DESARROLLO DE LAS FUENTES DOBLEMENTE ENCAPSULADAS DE I192. PARA APLICACIONES INDUSTRIALES.

CONGRESO CONAMET/SAM 2004
DESARROLLO DE LAS FUENTES DOBLEMENTE ENCAPSULADAS
DE I192. PARA APLICACIONES INDUSTRIALES.
C. MUÑOZ(1), M. SABIO CALVETE(1), D. BIANCHI(1), D. BANCHIK (1), A.
GONZALEZ(2), A. MENDER(2).
Comisión Nacional de Energía Atómica, Centro Atómico Ezeiza.
(1), Unidad de Actividad de Materiales y Combustibles Nucleares.
(2), Unidad de Actividad de Instalaciones y Operaciones Nucleares.
[email protected] [email protected] –[email protected]
RESUMEN
En este trabajo se describen los pasos seguidos para llevar adelante el Desarrollo Científico y
Tecnológico del Doble Encapsulado para el Iridio-192, a ser usado en gammagrafía Industrial. Este desarrollo
responde a un Convenio entre INVAP y la CNEA, inscripto dentro del Proyecto EGIPTO. Aquí se esboza cada
paso efectuado en el desarrollo y las diferentes experiencias logradas en la obtención de la fuente, donde
intrínsecamente en su construcción dicha fuente responde a las Normas Nacionales e Internacionales de
Seguridad y protección Radiológica (Normas de : ARN, IRAM, ISO).
Palabras Claves: Soldadura, Fuentes Selladas, Iridio -192.
esta presentación se describen las acciones efectuadas
hasta el presente para fabricar varios ejemplares de
1. INTRODUCCIÓN
doble encapsulado de acero inoxidable tipo AISI 316
L donde se alojarán las hojuelas de Ir 192. y así
1.1 Requerimientos Específicos.
garantizar la debida seguridad y protección
radiológica
(parte
de
las
barreras
en
Las fuentes selladas tienen una estructura constructiva
profundidad).Estas operaciones se realizaron en la fase
que responden al llamado doble encapsulado. La
final con iridio natural es decir operaciones en frío.
cápsula interna contiene al material radiactivo en
Resta realizar las mismas acciones con hojuelas
forma de hojuelas o discos de Iridio radiactivo. Ambas
activas dentro de celdas construidas a tal fin.
cápsulas interna y externa están hechas de Acero
Inoxidable 316-L, y son soldadas con el Proceso del
Se han diseñado y construido 5 diferentes versiones de
tipo TIG, (Tungsten Inert Gas Welding), según los símiles o ejemplares de doble encapsulado,
AWS (American Welding Society), GTW.
incluido el modelo clásico empleado a nivel
El código de las fuentes selladas, en concordancia con
la norma ISO 2919:1999 (E), es Fuentes de Iridio:
ISO/98/C43515.. Los números indican el tipo de
ensayo que se aplica para validar el proceso de
construcción, donde el diseño, materiales y técnicas
empleadas, dan cumplimiento con lo exigido por las
normas.
2. DESARROLLO DEL TRABAJO
Dentro de un Convenio entre INVAP y
CNEA para el desarrollo de Fuentes Selladas de uso
en gammagrafía industrial y dando cumplimiento a
esta solicitud se desarrolló el proceso de fabricación
de las fuentes de Ir 192 doblemente encapsuladas. En
Internacional. Para ello se diseño y se construyó una
estación de soldadura para la versión estática y otra
para la versión dinámica con control semiautomático
para soldar con el proceso “TIG- GTW”, fuera de
“celdas caliente”.
Se determinaron los parámetros del proceso de
soldadura sobre la fabricación de 120 cápsulas del
“diseño Internacional”, y 30 conjuntos de cápsulas de
las diferentes propuestas presentadas. Se han realizado
los controles visuales y metalográficos de las unidades
soldadas, y el control de recepción de los
componentes mecanizados (tapón y contenedor).
De las aproximadamente 600 piezas soldadas en las
diferentes posiciones. Sobre estas bajo control visual
CONGRESO CONAMET/SAM 2004
A continuación se mostrará dos esquema de soldadura
realizado para este desarrollo.
resultaron aceptables aproximadamente el 85%,
mientras que el resto presentaba, a simple vista o bajo
lupa, diferentes fallas clásicas inherente a este proceso
de soldadura. También se realizaron el control
metalográfico de cápsulas elegidas al azar de los lotes
propuestos con el fin de determinar la penetración y la
microestructura del cordón de soldadura.
