических причин, связанных с производством парогенераторов на заводе-изготовителе. Возникновение дефектов, предположительно, является следствием остаточных напряжений и пластических деформаций.
  3. Ранее выявленные дефекты СС №111 на парогенераторах НВАЭС расположены в зонах, непосредственно примыкающих к зонам пластической деформации, или в зонах с высокими значениями напряжений (на 5ПГ-1 - в 1998 г. и 2004 г.; на 5ПГ-4 - в 2007 г. и 2009 г.).
  4. Полученные значения напряжений показали необходимость оценки прочности патрубков парогенераторов ПГВ-1000 по критериям малоцикловой усталости с учётом фактических остаточных напряжений и пластических деформаций, приводящих к возникновению трещин.