Ultrahangos anyagvizsgálati módszerek atomerőművekben

ultrahang

Hangfrekvencia

20 Hz

20 000 000 Hz

2 000 000 Hz

20 000 Hzhallható hang

anyagvizsgálatok esetén használt UH

infrahang 20 Hz

20 MHz

2 MHz

20 kHz

ννννλλλλ

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

Pierre & Jacques Currie

Piezoelektromoshatás felfedezése(1880)

Piezoelektromos anyagok:

• kvarc

• PZT (ólom-cirkonát-titanát)

Piezoelektromos jelenség

(a) A pozitív és negatívtöltések súlypontjaegybe esik.

(b) Nyomás hatására a töltéseksúlypontja szétválik,azaz feszültségkeletkezik.

(c)Feszültséghatására a kristálydeformálódik.

a

b

c

AZ ULTRAHANG KELTÉSE

kvarc

+

-expanzió

+

-kontrakció

AZ ULTRAHANG DETEKTÁLÁSA

A transzducer szerkezete

Ábra forrása: PA oktatási anyaga

• A felületi és felület alatti (belső) hibák kimutatására ésjellemzésére, falmérésre anyagjellemzők meghatározásárastb. használják.

• Az ultrahangos módszer során nagy frekvenciájúhanghullámokat juttatnak az anyagba a folytonosságihiány, vagy az anyagtulajdonságban történt változásokkimutatására.

• A legszélesebb körben használt ultrahangos vizsgálatitechnika az impulzus visszhang technika, amikor abesugárzott energia visszhangját érzékelik egy vevővel.Ez a visszhang érkezhet belső anyaghibáról de avizsgálati darab geometriai határairól is.

Az ultrahangos anyagvizsgálat

target

2

tcd

⋅=d = ?

c= 1500 m/s

mélység vagy idő

d = 7. 5 cm

TranszducerTime

tf = 100 µstime of flight

Impulzus visszhang elve alapján működő készülékek

• Kézi vizsgálathoz– Analóg

– Digitális

Dia:PA

A kézi készülékek működési elve

vizsgálatidarab

hiba

0 2 4 6 8 10

adóimpulzus

hibavisszhang

jel

hátfalvisszhang

jel

Ultrahangos vizsgáló készülék ernyőképe

vizsgálófej

Az impulzus visszhang elve alapján m űködőkészülék mélységi információt ad a visszhangvisszaver ődési helyér ől.

nem merőleges beesés

Visszaverődés

merőleges beesés

az irány egyértelműen meghatározott

A zárványok felületének irányultsága és a

mérési geometria

A felületre merőleges zárvány kimutatása

Felületre merőleges zárvány kimutatása

Ultrahangos vizsgálat Tandem módszerrel

TR TR

Tandem módszer

Reaktorok életkoraR

eakt

orok

szá

ma

A ma is működő reaktorok koreloszlása

Atomerőművekben alkalmazott reaktortartály

vizsgálati módszerek

Kémiai, korróziós, mechanikai + neutronsugárzásokozta erózió (kiváltképp a hegesztési varratokatkárosítja).

Belső és külső anyagvizsgálati módszerek kombinációjátalkalmazzák.

� Vizuális ellenőrzés (felületi módszer)

� Örvényáramos anyagvizsgálat (felületi módszer)

� Ultrahangos vizsgálati módszerek (felületi + térfogatimódszerek)

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)

Diffrakcióshullám

Diffrakcióshullám

Beesőhullám

Visszaverthullám

A TOFD elve

A TOFD elveadó vevő

Felületi hullám

Felületi

Felsővisszhang

jel

Alsóvisszang

jel

Hátfal reflexió

Hátfal

Fázisvezérelt (PA)módszer

� Több rezgőelem működik egyszerre.

� Az impulzuskibocsátás egymáshoz képestikésleltetésével nyalábvezérlés érhető el:

� az egyes elemek által kibocsátott hangnyalábokenergiája az interferencia révén összegződik és egyegységes 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/tamop425/0013_15_Szenzorok_es_aktuatorok-2/22_lecke_ultrahangos_ramlsmrk.html

� Alapi József Ottó: Ultrahangos anyagvizsgálati módszerek a Paksi Atomerőműben, BSc szakdolgozat, 2011.