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.