Nachweis und Charakterisierung von rissartigen Fehlern im Plattierungsbereich

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2 BMU Nachweis und Charakterisierung von rissartigen Fehlern im Plattierungsbereich U. Tessaro, Dr. A. Erhard Dr. V. Schmitz, W. Müller A. Waas, B. Eser Dr. T. Just Dr. U. Mletzko...

3 IMPRESSUM Dieser Band enthält einen Abschlussbericht über ein vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) gefördertes Vorhaben. Verantwortlich für den Inhalt sind allein die Autoren. Das BMU übernimmt keine Gewähr für die Richtigkeit, die Genauigkeit und Vollständigkeit der Angaben sowie die Beachtung privater Rechte Dritter. Der Eigentümer behält sich alle Rechte an der weiteren Nutzung oder Vervielfältigung des Berichts vor. Der Bericht wurde durch die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung unter Mitwirkung des Fraunhofer Instituts Zerstörungsfreie Prüfverfahren, des TüV Süddeutschland Bau und Betrieb, des TüV Nord e.v. und der MPA Stuttgart erstellt. Der Bericht gibt die Auffassung und Meinung der Auftragnehmer wieder und muss nicht mit der des BMU übereinstimmen. Herausgeber: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit Arbeitsgruppe RS I 1 Postfach Bonn Erscheinungsjahr:

4 1. Einführung In dem Untersuchungsprogramm sind neben der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, die Staatliche Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart, das Fraunhofer Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren und die beiden Überwachungsvereine TÜV-Süd BB und TÜV Nord beteiligt. Beide Überwachungsvereine sind seit Beginn der Kerntechnik in der Bundesrepublik als Gutachter von den Genehmigungsbehörden beauftragt. Der oberflächennahe Bereich von Druckkomponenten ist aufgrund der Belastungsvorgänge und der Einflüsse durch das Medium stärker gefährdet als das Volumen eines Bauteils. Gerade bei Anlagen mit einem gewissen Betriebsalter ist somit die Überprüfung der Oberfläche bevorzugt durchzuführen. Die Nachweisbarkeit von Fehlern wie Risse steht dabei im Vordergrund. Eine zweite wichtige Frage ist, ob die nachgewiesenen Fehler mit der Oberfläche verbunden sind oder ein Ligament zwischen Fehler und der Oberfläche angenommen werden kann. Die im Rahmen dieses Vorhabens durchgeführten Arbeiten sollten Aufschluss darüber geben, ob und wie eine Charakterisierung von Fehlern im oberflächennahen Bereich von plattierten Bauteilen möglich ist. Anhand der aufgenommenen und verarbeiteten Messdaten soll eine Entscheidung über die Fehlerart zu treffen sein, d.h. darüber, ob Fehler zur Oberfläche geöffnet sind, nur in der Plattierung oder im Grundwerkstoff liegen oder durch die Plattierung in das Grundmaterial reichen. Bei den BAM - Untersuchungen wurde die Fehlernachweisbarkeit immer dann näher betrachtet, wenn der Signal-Rausch-Abstand ca. > 6 db war. Im Rahmen der IZFP Datenaufnahme wurden die Ultraschalldaten bis ins Rauschen aufgenommen. Ansonsten wird auf die in den Technischen Berichten [1, 2] ausführlich dargelegten Unterlagen verwiesen. Zur Erreichung des Untersuchungszieles wurden verschiedene Testkörper mit unterschiedlichem Fehlergut untersucht: TK1, TK3, Kreuzprobe, Plattierungstestkörper mit interkristalliner Risskorrosion, Unterplattierungstestkörper, BAM-eigene Testkörper und der Großbehälter in Stuttgart. Die Laborergebnisse der Testkörperuntersuchungen wurden mit denen vom Großbehälter bzgl. ihrer Übertragbarkeit verglichen. Die Ergebnisse dieses Untersuchungsvorhabens sollen bei der Überarbeitung der KTA-Regel mit einfließen. 2. Ergebnisse 2.1 Einfluss des Einschallwinkels α Festgestellt werden konnte bei der Impuls-Echo-Technik bei Ankopplung auf der ferritischen, dass kleine Einschallwinkel im Bereich von 35 bis 45 am besten geeignet sind, um die Fehler nachzuweisen bzw. Beugungsanzeigen hervorzurufen. Werden die Winkel zu groß, heben sich die Beugungsechos nicht mehr vom Rauschen ab oder sie sind von der Hauptanzeige nicht zu trennen. Bei der Sende-Empfangs-Technik sind für den Nachweis der Fehlstellen große Winkel zu wählen (> 70 ), für die Erzeugung von Beugungsechos ist dagegen ein α von 50 bis 60 3

5 optimal. Hier muss also für den Nachweis und die Erzeugung von Beugungsechos mit einem größeren Winkelbereich gearbeitet werden. Für die TOFD-Technik von der plattierten ist es sinnvoll, mit einem Einschallwinkel um 60 zu arbeiten. Der Nachteil bei kleineren Einschallwinkeln ist, dass Unebenheiten der Oberfläche den Verlauf der Lateralwellenanzeige im entstandenen TD-Bild beeinflussen und größere Winkel die Beugungsmuster im Rauschuntergrund verschwinden lassen. Bei der Anwendung der Gruppenstrahlertechnik variieren diese Werte stärker, da dort der optimale Einschallwinkel vom eingestellten Prüfkopfabstand abhängig ist. Bei der TOFD-Technik von der ferritischen sind, wie bei der Impuls-Echo-Technik, kleine Einschallwinkel um die 40 am günstigsten, um die Beugungsechos nachweisen zu können. Prüft man von der ferritischen in Impulsechoverfahren, so lassen sich bei der SAFT- Technik [3-5] schon bei der TD-Darstellung der Rohdaten, insbesondere aber auch nach Durchführung der SAFT-Rekonstruktion Entscheidungen treffen, ob sich die Reflektoren in der Plattierung oder im ferritischen Werkstoff befinden Bild 1 im Anhang. Bei der Winkeleinschallung hat sich ein 45 Prüfkopf für Longitudinalwelleneinschallung bewährt. Beim Einsatz von Winkelprüfköpfen von der plattierten aus ergibt sich kein einheitliches Bild. Während der SEL70 Prüfkopf aufgrund der Empfindlichkeitszone anscheinend nur oberflächennahe Rissspitzen abbildet, ist der 60 Prüfkopf vorwiegend für tiefere Bereiche empfindlich und detektiert auch oberflächenfernere Rissspitzen. Zur konservativen Bestimmung der möglichen Risstiefe wird daher empfohlen, auch 60 Prüfköpfe zu verwenden. 2.2 Einfluss der Schweißfortschrittsrichtung Im Laufe der Ergebnisauswertung hat sich gezeigt, dass für den Nachweis der Fehler und das Erzeugen von Beugungsechos bzw. -mustern in der Plattierung oder im plattierungsnahen Bereich bei der Impuls-Echo-Technik (Ankopplung auf der ferritischen ) bei der Anwendung von Transversalwellen die Einschallrichtung in Schweißfortschrittsrichtung, bei der Anwendung von Longitudinalwellen die Einschallrichtung entgegen der Schweißfortschrittsrichtung und bei der Anwendung von Sende-Empfangs-Prüfköpfen (Ankopplung auf der plattierten ) die Einschallrichtung entgegen der Schweißfortschrittsrichtung am günstigsten ist. Dies gilt auch für die Anwendung der SAFT-Technik, die ja auf der Qualität der empfangenen Rohdaten beruht, die entweder mit Impulsechoprüfköpfen oder S/E- Prüfköpfen aufgenommen wurden. Eine Abhängigkeit der Einschallrichtung von der Schweißfortschrittsrichtung konnte bei der TOFD-Technik nicht festgestellt werden, da Einschall- bzw. Auftreffwinkel hier eine Definitionsfrage ist. 2.3 Einfluss der Wellenart Es wurde bei allen Verfahrensmethoden mit Longitudinalwellen gearbeitet; zusätzlich wurden Transversalwellen bei den Untersuchungen mit der Impuls-Echo-Technik eingesetzt. Nach Auswertung aller Ergebnisse der Impuls-Echo-Messungen lässt sich sagen, dass prinzipiell 4

