NDT och SHM Metodöversikt och aktuella exempel PETER ULRIKSEN, DOCENT LTH
Två viktiga begrepp Tillståndskontroll (NDT) innebär att man i ett utvalt område, vid ett valt tillfälle på tidslinjen skaffar sig information för att kunna göra en bedömning av konstruktionsdetaljens funktion Övervakning (SHM) innebär att man observerar konstruktionen kontinuerligt längs tidslinjen och alltså kan observera händelser och tillståndsförändringar samt etablera ett normaltillstånd från vilket avvikelser lättare kan konstateras. Man kan lägga in automatiska larmnivåer. Från ELFORSK-dagen 2009 2
3
Blandarhändelsen i i Barsebäcksverket II 2002 2002 SKI (nuv SSM) polisanmälde ledningen för Barsebäcksverket SKI rapport 2005:49 4
Vanliga testade parametrar är ljudhastighet, dämpning och olinjäritet. NDT kan inte bestämma brotthållfastheten för betong generellt. Sambandet mellan hållfasthet och E-modul/ ljudhastighet är linjärt, men på olika nivåer för olika betong. Parametervariation och förändring kan bestämmas i en given betong. Nivåskillnaderna beror främst på att ballastens hållfasthet är olika i olika betongtyper. Hastighet resp. dämpning 5
Variansens betydelse för säkerhetsfaktorerna 6
-Övervakas konstruktionen kontinuerligt bör säkerhetsnivån kunna reduceras därför att varseblivningen höjs och man kan ha automatiska alarm vid specificerade händelser (SHM) -Reduktion av säkerhetsfaktorer och säkerhetsnivå bör kunna växlas mot ökad drifttid för betongdelarna vid bibehållna värden (NDT+SHM) 7
NDT
Tillämpningsområden för NDT vid tillståndskontroll Konstruktionens verkliga geometri (as built) Hållfasthetsreduktion i den homogena betongen, åldring, utmattning Reduktion av bärande tvärsnitt -Sprickor -Hålrum -Korrosion i slakarmering -Spjälkning och delaminering -Kraftförlust i spännkablar, krypning, krympning 9
Metoder som använts de senaste 10 åren (2007) ELFORSK rapp. 08:24 OFP Kärnkraft 10
Metoder mogna för praktisk användning: -Radar (Konstruktionens geometri) - Impact Echo (Konstruktionens geometri) -Högenergiröntgen (Konstruktionens geometri, Hålrum, Spännkablar) -Ytvågsseismik (Konstruktionens geometri, Hållfasthet) -Skjuvvågsreflektion (Konstruktionens geometri, Hålrum ) -Täckskiktmätare (Konstruktionens geometri) -Refraktionsseismik (Hållfasthet) -Galvanostatik (Korrosion) -Frekvensrespons / Impedans (Spjälkning/delaminering) 11
NDT-metoder med utvecklingsmöjligheter: -Skjuvvågsreflektion ex MIRA (Geometri, Hålrum) -Kontaktlösa ytvågsmätningar (Hållfasthet) -Olinjäritet i betong (mikrosprickor) -Impedansmätning [bom] (Spjälkning/delaminering) -Spännkablar som vågledare (Spännkablar, Dragstag) 12
Aktuellt NDT- exempel 1 Impedansmätning Projektorprojektet : Instrumenterad bomknackning Stöds av SBUF och ELFORSK (Energiforsk) Kraft och hastighet registreras Z = F/v Ger objektivitet och dokumentation Baseras på etablerad metodik (bomknackning) Kan sannolikt nå acceptans bland utförare En videoprojektor styr avsökningen direkt på objektet Fotografisk dokumentation av objekt och resultat 13
Aktuellt NDT- exempel 2 Dragstag Medel söks av Manouchehr Hassanzadeh från BeFo, Energiforsk m fl. 30 khz 2.4 MHz ( Figurer Beard & Lowe) 14
Aktuellt NDT- exempel 3 NDT i ytmonterad liner i Reaktorinneslutning (mock-up). Provkropp 1200 x 800 x 250 mm Konstgjorda skador bakom stålplåten ACCEPPT / Vattenfall AB / EDF 15
Ultraljud 5MHz General Electric Roto Array 64 kanaler Flera liknande kommersiella produkter finns 16
Delaminering 17
Cirkulär delaminering Avbruten stud D2
Simulerad korrosion (limmad sand) Studs: B5 rostangripen bas B6 saknas 19
A-scan Plåtens översida Plåtens undersida C-scan Mosaik av 7 spår 900x650mm Olympus Rollerform B1
SHM
KONTINUERLIG ÖVERVAKNING Akustisk emission - passivt (HF) Akustiskt nätverk - aktivt (HF, MF) Modanalys passivt/aktivt (XLF) Mätning av längd och lutning 22
Trycktest i reaktorinneslutning genomförs med 10 års intervall Akustisk kamera Tryckschema (bar)
Aktuellt SHM exempel 1 Digital inspelningsutrustning med kapacitet för nästan hela trycktestet 60 timmar (128 Gbyte SD-kort + externa batterier) 96 ksa/s, 24 bit data 2 kanaler med olika känslighet Kalibrerad mikrofon 94dB/1kHz ACCEPPT / Vattenfall AB 24
25
Aktuellt SHM-exempel 2 Övervakning Patrik Fröjd Doktorand LTH Kontinuerlig observation Permanent monterade givare i reciprokt aktivt nätverk Detektion av plötsliga förändringar Detektion av trender Säsongsvariationer kartläggs Mål att täcka in stora ytor med få sensorer Hur göra detta när HF ljudvågor dämpas kraftigt i betong? FORMAS
