DGZfP-JAHRESTAGUNG 2002 ZfP in Anwendung, Entwicklung und Forschung | |||||
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Mechanisierte Ultraschallprüfung von Mischnähten nach dem Schweißen zum Nachweis von Ablösungen der Pufferung bzw. des Schweißgutes vom ferritischen GrundwerkstoffJ. Wessels, R. Reimann, K. Rohde; Framatome ANP GmbH, Erlangen;H. Kiechle, E.ON Kernkraft GmbH Essenbach Kontakt: J. Wessels ZusammenfassungIm Jahre 2000 wurde im Kernkraftwerk Biblis, Block A bei der zerstörungsfreien Ul- traschallprüfung einer Mischnaht (Durchmesser 306 mm x Wanddicke 40 mm) Fehleranzeigen im Bereich der Schmelzlinie zwischen dem Feinkornbaustahl und der austenitischen Pufferung erhalten. Die Anzeigen wurden zurückgeführt auf lokale Ablösungen der Pufferung vom ferritischen Grundwerkstoff (Disbonding). Als Ergebnis von gutachterlichen Nachbewertungen auf Grund der GRS-Weiterlei-tungsnachricht WLN 2001/01 von vergleichbaren Mischnähten in den anderen Kernkraftwerken wurden in den Jahren 2000 und 2001 umfangreiche zerstörungsfreie Prüfungen zum Nachweis von derartigen Ablösungen durchgeführt. Der Beitrag skizziert die Erfahrungen bei der nachträglichen Prüfung der Bindefläche zwischen ferritischem Grundwerkstoff und Pufferung von Mischverbindungen im Rahmen von Wiederkehrenden Prüfungen. Es wird die prüftechnische Qualifizierung am Beispiel einer gepufferten Mischverbindung zwischen ferritischem und austenitischem Stahl dargestellt. Die Umsetzung erfolgte als mechanisierte Ultraschall-Längsfehlerprüfung. Im Rahmen der überarbeitung der Regel
wurden die Festlegungen zur zerstörungsfreien Prüfung dahingehend ergänzt, dass die Grenzfläche zwischen ferritischem Grundwerkstoff und Schweißgut bzw. zwischen ferritischem Grundwerkstoff und Pufferung nach dem Schweißen der Verbindungsnaht auf Bindung geprüft wird. 1 SchadensmechanismusDie Ablösungen entstehen in der Grenzfläche zum ferritischen Grundwerkstoff
2 Derzeitige Festlegungen im Regelwerk zur Herstellung von MischnähtenFür die Herstellung von druckführenden Komponenten von Leichtwasserreaktoren sind die sicherheitstechnischen Regeln des Kerntechnischen Ausschusses (KTA)
anzuwenden. Im Rahmen der Prüfungen vor dem Schweißen erfolgt eine Ultraschallprüfung der Pufferung mittels Senkrechteinschallung auf Haftung. Für die Einstellung der Prüfempfindlichkeit ist als Bezugsecho die Anzeige einer parallel zur Prüfoberfläche verlaufenden Querbohrung von 3 mm Durchmesser im Grundwerkstoff an der Grenze zur Pufferung zu verwenden. Der erforderliche Vergleichskörper soll dem Bauteil in Hinsicht auf Geometrie, Werkstoff und Schweißverfahren entsprechen. Die Prüfungen nach dem Schweißen setzen sich zusammen aus einer Oberflächenprüfung, einer Durchstrahlungsprüfung und einer Ultraschallprüfung des Wurzelbereiches auf Längsfehler. Letztere Prüfung ist dann vorgesehen, wenn die innere Schweißnahtoberfläche für eine Farbeindringprüfung nicht zugänglich ist oder wenn für die Schweißnaht eine wiederkehrende Prüfung mit Ultraschall vorgesehen ist. Diese Ultraschallprüfung erfolgt als Längsfehlerprüfung von der Außenoberfläche aus. Dabei ist die innere Oberfläche im Übergang zum Schweißgut und der angrenzende Grundwerkstoff einschließlich Wurzel zu erfassen. Die Empfindlichkeitseinstellung erfolgt an Nuten wie prinzipiell in der Abb. 2 dargestellt.
