Ultrahangos anyagvizsgálati módszerek atomerőművekben
Hangfrekvencia 20 000 000 Hz 20 MHz 2 000 000 Hz 20 000 Hz 20 Hz anyagvizsgálatok esetén használt UH ultrahang hallható hang infrahang 2 MHz 20 khz 20 Hz
ν λ
A denevérek tájékozódása Repülés közben Pihenéskor 1794 Spallanzani
Lewis Fry Richardson (1881-1953)
Paul Langevin (1872-1946) Pierre Curie (1859 1906)
Az ultrahang keltése és detektálása Piezoelektromos hatás felfedezése (1880) Pierre & Jacques Currie Piezoelektromos anyagok: kvarc PZT (ólom-cirkonát-titanát)
Piezoelektromos jelenség (a) A pozitív és negatív töltések súlypontja egybe esik. (b) Nyomás hatására a töltések súlypontja szétválik, azaz feszültség keletkezik. b a (c) Feszültség hatására a kristály deformálódik. c
AZ ULTRAHANG KELTÉSE kvarc + expanzió kontrakció +
AZ ULTRAHANG DETEKTÁLÁSA
A transzducer szerkezete Ábra forrása: PA oktatási anyaga
Az ultrahangos anyagvizsgálat A felületi és felület alatti (belső) hibák kimutatására és jellemzésére, falmérésre anyagjellemzők meghatározására stb. használják. Az ultrahangos módszer során nagy frekvenciájú hanghullámokat juttatnak az anyagba a folytonossági hiány, vagy az anyagtulajdonságban történt változások kimutatására. A legszélesebb körben használt ultrahangos vizsgálati technika az impulzus visszhang technika, amikor a besugárzott energia visszhangját érzékelik egy vevővel. Ez a visszhang érkezhet belső anyaghibáról de a vizsgálati darab geometriai határairól is.
tf = 100 µs time of flight Transzducer Time c= 1500 m/s c t d= 2 d=? d = 7. 5 cm mélység vagy idő target
Impulzus visszhang elve alapján működő készülékek Kézi vizsgálathoz Analóg Digitális Dia:PA
A kézi készülékek működési elve Az impulzus visszhang elve alapján működő készülék mélységi információt ad a visszhang visszaverődési helyéről. adó impulzus vizsgálófej hiba visszhang jel hátfal visszhang jel 0 2 4 6 8 10 vizsgálati darab hiba Ultrahangos vizsgáló készülék ernyőképe
Visszaverődés merőleges beesés nem merőleges beesés az irány egyértelműen meghatározott
A zárványok felületének irányultsága és a mérési geometria
A felületre merőleges zárvány kimutatása R T Felületre merőleges zárvány kimutatása R T Ultrahangos vizsgálat Tandem módszerrel Tandem módszer
Reaktorok életkora Reaktorok száma A ma is működő reaktorok koreloszlása
Atomerőművekben alkalmazott reaktortartály vizsgálati módszerek Kémiai, korróziós, mechanikai + neutronsugárzás okozta erózió (kiváltképp a hegesztési varratokat károsítja). Belső és külső anyagvizsgálati módszerek kombinációját alkalmazzák. Vizuális ellenőrzés(felületi módszer) Örvényáramos anyagvizsgálat(felületi módszer) Ultrahangos vizsgálati módszerek (felületi + térfogati módszerek)
Az ultrahangos vizsgálat előnyei
Az ultrahangos vizsgálat korlátai
Az atomerőművivizsgálatok Tartály csonkzóna, aktív zóna varratai, tartály alja, csővezetékek és gőzfejlesztő varratai. Ultrahangfejek mérési pozícióit nyomon kell követni, enkóderekkel (koordináta jeladók) végzik. Továbbfejlesztett módszerek: TOFD (Time of FlightDiffraction) és a fázisvezérelt (Phased array) technikák.
A diffrakció (elhajlás) Beeső hullám Diffrakciós hullám Visszavert hullám Diffrakciós hullám
A TOFD elve
adó A TOFD elve Felületi hullám vevő Hátfal reflexió Felületi Hátfal Felső visszhang jel Alsó visszang jel
Fázisvezérelt (PA)módszer Több rezgőelem működik egyszerre. Az impulzuskibocsátás egymáshoz képesti késleltetésével nyalábvezérlés érhető el: az egyes elemek által kibocsátott hangnyalábok energiája az interferencia révén összegződik és egy egységes hullámfront adódik, fókuszálás nyalábdöntés érhető el.
Elektronikus fókuszálás http://www.youtube.com/watch?v=mtja8-7xdka
Nyaláb döntés (beamstearing) http://www.youtube.com/watch?v=fchwglaqqow
Kézi fázisvezérelt UH vizsgáló készülék
Gépi UH vizsgálórendszerek Vizsgáló manipulátorok Programozható vezérlés Koordináta jeladók Sok csatornás UH készülék Adatgyűjtő PC Értékelő PC Speciális vizsgálófejek Dia: PA
A Pakson alkalmazott Pipe Scan mozgatóautomatikája, és az ultrahangfejek elhelyezkedése
Az ultrahang egyéb alkalmazásai: Ultrahangos áramlásmérők A folyadék sebessége v a, a mérőirányba eső vetülete v a cosφ, ennyivel nő az érzékelőhöz jutó hanghullám sebessége ebben az irányban.
Ajánlott irodalom: Anyagvizsgálók lapja 2008/1 http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0 013_15_Szenzorok_es_aktuatorok- 2/22_lecke_ultrahangos_ramlsmrk.html Alapi József Ottó: Ultrahangos anyagvizsgálati módszerek a Paksi Atomerőműben, BScszakdolgozat, 2011.