Från ultraljudprovning till fullskalig provning av

Från ultraljudmodellering till fullskalig

provning av segjärnsinsats

Ulf Ronneteg, Svensk Kärnbränslehantering AB

Robert Risberg, Exova AB

Vad handlar det egentligen om?

2013-04-22 FOP:s Jubileumskonferens

Vad handlar det egentligen om?


Motstå: •Istider

•Bergrörelser från jordbävningar

Säker i 100000 år

SKB (Svensk Kärnbränslehantering AB)


Cirka 46,3 miljarder kronor år 2011

Ägarbolagen fonderar

2-3 öre per kWh

kärnkraftsel.

Ägare: Finansiering: Uppdrag:

Ta hand om radioaktivt avfall

•Kärnbränsle

•Driftavfall

•Rivningsavfall

•Sjukvård, forskning, industri

Säkert

•Kortsiktigt och långsiktigt

•Människa och miljö

Kärnkraftverk

Sjukvård, industri

och forskning

Slutförvaret för kortlivat

radioaktivt avfall

Mellanlagret för använt

kärnbränsle

Kärnbränsleförvaret i

Forsmark

Högaktivt avfall

Låg- och medel-

aktivt avfall

Det svenska systemet

Inkapslingsanläggningen

i Oskarshamn

2013-04-22 2013-04-22 FOP:s Jubileumskonferens

Kapselfabrik

SKB:s metod


Kärnbränsleförvaret i Forsmark

Byggskede ca 2018–2025 Drift ca 2026–2070


Kapseln

• Segjärnsinsats

(BWR/PWR)

– Mekaniska laster

• Kopparhölje –

korrosionsbarriär

– Rör

– Lock/botten

– Svets (FSW)


Kapsellaboratoriet


Kapsellaboratoriet


Kapsellaboratoriet


• Utveckling av svetsteknik

• Utveckling av provningsteknik för

kapselkomponenter och svetsar

• Hantering av kapseln

• Detaljkonstruktion och beräkning för kapseln

• Centrum för utveckling av tillverkningsprocesser

för kapselkomponenter

• Ta fram tekniskt underlag för kommande

anläggningar

Primär provningsteknik

• UT1 – Phased array ultraljud

pulseko 0

• UT2 – Phased array ultraljud

pulseko sektorscan +

transmission


UT1 UT2

UT3 ET

Högre krav nära ytan • UT3 – TRL70

• ET – Konventionell/arrayteknik

(efter färdigbearbetning)

Varför TRL-teknik?

• Insatsens material ansågs vara

högdämpande

– Lämpligt med TRL

• Accepterad teknik från

kärnkraftsindustrin

• Känslig för ytnära defekter

• Enkel/billig

• Vinkelavsökning → bättre

detektering av ”radiella” defekter


Problemställning TRL

• Svårtolkade resultat

– L-våg

– T-våg

– Kombinationer

– Var lokaliseras defekten?


Modellering av TRL - ljudfält

• Dubbel kristall

• 70˚ L-våg

• 2,15 MHz

• Ytnära defekter


20 mm

Modellering av TRL - Ekon från kanalrör


Modellering av TRL - Ekon från kanalrör


Modellering av TRL - Ekon från defekter


Volym korrigerat B-scan

B-scan

Interaktion L-våg med defekt Interaktion T-våg med defekt

Kravbild för ny teknik

• Endast T våg

– Lättare utvärdering

• Bättre eller likvärdig prestanda som TRL

– För hela området

– Bättre på djupet

– Likvärdig nära ytan

– Positionering

• Spekulera och diffraktionsekon

– Sprickor

– Utbredning i radiellriktning

• Fyra inspektionsriktningar

– Max 32 element


Modellering av insats - Dämpning

• 2.25 MHz T-våg

• SDH 5 till 45 mm ligament


0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

0 50 100 150 200 250

Am

pli

tud

x (mm)

Relativ amplitud

Modellering av insats - Dämpning


α=0.05 dB/mm

A = α·(f/f0)4, f

0 = 2.25 MHz

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50

Re

lati

v am

plit

ud

(d

B)

Ligament (mm)

Mätvärden

Simulering utan dämpning

Simulering med dämpning


Modellering av insats - Brus modell

• Slumpvis distribuerade punkt källor

– Densitet

– Amplitud

Experiment

Modellering

Utvärdering av alternativa metoder


TRL TRT T

Alternativa metoder

• TOFD

– Spekulära reflektioner

– Opraktiskt för stora datamängder

• TRT

– Svår att få bra prestanda i hela

provnings området

• TRL PA

– Många element

– Flera inspektionsdjup


Ny metod - Vinkel sökare med phased array

• Sökare

– 32 element

– 1.7 MHz

– 2.1 mm pitch

• Inspektionsområde 0 – 45 mm

– Ljudväg 135 mm

• Två fokuserings zoner


45 mm

Zone 1 0 – 15 mm

Zone 2 15 – 45 mm

Ny metod - Ljudfält i aktiv riktning


Zone 1 Zone 2

Ny metod - Ljudfält i passiv riktning


Utan fokusering Med Fokusering

• Passiv aperture 40 mm

• Radie 150 mm

• Bredd på ljudfältet 12 till 8 mm

Ny metod – jämförelser SDH


Ligament 15 30 45

TRL (L) 21 12 2

TRL (T) 7 16 20

Ny 27 31 27

Signaltill brus

TRL Ny

Ny metod – jämförelser sprickor


Signaltill brus

Ligament 3 8 15

TRL 12 17 15

Ny 20 22 21

TRL Ny

Implementering

• Fyra sökare

– Axiell och omkretsriktning

• Väldigt dåliga resultat

– Fel ljudhastighet för wedge

• 2300 vs 2344

– Fel ljudhastighet för materialet

• 3200 vs 3090

– Skillnader i probe specifikation


Ljudfält med felaktiga parametrar

• Felen på hastigheten ger fel

vinkel på ljudfältet

• Samt sämre fokusering

• Mätning av ljudhastighet

med transversalsökare

• CAD-ritning från tillverkaren

• Korrekt wedge hastighet


Simulering kontra Experiment SDH


4

8

15

24

39

Hur är läget nu?

• Modellerat provningsteknik

• Beställt arrayer

• Dessutom!

– Fixtur

– Ultraljuds- och

provningsparametrar

– Provningsinstruktion


Fullskalig provning (3 insatser)


Generellt – rena signaler



Indikationer vid kanalrör



Ytskador

Slutsatser

• Ny teknik för ultraljudprovning av insatser

– Rationell och robust

– Mer lättolkade resultat

– Ökad känslighet på djupet

– Likvärdig känslighet vid ytan

– Bättre fokusering i passiv ritning

• Arrayteknikens flexibilitet

– Optimeringsmöjligheter

– Möjlighet till fördjupad utvärdering med befintliga prober


Documents

Från ultraljudprovning till fullskalig provning av