6 beide Wellenarten geeignet sind: die Transversalwellen für die Fehlererkennung dennoch ein wenig besser ist als die Longitudinalwellen. Als Beispiel sei auf die Abb. 2 und Abb. 3 verwiesen (Anhang); hier sind die TD-Bilder jeweils für 1.5 MHz Longitudinalwellen denen von 1.5 MHz Transversalwellen gegenübergestellt. Bei der Longitudinalwelle muss aber auf die mangelnde Amplitudendynamik zwischen Rückwandecho RE und Beugungsecho BE hingewiesen werden. Die Longitudinalwelle erweist sich jedoch bei der Fehleranalyse als vorteilhaft, da sich hier aufgrund der kürzeren Laufzeit die Identifikation der Anzeigen sicherer durchführen lässt. Außerdem ist hier die vom Auftreffwinkel geringere Abhängigkeit auf einen mit unbekannter Orientierung verlaufenden Riss vorteilhaft (günstiges Verhältnis Fehlergröße zur Wellenlänge bei gleicher Frequenz). 2.4 Einfluss der Ankopplung Im Falle der Ultraschallprüfung in Kontakttechnik mit Impulsechoprüfköpfen bzw. S/E- Prüfköpfen ist es wichtig, dass die unter der Prüfkopfsohle entstehende Ankoppelfläche ein konstant schmaler Spalt ist. Ergeben sich aufgrund der Struktur der Bauteiloberfläche kleine Vertiefungen, so wird hier der Schallimpuls mehrfach reflektiert und es wird ein nichtvorhandener Fehler = Artefakt vorgetäuscht. Man erkennt derartige Fehler daran, dass sich in Richtung der Schallausbreitung die Fehleranzeigen wiederholen. 2.5 Gegenüberstellung der ermittelten Fehlergrößen Mit der nachstehenden Tabelle wird ein Überblick über die erzielten Resultate gegeben: Testkörper Nuten Fehler- Nr. Sollgröße IZFP Fraunhofer Institut Zerstörungsfreie Prüfverfahren Größenbestimmung mit SAFT Messungen von der ferr. Messungen von der platt. IE von der ferr. Größenbestimmung mit SE von der platt. TOFD von platt. TK < < <17 (+) (+) < leere Felder = Messungen wurden nicht durchgeführt = Vermaßung nicht möglich, weil nicht detektiert + = Vermaßung nicht möglich, aber detektiert (+) = schwache Detektion TOFD von ferr. 5

7 Testkörper Fehler- Nr. Sollgröße IZFP Fraunhofer Institut Zerstörungsfreie Prüfverfahren Größenbestimmung mit SAFT Messungen von der ferr. Messungen von der platt. IE von der ferr. Größenbestimmung mit SE von der platt. TOFD von platt. TOFD von ferr. TK UPR1 Testkörper Fehler- Nr. Sollgröße Messungen von der ferr. 32 Fehler vermaßt; maximale Tiefenausdehnungen: 7.5 mm Messungen von der platt. 15 Fehler vermaßt; maximale Tiefenausdehnungen: 12 mm IE von der ferr. SE von der platt. + + TOFD von platt. 1 Fehler vermaßt TOFD von ferr. - Testkörper Fehler- Nr. Sollgröße Messungen von der ferr. Messungen von der platt. IE von der ferr. SE von der platt. TOFD von platt. TOFD von ferr. IK * * 16* * 6* * * 7.5* * * 3* leere Felder = Messungen wurden nicht durchgeführt = Vermaßung nicht möglich, weil nicht detektiert + = Vermaßung nicht möglich, aber detektiert * jeweils vermessen von der Plattierungsoberfläche 6

8 Testkörper Fehler- Nr. Sollgröße IZFP Fraunhofer Institut Zerstörungsfreie Prüfverfahren Größenbestimmung mit SAFT Messungen von der ferr. Messungen von der platt. IE von der ferr. Größenbestimmung mit SE von der platt. TOFD von platt. TOFD von ferr. KPR Testkörper Fehler- Nr. Sollgröße Messungen von der ferr. Messungen von der platt. IE von der ferr. SE von der platt. TOFD von platt. TOFD von ferr. GB leere Felder = Messungen wurden nicht durchgeführt = Vermaßung nicht möglich, weil nicht detektiert + = Vermaßung nicht möglich, aber detektiert 3. Auswertung 3.1 Impuls-Echo-Technik Es werden mit dieser Technik in den allermeisten Fällen Beugungsanzeigen erzeugt. Es sei denn, der Fehler ist zu klein, sodass das Beugungsecho von der Hauptanzeige nicht mehr zu trennen ist. Die Problematik besteht darin, dass anhand der Beugungs- und sonstiger Echos keine Aussage über die Position des Fehlers, bezogen auf die Oberfläche oder die Plattierung, getroffen werden kann. Zuzuordnen, ohne Kenntnis dieser Angaben, welche Echos in dem TD-Bild erscheinen, ist unmöglich. Die Abbildungen 4 und 5 (Anhang) sollen der Erklärung dienen. Die Abb. 4 zeigt eine Nut (Nut 4.54), die unter der Plattierung beginnt, aufgenommen am MPA-Großbehälter. Es erscheint das Echo, das am Nutdach entsteht und dasjenige, das durch Reflexion am Fehler und an der Rückwand hervorgerufen wird. Ein Echo vom Nutende, das im Übergangsbereich Grundwerkstoff - Plattierung liegt, fehlt völlig. Ein relativ ähnliches Bild (Nut 4.57) zeigt Abb. 5. Hier ist der Fehler jedoch zur Oberfläche offen. Es ist also mit der Impuls-Echo-Technik nicht möglich, obwohl Echos an den Fehlerenden im ferritischen Grundwerkstoff entstehen, die aufgefundenen Fehler eindeutig zu 7

