Оптико-механічний модуль для визначення залишкових напружень металу поверхні корпусу реактора енергоблока ВВЕР-1000
Представлено результати розробки оптико-механічного модуля для визначення залишкових напружень металу поверхні корпусу реактора енергоблока ВВЕР-1000. Приведено опис методики визначення залишко- вих напружень металу. Розроблене обладнання адаптовано для роботи на поверхні корпусу реактора. Предста...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2016 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/115337 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Оптико-механічний модуль для визначення залишкових напружень металу поверхні корпусу реактора енергоблока ВВЕР-1000 / С.В. Гоженко, Л.С. Ожигов // Вопросы атомной науки и техники. — 2016. — № 2. — С. 66-71. — Бібліогр.: 11назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-115337 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Гоженко, С.В. Ожигов, Л.С. 2017-04-02T13:32:50Z 2017-04-02T13:32:50Z 2016 Оптико-механічний модуль для визначення залишкових напружень металу поверхні корпусу реактора енергоблока ВВЕР-1000 / С.В. Гоженко, Л.С. Ожигов // Вопросы атомной науки и техники. — 2016. — № 2. — С. 66-71. — Бібліогр.: 11назв. — укр. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/115337 669.018.2:621.9.048.4 Представлено результати розробки оптико-механічного модуля для визначення залишкових напружень металу поверхні корпусу реактора енергоблока ВВЕР-1000. Приведено опис методики визначення залишко- вих напружень металу. Розроблене обладнання адаптовано для роботи на поверхні корпусу реактора. Представлены результаты разработки оптико-механического модуля для определения остаточных напряжений металла поверхности корпуса реактора энергоблока ВВЭР-1000. Приведено описание методики определения остаточных напряжений металла. Разработанное оборудование адаптировано для работы на поверхности корпуса реактора. Results of the development of optical-mechanical module for measuring the residual stress in metal of the surface of the reactor vessel WWER-1000 are described. The methodology for determining the residual stresses in metal is described. The developed equipment is adapted for use on the surface of the reactor vessel. uk Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Материалы реакторов на тепловых нейтронах Оптико-механічний модуль для визначення залишкових напружень металу поверхні корпусу реактора енергоблока ВВЕР-1000 Оптико-механический модуль для определения остаточных напряжений металла поверхности корпуса реактора энергоблока ВВЭР-1000 Optical-mechanical module for measuring the residual stress in metal of the surface of reactor of power unit WWER-1000 Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Оптико-механічний модуль для визначення залишкових напружень металу поверхні корпусу реактора енергоблока ВВЕР-1000 |
| spellingShingle |
Оптико-механічний модуль для визначення залишкових напружень металу поверхні корпусу реактора енергоблока ВВЕР-1000 Гоженко, С.В. Ожигов, Л.С. Материалы реакторов на тепловых нейтронах |
| title_short |
Оптико-механічний модуль для визначення залишкових напружень металу поверхні корпусу реактора енергоблока ВВЕР-1000 |
| title_full |
Оптико-механічний модуль для визначення залишкових напружень металу поверхні корпусу реактора енергоблока ВВЕР-1000 |
| title_fullStr |
Оптико-механічний модуль для визначення залишкових напружень металу поверхні корпусу реактора енергоблока ВВЕР-1000 |
| title_full_unstemmed |
Оптико-механічний модуль для визначення залишкових напружень металу поверхні корпусу реактора енергоблока ВВЕР-1000 |
| title_sort |
оптико-механічний модуль для визначення залишкових напружень металу поверхні корпусу реактора енергоблока ввер-1000 |
| author |
Гоженко, С.В. Ожигов, Л.С. |
| author_facet |
Гоженко, С.В. Ожигов, Л.С. |
| topic |
Материалы реакторов на тепловых нейтронах |
| topic_facet |
Материалы реакторов на тепловых нейтронах |
| publishDate |
2016 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Вопросы атомной науки и техники |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Оптико-механический модуль для определения остаточных напряжений металла поверхности корпуса реактора энергоблока ВВЭР-1000 Optical-mechanical module for measuring the residual stress in metal of the surface of reactor of power unit WWER-1000 |
| description |
Представлено результати розробки оптико-механічного модуля для визначення залишкових напружень
металу поверхні корпусу реактора енергоблока ВВЕР-1000. Приведено опис методики визначення залишко-
вих напружень металу. Розроблене обладнання адаптовано для роботи на поверхні корпусу реактора.
