Ω焊縫自動檢測系統(tǒng)定位組件開發(fā)

口  張寶軍  嚴(yán)  智  袁光華

(上海核工程研究設(shè)計院，200233)

        摘  要  Ω焊縫自動檢測系統(tǒng)集超聲、渦流和目視檢測為一體，專用于核電廠反應(yīng)堆    控制棒驅(qū)動機構(gòu)與反應(yīng)堆頂蓋杯座之間的連接焊縫檢測。定位組件是該檢測系統(tǒng)的重要組成部分，它由伸縮定位機構(gòu)和電機驅(qū)動保護電路組成，實現(xiàn)了該檢測系統(tǒng)的正確、可靠和自動定位。
        關(guān)鍵詞  Ω焊縫 無損檢測  自動定位 電機驅(qū)動保護電路
1  引言
        Ω焊縫是反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)與反應(yīng)堆頂蓋杯座之間的連接密封焊縫，是核反應(yīng)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(guān)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(jīng)濟損失。國內(nèi)某電站就由于焊縫內(nèi)部缺陷的擴展破裂而導(dǎo)致兩次反應(yīng)堆緊急停堆。Ω焊縫是半徑小，曲率大，壁厚薄的圓環(huán)形焊縫，環(huán)的布置結(jié)構(gòu)緊湊。以核電站為例，環(huán)外半徑R--lOmm，壁厚T=3mm，焊縫內(nèi)側(cè)可利用的空間僅為4mm，如圖1所示。焊縫位于環(huán)境劑量率達lOmsv／h的高放射性環(huán)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(qū)域不可達。因此必須實現(xiàn)自動檢驗和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)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(tǒng)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(nèi)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(tǒng)的重要組成部分，它由驅(qū)動馬達、機械定位部件和電機驅(qū)動保護電路組成，用于實現(xiàn)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(tǒng)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(qū)  動保護電路做了詳細(xì)介紹。
 2  系統(tǒng)及其檢測運行原理
        Ω焊縫自動檢測裝置是一環(huán)狀機構(gòu)，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(qū)動機構(gòu)頂端套住控制棒驅(qū)動機構(gòu)，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(nèi)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(qū)動下帶動探頭在裝置本體上旋轉(zhuǎn)。然而當(dāng)電機驅(qū)動探頭齒輪盤旋轉(zhuǎn)時，根據(jù)動力學(xué)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(zhuǎn)而反向運轉(zhuǎn)，無法實現(xiàn)焊縫的全面檢測。根據(jù)需要，設(shè)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(gòu)，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(qū)動機構(gòu)，實現(xiàn)檢測裝置的定位。系統(tǒng)需要檢測的Ω焊縫是反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)與反應(yīng)堆頂蓋杯座之間的連接密封焊縫。在討論的實例中，反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)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(qū)動機構(gòu)之間在X和Y方向排列均等間距。除中間5套外，控制棒驅(qū)動機構(gòu)在I方向排列等間距。由于在I方向控制棒驅(qū)動機構(gòu)間距很小，當(dāng)Ω焊縫檢測自動裝置安放完畢后，已經(jīng)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(dāng)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(gòu)
        根據(jù)以上問題的提出，設(shè)計了如圖5所示的伸縮臂定位機構(gòu)。該機構(gòu)由電機、減速器、傳動部分、移動螺母和伸縮臂組成。

       當(dāng)系統(tǒng)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(dāng)系統(tǒng)工作時，啟動電機，經(jīng)過減速器減速和帶傳動，驅(qū)動傳動軸旋  轉(zhuǎn)。兩個旋向相反的移動螺母與機架通過導(dǎo)向槽聯(lián)結(jié)，相對于機架只能移動，不能轉(zhuǎn)動。移動螺母與傳動軸為羅紋聯(lián)結(jié)。當(dāng)傳動軸旋轉(zhuǎn)時，通過螺旋運動和機架導(dǎo)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(qū)動機構(gòu)相鄰的兩個控制棒驅(qū)動機構(gòu)(參見圖4)，同時關(guān)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(qū)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(xiàn)場進行?，F(xiàn)場環(huán)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(shù)據(jù)采集、裝置運行控制是在遠(yuǎn)離現(xiàn)場的環(huán)境下進行的。對于上節(jié)所述的定位機構(gòu)，當(dāng)對某個Ω焊縫進行檢測定位時，伸縮臂伸長定位，抵至兩側(cè)的控制棒驅(qū)動機構(gòu)，為防止直流電機堵轉(zhuǎn)，控制人員必須靠手動關(guān)斷電源。但是實際操作時，操作人員經(jīng)常由于失誤、環(huán)境影響或者難以把握關(guān)斷電源時機而導(dǎo)致直流電機經(jīng)常處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，電機通電電流過大而燒毀電機。
        為克服以上不足，自行設(shè)計了一個直流電機保護電路，如圖6所示。電路由控制開關(guān)、采壓電阻、繼電器組成?？刂崎_關(guān)由電源開關(guān)和轉(zhuǎn)向開關(guān)組成，用來控制電機的通、斷電和正、反向運轉(zhuǎn)。采壓電阻由三個1歐姆的電阻組成，當(dāng)電機堵轉(zhuǎn)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(jīng)試驗測得堵轉(zhuǎn)電流為4A。當(dāng)定位機構(gòu)的伸縮臂伸出和縮進時，電機正常運轉(zhuǎn)，采壓電阻兩端的壓降為1．8V，不足以啟動繼電器。當(dāng)定位機構(gòu)的伸縮臂伸出或縮進至極限位置，即處于定位狀態(tài)或初始狀態(tài)時，電機堵轉(zhuǎn)，此時堵轉(zhuǎn)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(zhuǎn)特性，一方面實現(xiàn)了系統(tǒng)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(gòu)共同作用，實現(xiàn)了Ω焊縫自動檢測系統(tǒng)的自動定位。
5  結(jié)束語
        啟動定位裝置和電機保護電路的開發(fā)，是Ω焊縫自動檢測改進項目中的一個重要組成部分。經(jīng)過試驗驗證，完全達到了它的預(yù)期功能，運行安全可靠，使得原有的自動檢測系統(tǒng)更完善、更可靠。該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于秦山一期R8和R9大修Ω焊縫在役檢測中，運行狀態(tài)良好。
參考文獻
        [1]嚴(yán)智．壓水堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)下部Ω焊縫自動在役無損檢驗技術(shù)開發(fā)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