Gondolatok a roncsolá roncsolásmentes vizsgá vizsgálatokró latokról Dr. Trampus Péter
BME Budapest, 2015. 11. 24.
Néhány adat az elő előadó adóról • • • • • • • • • • • •
Okl. gépészmérnök (1972) Okl. képlékenyalakítási szakmérnök (1979) PhD, DSc (1985, 2007), anyagtudomány Habilitált egyetemi tanár (2008) Kohászat (1972 – 81) Paksi Atomerőmű (1982 – 95) International Atomic Energy Agency (1996 – 2003) Institute for Energy of EC Joint Research Centers (2003 – 04) Konzultáns (2004 – ) Elnök (MAROVISZ) President (European Federation for NDT) Council Member (Academia NDT International)
A MAROVISZ elő elődei, szü születé letésünk • Magyar Anyagvizsgálók Egyesülete, 1897 – 1949 (Rejtő Sándor) Újjáalakítva: 2012 (MAROVISZ kezdeményezésére) • Gépipari Tudományos Egyesület – Roncsolásmentes vizsgálati szakcsoport (1952, Technológiai Szakosztályon belül) – Anyagvizsgáló Szakosztály (1957, elnök: Gillemot László) – Erózió és vákuum az 1990-es politikai, gazdasági változások után
• Magyar Roncsolásmentes Vizsgálati Szövetség (MAROVISZ): szakemberek egy csoportja alapította 1997ben – Ma a MAROVISZ a roncsolásmentes szakma egyetlen képviselője itthon és a nemzetközi szervezetekben (ICNDT, EFNDT)
Néhány adat a MAROVISZMAROVISZ-ról • Székhely: 1191 Budapest, Üllői út 206. • Tagok: 36 egyéni, 38 jogi (laboratóriumok, cégek,…) • Alkalmazottak: 5 fő • Elnökség: 7 fő (beleértve az elnököt és az alelnököt) • Közgyűlés: évente egyszer (rendes) • Forgalom: ~45 m HUF
Az rmv né néhány hazai úttö ttörője • • • • • • • • • • •
Gillemot László Réti Pál Virág István Fenyvesi Ede Barna Gábor Lehofer Kornél Varga Károly Konkoly Tibor Kajdi Gyula Becker István Tar József
Magyar tudó tudósok és rmv
Greguss Pál
UT holográfia
Békésy György (Nobel díjas)
Gillemot László
akusztikus kutatások
Rtg ipari alkalmazás Bay Zoltán
radar kísérlet
A MAROVISZ cé célkitű lkitűzései • A hazai roncsolásmentes vizsgáló laboratóriumok és szakemberek érdekeinek a védelme • A roncsolásmentes vizsgáló szakma elismertségének a növelése • A roncsolásmentes vizsgálat szakmai kultúrájának a javítása • Részvétel a roncsolásmentes vizsgálat szabványosítási tevékenységében • Személyzet minősítés és tanúsítás • Körvizsgálatok szervezése • Rendezvények szervezése, kiadványok • A Szövetség képviselete a nemzetközi szervezetekben • Mérnöki szolgáltatás nyújtása
Mikor szü született a rmv? A Teremtés hatodik napján az Úr azt mondta a munkájára, hogy „nagyon jó”, természetesen egy vizuá vizuális vizsgá vizsgálatot és érté rtékelé kelést kö követő vetően
Kiindulá Kiindulási pontok 1. Rmv általános célja: használatra alkalmas állapottól való eltérés felderítése 2. A roncsolásmentes vizsgálat nem cél, hanem eszköz A célok eléréséhez megfelelő eszközök kellenek
Célok: rmv-t alkalmazó környezet igényei
Néhány tová további szempont • Mérnöki szerkezetek, azok elemei és alapanyagai • Hajtóerők: – ember és környezet védelme – „társadalmi” hajtóerő – teljesítőképesség / teljesítmény kihasználás optimalizálása – „üzleti” hajtóerő
• Hátráltató tényezők: – konfliktus a társadalmi és üzleti hajtóerő között – érdekellentét az rmv-t elrendelő (hatóság) és elvégeztető (üzemeltető) közötti – érdekellentét a szolgáltatók és készülék fejlesztők között – ezek nehezíthetik a tisztánlátást