Представлены результаты разработки оптико-механического модуля для определения остаточных
напряжений металла поверхности корпуса реактора энергоблока ВВЭР-1000. Приведено описание методики
определения остаточных напряжений металла. Разработанное оборудование адаптировано для работы на
поверхности корпуса реактора.
Results of the development of optical-mechanical module for measuring the residual stress in metal of the surface
of the reactor vessel WWER-1000 are described. The methodology for determining the residual stresses in metal
is described. The developed equipment is adapted for use on the surface of the reactor vessel.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/115337 |
| citation_txt |
Оптико-механічний модуль для визначення залишкових напружень металу поверхні корпусу реактора енергоблока ВВЕР-1000 / С.В. Гоженко, Л.С. Ожигов // Вопросы атомной науки и техники. — 2016. — № 2. — С. 66-71. — Бібліогр.: 11назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT goženkosv optikomehaníčniimodulʹdlâviznačennâzališkovihnapruženʹmetalupoverhníkorpusureaktoraenergoblokavver1000 AT ožigovls optikomehaníčniimodulʹdlâviznačennâzališkovihnapruženʹmetalupoverhníkorpusureaktoraenergoblokavver1000 AT goženkosv optikomehaničeskiimodulʹdlâopredeleniâostatočnyhnaprâženiimetallapoverhnostikorpusareaktoraénergoblokavvér1000 AT ožigovls optikomehaničeskiimodulʹdlâopredeleniâostatočnyhnaprâženiimetallapoverhnostikorpusareaktoraénergoblokavvér1000 AT goženkosv opticalmechanicalmoduleformeasuringtheresidualstressinmetalofthesurfaceofreactorofpowerunitwwer1000 AT ožigovls opticalmechanicalmoduleformeasuringtheresidualstressinmetalofthesurfaceofreactorofpowerunitwwer1000 |
| first_indexed |
2025-11-26T02:05:54Z |
| last_indexed |
2025-11-26T02:05:54Z |
| _version_ |
1850607719738769408 |
| fulltext |
66 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2016. №2(102)
УДК 669.018.2:621.9.048.4
ОПТИКО-МЕХАНІЧНИЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ
ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ МЕТАЛУ ПОВЕРХНІ КОРПУСУ
РЕАКТОРА ЕНЕРГОБЛОКА ВВЕР-1000
С.В. Гоженко, Л.С. Ожигов
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут»,
Харків, Україна
Представлено результати розробки оптико-механічного модуля для визначення залишкових напружень
металу поверхні корпусу реактора енергоблока ВВЕР-1000. Приведено опис методики визначення залишко-
вих напружень металу. Розроблене обладнання адаптовано для роботи на поверхні корпусу реактора.
ВСТУП
Дані про реальні залишкові напруження корпусу
реактора та властивості металу, з якого він склада-
ється, лежать в основі розрахунків безпеки експлуа-
тації атомних станцій. У процесі експлуатації зали-
шкові напруження і властивості основного металу
змінюються. Можливості одержання реальних да-
них під час експлуатації устаткування досить обме-
жені, як правило, при розрахунках використовують-
ся результати модельних експериментів і непрямих
вимірів. Прямі виміри покликані показати відповід-
ність прийнятих допущень величинам, що існують
на об'єктах, які перебувають в експлуатації.
Специфічною особливістю визначення залишко-
вих напружень та властивостей металу зовнішньої
поверхні корпусу реактора є виконання робіт в умо-
вах підвищеного рівня радіаційного випромінюван-
ня та обмеженого доступу. Тільки біля отвору в біо-
логічній захисній оболонці є вільний доступ до не-
значної донної частини поверхні корпусу реактора.
Доставка модулів до решти зони контролю можлива
тільки за допомогою маніпулятора СК-187, управ-
ління роботою модулів – дистанційне. Аналогічні
вимоги пред'являються до допоміжного обладнання,
що забезпечує підготовку поверхні корпусу реакто-
ра до обстеження. Слід зазначити, що ширина та ва-
га використанного обладнання при контролі металу
поверхні не може перевищувати 500 мм та 200 кг
(вантажність маніпулятора установки СК-187) від-
повідно.