La primer tarea fue realizar un programa de trabajos,
ejecutarlo por etapas y las mismas fueron las
siguientes:
1) Desarrollo de la Ingeniería de diferentes
encapsulados.
2) Elección del proceso de soldadura.
3) Mecanizado y control dimensional de las distintas
fuentes.
4) Dispositivos y armado de la estación de soldadura.
5) Obtención de los parámetros de soldadura y
repetitividad del proceso.
6) Caracterización metalografíca de las fuentes.
7) Validación de las fuentes.
8) Plan de trabajo en celda.
Foto Nº 1. Posicionado para la condición de soldadura
en forma vertical.
1. Desarrollo de la Ingeniería de diferentes
encapsulados
Para llevar adelante el desarrollo de las fuentes se
propusieron cinco tipos de fuentes de doble
encapsulados a saber:
a) Cápsula tipo gota de cebo.
b) Cápsula tipo labio interno.
c) Cápsula tipo labio externo.
d) Cápsula tipo INVAP.
e) Cápsula tipo Internacional.
2. Elección del proceso de soldadura.
Este punto estuvo definido desde el primer momento,
lo mas importante fue definir para cada tipo de cápsula
las diferentes condiciones del posicionado para lograr
los parámetros de soldaduras óptimos.
3. Mecanizado y control dimensional de
las distintas fuentes.
Definida la ingeniería de diseño de cada tipo de
encapsulado, el mecanizado y control dimensional se
realizo una tercerización, dentro del sistema
Institucional.
4. Dispositivos y armado de la estación de
soldadura
De acuerdo con los requerimientos especificado se fijo
como condición de soldadura que el sistema del
electrodo permanecerá estático y las rotaciones estarán
a cargo de las piezas a soldar, siempre que respondan
al diseño y no se alteren sus dimensiones
fundamentales debido al aporte térmico.
Foto Nº 2. Soldadura de una muestra en posición en
forma horizontal.
5. Obtención de los parámetros de
soldadura y repetitividad del proceso.
Los parámetros de soldadura se lograron de acuerdo a
cada condición de diseño y se tuvo encuenta la
distancia del electrodo a la pieza, el diámetro del
electrodo, el grado de cruces de tolerancia entre el
tapón y el contenedor, la velocidad de rotación y el
tiempo del aporte térmico, la sobremonta del ciclo de
la soldadura, la limpiezas de los componentes a soldar
y con todas estas variables se procedió a confeccionar
las siguientes tablas:
CONGRESO CONAMET/SAM 2004
Cápsula tipo gota de cebo.
Cápsula tipo labio interno .
Foto Nº 3.Esquema del símil gota de cebo para ambas
condiciones.
Foto Nº 5.Esquema del símil cápsula de labios interno,
para ambas condiciones.
TABLA Nº I. Probetas prototipos maciza para
diámetro Ø 4,76 mm.
TABLA Nº II. Probetas prototipos maciza versión
labio externo. para diámetro Ø 4, 76 mm.
Pr
ob.
Nª
de /
p.
Re
o.
M
1
M
2
M
3
M
4
M
5
M
6
Observ.
Prueba
Nª
De
/p
Reo.
M
1
M
2
M
3
M
4
M
5
M
6
Observa ci
ones
1
0,5
30
12
30
4
4
10
5
Sold.
Toro
esférico.
1
0.30
35
8
30
3,5
2,5
10
5,5
Sold.buena.
2
0,30
70
7
22
3
2
16
4,0
Sold.con
expul.
3
0,30
70
7
22
3
2
16
4,0
Sold.con
expul.
4
0,30
70
7
22
3
2
16
4,0
Sold.con
poros.
5
0,30
70
8
22
3
2,5
16
4,0
Sold. buena
6
0,30
30
8
30
3,5
2,5
10
5,5
Sold. buena
7
0,30
30
8
30
3,5
2,5
10
5,5
Sold. buena
8
0,30
30
8
30
3,5
2,5
10
5,5
Sold.
Falta
penent...
Sold. buena
(Met).
9
0,30
30
8
30
3,5
2,5
10
5,5
Sold.buena
10
0,30
30
8
30
3,5
2,5
10
5,5
Sold.buena
2
0,5
30
12
30
4
4
10
5
En
el
radio de
acuerdo.
