Yhdistelmätekniikan käyttö pinnan läheisten vikojen ultraäänitestauksessa ulkopinnalta



Samankaltaiset tiedostot
Suomen ydinvoimateollisuudessa sovellettava rikkomattomien määräaikaistarkastusten

KUUMAVALSSATUT TERÄSLEVYT JA -KELAT Ultraäänitarkastus

Ilmakanaviston äänenvaimentimien (d= mm) huoneiden välisen ilmaääneneristävyyden määrittäminen

Ultraäänen kuvausartefaktat. UÄ-kuvantamisen perusoletukset. Outi Pelkonen OYS, Radiologian Klinikka

PANK Menetelmä soveltuu ainoastaan kairasydännäytteille, joiden halkaisija on mm.

Ainettarikkomaton ultraäänitarkastus Johdatus perusteisiin

RAPORTTI ISOVERIN ERISTEIDEN RADIOTAAJUISTEN SIGNAALIEN VAIMENNUKSISTA

Työn tavoitteita. 1 Teoriaa

Monipuolinen ja helppokäyttöinen PhaseArray ja TOFD tarkastuslaite

Teollisten tarkastusten erikoismenetelmät - NDT. Inspecta Oy, Jouni Koivumäki

SIIRTOMATRIISIN JA ÄÄNENERISTÄVYYDEN MITTAUS 1 JOHDANTO. Heikki Isomoisio 1, Jukka Tanttari 1, Esa Nousiainen 2, Ville Veijanen 2

Suuntaavuus ja vahvistus Aukkoantennien tapauksessa suuntaavuus saadaan m uotoon (luku ) E a 2 ds

Muodonmuutostila hum

33 SOLENOIDIN JA TOROIDIN MAGNEETTIKENTTÄ

Ene LVI-tekniikan mittaukset ILMAN TILAVUUSVIRRAN MITTAUS TYÖOHJE

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

ASUINKERROSTALON ÄÄNITEKNISEN LAADUN ARVIOINTI. Mikko Kylliäinen

d sinα Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila

Vektorien pistetulo on aina reaaliluku. Esimerkiksi vektorien v = (3, 2, 0) ja w = (1, 2, 3) pistetulo on

Kone- ja rakentamistekniikan laboratoriotyöt KON-C3004. Koesuunnitelma: Paineen mittaus venymäliuskojen avulla. Ryhmä C

PAKOPUTKEN PÄÄN MUODON VAIKUTUS ÄÄNENSÄTEILYYN

UVB-säteilyn käyttäytymisestä

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Ilmalämpöpumpun Panasonic CS-E9JKEW-3 + CU-E9JKE-3 toimintakoe matalissa ulkoilman lämpötiloissa ja sulatusjaksot sisältävä lämpökerroin

KUITUPUUN PINO- MITTAUS

Avaruuslävistäjää etsimässä

2.3 Voiman jakaminen komponentteihin

TTY Mittausten koekenttä. Käyttö. Sijainti

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

7/1977 UIMISKYVYN PARANTAMINEN AUTONIPPUJEN KIRISTYSTÄ PARANTAMALLA. Arno Tuovinen

Ilmalämpöpumpun Toshiba RAS-10SKVP-ND + RAS-10SAVP-ND toimintakoe matalissa ulkoilman lämpötiloissa ja sulatusjaksot sisältävä lämpökerroin

Prognos Julkaisusuunnitelmat

Ilmalämpöpumpun Sharp AY-XP9FR + AE-X9FR toimintakoe matalissa ulkoilman lämpötiloissa ja sulatusjaksot sisältävä lämpökerroin

VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Lauri Karppi j SATE.2010 Dynaaminen kenttäteoria DIPOLIRYHMÄANTENNI.