Обов’язковою умовою вибору методик для об-
стеження об’єктів, що знаходяться в експлуатації, є
забезпечення якнайменшого впливу. При контролі
неприпустимо зниження робочих характеристик
об’єктів. Методика визначення характеристик ме-
ханічних властивостей металу беззразковими ме-
тодами за характеристиками твердості повністю
задовольняє цим вимогам та знаходить широке за-
стосування при контролі обладнання атомних елек-
тростанцій [1]. Зокрема, при цьому використовуєть-
ся метод контролю властивостей матеріалів та конс-
трукцій по зануренню кулькового індентора.
Всі механічні методи визначення залишкових
напружень засновані на принципі перерозподілу по-
ля напруг та виникнення нового деформованого
стану при механічних впливах на об’єкт. Метою да-
ної роботи є розробка модуля визначення залишко-
вих напружень металу зовнішньої поверхні корпусу
реактора енергоблока ВВЕР-1000 по зануренню ку-
лькового індентора.
ФІЗИЧНІ ОСНОВИ ПРОЕКТУВАННЯ
МОДУЛЯ
При силовому контакті недеформуючого кулько-
вого індентора з поверхнею, що плоска та пружно-
пластична, на початковому етапі занурення відбува-
ється чисто пружна деформація. Зі зростанням нава-
нтаження на відстані від центра поверхні контакту,
приблизно рівному половині радіуса площі контакту
на осі занурення індентора, виникає пластична де-
формація, яка поступово розповсюджується як у
глибину, так і до поверхні тіла. На поверхні утворю-
ється спочатку кільцева, а згодом і суцільна ум'яти-
на (відбиток) [2]. Після зняття навантаження відбу-
вається пружне відновлення, причому діаметр від-
битка практично не змінюється, а зменшується гли-
бина ум'ятини. Навколо відбитка індентора форму-
ється зона випинання матеріалу [3] (рис. 1).
Процес пружно-пластичного вдавлювання інден-
тора описується емпіричним рівнянням Мейера,
установлює зв'язок між параметрами вдавлювання
(навантаженням F та діаметром відбитка d) при
будь-яких F/D
2
(D діаметр індентора):
F = aD
n
.
а
б
Рис. 1. Утворення відбитка індентора
та випинання при пружно-пластичному вдавлю-
ванні індентора: а – переріз вдавлювання інден-
тора; б – залишковий напружено-деформований
стан, що викликано зануренням індентора
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2016. №2(102) 67
Це рівняння справедливе, як показують численні
дослідження, практично для всіх металів [4]. У цьо-
му рівнянні параметр а характеризує пружні власти-
вості та межу плинності матеріалу, n – опір пружно-
пластичному деформуванню, схильність до зміц-
нення. Звичайно n знаходиться в межах 2…2,6 і час-
то незначно відрізняється від 2, так що допускається
приймати n рівним 2 [5].
Характеристики механічних властивостей мета-
лу визначаються при контролі розмірів відбитка ін-
дентора за емпіричними залежностями, отриманих
при попередніх експериментах на зразках металу
[1]. Достатньо відомий метод контролю стану мате-
ріалів та конструкцій з вдавлювання кулькового ін-
дентора з реєстрацією двох величин: зусилля інден-
тування та осідання індентора [6]. Механічні влас-
тивості металів можуть бути визначені за залежніс-
тю максимального випинання від діаметра відбитка
[7]. При цьому припускається, що в металі, що кон-
тролюється, відсутні залишкові напруження.
Метал реальних об’єктів контролю, як правило,
має залишкові напруження. Вони викликають зміни
як у процесі зародження пластичної деформації, так
і в кінетиці розвитку та формуванні остаточного на-
пружено-деформованого стану. Зокрема, при наяв-
ності в поверхневому шарі тіла плоского начального
напруженого стану інтенсивність напружень у кон-
тактній задачі для точок контура контактної площа-
дки описується рівнянням:
де σί(0) інтенсивність напруження в класичній за-
дачі (без залишкових напружень); σί
оct
інтенсив-
ність залишкових напружень; σr головні радіальні
напруження в класичній задачі; σx
ост
, σy
ост
головні
залишкові напруження.
Таким чином, пластичне деформування в різних
точках контура площадки контакту починається не-
одночасно. Компонент σί
оct
рівняння визначає упе-
редження (відставання) появи пластичної деформа-
ції інтегрально по контуру в порівнянні з класичною
задачею. Компонент ±Зσ (σ
ост
-σ
ост
) описує нерівно-
мірність деформування по контуру площадки конта-
кту. Ці ефекти використовують у методах визначен-
ня залишкових напружень за твердістю [8].