Kontinuerlig smalbandig ( en exakt frekvens) transmission, mottagning med lock-in-förstärkare (-100 db SNR i bästa fall) ->Utmärkt brusundertryckning genom smalbandig detektion ->Detektion av mycket svaga signaler genom integration ->Större avstånd mellan givare i nätverk resulterar i måluppfyllelse Fas (hastighet), amplitud (dämpning) och övertoner (olinjäritet) är utparametrar
Försöksobjekt 1200 x 800 x 150 mm 2 x (8000 x 2150 x 80mm)
FEM
Mätning + Dynamisk FEM-modell => E-modul(z) Tjocklek
Fördelar med FEM + NDT Bättre förståelse för vågutbredning i komplexa konstruktioner Ger möjlighet för detaljerade parameterstudier av vad som är möjligt att detektera med NDT Mätningar kan optimeras för specifika ändamål Syntetiska data från FEM modell kan användas för utvärdering av mätdata
Luftinjektering påbörjas
Litteraturhänvisning 13:70 Tillståndsbedömning av förankringsstag i dammar - Inventering av möjliga metoder och förslag på vidareutveckling Författare: Tomas Ekström, Manouchehr Hassanzadeh, Mårten Janz, Bror Sederholm, Bojan Stojanovic, Peter Ulriksen Det finns återkommande frågor kring huruvida det är möjligt att mäta eller bedöma tillstånd och livslängd hos befintliga förankringsstag, som ej är efterspända, i betongdammar. Denna rapport sammanfattar genomförda arbeten och inventerar möjliga tillståndsbedömningsmetoder. Bortsett från vissa undantagsf... 12:09 Instrumenterad bomknackning Författare: Peter Ulriksen De testmetoder som utvecklats i laboratoriemiljö inom ELFORSK-projektet BET 012 Impulsresponsmätningars beroende av sprickdjup och som kan vara lämpliga för mätning i verkliga skadefall, har testats vid ett besök i Ringhals kärnkraftverk 2011-04- 20. Försöket utfördes i anslutning till kylvattentunnlarna i reaktor 2, i det ut... 11:11 Impulsresponsmätningars beroende av sprickdjup. Delaminering Författare: Peter Ulriksen Projektet syftar till att undersöka impulsresponsmetodens förmåga att detektera delaminering vid olika djup i betong. Denna metod har särskilt intresse eftersom den i vissa realiseringar starkt påminner om den etablerade metoden bomknackning. Den personal som kommer att utföra framtida mätningar bör känna förtroende för och bekantskap med... 10:85 Litteraturstudier och test av oförstörande provningsmetoder (OFP) med möjliga tillämpningar på kärnkraftens betongkonstruktioner Författare: Peter Ulriksen Föreliggande rapport redovisar arbete med att undersöka vilka metoder som kan vara lämpliga för att lokalisera delaminering i framförallt kylvattenkanaler i kärnkraftverk. Den är också en närmare studie av instrumentet A1220 Monolith från tillverkaren ACSYS i Ryssland. Mätprincipen är att ekon från diskontinuiteter inne i beton... 08:24 Utvärderingav oförstörandeprovningsmetodermed möjliga tillämpningarinom kärnkrafttekniska betongkonstruktioner Författare: Peter Ulriksen Det har under de senaste 10 åren genomförts en rad projekt där oförstörande provning (OFP) av betongharingått. Det kan förmodasattresultateni de olika projektenär snarlika. Innan fortsatta projekt inom området initieras ut-förs här en genomgång av de projektrapporter som branschen har tillgång till. Läsaren må... 95:21V VASO 21 - Nyare metoder för tillståndskontroll av fyllningsdammar Författare: Sam Johansson, Maria Bartsch, ola Landin, Gerhard Barmen, Torleif Dahlin, Peter Ulriksen Mätningar i dammar görs för att övervaka dessa samt vid behov även för att utförligt undersöka dammarnas status. Övervakning sker ständigt medan undersökningar utförs under begränsad tid. Lämpliga metoder måste därför finnas både för kontinuerlig och intensifierad mätning. I denna studie har olika metoder inventerats i syfte att finna nya mätmetoder som kan vara lämpliga för olika mätningar i... 97:23 Automatisk avsökning av betongkonstruktioner med utrustning baserad på mekaniska vågor Författare: Peter Ulriksen, Ulrika Wiberg Tillståndskontroll av betong är en viktig del i bestämningen av konstruktioners kondition. Utveckling av automatiserade oförstörande metoder är angelägen för effektivare kontrollmöjligheter vid detaljgranskning där omfattande provtagning med utborrning inte är lämplig. I denna rapport redovisas utveckling av automatiska mätmetoder baserade på akustiska och ultraljudsmätningar. Syftet med arbete...