9 charakterisieren. Damit ist es auch nicht möglich, die Fehlergröße zu ermitteln, sondern nur die Fehlertiefenlage bzw. eine konservative Abschätzung der Gesamttiefe, ausgehend von der Oberfläche. Es kommt also deutlich zum Ausdruck, dass eine Unterscheidung oberflächenverbunden oder nicht, derzeit nicht getroffen werden kann. Für eine sicherheitstechnische Bewertung, insbesondere beim Reaktordruckbehälter oder den Hauptkühlmittelleitungen, wäre dies aber wünschenswert. 3.2 Impuls-Echo-Technik mit SAFT-Auswertung Im IZFP wurden die Testkörper und der Großbehälter ebenfalls in Impuls-Echo-Technik untersucht. Hierzu wurden Kontakttechnikprüfköpfe mit 45, 60, 70 vorzugsweise mit Longitudinalwelleneinschallung eingesetzt. Zur Lösung des Zieles Positionszuordnung von Fehlern in Bezug auf die Plattierung, das Interface, den Grundwerkstoff und die Schweißnaht werden die hochfrequenten Ultraschalldatensätze mittels des SAFT- Algorithmus ausgewertet. Durch die Abbildung der Innenoberfläche, des Interfaces zwischen Plattierung und Grundwerkstoff bzw. auch der Schweißnahtflanken wird versucht, eine Größenbestimmung und eine Zuordnung in die Kategorien oberflächenverbunden, teilweise im Interface oder nur Grundwerkstoff gesichert treffen zu können. Falls erforderlich wurde die Krümmung der Bauteiloberfläche - z.b. Behälteraußenwand - abgetastet und bei der Fehlerbildrekonstruktion berücksichtigt. Ein exemplarisches Beispiel ist in Abb. 6 wiedergegeben, das aufzeigt, dass durch die Abbildung z.b. der Innenoberfläche, der Außenoberfläche und der rechten nwand eine Zuordnung der detektierten Nut in Bezug auf seine Position ermöglicht wird. Es wird aber auch ersichtlich, dass verursacht durch die Winkelspiegeleffekte mit der Plattierung es gerade in diesem Falle nicht möglich ist, zu entscheiden, ob der Fehler oberflächenverbunden ist oder nicht, da aufgrund des verlängerten Schallaufweges über die Reflexion ein entsprechender Bildfleck entsteht, der die Rissaustrittsöffnung markiert. Anders sieht es aus beim MPA-Fehler 4.57 aus, bei dem es möglich ist, die Zuordnung zu oberflächenverbunden richtig zu treffen, und bei dem auch zusätzlich die Schräglage vermessen werden kann (Abb. 7 und 8). 3.3 Messungen mit Sende-Empfangs-Prüfköpfen Bei einem Einschallwinkel von 70 und größer, sowie einer Ankopplung auf der Plattierung wird der Nachweis von Fehlern im Vergleich zu allen anderen Techniken am sichersten. Die Ergebnisse, die bisher darauf hindeuteten, dass es sich bei den gefundenen Anzeigen um Beugungsechos handelte, waren zu wenig belastbar, da meist die damit bestimmte Fehlerausdehnung zu groß war. Im allgemeinen kann man sich mit dieser Technik nur auf den Nachweis der Fehler beschränken. Die Abb.9 zeigt einen Unterplattierungsriss im MPA-Testkörper TK3. Dort ist eine Beugungsanzeige von der Rissspitze, die ins Grundmaterial ragt, erkennbar. Damit lässt sich nur die Fehlertiefenlage von 9 mm (Soll = 14 mm) bestimmen. Die Abweichung lässt sich mit der in [1] im Kapitel 5 aufgestellten Behauptung erklären, wonach die Kristallstängelneigung zu einer kleineren berechneten Fehlertiefe (-größe) führt. 8

10 3.4 TOFD-Technik von der plattierten Bei den Labormessungen war es fast uneingeschränkt möglich, festzustellen, ob ein Fehler oberflächenverbunden war oder nicht, eine Ausnahme bildeten die Rissfelder im Testkörper IK1. Bei Fehlern mit Ligament war die Lateralwellenanzeige ungestört. Eine Entscheidung über die Lage, ob nur in der Plattierung oder weiter ins Grundmaterial laufend, kann nur indirekt, über die Fehlergrößenbestimmung und die bekannte Plattierungsdicke, erfolgen. Nicht immer kommt die Grenzfläche Plattierung/Grundwerkstoff zur Anzeige, und somit ist die relative Lage des Fehlers aus dem TD-Bild nicht erkennbar. Vermutlich hängt das Abbilden des Interfaces von den Bedingungen beim Aufbringen der Plattierung ab. Als Vergleich sind die Abbildungen 10 und 12 dargestellt. Abb.10 stellt das TD-Bild einer Messung am Testkörper IK1 dar, Abb.12 am Testkörper PL9. Der Testkörper PL9 stand dem IZFP nicht zur Verfügung und soll den obigen Gedanken verdeutlichen. Die Abtastung der Nut Nr.8 im Testkörper IK1 (Abb.10) zeigt, dass der Fehler offen ist, weil die Lateralwellenanzeige (rechte Linie) nicht durchgängig ist. Eine Anzeige vom Übergang Plattierung/Grundmaterial fehlt. Vergleicht man diese Aussage mit der Impulsecho Technik und SAFT-Auswertung Abb. 11, so erkennt man, dass die TOFD-Technik in der Lage ist, die Charakterisierung ob oberflächenverbunden oder nicht, durchzuführen, eine Aussage, die aus der Abbildung mittels SAFT-Technik nicht abzuleiten ist. Anhand der Beugungs- und des Interfaceechos kann dagegen in Bild 12 abgeschätzt werden, dass Fehler Nr. 3 innerhalb der Plattierung, Nr. 2 unter der Plattierung, also im Grundwerkstoff, und Nr. 1 im Interface liegen. Bei Messungen, die am MPA-Großbehälter durchgeführt wurden, trat zusätzlich das Problem auf, dass aufgrund der unebenen Oberfläche die Bestimmung der Oberflächenverbundenheit erschwert wurde. Hier war es notwendig, dass mehrere TD-Bilder, also verschiedene Einschallwinkel, einer Messfahrt ausgewertet wurden, um zum richtigen Ergebnis zu gelangen [2, Kapitel ]. Eine Fehlergrößenbestimmung funktioniert mit dieser Methode nur bei offenen Fehlern, da bei Unterplattierungsfehlern das Echo von der Fehlerkante, die sich an der Grenzfläche Plattierung/Grundwerkstoff befindet, und bei in der Plattierung beginnenden Defekten oft das in der Plattierung befindliche Echo, fehlt. In diesen Fällen kann nur die Fehlertiefenlage (Gesamttiefenausdehnung) ermittelt werden. Eine Unterscheidung von Plattierungsfehlern und Unterplattierungsfehlern ist derzeit nicht möglich. Eine Ausnahme zeigt Abb.13. Hier funktioniert auch der Nachweis eines in der Plattierung liegenden Fehlers. Nimmt man an, dass die dunkelblaue Linie die Anzeige vom Interface ist, lässt sich die Position des Risses mit 5 mm (Soll = 3 mm) und 8 mm (Soll = 6 mm) unterhalb der Oberfläche bestimmen. Damit ergibt sich eine Fehlergröße von 3 mm (Soll = 3 mm). Die Annahme basiert auch auf Abb. 47 [1, Kapitel ]. Dort wird nur die blaue Anzeige vom Unterplattierungsriss deutlich unterbrochen. Kann man aber die Fehlergröße oder -tiefe berechnen, kann der Effekt auftreten, dass durch die Kristallstängelneigung die ermittelten Werte kleiner als die tatsächliche Größe werden [1, Kapitel 5]. Dies muss bei der Ergebnisdarstellung beachtet werden. 9