Інформативною частиною відносного впливу по-
чаткового напруженого стану є характер деформу-
вання поверхні в оточенні відбитка. Розподіл дефо-
рмації та переміщень у цій зоні характеризується
локальністю і високим градієнтом змін. При визна-
ченні залишкових напружень виміряють відхилення
максимальних перпендикулярних до площини пере-
міщень від значень, що здобуті при попередніх ви-
пробуваннях з відсутності залишкових напружень.
Кількісний зв’язок між величинами головних зали-
шкових напружень та максимальних перпендикуля-
рних до площини переміщень описується рівнян-
ням:
де σT межа плинності матеріалу; ΔW2,1 зміна ве-
личини максимального перпендикулярного перемі-
щення на 2 і 1 відповідно до головної осі
(ΔW2,1 = W2,1
-
–W0d, де W0d максимальне перемі-
щення у випадку ненапруженого матеріалу, почат-
кова умова).
Подане рівняння, що здобуте на основі аналізу
масиву експериментальних даних, дозволяє незале-
жно визначати величини та знаки головних залиш-
кових напружень у межах ± σT при наявності даних
про початкові умови. При цьому під початковими
умовами приймається значення максимальних пе-
реміщень W0d, що здобуті при дослідженні металу
без залишкових напружень. Це рівняння забезпечує
зіставлення діаметра відбитка, здобутого при ви-
пробуваннях, з властивостями конкретного матеріа-
лу.
Відсутність вільного доступу до зовнішньої по-
верхні корпусу реактора енергоблока ВВЕР-1000 та
висока радіоактивність у зоні контролю пред'явля-
ють особливі вимоги до вибору методу контролю
розміру випинання. Метод має бути достатньо чут-
ливим при обстеженні поверхні корпусів та допус-
кати автоматизацію вимірів та дистанційне керуван-
ня.
Оптичні методи дозволяють дистанційно вимі-
рювати деформацію поверхні контрольованого об'є-
кта з достатньою точністю. Голографічні методи по-
требують високої якості підготовки поверхні конт-
ролю, що, з огляду на труднощі високоякісної дис-
танційної обробки поверхні корпусу реактора в зоні
контролю, унеможливлює їх використання. З мето-
дів, що засновані на інтерференції світла, тільки
спекл-інтерферометрія заснована на роботі з шере-
хатими поверхнями [9]. Лазерна спекл-
інтерферометрія при порівняно невисоких вимогах
до якості підготовки поверхні забезпечує дослі-
дження об'єктів, що дифузно відбивають (напри-
клад, поверхні корпусу реактора).
Шерехату поверхню висвітлюють лазерним ко-
герентним світлом. Кожна точка поверхні, що дифу-
зно відбиває, розсіює світло в напрямку спостеріга-
ча. Відбите від точки світло інтерферує між собою,
створюючи хаотичну інтерференційну спекл-
структуру. Поверхня здається покритою хаотично
розташованими світлими й темними плямами. Слід
зазначити, що спекл-структура утворюється за умо-
ви перевищення висоти мікронерівностей контро-
льованої поверхні над довжиною хвилі використо-
вуваного джерела світла.
Спекли (плями) являють собою сигароподібні
хаотично розташовані еліпсоїди обертання, причому
поздовжній розмір значно більший поперечного. Ро-
зміри спеклів залежать від способу їхнього форму-
вання. При формуванні спеклів відповідно до пред-
ставленої на рис. 2 схеми розміри спеклів обчислю-
ються за формулами: Sτ = λZ/D і Sn = λZ
2
/D
2
(Sτ – по-
перечний розмір спекла; Sn поздовжній розмір
спекла; λ довжина хвилі світла; D розмір освіт-
леної поверхні тіла; Z – відстань від поверхні, що
дифузно відбиває).
68 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2016. №2(102)
При використанні червоних напівпровідникових
лазерів як джерел світла поперечний розмір спеклів
варіюється в діапазоні значень 1…25 мкм.
Спекл-структура залежить від форми поверхні та
добре відображає її зміни. Запис і зіставлення двох
спекл-структур (кореляційна спекл-
інтерферометрія) виявляють зміни в положенні чи
геометрії тіла у вигляді такої ж системи ліній, як і в
голографії, притому з тією ж чутливістю. У кореля-
ційній спекл-інтерферометрії спостерігають смуги
кореляції не поля, а просторовий розподіл інтенсив-
ності, набутої при інтерференції спекл-
модульованих хвиль.