Suomen ydinvoimateollisuudessa sovellettava rikkomattomien määräaikaistarkastusten. Pätevöinnin lähtötietojen laatiminen

KÄYTTÖOHJE LÄMPÖTILA-ANEMOMETRI DT-619

PANK PANK-4122 ASFALTTIPÄÄLLYSTEEN TYHJÄTILA, PÄÄLLYSTETUTKAMENETELMÄ 1. MENETELMÄN TARKOITUS

Mitä on huomioitava kaasupäästöjen virtausmittauksissa

TUULIVOIMAMELUN MITTAUS- JA MALLINNUSTULOSTEN

Työ 31A VAIHTOVIRTAPIIRI. Pari 1. Jonas Alam Antti Tenhiälä

Ilmaääneneristävyyden määrittäminen

Korkean resoluution ja suuren kuva-alueen SAR

TESTAUSSELOSTE Nro. VTT-S

Braggin ehdon mukaan hilatasojen etäisyys (111)-tasoille on

Tekijä Pitkä matematiikka

YMPÄRISTÖMELUN MITTAUSRAPORTTI

Kahden laboratorion mittaustulosten vertailu

Työ 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla. Työvuoro 40 pari 1

Luento 6: 3-D koordinaatit

AKKREDITOITU TARKASTUSLAITOS ACCREDITED INSPECTION BODY DEKRA INSPECTION OY

Kävelyn aiheuttamien ilmanliikkeiden todentaminen laminaatin alla käytettäessä PROVENT alustaa (parketinalusta)

AKUSTISEN ABSORPTIOSUHTEEN MÄÄRITYS LABORATORIOSSA

Inhimillisten ja organisatoristen tekijöiden yhteys NDT-tarkastusten luotettavuuteen

Insinööritoimisto Geotesti Oy TÄRINÄSELIVITYS TYÖNRO Toijalan asema-alueen tärinäselvitys. Toijala

KON C H03 Ryhmä G Samppa Salmi, 84431S Joel Tolonen, Koesuunnitelma

FYSIIKAN LABORAATIOTYÖ 4 LÄMMÖNJOHTAVUUDEN, LÄMMÖNLÄPÄISYKERTOI- MEN JA LÄMMÖNSIIRTYMISKERTOIMEN MÄÄRITYS

Vaihtoehtoiset tarkastusmenetelmät nostolaitteiden perusteellisissa määräaikaistarkastuksissa Juha Seppänen Inspecta Tarkastus Oy

Tilanjako-oven mittausohjeet

Häiriöt kaukokentässä

Sideaineen talteenoton, haihdutuksen ja tunkeuma-arvon tutkiminen vanhasta päällysteestä. SFS-EN

Viinikka-Rautaharkon ratapihan melumittaukset ja laskentamallin laadinta.

LEIKKUUPUIMUREIDEN TEKNISIÄ MITTOJA

Mittalaitteen tulee toimia luotettavasti kaikissa korjuuolosuhteissa.

Mittaustulosten tilastollinen käsittely

V astaano ttav aa antennia m allinnetaan k u v an m u k aisella piirillä, jo ssa o n jänniteläh d e V sarjassa

eologian tutkimuskeskus Ahvenanmaa, Jomala ---- eofysiikan osasto Seismiset luotaukset Ahvenanmaalla Jomalan alueella 1987.

VICON TWIN-SET-LANNOITTEENLEVITIN

1 Määrittele seuraavat langattoman tiedonsiirron käsitteet.

Keskeiset aihepiirit

SWEPT SINE MITTAUSTEKNIIKKA (NOR121 ANALYSAATTORILLA)

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 HILA JA PRISMA

Kapasitiivinen ja induktiivinen kytkeytyminen

Ongelmia mittauksissa Ulkoiset häiriöt

RAIDETESTERIN KÄYTTÖOHJE

Projektisuunnitelma ja johdanto AS Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt Paula Sirén

Ratkaisu: Maksimivalovoiman lauseke koostuu heijastimen maksimivalovoimasta ja valonlähteestä suoraan (ilman heijastumista) tulevasta valovoimasta:

