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Ω焊縫自動檢測系統定位組件開發

口  張寶軍  嚴  智  袁光華

(上海核工程研究設計院，200233)

        摘  要  Ω焊縫自動檢測系統集超聲、渦流和目視檢測為一體，專用于核電廠反應堆    控制棒驅動機構與反應堆頂蓋杯座之間的連接焊縫檢測。定位組件是該檢測系統的重要組成部分，它由伸縮定位機構和電機驅動保護電路組成，實現了該檢測系統的正確、可靠和自動定位。
        關鍵詞  Ω焊縫 無損檢測  自動定位 電機驅動保護電路
1  引言
        Ω焊縫是反應堆控制棒驅動機構與反應堆頂蓋杯座之間的連接密封焊縫，是核反應堆一回路壓力邊界的特殊密封焊縫。該焊縫的完整性直接關系到核電站的安全運行，一旦泄漏將會造成巨大的社會影響和經濟損失。國內某電站就由于焊縫內部缺陷的擴展破裂而導致兩次反應堆緊急停堆。Ω焊縫是半徑小，曲率大，壁厚薄的圓環形焊縫，環的布置結構緊湊。以核電站為例，環外半徑R--lOmm，壁厚T=3mm，焊縫內側可利用的空間僅為4mm，如圖1所示。焊縫位于環境劑量率達lOmsv／h的高放射性環境下，手工探傷會給檢驗人員帶來很大的放射性危害，而且中間區域不可達。因此必須實現自動檢驗和數據的遠程采集和存儲，以避免檢測人員的輻射危害和縮短工作時間［1］。
        Ω焊縫自動檢測系統集超聲、渦流、目視檢測為一體，依靠自動檢測裝置分別攜載超聲探頭、渦流探頭和CCD攝像頭對Ω焊縫進行內部缺陷和表面缺陷檢測。
自動定位組件是Ω焊縫自動檢測系統的重要組成部分，它由驅動馬達、機械定位部件和電機驅動保護電路組成，用于實現Ω焊縫自動檢測裝置的定位，保證檢測裝置的順利運行。

        本文對系統及其檢測運行原理做了介紹，  同時對自動定位組件的機械定位部件、電機驅  動保護電路做了詳細介紹。
 2  系統及其檢測運行原理
        Ω焊縫自動檢測裝置是一環狀機構，由裝  置本體和探頭齒輪盤組成，如圖2所示。探頭齒輪盤上分別攜帶6個不同角度的超聲探頭［2］、4個渦流探頭和一個CCD攝像頭。檢測前，將該裝置從控制棒驅動機構頂端套住控制棒驅動機構，逐漸下移至底部Ω焊縫處，然后分別采用超聲、渦流和目視的方法對Ω焊縫的內部、近表面和表面缺陷進行檢測。在檢測過程中，為了完成對整個焊縫進行全面檢測，探頭齒輪盤需要在電機驅動下帶動探頭在裝置本體上旋轉。然而當電機驅動探頭齒輪盤旋轉時，根據動力學動量定理分析以及實踐證明，裝置本體會隨著探頭齒輪盤的旋轉而反向運轉，無法實現焊縫的全面檢測。根據需要，設計了自動定位組件以解決以上問題。

        定位組件是一伸縮機構，類似于伸縮手臂。它的安裝與運行需要一定的空間，依靠伸縮臂支撐相鄰的控制棒驅動機構，實現檢測裝置的定位。系統需要檢測的Ω焊縫是反應堆控制棒驅動機構與反應堆頂蓋杯座之間的連接密封焊縫。在討論的實例中，反應堆控制棒驅動機構如圖3所示排列，共37套，也就是共有37條焊縫需要檢測，除中間1套外，每兩套控制棒驅動機構之間在X和Y方向排列均等間距。除中間5套外，控制棒驅動機構在I方向排列等間距。由于在I方向控制棒驅動機構間距很小，當Ω焊縫檢測自動裝置安放完畢后，已經沒有空間滿足定位組件的安裝和運行。