Z
D
1
2
3
4
Рис. 2. Утворення інтерференційної спекл-
структури: 1 – площина реєстрації спекл-
структури; 2 – поверхня, що дифузно відбиває;
3 – джерело світла; 4 – спекли
В задачі для визначення залишкових напруг ви-
щенаведеним методом основні розрахунки викону-
ються за результатами вимірювання параметрів ви-
пинання матеріалу. Достатньо при цьому дослідити
одномірні інтерференційні сигнали, сформовані в
характерних перерізах (на осях, що перпендикулярні
діючим головним напругам). Розмір випинання ви-
значають за кількістю смуг (автоматичним чи руч-
ним ліченням) між зонами, де відсутня зміна профі-
лю та має місце максимальне випинання. Точність
визначення розмірів випинання відповідно залежить
від довжини хвилі, що використовується. При вико-
ристанні червоного напівпровідникового лазера як
джерела світла точність дорівнює ~ 0,3 мкм.
Таким чином, при розробці модуля дистанційно-
го визначення залишкових напружень та властивос-
тей металу зовнішньої поверхні корпусу реактора
енергоблока ВВЕР-1000 доцільно механічне збу-
дження реалізувати вдавлюванням кулькового інде-
нтора, а розміри перпендикулярного до поверхні
випинання виміряти спекл-інтерферометричним ме-
тодом.
Для реалізації методики дистанційного визна-
чення залишкових напружень металу також необ-
хідна розробка модуля дистанційної підготовки по-
верхні корпусу реактора в зоні контролю та облад-
нання для тарування.
МОДУЛЬ ДИСТАНЦІЙНОГО
ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ
НАПРУЖЕНЬ
Модуль включає механізм контрольованого вда-
влювання індентора, оптичний вимірювач розмірів
відбитка, спекл-інтерферометричний вимірювач ви-
соти випинання та механізм жорсткої фіксації моду-
ля на поверхні корпусу реактора.
Основною складністю практичної реалізації ви-
щенаведених технічних рішень при розробці спеціа-
лізованих приладів для контролю залишкових на-
пружень устаткування є узгодження роботи вузлів
створення механічних збуджень і реєстрації дефор-
мацій, що виникли внаслідок цього. Складність
обумовлена необхідністю послідовно виконувати
операції реєстрації вихідної спекл-структури, меха-
нічного впливу на метал поверхневого шару об'єкта,
що контролюють, та реєстрації підсумкової спекл-
структури на єдиній ділянці поверхні.
Рис. 3. Функціональна схема модуля для дистанцій-
ного контролю залишкових напружень корпусів
реакторів ВВЕР-1000 (вид зверху):
1 – основа модуля; 2 – корпус реактора;
3, 7 – магнітні захвати; 4 – рама індентора;
5 – кульковий індентор; 6 спекл-інтерферометр;
8 – основа інденторного вузла; 9 – датчик сили;
10 – привід подачі індентора;
11 – привід обертання інденторного вузла
У запропонованому проекті положення цифрово-
го спекл-інтерферометра щодо ділянки контролю
жорстко фіксується, вузол вдавлення індентора
(джерела механічного збурювання) підводять до ко-
нтрольованої ділянки тільки між циклами реєстрації
спекл-структур. Жорстка фіксація положення еле-
ментів спекл-інтерферометра щодо поверхні конт-
рольованого об'єкта нівелює вплив вібрацій на ре-
зультати вимірів. Функціональну схему модуля
представлено на рис. 3 (на етапі деформування по-
верхні корпусу кульковим індентором) та рис. 4 (на
етапі реєстрації спекл-структури).
Модуль виконано в «жорсткому» різновиді, що
налагоджується при початковому монтажі й не при-
пускає проведення додаткового юстирування «на
місці». Основою модуля служить жорсткий метале-
вий каркас 1, на якому фіксуються інденторний ву-
зол, спекл-інтерферометр 6. Інденторний вузол
складається з кулькового індентора 5, рами інденто-
ра 4, датчика сили 9 і приводу подачі індентора 10.
Елементи інденторного вузла змонтовані на основі
8. Привід обертання інденторного вузла подає інде-
нтор до контрольованої ділянки поверхні, привід
подачі вдавлює індентор в основний метал корпусу
реактора, рама індентора має порожнину, що вміщає
елементи спекл-інтерферометра.