AMPUMAMELUN TUTKIMUKSIA. Timo Markula 1, Tapio Lahti 2. Kornetintie 4A, Helsinki

N S. ta tai m ä. BLÄUER versio 1.0

AKUSTINEN SUUNNITTELU HUONETYYPIN PERUSTEELLA

ASKELÄÄNITASOKOEMITTAUKSET

12129 Mixed Penetration Seal BARRA Flame DMA/DMK palokatkojen ja palotiivisteiden akustinen arvio

Helsingin seitsemäsluokkalaisten matematiikkakilpailu Ratkaisuita

Hakkeen kosteuden on-line -mittaus

Harjoitus 1. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016. Tehtävä 1 Selitä käsitteet kohdissa [a), b)] ja laske c) kohdan tehtävä.

VEKTORIT paikkavektori OA

Suomen ydinvoimateollisuudessa sovellettava rikkomattomien määräaikaistarkastusten

Suodatinmateriaalien Testaus. TUTKIMUSSELOSTUS AUT / Suomen Terveysilma Oy

valmistaa ilmanvaihtokoneita Parmair Iiwari ExSK, ExSOK ja ExSEK

4757 4h. MAGNEETTIKENTÄT

VALTION MAATALOUSKONEIDEN TUTKIMUSLAITOS

SISÄLTÖ Venymän käsite Liukuman käsite Venymä ja liukuma lujuusopin sovelluksissa

Lauseen erikoistapaus on ollut kevään 2001 ylioppilaskirjoitusten pitkän matematiikan kokeessa seuraavassa muodossa:

Hämeenkylän koulun voimistelusalin vesikaton liimapuupalkkien kantavuustarkastelu

Liite 1 - Hakkuukonemittaus

ÄÄNTÄ VAHVISTAVAT OLOSUHDETEKIJÄT. Erkki Björk. Kuopion yliopisto PL 1627, Kuopion 1 JOHDANTO

Kaksimetalliliitosten ja austeiuittisten valujen testaustekniikoiden vertailu

Nimi: Muiden ryhmäläisten nimet:

Ulko- ja sisärenkaiden merkinnät ja sopivuudet

Transkriptio:

STUK-YTO-TR 70 Yhdistelmätekniikan käyttö pinnan läheisten vikojen ultraäänitestauksessa ulkopinnalta Pauli Särkiniemi, Pentti Kauppinen HEINÄKUU 1994

STUK-YTO-TR 70 HEINÄKUU 1994 Yhdistelmätekniikan käyttö pinnan läheisten vikojen ultraäänitestauksessa ulkopinnalta Pauli Särkiniemi, Pentti Kauppinen Valtion teknillinen tutkimuskeskus Valmistustekniikka Tutkimuksen johto Säteilyturvakeskuksessa Olavi Valkeajärvi Tutkimus on tehty Säteilyturvakeskuksen tilauksesta. SÄTEILYTURVAKESKUS PL 14, 00881 HELSINKI Puh. (90) 759 881

ISBN 951-47-9322-6 ISSN 0785-9325 Painatuskeskus Oy Helsinki 1994

STUK-YTO-TR 70 SÄTEILYTURVAKESKUS SÄRKINIEMI. Pauli, KAUPPINEN. Pentti (VTT). YhdistelmOtekniikan käyttö pinnan läheisten vikojen ultraäänitestauksessa ulkopinnalta. STUK-YTO-TR 70. Helsinki 1994. 24 s. ISBN 951-47-9322-6 ISSN 0785-9325 Avainsanat: määräaikaistarkastukset, rikkomattomat testaukset, ultraäänitestaus, ultraäänitekniikat, ultraäänitekniikkojen yhdistäminen, pinnoitteenalaiset viat TIIVISTELMÄ Ultraäänilaitteiden ja tekniikoiden nimikkeistö on hyvin laaja. Toisaalta lähes kaikki tekniikat perustuvat samojen suureiden mittaamiseen. Tässä raportissa on selvitetty, miten eri tekniikoita voidaan käyttää yhdessä mahdollisimman tehokkaasti, välttyä päällekkäisiltä mittauksilta ja yhdistää eri mittausmenetelmien parhaat ominaisuudet toisiaan täydentäväksi, luotettavan tarkastustuloksen antavaksi kokonaisuudeksi. Tämä raportti käsittelee reaktoripaineastian sisäpinnan pincoitteenalaisien vikojen ja ulkopinnan läheisyydessä olevien vikoja havaitsemista ulkopinnalta. 3