Rmv termé természete •Vizsgálandó darabbal közölt energia / közeg és a folytonossági hiány kölcsönhatása → indikáció •Több tényező hatása érvényesül → bizonytalanságok •Bizonytalanságok csökkentése a rmv elemeinek és ezek összefüggéseinek ismeretét igényli
RONCSOLÁSMENTES VIZSGÁLAT Kijelzés (INDIKÁCIÓ)
Értelmezés
Hamis (nem valós) folytonossági hiány
Lényeges (valós) FOLYTONOSSÁGI HIÁNY
Nem lényeges (mesterséges) folytonossági hiány
Értékelés < Elfogadási szint
Elfogadás
≥ Elfogadási szint Visszautasítás
HIBA
Visszatekinté Visszatekintés Kezdetek: •Non-destructive testing (NDT) – – – – –
Minőségellenőrzés eszköze (QC-NDT) Szabványok szerepe jelentős Eredmény: megfelel / nem felel meg Emberi tényező szerepe erős Rmv teljesítő képesség ismeretlen, mégis elfogadták (ok: jelentős tervezői biztonsági tartalék)
Később: •Non-destructive evaluation (NDE) – – – –
Számszerűsített követelmények (QNDE) Tervezési módszerek változása (safe life → damage tolerance) Fáradás és töréselmélet fejlődése Kockázatelemzés, állapotellenőrzés, élettartam gazdálkodás
Hibatű Hibatűrő méretezé retezés (pé (példa) ASME BPVC III & XI ASME BPVC III & XI
Hagyomá Hagyományos / hibatű hibatűrő tervezé tervezés és rmv Szempont
Biztonságos élettartamra tervezés
Hibatűrő tervezés
Anyagválasztás
Tapasztalat
Hibatűrő anyagtulajdonságok (pl. repedésterjedéssel szembeni ellenállás) és tapasztalat
Terhelés, fáradáselemzés, környezeti hatások
Berendezés tulajdonságai és tapasztalat
Számszerűsített hibatűrő képesség elemzés, élettartam elemzés és tapasztalat
Szerkezeti integritás
Hibamentesség feltételezése, a gyártási és minőségellenőrző (QC-NDT) tapasztalatok alapján
Kalkulált „kritikus kezdeti hiba” feltételezése és növekedése
NDT/NDE elfogadási szint
Hibamentesség
Folytonossági hiány típusa, mérete, helyzete, orientációja, legközelebbi szomszédja
NDT/NDE technológia
Korábbi ipari gyakorlat által validált előírások. Új alkalmazás esetén mérnöki becslés
Validált technológia, amelynek követelményei: alkalmazhatóság, reprodukálhatóság, megismételhetőség, teljesítőképesség
Rmv csoportosí csoportosítása • Termék megfelelőségének tanúsítására szolgáló rmv (QC-NDT) – – – –
Eltérés: analóg (vonatkoztatási) jelek Mesterséges (vonatkoztatási) reflektorok Összehasonlítás (analóg kapcsolat) szorossága / lazasága Értékelési / elfogadási szint megválasztása relatív
• Berendezés további üzemeltetésre való alkalmasságának igazolására szolgáló rmv (FFS, fitness for service) – Eltérés: hiány befoglaló mérete – Analóg jelek: regisztrálási határhoz közeli tartományban – Mérés: elsődleges összehasonlító visszhang (KTR vagy KHF) 20-50%-ától
QCQC-NDT és FFS tí típusú pusú vizsgá vizsgálat FFS
QC-NDT
MÉRETMEGHATÁROZÁS
ANALÓG
Elfogadási szint (minőségellenőrzés)
Nem megengedett
Megengedett ALAPBIZTONSÁG
100% DAC
20% DAC
Értékelési szint (regisztrálási határ)
Érzékenység (zajszint)
Rmv megbí megbízható zhatóság elemei • Alkalmazhatóság – Megfelelő jel/zaj viszony
• Reprodukálhatóság – Helyes kalibrálás
• Megismételhetőség – Vizsgáló rendszer stabilitása
• Teljesítőképesség – Detektálás valószínűsége (POD)
Hiány / hiba mérete
BIZTONSÁGI TARTALÉK
Elfogadási szint (gyártás folytatására, üzemelésre való alkalmasság)
MÉRÉS?
