Ultrahangos anyagvizsgálati módszerek atomerőművekben
Hangfrekvencia 20 MHz
20 000 000 Hz
2 000 000 Hz
anyagvizsgálatok esetén használt UH
2 MHz
ultrahang 20 kHz
20 000 Hz 20 Hz
hallható hang infrahang
20 Hz
ν λ
A denevérek tájékozódása
Repülés közben
1794 Spallanzani
Pihenéskor
Lewis Fry Richardson (1881 - 1953)
Paul Langevin
Pierre Curie
(1872-1946)
(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.
a
(b) Nyomás hatására a töltések súlypontja szétválik, azaz feszültség keletkezik.
(c) Feszültség hatására a kristály deformálódik.
b
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
0
2
4
hátfal visszhang jel
6
8
10
Ultrahangos vizsgáló készülék ernyőképe
vizsgálati darab
hiba
Visszaverődés merőleges beesés
az irány egyértelműen meghatározott
nem merőleges beesés
A zárványok felületének irányultsága és a mérési geometria
A felületre merőleges zárvány kimutatása
Felületre merőleges zárvány kimutatása R
T
R
T
Ultrahangos vizsgálat Tandem módszerrel
Tandem módszer
Reaktorok száma
Reaktorok életkora
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 atomerőművi vizsgálatok 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 Flight Diffraction) és a fázisvezérelt (Phased array) technikák.
A diffrakció (elhajlás) Beeső hullám
Diffrakciós hullám
Visszavert hullám Diffrakciós hullám
A TOFD elve
A TOFD elve vevő
adó
Felületi hullám
Hátfal reflexió Hátfal
Felületi
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 (beam stearing)
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 va, a mérőirányba eső vetülete vacosφ, 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_aktuatorok2/22_lecke_ultrahangos_ramlsmrk.html Alapi József Ottó: Ultrahangos anyagvizsgálati módszerek a Paksi Atomerőműben, BSc szakdolgozat, 2011.