3
0,5
30
12
30
4
4
10
5
Soldadur
a buena
4
0,5
30
15
30
4
4
10
5
Soldadur
a buena
(Met.)
5
6
0,5
0,5
30
30
18
9
30
30
4
4
4
4
10
10
5
5
Soldadur
a buena
7
0,5
30
6
30
4
4
10
5
Falta
penen.
8
0,5
30
14
30
4
4
10
5
Soldadur
a buena.
Foto Nº 6. Metalografía de las Probetas.
Foto Nº 4. Metalografía de las Probetas.
CONGRESO CONAMET/SAM 2004
Pr
u.
Nª
De/
p
Reo.
M1
M2
M3
M4
M5
M6
Observacion
1
0,30
30
10
30
4,0
4,0
10
5,8
Sold. buena
2
0,30
30
15
30
4,0
4,0
10
5,8
Soldadura
buena
3
0,30
30
15
30
4,0
4,0
10
5,8
Soldadura
buena
4
0,30
27
12
30
4,0
4,0
10
5,8
Soldadura
buena
5
0,30
27
15
30
4,0
4,0
10
5,8
Soldadura
buena
6
0,30
27
15
30
4,0
4,0
10
5,8
Soldadura
buena
7
0,30
27
15
30
4,0
4,0
10
5,8
Soldadura
buena
8
0,30
27
15
30
4,0
4,0
10
5,8
Soldadura
buena
9
0,30
27
15
30
4,0
4,0
10
5,8
Soldadura
buena
10
0,30
27
15
30
4,0
4,0
10
5,8
Soldadura
buena, 2 po
11
0,30
27
15
30
4,0
4,0
10
5,8
Soldadura
buena
12
0,30
27
15
30
4,0
4,0
10
5,8
Soldadura
buena
13
0,30
27
15
30
4,0
4,0
10
5,8
Soldadura
buena
14
0,30
27
15
30
4,0
4,0
10
5,8
Soldadura
buena
15
0,30
27
15
30
4,0
4,0
10
5,8
Soldadura
buena
16
0,30
27
15
30
4,0
4,0
10
5,8
Soldadura
buena
17
0,30
27
15
30
4,0
4,0
10
5,8
Soldadura
buena
18
0,30
27
15
30
4,0
4,0
10
5,8
Soldadura
buena, elect
19
0,30
27
15
30
4,0
4,0
10
5,8
Soldadura
buena
20
0,30
27
15
30
4,0
4,0
10
5,8
Arco erráti
no sold.
21
0,30
27
13
30
4,0
4,0
10
5,8
Sold.buena
22
0,30
27
15
30
4,0
4,0
10
5,8
Sold. buena
21
0,30
27
14
30
4,0
4,0
10
5,8
Sold. buena
22
0,30
27
14
30
4,0
4,0
10
5,8
Sold. buena
23
0,30
27
14
30
4,0
4,0
10
5,8
Sold. buena
24
0,30
27
14
30
4,0
4,0
10
5,8
Sold. buena
Foto Nº 7. Contenedor de hojuelas de Iridio
Foto Nº 8. Metalografía de las Probetas.
Tabla Nº III. Símil de cápsula interna versión lateral
interna Plano N° I 192–D–4–00–013. para diámetro Ø
4,76 mm.
CONGRESO CONAMET/SAM 2004
Cápsula tipo INVAP.
TABLA Nº IV. Probetas prototipos Final.
Prueba
Nª
De
/p
Reo.