11 3.5 TOFD-Technik von der ferritischen Auch bei dieser Methode führt der Einfluss der Plattierung wieder dazu, dass Fehleranzeigen sich nicht eindeutig abbilden - Abb.14 - und damit entweder die Fehlerposition falsch bestimmt wird oder der Fehler übersehen werden könnte, Abb.15. Dies hängt mit der Art der Plattierung oder den Bedingungen beim Aufbringen zusammen, denn die Bilder 16 und 17 zeigen TD-Bilder, die bei Messungen am MPA-Testkörper TK3 entstanden und dort heben sich die Anzeigen deutlich vom Untergrund ab und können sowohl identifiziert, als auch vermaßt werden. Für Abb.16 ergab sich eine Fehlergröße von 5 mm (Soll = 6 mm) und für Abb.17 eine Größe von 3 mm (Soll = 3 mm) sowie eine Fehlertiefenlage von 2 bis 5 mm (Soll = 3 bis 6 mm). Klärungsbedarf besteht noch dahingehend, wie sich die Grenzflächenanzeigen verhalten, wenn sie von einem Fehler beeinflusst werden. Es treten unterschiedliche Muster auf, die von der Fehlergröße und -lage abhängen. Mit Sicherheit kann nur die Tiefenlage (das Fehlerende im Grundwerkstoff) bestimmt werden, und zwar mit Hilfe der Echos aus dem Grundmaterial. Nur wenn Echos von beiden Fehlerenden zu erkennen sind, kann auch die Größe der Fehlstelle ermittelt werden - Abb Zusammenfassung Bei allen Untersuchungsmethoden, die von der BAM durchgeführt wurden, fiel auf, dass die Resultate, die an Nuten erzielt wurden, nicht uneingeschränkt auf Risse übertragbar sind. Grund dafür ist, dass die Nuten ein - wie auch immer geartetes - Nutdach aufweisen, das dazu führen kann, dass dort keine Beugung, sondern Reflexion stattfindet. Die dann entstehenden Echos können fast die Amplitudenhöhe von Reflexionsanzeigen, die an der Fehlerfläche entstehen, erreichen. Diese Problematik macht sich besonders bei der TOFD-Technik bemerkbar. Anzeigen von Nuten sind hier meist sehr deutlich ausgeprägt, von Rissen dagegen kommt oft nur ein Teil, und dieser auch noch abgeschwächt, zur Anzeige. Bei kleinen Rissen (ca. 3mm) kann dies dazu führen, dass sie nicht mehr nachweisbar und charakterisierbar sind, Nuten dieser Größe dagegen aber sehr wohl. Die Abbildungen 18 und 19 vergleichen einen Unterplattierungsriss von 6 mm mit einer Unterplattierungsnut von 3 mm. Beide Fehler waren im MPA-Testkörper TK3 eingebracht. Es zeigt sich, dass, trotz gleicher Prüfbedingungen, der Riss schwieriger nachzuweisen und zu charakterisieren ist. Entsprechende Ergebnisse der Pulsechomethode mit SAFT-Auswertung sind in Abb. 20 und Abb. 21 dargestellt. Man kann obere und untere Rissspitze, bzw. obere Nutkante identifizieren, das erzielbare Signal- Rausch-Verhältnis bestätigt die Aussagen, die mit der TOFD-Technik erzielt worden sind. Für die TD-Bild-Farb-Palette wurde in Abweichung von der VGB-Auswerterichtlinie (VGB- R 515) die BAM-Farbstufung gewählt, da damit eine bessere Mustererkennung gewährleistet ist. Grund dafür ist, dass bis zum Rauschen ausgewertet wurde. Weiter lässt sich feststellen, dass eine Fehlergrößenbestimmung mit der TOFD-Technik nur bei offenen Fehlern funktioniert. Ein weiteres Problem ergab sich am MPA-Großbehälter aufgrund der unebenen Oberflächen. Eine Unterscheidung von Plattierungsfehlern zu Unterplattierungsfehlern ist derzeit nicht möglich. Mit der Impuls-Echo- und der Sende-Empfangs-Technik konnte bei dem im Rahmen dieses Vorhabens untersuchten Fehlergut meist nur die Fehlertiefenlage ermittelt werden, weil die Fehlerart aufgrund der TD-Bilder nicht bestimmbar ist. 10

12 Zur Lösung des Zieles Positionszuordnung von Fehlern in Bezug auf die Plattierung, das Interface, den Grundwerkstoff und die Schweißnaht werden vom IZFP hochfrequente Ultraschalldatensätze mittels des SAFT-Algorithmus ausgewertet, die mit unterschiedlichen Prüffrequenzen und unterschiedlichen Einschallrichtungen aufgenommen worden sind. Durch die Abbildung der Innenoberfläche, des Interfaces zwischen Plattierung und Grundwerkstoff bzw. auch der Schweißnahtflanken erfolgt eine Größenbestimmung und eine Zuordnung in die Kategorien oberflächenverbunden, teilweise im Interface oder aber nur Grundwerkstoff. Von entscheidender Bedeutung ist die Fähigkeit, sich bei der Analyse einer Fehlerstelle aus einem dreidimensionalen rekonstruierten Datenvolumen entsprechende Schnittebenen in x-, y- und z-richtung (B-, C-, D-Bild) herausschneiden zu können, insbesondere wenn hier die Tiefe der projizierten Schnittebene an die jeweilige Fehlerausdehnung angepasst wird siehe Teil 2 des 2. Technischen Berichtes. Die Vorteile liegen im Unterdrücken von Störanzeigen aus anderen Richtungen. Die Zuordnung der Fehler zu den Bauteilberandungen bzw. dem Interface zwischen Grundwerkstoff und Plattierung erfolgt durch Abbildung der Fehler in Verbindung mit den Bauteil- und Schweißnahtformen. Hierbei können sowohl Transversalwellen als auch Longitudinalwellen eingesetzt werden. Für den Sonderfall, dass sich beim Einsatz von Longitudinalwellen in Verbindung mit Schrägeinschallung kein klares Abbild einer Innenoberfläche erzielen lässt, empfiehlt sich hier den immer mit angeregten Transversalanteil zu nutzen, um eine genaue Identifikation und Lage der Rückwand zu erzielen. Die Schräglage eines Fehlers kann aus den B-Bild bzw. D-Bild Darstellungen der SAFT-Rekonstruktionen vermessen werden. Zusammenfassend muss auch bei der Impulsechomethode mit SAFT-Auswertung festgestellt werden, dass in einzelnen Fällen das Ziel einer Zuordnung, in oberflächenverbundene Fehler oder nicht, erreicht wurde, in anderen Fällen noch nicht. Insgesamt besteht bzgl. der Auswahl der einzusetzenden Prüfköpfe und dem Beugungs- bzw. Reflexionsverhalten realer Fehler noch Erklärungsbedarf. Da beide untersuchenden Institutionen, IZFP und BAM, zu dem Ergebnis kommen, dass eine Charakterisierung von oberflächennahen Fehler, in Grenzen, möglich ist, muss für eine Erhöhung der Sicherheit der Prüfaussage die Plattierungsprüfung - Nachweis und Charakterisierung von oberflächennahen Fehlern - mit in das Prüfvolumen einbezogen werden. Beim Überarbeiten des Regelwerkes sollte das beachtet werden. i. A. i. A. Dr.-Ing. A. Erhard Fachgruppe VIII.4 Dipl.-Ing. U. Tessaro Labor VIII.41 11

