EQUIPO DE INSPECCION POR ULTRASONIDOS DE LA SOLDADURA TUBO-TAPON TAPON DE LAS BARRAS DE COMBUSTIBLE NUCLEAR

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1 EQUIPO DE INSPECCION POR ULTRASONIDOS DE LA SOLDADURA TUBO-TAPON TAPON DE LAS BARRAS DE COMBUSTIBLE NUCLEAR Juan Gallardo (ENUSA) Pepa Moraleda (ENUSA) Mariano Toral (Tecnatom) 1. Antecedentes La seguridad en el sector nuclear, comienza desde el diseño de los componentes e instalaciones hasta la consecución y puesta en marcha de los mismos, pasando por un estricto y exigente control de calidad que aseguran que los elementos críticos de cada instalación mantengan la integridad ante cualquier imprevisto operacional. Un componente fundamental en el sector nuclear son las barras de combustible, las cuales están altamente sometidas a estrictos controles durante los procesos de fabricación, inspección, y ensamblaje en el conjunto combustible. Este complejo proceso, es el que se realiza en la fábrica de combustible nuclear de Juzbado, Salamanca. ENUSA realiza la fabricación de estos elementos críticos bajo unos estrictos estándares de seguridad y calidad, ad, basados en constantes controles durante las diferentes etapas en fábrica. Como parte importante de su programa de control de calidad en la fabricación de barras de combustible, ENUSA desde 1991 opera una instalación automatizada para la inspección volumétrica por ensayo ultrasónico de las soldaduras en las barras de los tapones (superior e inferior). Actualmente se realiza el control del 100% de la producción de barras para combustible PWR y BWR. El desarrollo y evolución de estos equipos, ha sido posible gracias a los altos estándares de calidad de la fabricación de combustible, ya que esta técnica es controlada por la inspección de patrones, el uso de controles de proceso por medio de ensayos destructivos y la realización de cualificaciones. Todo ello asegura el correcto funcionamiento del equipo, el conocimiento detallado de la técnica y que los parámetros y equipos utilizados durante la inspección son capaces de cumplir los requisitos establecidos por los clientes. En este sentido, ENUSA y TECNATOM han emprendido un camino de colaboración tecnológica y comercial que pretende, en primer término, la mejora continua de los medios de producción de

2 combustible de la fábrica de Juzbado, y en segundo término, aprovechar el capital tecnológico de ambas empresas para diversificar sus oportunidades de negocio a nivel global. Un ejemplo de esta colaboración ha sido el desarrollo de una tercera línea para el control por ultrasonidos (UT3P) de la soldadura circular cular de la barra de combustible fresca, y el desarrollo de un equipo gemelo para venta a la fábrica de combustible de CJNF (China Jianzhong Nuclear Fuel Co. Ltd) situada en Yibin, provincia de Sichuan, China. Las características de estos proyectos son presentadas en este artículo. 2. Objetivo El objeto de este artículo es el de describir las capacidades del equipo de inspección por ultrasonidos, UT3P, desarrollado conjuntamente entre Enusa y Tecnatom para realizar el control de calidad y seguridad de la soldadura tubo-tapón de las barras de combustible en la fábrica de Enusa en Juzbado, y el equipo gemelo desarrollado para la fábrica de CJNF en Yibin. 3. Descripción del Equipo Este equipo (Figura 1) presenta un desarrollo mecánico compacto basándose en dos principios: El sistema presenta un motor concéntrico, donde los palpadores están situados en un plato perpendicular al producto a inspeccionar, girando durante la inspección, mientras que el producto esta fijo moviéndose sólo longitudinalmente durante la inspección. Se ha optimizado el diseño de la estructura y movimiento haciéndolo lo más rígido posible. Estas características se traducen en la ausencia de vibraciones durante todo el proceso de inspección, ya que podrían afectar a las capacidades del equipo. El equipo consta de un sistema con el software de adquisición de datos MIDAS y el software de análisis SIBU. El software de adquisición de datos MIDAS, tiene las siguientes funcionalidades: La denominación MIDAS designa una aplicación software que, junto con la instrumentación HW necesaria, forman un sistema de adquisición de datos multicanal para la inspección no destructiva de materiales mediante ultrasonidos.