M
1
M
2
M
3
M
4
M
5
M6
Observaciones
1
0,40
27
16
30
4,0
4,0
10
5,8
Sold. Buena
13-1; 14-1
2
0,45
29
16
30
4,0
4,0
10
6,0
Sold Buena 132; 14-2
3
0,45
28
18
30
4,0
4,0
10
6,0
Sold. Buena
13-3; 14-3
4
0,45
28
18
30
4,0
4,0
10
6,0
Sold. Buena
13-4; 14-4
5
0,50
26
18
30
4,0
4,0
10
6,25
Sold. Buena
13-5; 14-5
6
0,50
23
20
30
4,0
4,0
10
6,50
Sold. Buena
13-6; 14-6
7
0,50
23
20
30
4,0
4,0
10
6,50
Sold. Buena
13-7; 14-7
8
0,50
23
20
30
4,0
4,0
10
6,50
Sold. Buena
13-8; 14-8
9
0,50
23
20
30
4,0
4,0
10
6,5
Sold. Buena
13-9; 14-9
10
0,55
23
21
30
4,0
4,0
10
6,5
Sold. Buena
13-10; 14-10
11
0,55
23
21
30
4,0
4,0
10
6,5
Sold. Buena
13-11; 14-11
12
0,55
23
21
30
4,0
4,0
10
6,5
Sold. Buena
13-12; 14-12
13
0,55
23
21
30
4,0’
4,0
10
6,5
Sold. Buena
13-13; 14-13
14
0,55
21
21
30
4,0’
4,0
10
7,0
Sold. Buena
13-14; 14-14
15
0,55
22
19
30
4,0’
6,0
10
7,0
Sold. Buena
13-15; 14-15
16
0,55
23
19
30
4,0’
6,7
10
7.0
Sold. Buena
13-16; 14-16
17
0,55
23
19
30
4,0’
6,7
10
7,0
Sold. Buena
13-17; 14-17
18
0,55
20
19
30
4,0’
6,7
10
7,0
Sold. Buena
13-18; 14-18
19
0,50
18
19
30
4,0’
6,7
10
7,0
Sold. Buena
13-19; 14-19
20
0,50
18
19
30
4,0’
6,7
10
7,0
Sold. Buena
13-20; 14-20
21
0,50
20
19
30
4,0’
7,0
10
8,0
Sold. Buena
capsu. vacía
22
0,50
20
19
30
4,0
7,0
10
8,0
Sold. Buena
capuz.vacì a
23
0,50
20
19
30
4,0
7,0
10
8,0
Sold. Buena
capuz.vacì a.
Foto Nº 9 Prototipo final
Foto Nº 8. Metalografía de las Probetas Final
CONGRESO CONAMET/SAM 2004
6. Conclusiones:
7. REFERENCIAS
Estas referencias se emplearon para el diseño y otras
son informe de avance del Proyecto:
De Proceso:
a) El método de soldadura TIG elegido es el
adecuado para la ejecución de este trabajo.
b) La fuente de soldadura utilizada (Equipo tipo
INVERTER), mantuvo una buena performance
durante en todas las etapas de este desarrollo.
c) La intensidad de corriente se varió en un rango
que se extiende desde 6 Amp. hasta 25 Amp.
d) El sistema de rotación, (moto reductor y
variador electrónico de cupla constante) ha
demostrado ser eficiente y versátil, ver fotos del
mismo anexo N •1.
e) El sistema de fijación de las probetas a
demostrado ser muy confiable, después de varias
alternativas se logro mayor confiabilidad en el
sistema de tope escalonado por longitud..
f) Se ha observado que los parámetros de
soldadura se mantienen constantes y los rangos de
variabilidad son puntuales según las cápsulas a
soldar, ver tablas del anexo N• 3.
g) Análisis métalo gráfico de las mismas permitió
establecer el rango mas adecuado de los
parámetros y de esta manera obtener un proceso
de soldadura continuo y estable.
De implementación a ejecutar en el Mock up, en la
etapa en frío:
A partir de este punto, habrá que realizar este
desarrollo en celda, en forma similar a los
realizados en estas tres etapas de trabajo
especifico, de las cuales se sacó información que
permitió avanzar en el desarrollo del diseño de los
componentes para el trabajo en celda.
(1). ISO 2919 Radiation Protection- Sealed
radioactive sources- General requirements and
classification.
(2). Informe Técnico Interno (Nº 001/2002) de avance.
Muñoz C, Savio Calvete M, Mender A. (04/12/2002).
(3). ANSI N 433. Safe design and use of selfcontained dry source storage gamma irradiators
(category I).
(4). Informe Técnico Interno (Nº 001/2003) de avance.
Muñoz C, Savio Calvete M, Mender A. (28/03/2003).
(5). ANSI N 43.7.77 Gamma irradiators(category I)
safe design and use of self-contained dry source
(R1989).
(6). Informe Técnico Interno (Nº 002/2003) de avance.
Muñoz C, Savio Calvete M, Mender A. (02/11/2003).
(7). -INFORMES DE SEGURIDAD Coleccion
Seguridad
Número
115Normas
básicas
internacionales de seguridad para la protección contra
la radiación ionizante y para la seguridad de las
fuentes de radiación. OIEA, Viena 1997.