13 5. Stellungnahme TÜV Nord und TÜV Süddeutschland 2, Stellungnahme zu den technischen Berichten - Technischer Bericht, Juli Technischer Bericht Teil 1 und 2, Oktober 2002 Die Berichte befassen sich mit Ultraschalluntersuchungen an Testkörpern und Großkomponenten mit künstlichen und natürlichen Fehlern. Zielsetzung war dabei einerseits die qualifizierte Feststellung der Nachweisempfindlichkeit und andererseits die möglichst genaue Charakterisierung von Fehlern. Dabei wurden die bekannten Ultraschallverfahren Sendeempfangs- (SE-) Technik, Beugungslaufzeit- (TOFD-) und SAFT-Technik (Synthetische Apertur Fokussierungs-Technik) angewendet, jeweils bei Einschallung von der fehlernahen und von der fehlerfernen Oberfläche des Bauteils aus. Die Messungen wurden stichprobenweise von Sachverständigen der Technischen Überwachungsvereine TÜV Nord e. V. und TÜV Süddeutschland Bau und Betrieb begleitet. Bei der Ergebnisbewertung sind die Kenntnisse und Erfahrungen aus vielen wiederkehrenden Ultraschallprüfungen an Komponenten von Kernkraftwerken und die Inhalte des Kerntechnischen Regelwerkes (vorwiegend KTA ) eingeflossen. Im einzelnen kommen wir zu folgenden Aussagen: SE-Technik von der plattierungsfreien Oberfläche Übereinstimmend mit der Feststellung in den technischen Berichten halten wir dieses Verfahren für gut geeignet hinsichtlich des Nachweises von Fehlern im Plattierungsbereich (Suchverfahren). Die Empfehlung, dabei Transversalwellenprüfköpfe mit Einschallwinkeln zwischen 35 und 45 anzuwenden, geht konform mit den bisherigen wiederkehrenden Prüfungen. Die Anwendung als Verfahren zur Charakterisierung von Fehlern (Analyseverfahren) ist nur bedingt sinnvoll, da laut den Messergebnissen die wichtige Entscheidung, ob Fehler zur Oberfläche offen oder nicht offen sind, oft nicht möglich ist. Dies hängt damit zusammen, dass Echos nicht immer zwangsläufig von der Rissspitze kommen müssen und somit eine Fehlinterpretation der Tiefenerstreckung gegeben ist. SE-Technik von der plattierungsnahen Oberfläche Auch hier lassen die Messergebnisse deutlich erkennen, dass die Technik als Nachweisverfahren gut geeignet ist. Insbesondere eignen sich Kriechwellenprüfköpfe für die Detektion von reinen Plattierungsfehlern (nur in der Plattierung verlaufende Fehler). Wir sind der Meinung, dass mittels einer Korrelation zwischen SE-Technik und Kriechwellentechnik noch zusätzliches Charakterisierungspotential vorhanden ist (wichtig für die Abgrenzung von oberflächennahen und tiefer liegenden Fehlern). Wir halten diesbezüglich weitergehende Untersuchungen für zweckdienlich. TOFD-Technik Da die TOFD-Technik ausschließlich auf der Auswertung von Beugungsechos beruht, ist damit eine hohe Empfindlichkeitsanforderung gegeben. Registriergrenzen, wie sie im 2 A. Waas, B. Eser (TÜV Süddeutschland Bau und Betrieb) ³ T. Just (TÜV Nord e.v.) 12

14 Regelwerk für die Standardprüfverfahren festgelegt sind, dürfen nicht zu Grunde gelegt werden und müssen in der Regel weit unterschritten werden (deutlich empfindlicher prüfen). Dies kann und wird vermutlich auch zu einer erhöhten Zunahme von Pseudoanzeigen führen. Aus diesem Grunde halten wir die TOFD-Technik als reines Nachweisverfahren für nicht zweckdienlich. Hinsichtlich der Charakterisierung von Fehlern ist die Technik sehr wohl geeignet, allerdings mit der Einschränkung, dass für die Anwendung von der plattierungsfernen Oberfläche aus - wegen der Schallgeschwindigkeitsänderungen und der geringen Laufwegsdifferenzen - eine Analyse von reinen Plattierungsfehlern oft nicht gelingt. Bei der Anwendung der TOFD-Technik von der plattierungsnahen Oberfläche aus ist eine kerbfreie Ankoppelfläche erforderlich, da sonst wegen der Unterbrechung der Lateralwelle Fehlinterpretationen hinsichtlich offen oder nicht offen gegeben sind. SAFT-Analyseverfahren Beim SAFT-Verfahren handelt es sich - wie in den Berichten dargestellt - um ein reines Analyseverfahren, das hier insbesondere hinsichtlich der Fähigkeit, offene und nicht offene Fehler zu unterscheiden, untersucht wurde. Ähnlich wie bei der TOFD-Technik darf hier eine vom Regelwerk vorgegebene Registriergrenze nicht beachtet werden, es erfolgt eine Auswertung bis zur Rauschgrenze. Bemerkenswert ist, dass trotz ungünstiger Randbedingungen (Oberflächeneinfluss, Änderung des Schallwinkels) eine Fehlerortbestimmung möglich ist. Allerdings halten wir hinsichtlich einer Differenzierung der Anzeigen von echten Fehlern und von Artefakten gegensinnige Einschallrichtungen für erforderlich. Eine eindeutige Aussage, ob Fehler zur Oberfläche hin offen oder nicht offen sind, gelingt nicht immer. Zusammenfassend bewerten wir die technischen Berichte hinsichtlich der Messergebnisdarstellung und der Anzeigenbewertung als sehr transparent und nachvollziehbar. Die Anzeigenmuster von rissartigen Fehlern sind umfassend dargestellt; sie können bei wiederkehrenden Prüfungen von Kernkraftwerkskomponenten für die Analyse von Befundanzeigen herangezogen werden. Die in diesem Vorhaben erhaltenen Erkenntnisse speziell für die Plattierungsprüfung sollten in die KTA einfließen. Im Folgenden haben wir dazu einen Vorschlag zur Ergänzung des Regelwerks gemacht. Was die Charakterisierung von Fehlern im Plattierungsbereich betrifft, sehen wir noch zusätzliches Potential einer Weiterentwicklung der Prüfverfahren. Diesbezüglich sind weitere Untersuchungen erforderlich. Aufgrund der jüngsten Ereignisse in verschiedenen Kernkraftwerken gewinnt die Charakterisierung und die Größenbestimmung (Sizing) von Fehlern immer mehr an Bedeutung Empfehlungen zur Ergänzung des Regelwerks KTA (6/99) Vorbemerkung Entsprechend den Anforderungen der KTA-Regel werden im Rahmen der wiederkehrenden Prüfungen (WkP) die Oberflächenbereiche (innen und außen) der Komponenten der druckführenden Umschließung des Primärkreises zerstörungsfrei geprüft. Explizit ist eine Prüfung von Plattierungen erst in der jetzigen Fassung der KTA vom Juni 1999 enthalten, und zwar ist eine Sichtprüfung repräsentativer Bereiche der plattierten Innenoberflächen des Reaktordruckbehälters (RDB), der Dampferzeuger-(DE-) 13