Kijelzés nagysága
Kritikus
Alkalmazható Alkalmazhatóság
nem alkalmazható eljárás
alkalmazható eljárás
Reproduká Reprodukálható lhatóság
többpontos kalibrálás
egypontos kalibrálás
Megismé Megismételhető telhetőség • A mesterséges folytonossági hiányokról, a szándékolt alkalmazási környezetben megismételt vizsgálatokkal, következetesen azonos eredményeket kapunk (rendszer stabilitás) Feltétele: • a vizsgálat valamennyi összetevőjének ismerete és rögzítése (pl. zajszint, jel/zaj viszony, feljegyzési, elfogadási szint helyzete)
Teljesí Teljesítőképessé pesség Ward Rummel
• POD = detektált és összes hiány hányadosa a méret függvényében • NASA űrprogram terméke (70-es évek) • QNDE alapvető fogalma
us, VEM Analitik
Anyagtulajdonság változás (pl. szívósság vesztés)
Rmv és szerkezeti integritá integritás
ok számítás
Terhelés, környezet
Szerkezeti integritás elemzése
Repedésnövekedés (pl. fáradás, korrózió)
KI < KIc vagy Pt < 5·10-6/év
Anyagtulajdonságok Mechanikai, fémtani vizsgálatok
Biztonsági tartalék csökkenése
Folytonossági hiányok smentes Roncsolá k (QNDE) vizsgálato
Célok és eszkö eszközök elemzé elemzése A roncsolásmentes vizsgálat nem cél, hanem eszköz: •Vizsgáljuk meg a célokat, azaz az igényeket, és •válaszoljuk meg, hogy milyen eszközökkel érhetők ezek el azaz
milyen választ ad a rmv közösség (fejlesztők, készülékgyártók) a környezet kihívásaira
vizsgálók,
Célok • Szerkezetek teljesítőképességének növelése • Létesítmények élettartam gazdálkodása • Törésmechanika elterjedésének kiszolgálása • Megfelelés a biztonsággal kapcsolatos felfogás változásának
Igé Igények (1) Szerkezetek teljesítőképességének növelése: Példa: autóipar •HSLA acélok alkalmazása •súlycsökkenés Következmény: •rmv-vel szemben fokozott követelmények •új szerkezeti anyagok (kompozitok, kerámiák, könnyűfém ötvözetek) új vizsgálati feladatokat jelentenek
Igé Igények (2) Létesítmények élettartam gazdálkodása:
Példa: atomerőművek •élettartam gazdálkodás / üzemidő hosszabbítás / öregedés Következmény: rmv szerepe felértékelődik
Kezdeti biztonsági tartalék
Szórás csökkentése: •modell •mérési módszer •értékelési módszer Eredmény: ÜH növekmény
ridegedés, repedésterjedés, sugárkárosodás ….
Biztonsági tartalék
Élettartam kimerülés (öregedés)
MÉRTÉKADÓ ANYAGJELLEMZŐ (σF, KIc,…)
Igénybevétel
-
Anyagjellemző
Élettartam becslé becslés
szórás2 szórás1
IGÉNYBEVÉTELI PARAMÉTER (σmeg, KI,…)
Üzemidő1 Üzemidő2 Idő
Öregedé regedés gazdasá gazdasági ká kára Davis-Besse, Reaktor fedél átvezetés
- javítás: 18 m USD - termeléskiesés: >500 m USD (2 év) VC Summer, reaktor csonk - javítás: 18 m USD - termeléskiesés: >77 m USD (7 hét)
South Texas, Reaktor fenék átvezetés Zónatartó kosár csavar
- javítás: 7 m USD - termeléskiesés: >100 m USD (4 hónap)
Kwon: R&D Activities to Solve Material Issues, IAEA, Vienna, 2013
Doel 3 reaktortartá reaktortartály UT (1)
24 hónapig állt az erőmű
Doel 3 reaktortartá reaktortartály UT (2)
Reports:
31
Ghost lines
Igé Igények (3) Törésmechanika elterjedése: •tervezés: damage tolerance •üzemeltetés: fitness for service Következmény: •rmv teljesítőképességét kvantitatív módon kell jellemezni Mit jelent ez? •„legkisebb folytonossági hiány megtalálása” (NEM) •„legnagyobb folytonossági hiány mérete, amit nem talál meg az rmv (EZ A FONTOS!)