Під час контролю модуль жорстко зчеплений з
корпусом реактора магнітними захватами 3 й 7.
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2016. №2(102) 69
Рис. 4. Функціональна схема модуля для дистанцій-
ного контролю залишкових напружень корпусів реа-
кторів ВВЕР-1000 (вид збоку): 1 – основа модуля;
2 – корпус реактора; 3 – спекл-інтерферометр;
4 – місце локального деформування поверхні корпусу
кульковим індентором; 5 – траєкторія руху кулько-
вого індентора; 6 – інденторний вузол;
7 – датчик сили; 8 – привід обертання інденторного
вузла; 9 – привід подачі індентора
При контролі спекл-інтерферометр спочатку ре-
єструє вихідну спекл-структуру. Потім кульковий
індентор, обертаючи основу інденторного вузла, по-
дають до поверхні корпусу реактора. Включають
привід подачі індентора та вдавлюють кульку інден-
тора в тіло корпусу із заданим зусиллям (зусилля
контролюють датчиком сили). Після завершення
циклу деформування індентор відводять від корпусу
реактора й реєструють підсумкову спекл-структуру.
Кореляція двох спекл-структур, зареєстрованих у
вихідному й деформованому станах корпусу реак-
тора, представляє на моніторі комп'ютера систему
інтерференційних смуг, що є ізолініями відповід-
них переміщень. Використовуючи калібрування
модуля на лабораторному устаткуванні, виконують
остаточну обробку результатів контролю з визна-
ченням вихідного залишкового напруження.
Діюча модель модуля контролю залишкових на-
пружень представлена на рис. 5.
Всі елементи модуля змонтовано на основі 1,
яка, в свою чергу, через рухоме з'єднання підпружи-
нена до монтажного адаптера 9. Монтажний адаптер
монтують на маніпулятор типу СК-187 системи кон-
тролю корпусів реакторів ВВЕР-1000. При контролі
рухоме з'єднання модуля та монтажного адаптера
дозволяє робочій поверхні магнітних захоплюватів 3
орієнтуватися вдовж поверхні корпусу реактора.
Положення спекл-інтерферометра жорстко фіксу-
ється протягом усього циклу вимірювання залишко-
вих напружень.
Спекл-інтерферометр показано на рис. 6.
Пучок світла лазера 3 подається на світлоділиль-
ний куб 2, відбивається від поверхні корпусу реак-
тора та за допомогою дзеркала 7 подається на об'єк-
тив 6. Спекл-структура фокусується об'єктивом на
світлочутливу матрицю WEB-камери 5. Трансфока-
тор 4 забезпечує роботу спекл-інтерферометра в
двох режимах: реєстрації спекл-структур або розмі-
рів відбитка кулькового індентора. Відповідно це
забезпечує роботу модуля в режимах контролю за-
лишкового напруження та властивостей металу.
а
б
Рис. 5. Модуль для дистанційного контролю залиш-
кових напружень корпусів реакторів ВВЕР-1000:
а – вид з боку розташування об'єкта контролю;
б – вид з тильної сторони.
1 – основа модуля; 2 – привід обертання індентор-
ного вузла; 3 – магнітні захвати; 4 – приводи
магнітних захватів; 5 – спекл-інтерферометр;
6 – інденторний вузол; 7 – кульковий індентор;
8 – привід подачі індентора;
9 – монтажний адаптер
У спекл-інтерферометрі використано лазерний
У спекл-інтерферометрі використано лазерний
модуль потужністю 25 МВт (довжина хвилі 655 нм),
2-мегапіксельну USB WEB-камеру, кульковий інде-
нтор діаметром 5 мм, тензометричний датчик з но-
мінальним зусиллям 1 тс. Об'єктив WEB-камери мо-
дифіковано, що дозволило послідовно проектувати
зображення відбитка кулькового індентора та необ-
Рис. 6. Спекл-інтерферометр: 1 – основа модуля;
2 – світлоділильний куб; 3 – лазерній модуль;
4 – трансфокатор; 5 – WEB-камера;
6 – об'єктив; 7 – дзеркало
1
2 3 4
7 6 5
1
2
4
6
7
8
5
3
9
70 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2016. №2(102)
хідної частини інтерференційної спекл-структури на
повну площину світлочутливої матриці. Первинна
обробка сигналів датчиків виконується платами ви-
робництва фірми ADDI-DATA, до комп'ютера (від-
даленого від камери на ~ 50 м) сигнал подається ак-
тивним USB-подовжувачем (по крученій парі). При
роботі використовується широко поширене програ-
мне забезпечення.