15 Primärkalotten, des Druckhalters (DH), der Hauptkühlmittelpumpen (HKP) von Druckwasserreaktoren und des RDB von Siedewasserreaktoren festgelegt. Die zur Prüfung der Innenoberflächenbereiche von Schweißnähten und von ausgewählten Grundwerkstoffbereichen (z.b. Stutzenkanten) getroffenen Festlegungen zur Ultraschallprüfung sind im Falle plattierter Komponenten darauf ausgerichtet, die an die Plattierung anschließende ferritische Oberflächenzone im Hinblick auf mögliche betriebsbedingt entstandene oder gewachsene Fehler zu prüfen. Dieses könnten zum einen Unterplattierungsrisse (UPR) (das sind im Zuge der Fertigung entstandene Relaxationsrisse, die während des Betriebs soweit gewachsen sind, dass sie bei WkP nachgewiesen werden können) oder zum anderen Rissbildungen sein, die durch die Plattierung hindurch in den ferritischen Werkstoff gewachsen sind. Mit den bei WkP eingesetzten Ultraschallprüftechniken, das sind für die Prüfung von der plattierten Innenseite aus die 70 SEL-Technik mit einer Fokuslänge f33 mm und für die Prüfung von der Außenseite aus die 45 -Winkelspiegeltechnik mit Transversalwellen, wird die Plattierung jedoch zwangsläufig mitgeprüft. Anhand von Vergleichskörpermessungen wurde das Nachweisvermögen für Fehler (Risse) in und unter der Plattierung ermittelt (siehe /1/, /2/,). Wenn mit der Prüfempfindlichkeit (Registriergrenze) entsprechend den Vorgaben der KTA für die Schweißnahtprüfung geprüft wird, werden bei WkP Fehler nachgewiesen, die etwa 3 mm in den ferritischen Grundwerkstoff hineinreichen (als UPR oder als Anriss durch die Plattierung hindurch). Anrisse in der Plattierung werden mit Tiefenstreckungen ab 3-4 mm nachgewiesen, d.h. der halben Plattierungsdicke. Die bei WkP eingesetzten US-Standardprüftechniken sind zum Auffinden von Fehlern optimiert (Detektionsverfahren). Eine genaue Beschreibung der Lage und der Tiefenerstreckung sowie eine Charakterisierung, ob der Fehler zur Oberfläche hin offen ist oder nicht, ist nicht möglich. Auf der Grundlage der in diesem Vorhaben erzielten Ergebnisse zum Nachweis und zur Charakterisierung von rissartigen Fehlern im Plattierungsbereich mit dem Ultraschallverfahren ist es möglich und geboten, die Ultraschallprüfung der Plattierung zu regeln. Im Folgenden werden Ergänzungen der betreffenden Abschnitte der KTA vorgeschlagen, die zum einen Klarstellungen hinsichtlich der Prüfaufgabe sowie Ergänzungen der prüftechnischen Festlegungen der Ultraschallprüfung für die Detektion von Fehlern im Bereich der Plattierung sind und die zum anderen eine Erweiterung des Regeltextes bei der Analyse von festgestellten Befundanzeigen zwecks Charakterisierung des Fehlers zum Inhalt haben. /1/ T. Just Flaw Detectability of NDT Techniques of Clad Surfaces of Reactor Pressure Vessels. ; Nuclear Engineering and Design 151 (1994), p /2/ B. Neundorf, G. Csapo, A. Erhard Optimizing the NDT of Boiling Water Reactors by Using Realistic Flaws in the Cladding. ; 7 th ECNDT, Kopenhagen, May 1998 Conf. Proceedings Vol. 2, p

16 Empfehlungen zur Ergänzung der KTA Abschnitt 2.-Begriffe -(8) Prüfung der Oberflächen Ergänzung: An plattierten Komponenten ist die Plattierung und der angrenzende Grundwerkstoff zu erfassen. Abschnitt 4.2-Prüfung der Oberflächen Einstellung der Prüfempfindlichkeit Ergänzung: (10) Für die Prüfung der plattierten Oberflächenzone ist die Prüfempfindlichkeit durch Messungen an einem Vergleichskörper und am Bauteil zu ermitteln und so festzulegen, dass sichergestellt ist, dass Vergleichs- Reflektoren (Schlitze) mit einer Tiefe entsprechend der halben Plattierungsdicke und einer Länge gemäß (2) nachgewiesen werden. Die Vergleichsreflektoren sind als Oberflächenfehler und als Fehler unter der Plattierung (nur im ferritischen Werkstoff) auszubilden. Abschnitt Registriergrenze Ergänzung in (2), als vorletzten Absatz einfügen: Für die Prüfung der plattierten Oberflächenzone ist die Registriergrenze gegebenenfalls auf die Echohöhe der Vergleichsreflektoren gemäß Abschnitt (10) abzusenken. Abschnitt Ergänzung hinter Wickel (2): -Prüfumfänge, ZfP, Allgemeines (3) Bei der Ultraschallprüfung der oberflächennahen Bereiche (plattierte und nicht plattierte) ist eine Zone von jeweils 25 mm Tiefe zu erfassen. Abschnitt 8 - Bewertung der Prüfergebnisse neuer Abschnitt Analysemessungen Für die gemäß Abschnitt (5) geforderten Analysen kann in folgenden Schritten vorgegangen werden: 15