Igé Igények (4) Biztonsággal kapcsolatos felfogás változása: •csökken a társadalom által elviselt kockázat •biztonsági követelmények szigorodnak (hatóság) •megjelenik a kockázati szempontok figyelembe vétele Következmény: •RI-ISI •új rmv feladatok (nagy kockázatú helyek vizsgálata)
Válaszok (1) Kvantitatív rmv (QNDT) megszületése: •detektálás valószínűsége (POD) •PND = 1 – POD Rmv megbízhatóság: •POD •reprodukálhatóság (kalibrálás, stabilitás)
a90/95=3 mm
NASA űrprogram egyik POD görbéje, 1972
W.D.Rummel: Nondestructive inspection reliability, WCNDT, 2012
POD gö görbe lé létrehozá trehozása Alapprobléma: nagyszámú mérés (hiány) biztosítása költség- és időigényes Megoldások: •Bootstrap szimulációs módszer (eredeti adatbázisból generál új adatokat, lásd NASA görbe) •POD generátor •Modellezéssel támogatott szimuláció (Model Assisted POD, MADOP) Vizsgálati paraméterek változtatása és Monte Carlo módszer
Válaszok (2) Információs technológia és mikroelektronika fejlődése: •technológiák integrálása •sw és hw határ elmosódása •kvantumfizikai hatások is mérhetők (sensor-in-chip)
Példa: óriás mágneses ellenállás (Giant Magneto-reistance, GMR) •ET vizsgálat (ferromágneses spin hatására igen kis mágneses tér jelenlétét / változását óriási mágneses ellenállás változásként érzékelik) •Fizikai Nóbel díj (2007)
Válaszok (3) Numerikus szimuláció: •repülőgépgyártás, szállítás, energiaipar, acélgyártás •CAD tervezés, inhomogén szerkezeti anyag •UT, GWT, ET, RT •hullám és hiány kölcsönhatás
Alkalmazás: •fázisvezérelt (Phased Array, PA) UT •flexibilis („smart”) PA •tréning •minősítés
Tervező „virtuális” vizsgálata
Válaszok (4) Vizsgálattechnika fejlődése (példák): •Fázisvezérelt UT (PA UT) •Futásidő szóródás (Time of Flight Diffraction, TOFD) •Vezetett hullámokkal végzett UT (Guided Wave Testing, GWT) •Elektromágneses akusztikus fej (Electro magnetic acoustic transducer, EMAT) •Digitális radiográfia (Computed ragiography, CR; Digital Detector Array, DDA) •…
Fázisvezé zisvezérelt vizsgá vizsgálat • Mono-kristály helyett multi-kristály (array) • A kristály elemeket egyedileg vezérlik (phased) • Hullámfrontok interferálnak, és közös hullámfrontot hoznak létre • Változtatható a hangnyaláb – szöge, – fókusztávolsága, – átmérője
• Érzékenység a különböző orientációjú repedésekre
Fázisvezé zisvezérelt vizsgá vizsgálat (pé (példa) ötvözetlen acél
Hagyományos UT a ≈ 35 mm
átmeneti varrat
PA UT a ≈ 49 mm
korrózióálló acél
Ugyanaz a hiány!
Vezetett hullá hullámok • • • • •
Hullámhossz ≈ falvastagság Darab geometriai határa vezeti Hatótávolsága nagy Kereső vizsgálat Csővezetékek korróziós vizsgálata
Válaszok (5) Fizika, matematika további területeinek bevonása: •Nemlineáris akusztika •Terahertz (3 GHz – 3 THz) •Fény szóródásos technikák •Lézer technikák (holografikus interferometria, shearography,…) •Dinamikus termográfia (mechanikus, villamos, termikus gerjesztés) •Mágneses memória (metal magnetic memory, MMM) •Adatfeldolgozás, értékelés (mesterséges ideghálózatok, fuzzy logika) •…
Válaszok (6) Emberi tényező szerepének csökkentése: •Képzés korszerűsítése •Minősítés / tanúsítás fejlesztése (MSZ EN ISO 9712) •Jártasságvizsgálatok végzése •Személyzetminősítés (nukleáris területen) •…
károsodás
A jö jövő: ká károsodá rosodás proaktí proaktív kezelé kezelése anyagtudomány eszközei
fizikai tulajdonságok mérése
repedés előfeltételeinek kialakulása
repedés csírák megjelenése
fejlett rmv (folyamatos)
hagyományos rmv
kis repedések kialakulása
repedés növekedés
Szerkezeti integritás korlát
Rmv érzékenység
üzemidő