ДОПОМІЖНЕ ОБЛАДНАННЯ
Перед проведенням контролю поверхня корпусу
реактора шліфується (вирівнюється поверхня в місці
занурення кулькового індентора, видаляється краска
та шар оксидованого металу). Модуль для виконан-
ня цієї операції приведено на рис. 7.
На основі модуля змонтовані привод сканування
шліфувальних кругів 1 та плата управління 2, які за-
безпечують поодиноку подачу абразивних кругів до
зони шліфування. На осі привода сканування змон-
товано телескопічний привід поперечної подачі кру-
гів 3. Привід поперечної подачі, на якій змонтовано
електродвигун обертання абразивних кругів 4 і 5,
задає величину заглиблення кругів у тіло корпусу
реактора. Електродвигун обертання має примусове
повітряне охолодження, що унеможливлює його
внутрішнє забруднення радіоактивним пилом у про-
цесі шліфовки корпусів.
Спочатку, у випадку потреби, жорстким абрази-
вним кругом вирівнюють поверхню металу в зоні
контролю, а потім пелюстковим кругом знижують
шерехатість поверхні. Синхронізація поперечної по-
дачі кругів модулем та паралельної подачі модуля в
цілому забезпечує обробку поверхні до відповідного
рівня.
Як вже було наведено, визначення залишкових
напружень за даними замірів розмірів випинання
при вдавлюванні кулькового індентора проводиться
на підставі використання калібрувальної залежності.
Визначення цієї калібрувальної залежності відбува-
ється в ході попередніх випробувань з використан-
ням матеріалів з відомим рівнем напружень. Для ви-
конання цих випробувань (тарування методики) на
силову раму машини для випробувань на розтяг ти-
пу ZD 10/90 змонтовано поперечну силову раму, на
якій знаходиться оптико-механічний модуль визна-
чення залишкових напружень. Змонтовані елементи
показано на рис. 8.
Рис. 8. Зона модернізації машини типу ZD 10/90
(калібрування методики визначення залишкових
напружень): 1 – нижня траверса машини;
2, 5 – тяги траверс-машини; 3 – опора; 4 – зразок
металу, що досліджується; 6 – силова рама
машини; 7 – верхня траверса машини; 8 – оптико-
механічний модуль визначення залишкових
напружень; 9 – поперечна силова рама
Монтаж поперечної силової рами забезпечив
можливість вдавлювання індентора модуля 8 у зра-
зок металу 4, що знаходиться в заданому машиною
напруженому стані. Незмінність відносно модуля
положення зразка металу вдовж вимірів забезпечує
опора 3, до якої зразок притиснуто. Можливий діа-
пазон зусилля навантаження на зразок металу – до
10 тс. Слід зазначити, що зразок виготовляється з
металу, з якого виготовлено об’єкт контролю, та за
відсутністю залишкових напружень.
ВИПРОБУВАННЯ ОБЛАДНАННЯ
НА СТЕНДІ ЮУ АЕС
При обстеженні корпусу реактора модулі мон-
туються на маніпулятор СК-187 системи контролю
корпусів реакторів ВВЕР-1000. На стенді ЮУ АЕС
налагодження модулів проводилося безпосередньо
на маніпуляторі СК-187, а кріпильний фланець мо-
дулів відповідає за розмірами кріпильному фланцю
маніпулятора СК-187.
Імітатором корпусу реактора є сталева пластина
завтовшки ~ 10 мм, зігнута з радіусом ~ 2 м. Поло-
ження пластини на стенді ЮУ АЕС відповідало роз-
ташуванню поверхні корпусу реактора ВВЕР-1000
відносно системи СК-187. Розташування модуля
шліфування на стенді ЮУ АЕС представлено на
рис. 9.
При налагоджувальних роботах були проведені
порівняльні експерименти з якості та продуктивнос-
ті зачистки штатного устаткування зачистки систе-
ми СК-187 з дротяним кругом та розробленого мо-
дуля. Використання розробленого модуля показало
високу якість та продуктивність зачистки. При ви-
користанні штатного устаткування зачистки системи
СК-187 необхідного рівня підготовки поверхні не
було досягнуто.