17 a) Nachprüfung mit diversitären Prüfverfahren und Prüftechniken zur Bestätigung des Befundes, z.b. Wirbelstromprüfung, Sichtprüfung, Ultraschallprüfverfahren mit verbessertem Fehlernachweisvermögen am Reflektorort (SEK, SEL70 f15, Gruppenstrahlerprüfköpfe). b) Analyseprüfungen zur Charakterisierung des Fehlers hinsichtlich folgender Merkmale: - flächige Trennung oder einschlussartiger (voluminöser) Fehler, - zur Oberfläche hin offen oder Fehlerstreckung innerhalb der Plattierung oder in den ferritischen Werkstoff hinreichend. c) Für den Fall, dass eine flächige Trennung nicht ausgeschlossen werden kann, sind Analysemethoden anzuwenden, die genaue Angaben über die Größe des Fehlers (Tiefenerstreckung und Länge) ermöglichen. d) Wickel (5) aus hier einfügen und ergänzen: Als Ultraschallprüftechniken dafür kommen z.b. in Frage: -Synthetische Apertur Fokussierungstechnik (SAFT), -Beugungslaufzeitverfahren (TOFD), -Rissspitzensignalverfahren, -Echotomographie. e) Die Eignung der einzusetzenden Analyseverfahren ist an Hand von Vergleichskörpermessungen nachzuweisen, wobei entsprechend der Methodik für die Qualifizierung von zerstörungsfreien Prüfungen gemäß ENIQ vorzugehen ist. 6. Literatur [1] U. Tessaro, A. Erhard, V. Schmitz 1. Technischer Bericht Nachweis und Charakterisierung von rissartigen Fehlern im Plattierungsbereich ; Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Labor VIII.41, Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren; Berlin, Juli 2001 [2] U. Tessaro, A. Erhard, G. Brekow, D. Tscharntke 2. Technischer Bericht Nachweis und Charakterisierung von rissartigen Fehlern im Plattierungsbereich, Teil 1; Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Labor VIII.41,Berlin, Oktober 2002 [3] V. Schmitz, S. Chakhlov, W. Müller: Synthetic Aperture Focusing Technique State of the Art. First Intern. Conf. On NDE in Relation to Structural Integrity for Nuclear and Pressurised Components, Amsterdam, Oct [4] V. Schmitz, M. Kröning, S. Chakhlov, W. Fischer: Synthetic Aperture Focussing Technique 3D-CAD-SAFT ; QNDE-Conference, Montréal, Canada, Juli 1999 [5] V. Schmitz, W. Müller, S. Chakhlov: A transportable Ultrasonic Evaluation System based on CAD and Acoustic Imaging for 3D Imaging through arbitrarily curved Surfaces ; 8th ECNDT, Barcelona, June

18 7. Nachtrag zum 2. Technischen Bericht Empfindlichkeitsmessungen an einer 3 mm KTA-Nut Vergleichsmessungen an einer 3 mm tiefen, oberflächenverbundenen Nut in einem ferritischen Testkörper ergaben für eine Bildschirmhöhe von 80 % ( ^ 46 db), im Darstellungsbereich 0-48 db (s. Farbskala), die in den folgenden Tabellen aufgeführten Werte Impuls-Echo-Technik Prüfkopf Siemens 079/98 Siemens 080/98 TW LW TW LW Wanddicke = 138 mm Verstärkung [db] bei einem Einschallwinkel von Sende-Empfangs-Technik Prüfkopf Verstärkung [db] bei einem Einschallwinkel von BAM GRST Imasonic Für die TOFD-Technik wurden diese Messungen nicht durchgeführt, weil hier die Fehlerbewertung auf Mustererkennung beruht. Die nachstehende Tabelle enthält die Verstärkungszuschläge und die Werte für die Unterschiede in den Bezugslinien. 17

19 Abb.-Nr. Verstärkungs- Unterschied zw. zuschlag [db] Bezugslinien [db] <

20 8. Anhang Abbildungen Abb. 1 TD-Bild mit Senkrechteinschallung von der ferritischen zur Erkennung der Position von Fehlern innerhalb der Plattierung bzw. im Interface Abb. 2 TD-Bild einer Impuls-Echo-Messung mit 1.5 MHz Longitudinalwellen an der Nut 4.62 des MPA-Großbehälters Abb. 3 TD-Bild einer Impuls-Echo-Messung mit 1.5 MHz Transversalwellen an der Nut 4.62 des MPA-Großbehälters Abb. 4 Zur Bewertung von Beugungsanzeigen TD-Bild einer Impuls-Echo-Messung an der Nut 4.54 des MPA-Großbehälters Abb. 5 Zur Bewertung von Beugungsanzeigen TD-Bild einer Impuls-Echo-Messung an der Nut 4.57 des MPA-Großbehälters Abb. 6 Zur Positionierung und Rekonstruktion einer Nut in Verbindung mit der Innenoberfläche und der rechten nwand des Testkörpers TK1 nach dem Impulsechoverfahren mit SAFT-Auswertung Abb. 7 Nut 4.54 des Großbehälters, entsprechend Abb. 4 mit Impulsecho aufgenommenen; Darstellung der B-C-D- rekonstruierten Bilder nach dem SAFT-Verfahren Abb. 8 Nut 4.54 des Großbehälters, entsprechend Abb. 4 mit Impulsecho aufgenommenen; Darstellung der B-C-D- rekonstruierten Bilder nach dem SAFT-Verfahren Abb. 9 TD-Bild einer Messung mit Sende-Empfangs-Prüfköpfen am Fehler Nr.1 des Testkörpers TK3 Abb.10 TD-Bild einer TOFD-Messung von der plattierten n der Nut Nr.8 des Testkörpers IK1 Abb. 11 SAFT-B-Bild von der plattierten an der Nut Nr. 8 des Testkörpers IK1 Abb. 12 TD-Bild einer TOFD-Messung an den Fehlern Nr.1, 2 und 3 des Testkörpers PL9 von der plattierten Abb. 13 TD-Bild einer TOFD-Messung an dem Riss Nr.3 des Testkörpers TK3 von der plattierten Abb. 14 TD-Bild einer TOFD-Messung von der ferritischen an der Nut 4.62 des MPA- Großbehälters Abb. 15 TD-Bild einer TOFD-Messung von der ferritischen an der Nut Nr.12 des Testkörpers IK1 Abb. 16 TD-Bild einer TOFD-Messung von der ferritischen am Heißriss Nr.5 des Testkörpers TK3 Abb. 17 TD-Bild einer TOFD-Messung von der ferritischen am Heißriss Nr.3 des Testkörpers TK3 Abb. 18 TD-Bild einer TOFD-Messung an dem Riss Nr.1 des Testkörpers TK3 Abb. 19 TD-Bild einer TOFD-Messung an der Nut Nr.2 des Testkörpers TK3 Abb. 20 SAFT-Bild vom Riss Nr. 1 des Testkörpers TK3 Longitudinalwellen, 2 MHz, 45 Abb. 21 SAFT-Bild von der Nut Nr. 2 des Testkörpers TK3 Longitudinalwellen, 2 MHz 19

21 Nuten N1, N2 N3 Plattierung Abb. 1 TD-Bild mit Senkrechteinschallung von der ferritischen zur Erkennung der Position von Fehlern innerhalb der Plattierung bzw. im Interface RE = Reflexionsecho BE = Reflexionsecho von der Nutkante Fehlerart (Nr.) Nut in Platt. (4.62) Testkörper Großbehälter Verstärkung 60 db Winkel 45 (LW) Frequenz 1.5 MHz SRA (RE) SRA (BE) 14 db 14 db Abb.2 TD-Bild einer Impuls-Echo-Messung mit 1.5 MHz Longitudinalwellen an der Nut 4.62 des MPA-Großbehälters 20

22 RE = Reflexionsecho BE = Reflexionsecho von der Nutkante Fehlerart (Nr.) Nut in Platt. (4.62) Testkörper Großbehälter Verstärkung 50 db Winkel 45 (TW) Frequenz 1.5 MHz SRA (RE) SRA (BE) 19 db 7 db Abb.3 TD-Bild einer Impuls-Echo-Messung mit 1.5 MHz Transversalwellen an der Nut 4.62 des MPA-Großbehälters RE = Reflexionsecho BE = Reflexionsecho von der Nutkante Fehlerart (Nr.) UP-Nut (4.54) Testkörper Großbehälter Verstärkung 50 db Winkel 40 (TW) Frequenz 1.5 MHz SRA (RE) SRA (BE) 11 db 6 db bzw. 22 db Abb.4 Zur Bewertung von Beugungsanzeigen TD-Bild einer Impuls-Echo-Messung an der Nut 4.54 des MPA-Großbehälters 21