A roncsolá roncsolásmentes vizsgá vizsgálat minő minőségi lá lánca • Kutatás , fejlesztés • Szabványok, • Vizsgálati technológiák • Vizsgáló eszközök • Személyzetképzés • Személyzet minősítése, tanúsítása • Emberi tényező (etikus magatartás) • Felügyelet, auditok A lánc annyira erős, amennyire a leggyengébb láncszem! EFNDT Overall NDT Quality System
Szemé Személyzetké lyzetképzé pzés és tanú tanúsítás tö törté rténete Magyarorszá Magyarországon • Röntgen- és izotópvizsgálók képzése, BME és néhány nagyvállalat (40-es és 50-es évek) • GTE szervezi (50-es évektől) – Kormányrendelet (1959) a képesítés szükségességéről • ICNDT csatlakozás (1970) – Részvétel a háromfokozatú képzési és tanúsítási rendszer kidolgozásában – 1985-től kötelező • ÖGfZP és DGZfP megállapodások a tanúsítványok kölcsönös elfogadásáról (80-as évek) • EN 473 bevezetése (1994) • MHtE tanúsítás (90-es évektől) • ISO 9712 bevezetése (2013) • MAROVISZ tanúsítás (2014-től)
A globá globális gazdasá gazdaság igé igénye (vizsgá (vizsgáló szemé személy) • ICNDT WH-85: Ajánlás a személyzet harmonizált képzésére, minősítésére és tanúsítására • Globális gazdaság – globális vizsgálatok – kölcsönös elismertség • Globális minimum kompetencia • Jó gyakorlat: szabványok, útmutatók - vizsgálatok - EN ISO 9712:2012 – személyzet minősítése, tanúsítása - CEN ISO/TR 25107:2006 – képzések sillabuszai • Leonardo projektek (2004-2006, 2011-2013) Európai képzési program
Szemé Személyzet ké képzé pzés 2004– 2004–2006:
CNFPO, AEND (ESP), COFREND (FRA), DGZfP (GER), BINDT (UK) • didaktikai útmutatók • tanfolyami jegyzetek • tanári segédletek ET, MT, PT, RT, UT 1, 2, 3 szint 2011– 2011–2013:
CNFPO, AEND (ESP), MAROVISZ (HUN), RELACRE (POR), CrSNDT (CRO), ČNDT (CZE) • dokumentumok frissítése (CEN ISO/TR 25107, új technikák) • fordítás, archiválás • terjesztés
Leonardo: az egé egész életen át tartó tartó tanulá tanulás programja
Tanfolyami ké kézikö zikönyvek Bevezetés a roncsolásmentes vizsgálatokba Az MT története és alkalmazási területei Fizikai elvek Mágneses terek keltése A mágnesezhető poros vizsgálatok rendszere Termékismeret és tipikus folytonossági hiányok Az indikációk minősítése és értelmezése Referencia dokumentumok és vizsgálati jelentések Értékelés Minőségi szempontok Környezeti és biztonsági feltételek Fejlesztések
Kiemelendő Kiemelendő témák (ú (új techniká technikák) • digitális radiográfia • elektrongyorsítóban generált röntgensugár • fázis-vezérelt ultrahangos vizsgálat • szóródó hullám futásidejének mérése (TOFD) • nagy hatótávolságú ultrahangos módszer (LRUT) • magnetométeres szórt fluxusos vizsgálat • impulzus üzemű örvényáramú módszer
Didaktikai útmutató tmutatók a képzés célja bemeneti követelmények didaktikai egységek (tantárgyak / modulok) segédeszközök értékelés elérendő kompetenciák ajánlott minimális óraszámok
A szakmai szí színvonal emelé emelésének felté feltételei • Anyagi források • Vizsgáló személyzet „minőségének” emelése – képzettség, gyakorlat, etikus viselkedés megkövetelése
• Vevők (tulajdonosok) elkötelezettségének növelése – források biztosítása (vizsgálatra, eszközökre, képzésre, kutatásra) – motiváltság, igény megfogalmazásának képessége
SZEMLÉLETVÁLTÁS
• • • • • • • • •
A MAROVISZ minő minősítési és tanú tanúsítási rendszere
NAT akkreditáció: 2014 augusztus Vizsgakövetelmények alapja: Leonardo képzési anyagok Tényleges tudás lemérése Technika: 21. század (teljesen számítógép vezérelt) Személyes profil kialakítása a jelentkezőknek Online regisztráció Vizsgaidőpont tetszőlegesen választható Tablet biztosítása a vizsgázóknak Tanúsítványt világszerte elismerik