        利用X或Y方向的交錯排列空間如圖4所示，以X方向為例，當檢測第i排焊縫時，利用第i+1或者第i-1排的焊縫的錯位空間，以此類推，完成所有37條焊縫的檢測(對于中間一條焊縫的檢測，只要加長伸縮臂即可)。
3  伸縮定位機構
        根據以上問題的提出，設計了如圖5所示的伸縮臂定位機構。該機構由電機、減速器、傳動部分、移動螺母和伸縮臂組成。

       當系統不工作時，左右兩個移動螺母和伸縮臂分別縮進到初始位置。當系統工作時，啟動電機，經過減速器減速和帶傳動，驅動傳動軸旋  轉。兩個旋向相反的移動螺母與機架通過導向槽聯結，相對于機架只能移動，不能轉動。移動螺母與傳動軸為羅紋聯結。當傳動軸旋轉時，通過螺旋運動和機架導向作用使得移動螺母(旋向相反)分別向外移動，帶動兩個支撐臂向外伸出，頂住與被檢測控制棒驅動機構相鄰的兩個控制棒驅動機構(參見圖4)，同時關閉直流電機電源，利用機械自鎖使Ω焊縫自動檢測裝置的裝置本體被固定，完成自動檢測裝置本體的定位。

4  電機驅動保護電路
        整個Ω焊縫自動檢測裝置的安裝、使用以及檢測在現場進行?，F場環境輻射劑量較大，對人體的危害較大，為保證檢測人員的安全，檢測過程的數據采集、裝置運行控制是在遠離現場的環境下進行的。對于上節所述的定位機構，當對某個Ω焊縫進行檢測定位時，伸縮臂伸長定位，抵至兩側的控制棒驅動機構，為防止直流電機堵轉，控制人員必須靠手動關斷電源。但是實際操作時，操作人員經常由于失誤、環境影響或者難以把握關斷電源時機而導致直流電機經常處于堵轉狀態，電機通電電流過大而燒毀電機。
        為克服以上不足，自行設計了一個直流電機保護電路，如圖6所示。電路由控制開關、采壓電阻、繼電器組成?？刂崎_關由電源開關和轉向開關組成，用來控制電機的通、斷電和正、反向運轉。采壓電阻由三個1歐姆的電阻組成，當電機堵轉時，用于采集線路的電壓。繼電器控制電路由兩個5VDC繼電器組成，用于電路的自動切斷。

        我們選用的直流電機為永磁式直流齒輪減速電機，額定電壓為12V，額定電流為1．2A，經試驗測得堵轉電流為4A。當定位機構的伸縮臂伸出和縮進時，電機正常運轉，采壓電阻兩端的壓降為1．8V，不足以啟動繼電器。當定位機構的伸縮臂伸出或縮進至極限位置，即處于定位狀態或初始狀態時，電機堵轉，此時堵轉電流達到4A，采壓電阻兩端電壓最高達6V，繼電器1動作，繼而啟動繼電器2，斷開電機電流，保護電機。其中繼電器2主要起電路維持的作用。該保護電路，利用直流電機的堵轉特性，一方面實現了系統定位的自動化，同時對直流電機進行了過載保護，并與定位機構共同作用，實現了Ω焊縫自動檢測系統的自動定位。
5  結束語
        啟動定位裝置和電機保護電路的開發，是Ω焊縫自動檢測改進項目中的一個重要組成部分。經過試驗驗證，完全達到了它的預期功能，運行安全可靠，使得原有的自動檢測系統更完善、更可靠。該系統已經應用于秦山一期R8和R9大修Ω焊縫在役檢測中，運行狀態良好。
參考文獻
        [1]嚴智．壓水堆控制棒驅動機構下部Ω焊縫自動在役無損檢驗技術開發報告，2003
        [2]胡天明等．超聲波探傷．中國鍋爐壓力容器安全雜志社，1995