Рис. 7. Модуль шліфування поверхні корпусу
реактора: 1 – привід сканування шліфуваль-
них кругів; 2 – плата управління;
3 – привід поперечної подачі кругів;
4 – жорсткий абразивний круг;
5 – пелюстковий абразивний круг
4
1
2
5
3
6
3
1
2
4
5 3
8
9
7
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2016. №2(102) 71
Розташування модуля шліфування на стенді
представлено на рис. 10.
ВИСНОВКИ
Приведено методику визначення залишкових на-
пружень металу зовнішньої поверхні корпусу реак-
тора енергоблока ВВЕР-1000. Розроблено та вигото-
влено обладнання для підготовки поверхні корпусу
до контролю, визначення залишкових напружень
металу та калібрування методики.
Обладнання відпрацьовано на стенді ЮУ АЕС та
адаптовано до роботи на поверхні корпусу реактора
енергоблока ВВЕР-1000.
БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК
1. Определение характеристик механических
свойств металла оборудования атомных электро-
станций безобразцовыми методами по характери-
стикам твердости РД ЭО 0027-94. Харьков:
«Энергодар», 1999.
2. М.С. Дрозд, М.М. Матлин, Ю.И. Сидякин.
Инженерные расчеты упругопластической конта-
ктной деформации. М.: «Машиностроение», 1986,
224 с.
3. А.А. Гудков, Ю.И. Славский. Методы изме-
рения твердости металлов и сплавов. М.: «Метал-
лургия», 1982, 168 с.
4. К. Джонсон. Механика контактного взаимо-
действия. М.: «Мир», 1989, 510 с.
5. М.С. Дрозд. Определение механических
свойств металла без разрушения. М.: «Металлур-
гия», 1965, 171 с.
6. Л.Г. Одинцов. Упрочнение и отделка деталей
поверхностным пластическим деформированием.
М.: «Машиностроение», 1987, 328 с.
7. М.Б. Бакиров. Феноменологическая методика
определения механических свойств корпусных ста-
лей ВВЭР по диаграмме вдавливания шарового ин-
дентора / М.Б. Бакиров, В.В. Потапов // Заводская
лаборатория. 2000, №12, с. 35-43.
8. М.В. Шахматов, В.В. Ерофеев, А.Г. Игнатьев,
А.А. Зарезин. Исследование остаточных сварочных
напряжений методом голографической интерферо-
метрии // Сварочное производство. 1998, №5, с. 3-5.
9. А. с. 1370444 СССР, МКИ
4
G 01 В 5/30. Спо-
соб определения напряжений в изделии /
Ю.И. Рубенчик, Ю.И. Славский, А.В. Федоров //
Открытия. Изобретения. 1988, №4.
10. Р. Джоунс, К. Уайкс. Голографическая и
спектл-интерферометрия: Пер. с англ. М.: «Мир»,
1986, 328 с.
11. ДСТУ ISO 6506-1:2007 «Визначення твер-
дості за Брінеллем. Частина 1. Метод випробуван-
ня».
Статья поступила в редакцию 16.03.2016 г.
ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ
НАПРЯЖЕНИЙ МЕТАЛЛА ПОВЕРХНОСТИ КОРПУСА РЕАКТОРА ЭНЕРГОБЛОКА
ВВЭР-1000
С.В. Гоженко, Л.С. Ожигов
Представлены результаты разработки оптико-механического модуля для определения остаточных
напряжений металла поверхности корпуса реактора энергоблока ВВЭР-1000. Приведено описание методики
определения остаточных напряжений металла. Разработанное оборудование адаптировано для работы на
поверхности корпуса реактора.
OPTICAL-MECHANICAL MODULE FOR MEASURING THE RESIDUAL STRESS IN
METAL OF THE SURFACE OF REACTOR OF POWER UNIT WWER-1000
S.V. Gozhenko, L.S. Ozhigov
Results of the development of optical-mechanical module for measuring the residual stress in metal of the sur-
face of the reactor vessel WWER-1000 are described. The methodology for determining the residual stresses in met-
al is described. The developed equipment is adapted for use on the surface of the reactor vessel.
Рис. 10. Діюча модель модуля:
1 – штанга стенда з кріпильним фланцем;
2 – модуль; 3 – зразкова металева плита
1
3
2
Рис. 9. Розташування модуля шліфування
на стенді ЮУ АЕС: 1 – телескопічна штанга
маніпулятора; 2 – імітатор корпусу реактора;
3 – модуль шліфування
1
3
2
|