3 El campo de aplicación de MIDAS cubre las inspecciones ultrasónicas de componentes, de una gran variedad de materiales (metálicos, materiales compuestos ) en múltiples áreas, tales como generación de energía (nuclear, térmica), industria aeronáutica, industria química, laboratorios (caracterización de materiales, caracterización de palpadores), etc Para cubrir este amplio rango de aplicaciones, el sistema cumple con un exigente nivel de prestaciones y de funcionalidad. Esto, unido a su capacidad de personalización, lo hace idóneo para su uso en las referidas áreas de aplicación. Una de las variantes de MIDAS claramente definidas en función de la técnica ultrasónica a utilizar es la siguiente: MIDAS para técnica ultrasónica convencional, con palpadores tradicionales mono- elemento, tanto para inspecciones mediante pulso-eco o transmisión, hasta 32 canales. Actualmente se está utilizando como equipo HW de adquisición de datos el SUMIAD-F1, de desarrollo propio. MIDAS, en este equipo utiliza palpadores tradicionales mono-elemento, en una inspección mediante pulso-eco. Este sistema está conectado con dos armarios de control (Ultrasonidos y PLC) conectados con el equipo mecánico. En el armario de Ultrasonidos todo el sistema ha sido realizado con electrónica de ultrasonidos SONIA F1-HF (Alta Frecuencia). El PLC controla los movimientos tanto del equipo mecánico como la de la mesa de transferencia, utilizada para él suministro de barras que deben de ser inspeccionadas en lote. El software de análisis de datos automático SIBU, tiene las siguientes funcionalidades: Configurar los diferentes parámetros que afectan a la inspección y al análisis Realizar inspecciones y análisis en modo automático (inspecciones de lote) Realizar inspecciones y análisis en modo manual Calibrar el equipo Verificar el equipo Gestionar productos Gestionar patrones Gestionar tipos de barra Este equipo difiere de un equipo convencional de inspección por UT debido a que la frecuencia del sonido es muy alta para obtener un punto focal muy fino y una ventana limpia para inspeccionar reflectores entre los ecos de superficie.

4 Apoyo, motorización, codificación, salida señales y aporte de agua Cabezal con palpadores Tope de barra Amarre barra y sistema de avance Sistema UT Cámara de inspección y recogida de agua Figura 1 La inspección se realiza con tres palpadores de 50MHz cada uno, dispuestos en un cabezal giratorio con una velocidad máxima de 800 rpm, generando en cada una de las revoluciones 750 pulsos. El movimiento longitudinal nal es realizado por medio de un motor paso a paso que recibe una señal cada 10 pulsos, realizando un avance longitudinal de 0.05 mm por revolución, por lo que son necesarios 120 vueltas para cubrir los 6 mm de inspección que constituyen la soldadura y la zona afectada térmicamente. Todo el proceso de inspección es realizado aproximadamente en 36 segundos. 4. Capacidades de Detección El equipo es capaz de medir espesores y detectar poros, entallas, faltas de penetración, etc. El software de inspección clasifica la barra en aceptada o rechazada en modo automático y con la siguiente precisión: Poros de 0.15 mm. Diferencias de espesor de 0.05 mm.

5 Faltas de penetración axial desde 0.05 mm. En la Figura 2 se muestra un ejemplo del software de inspección para una barra con defecto de poro en una soldadura. Figura 2 Adicionalmente, mediante una evaluación semi-automática, y con una confirmación manual realizada por el inspector, el equipo es capaz de detectar grietas desde 0.05mm de profundidad. La inspección del producto se realiza con un nivel de confianza superior al 95% y un falso rechazo inferior al 5%. Los equipos tienen una capacidad de inspección de más de 100 barras inspeccionadas por hora, operando continuamente durante dos turnos de ocho horas y cinco co días a la semana de manera habitual, aunque cuando se requiere, operar a tres turnos y seis días sin necesidades de interrupciones por operaciones de mantenimiento. Estos equipos de altas prestaciones, proporcionan al sistema de inspección una fiabilidad muy alta para la detección de barras con defecto, las cuales son rechazadas para su posterior revisión.

6 5. Conclusiones El equipo de Ultrasonidos desarrollado permite llevar a cabo una inspección exhaustiva y fiable de cada barra de combustible con más de un 95% de nivel de confianza. Este equipo ya está trabajando en la fábrica de Juzbado y un segundo equipo se ha instalado en la fábrica de combustible de CJNF (China Jianzhong Nuclear Fuel Co. Ltd) situada en Yibin, provincia de Sichuan, China. Este es el primer contrato de Enusa en China, y la primera vez que ENUSA-TECNATOM ha comercializado un equipo de inspección fuera de España. Los test preliminares realizados han sido satisfactorios y han demostrado un excelente rendimiento del equipo de ultrasonidos para diferentes configuraciones de productos y tipos de soldaduras.

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