23 RE = Reflexionsecho BE = Reflexionsecho von der Nutkante Fehlerart (Nr.) offene Nut (4.57) Testkörper Großbehälter Verstärkung 60 db Winkel 45 (TW) Frequenz 3 MHz SRA (RE) SRA (BE) 12 db 7 db Abb.5 Zur Bewertung von Beugungsanzeigen TD-Bild einer Impuls-Echo-Messung an der Nut 4.57 des MPA-Großbehälters Durch Abtastung und CAD erzeugte reale Oberfläche des Testkörpers Rechte nwand 10 mm Raster Nut 3 Gemessen: 8.5 mm Abb. 6 Zur Positionierung und Rekonstruktion einer Nut in Verbindung mit der Innenoberfläche und der rechten nwand des Testkörpers TK1 nach dem Impulsechoverfahren mit SAFT-Auswertung 22

24 23 mm C-Bild D-Bild 16 mm 13 mm B-Bild Abb. 7 Nut 4.54 des Großbehälters, entsprechend Abb. 4 mit Impulsecho aufgenommenen; Darstellung der B-C-D- rekonstruierten Bilder nach dem SAFT-Verfahren Nutoberkante 19.5 mm 20 B - Bld Abb. 8 Nut 4.57 des Großbehälters, entsprechend Abb. 4 mit Impulsecho aufgenommenen; Darstellung der B-C-D- rekonstruierten Bilder nach dem SAFT-Verfahren 23

25 Fehlerart (Nr.) UPR (1) Testkörper TK3 Verstärkung 84 db Winkel 75 (LW) Frequenz 4 MHz SRA (RE) SRA (BE) 23 db 16 db BE = Beugungsecho RE = Reflexionsecho LW = Longitudinalwellen SRA = Signal-Rausch-Abstand Abb.9 TD-Bild einer Messung mit Sende-Empfangs-Prüfköpfen am Fehler Nr.1 des Testkörpers TK3 24

26 Fehlerart (Nr.) offene Nut (8) Testkörper IK1 Verstärkung 87 db Winkel 70 (LW) Frequenz 7.5 MHz PK-Abstand 45 mm SRA 12 db LW = Lateralwellenanzeige BE = Beugungsecho LW = Longitudinalwellen SRA = Signal-Rausch-Abstand Abb.10 TD-Bild einer TOFD-Messung von der plattierten an der Nut Nr.8 des Testkörpers IK1 Nut Nr. 8 Abb. 11 SAFT-B-Bild von der plattierten an der Nut Nr. 8 des Testkörpers IK1 25

27 Fehlerart (Nr.) Bohrungen (1, 2, 3) Testkörper PL9 Verstärkung 65 db Winkel 45 (LW) Frequenz 3.5 MHz PK-Abstand 23 mm SRA (BE 2) 9 db LW = Lateralwellenecho VD = Grenzflächenecho LW = Longitudinalwellen SRA = Signal-Rausch-Abstand Abb.12 TD-Bild einer TOFD-Messung an den Fehlern Nr.1, 2 und 3 des Testkörpers PL9 von der plattierten 26

28 Fehlerart (Nr.) Plattierungsriss (3) Testkörper TK3 Verstärkung 90 db Winkel 60 (LW) Frequenz 7.5 MHz PK-Abstand 30 mm SRA 2 db LW = Lateralwellenecho BE = Beugungsecho LW = Longitudinalwellen SRA = Signal-Rausch-Abstand Abb.13 TD-Bild einer TOFD-Messung an dem Riss Nr.3 des Testkörpers TK3 von der plattierten 27

29 Fehlerart Plattierungsnut (4.62) Testkörper Großbehälter Verstärkung 70 db Winkel 45 (LW) Frequenz 3.7 MHz PK-Abstand 240 mm SRA 20 db RW = Rückwandecho IF = Interfaceecho BE = Beugungsecho LW = Longitudinalwellen SRA = Signal-Rausch-Abstand Abb.14 TD-Bild einer TOFD-Messung von der ferritischen an der Nut 4.62 des MPA-Großbehälters 28

30 Fehlerart (Nr.) offene Nut (12) Testkörper IK1 Verstärkung 96 db Winkel 36 (LW) Frequenz 5 MHz PK-Abstand 220 mm SRA 5 db RE = Rückwandecho IF = Interfaceecho BE = Beugungsecho LW = Longitudinalwellen SRA = Signal-Rausch-Abstand Abb.15 TD-Bild einer TOFD-Messung von der ferritischen an der Nut Nr.12 des Testkörpers IK1 29

31 Fehlerart (Nr.) offener Heißriss (5) Testkörper TK3 Verstärkung 92 db Winkel 36 (LW) Frequenz 5 MHz PK-Abstand 215 mm SRA 11 db RE = Rückwandecho IF = Interfaceecho BE = Beugungsecho LW = Longitudinalwellen SRA = Signal-Rausch-Abstand Abb.16 TD-Bild einer TOFD-Messung von der ferritischen am Heißriss Nr.5 des Testkörpers TK3 30

32 Fehlerart (Nr.) Plattierungsriss (3) Testkörper TK3 Verstärkung 92 db Winkel 36 (LW) Frequenz 5 MHz PK-Abstand 215 mm SRA 6 db RE = Rückwandecho IF = Interfaceecho BE = Beugungsecho LW = Longitudinalwellen SRA = Signal-Rausch-Abstand Abb.17 TD-Bild einer TOFD-Messung von der ferritischen am Heißriss Nr.3 des Testkörpers TK3 31

33 Fehlerart (Nr.) UPR (1) Testkörper TK3 Verstärkung 90 db Winkel 45 (LW) Frequenz 7.5 MHz PK-Abstand 30 mm SRA 7 db LW = Lateralwellenanzeige BE = Beugungsanzeige LW = Longitudinalwellen SRA = Signal-Rausch-Abstand Abb.18 TD-Bild einer TOFD-Messung an dem Riss Nr.1 des Testkörpers TK3 32

34 Fehlerart (Nr.) UPN (2) Testkörper TK3 Verstärkung 90 db Winkel 45 (LW) Frequenz 7.5 MHz PK-Abstand 30 mm SRA 10 db LW = Lateralwellenanzeige BE = Beugungsanzeige LW = Longitudinalwellen SRA = Signal-Rausch-Abstand Abb.19 TD-Bild einer TOFD-Messung an der Nut Nr.2 des Testkörpers TK3 33

35 Obere Rissspitze Untere Rissspitze Plattierung Abb. 20 SAFT-Bild vom Riss Nr. 1 des Testkörpers TK3 Longitudinalwellen, 2 MHz, 45 Nutoberkante Abb.21 SAFT-Bild von der Nut Nr. 2 des Testkörpers TK3 Longitudinalwellen, 2 MHz 34