Sofern nach dem Schweißen der austenitischen Schweißnaht die Durchstrahlungsprüfung (Einstrahlung in Flankenrichtung) bzw. die eingesetzte Prüftechnik bei der Ultraschallprüfung die Grenzfläche "Ferrit. Grundwerkstoff/Pufferung" nicht vollständig erfasst haben, ist davon auszugehen, dass hinsichtlich des Nachweises von "Disbonding" ein Defizit besteht. 3 PrüfaufgabeIm Rahmen der sicherheitstechnischen Nachweisführung zur Integrität von Mischnähten sind die Schweißnähte (auch mit Inconel-Schweißgut bzw. mit und ohne Pufferung) einer zerstörungsfreien Prüfung zu unterziehen, bei denen die Grenzfläche "Pufferung/Ferrit. Grundwerkstoff" nicht vollständig geprüft wurde. Diese Prüfung ist als Ersatz für eine nicht vollständige Herstellungsprüfung zu sehen und in dieser Form nur einmalig durchzuführen. Der Prüfbereich zur Erfüllung der Prüfaufgabe umfasst den gesamten Querschnittsbereich an der Grenzfläche "Ferrit. Grundwerkstoff/Pufferung bzw. Schweißnaht" wobei bei der Ultraschallprüfung 3 Tiefenzonen unterschieden werden:
Als Justierreflektoren finden für die oberflächennahen Bereiche Rechtecknuten und für den nicht oberflächennahen Bereich Flachbodenbohrungen Anwendung. Als Registrierschwellen bzw. Bewertungsmaßstäbe wurden die Festlegungen gemäß Tabelle 1 zugrundegelegt.
4 Qualifizierung einer Prüftechnik zum Nachweis von Trennungen an der Bindefläche zum ferritischen GrundwerkstoffIm folgenden wird am Beispiel einer Mischnaht mit Pufferung die Qualifizierung einer Ultraschallprüftechnik beschrieben. 4.1 Prüfgegenstand
4.2 Vergleichskörper
4.3 Auswahl der Prüftechnik Ferritischer Grundwerkstoff/Pufferung von Bedeutung. Im vorliegenden Fall wurden unter Berücksichtigung dieser Randbedingungen die Prüftechniken gemäß Tabelle 2 in Betracht gezogen, wobei Erfahrungen aus der Praxis berücksichtigt wurden.
Das Design und die akustischen Ersatzschaubilder für unterschiedliche Wanddicken sind für die Prüfköpfe 10/57 LLT 2 und 54 Tandem 1,5 in den Abb. 4 und 5 dargestellt.
4.4 Ergebnis der Qualifizierung
In den Abbildungen 6 bis 9 werden repräsentativ für die in der Tabelle 3 aufgeführten Prüftechniken und den zugehörigen Reflektoren das jeweilige A-Bild im Echohöhenmaximum und das C-Bild dargestellt.
Die Abbildung 10 zeigt die Empfindlichkeitscharakteristiken der ausgewählten Prüfköpfe in Tiefenrichtung mit den dazugehörigen Projektionsabständen. Der gesamte Wanddickenquerschnitt wird mit einem ausreichenden Signal-Rausch-Verhältnis abgedeckt.
5 Mechanisierte Durchführung der PrüfungAls wesentliche Vorteile der mechanisierten Prüfdurchführung werden folgende Aspekte herausgestellt:
Zum Einsatz kommt ein Prüfsystem mit Fließwasserzufuhr und Absaugung gemäß Abb. 11.
Wesentliche Vorteile der mechanisierten Prüfdurchführung:
6 Anpassung des RegelwerkesDer Kerntechnische Ausschuss hat auf seiner 53. Sitzung am 15. Juni 1999 den Verband der Technischen überwachungs-Vereine e.V. federführend beauftragt, einen Entwurf zur änderung der Regel
durch ein Arbeitsgremium erarbeiten zu lassen. Dabei war insbesondere eine Anpassung der Forderungen zur zerstörungsfreien Prüfung an den aktuellen Stand von Wissenschaft und Technik durchzuführen, um eine aufeinander abgestimmte Prüfung an den Erzeugnisformen und bei der Herstellung sicherzustellen. Inzwischen liegt der Regeländerungsentwurf (Fassung März 2002) vor. Für Schweißverbindungen zwischen ferritischen Stählen und austenitischen Stählen wurden unter Berücksichtigung des mit der GRS-Weiterleitungsnachricht
Die in diesem Beitrag beschriebene Vorgehensweise erfüllt die Anforderungen der in dem Regeländerungsentwurf spezifizierten Festlegungen. |
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