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-YTO-TR 70 SÄRKINIEMI, Pauli. KAUPPINEN, Pentti (Technical Research Center offinland). Use ofcomt Jied ultrasonic techniques in testing of under claddingflawsfix>mthe outside. STUK-YTO-TR 70. Helsinki 1994. 24 p. ISBN 95M7-9322-6 ISSN 0785-9325 Keywords: inservice inspections, nondestructive tests, ultrasonic testing, ultrasonic techniques, combined ultrasonic techniques, undercladding flaws ABSTRACT The scope of different methodologies and terms used in ultrasonic inspections is very wide. On the other hand, almost all the techniques are based on the measurement of same parameters. In mis study the possibilities to combine the advantages of different techniques are surveyed in order to establish an effective inspection technique producing reliable results. 4

STUK-YTO-TR 70 SÄTEILYTURVAKESKUS ALKUSANAT Tämä selvitystyö ja siihen liittyvät kokeet on tehty VTT:n metallilaboratoriossa Säteilyturvakeskuksen rahoituksella. Työn valvojana on toiminut ylitarkastaja Olavi Valkeajärvi Säteilyturvakeskuksesta.

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-YTO-TR 70 SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ Sivu ABSTRACT ALKUSANAT 1 JOHDANTO 7 2 ULTRAAANITEKNUKOIDEN TARKASTELU 8 2.1 Normaaliluotaintekniikka 9 2.2 TOFD-tekniikka 9 2.3 Synteettisen aukon fokusointitekniikka 9 2.4 Varjostustekniikka 12 3 YHDISTELMÄTEKNIIKAT 14 3.1 Pinnoitteenalaiset viat 14 3.2 Ulkopinnan viat 14 3.3 Yhdistelmätekniikka 14 4 KOKEET YHDISTELMÄTEKNIIKAN KÄYTÖSTÄ 15 4.1 Koekappaleet 15 4.2 Pahin mahdollinen vika 15 4.3 Luotauspintaan avautuvat ja pinnanläheiset viat 17 5 MITTAUSTULOKSET 18 6 YHTEENVETO 23 KIRJALLISUUSLUETTELO 24 6

STUK-YTO-TR 70 SÄTEILYTURVAKESKUS 1 JOHDANTO Ultraäänitarkastuksen teknisten sovellusten kehityksessä voidaan viime vuosikymmenellä havaita seuraavia piirteitä. Kansainvälisen PISCluotctavuustutkimuksen tulosten perusteella todettiin, että tarkastusten luotettavuuden parantamiseksi on tulosten taltioinnissa käytettävää kirjaamisrajaa aiennettava, mikä johtaa kirjattavan tiedon määrän eksponentiaaliseen kasvuun. Tulosten taltiointia helpottaa tietotekniikan kehitys, joka myös mahdollistaa ultraäänitarkastuksen tulosten visualisoinnin helpommin ymmärrettävään muotoon. Tietotekniikka soveltuu erityisesti mekanisoituihin tarkastuksiin, jona ovat etenkin ydinvoimalaitoksissa koko ajan yleistyneet. Vikojen kriittisyyden arviointi murtumismekaniikkaa käyttäen asettaa vian koon mittauksen tarkkuudelle uusia vaatimuksia. Ydinvoimalaitoksissa ultraäänitarkastusta käytetään yleisesti myös vaikeasti tarkastettaviin materiaaleihin, kuten austeniittisiin hitseihin ja hitsattuihin pinnoitteisiin, mikä asettaa uusia haasteita tarkastustekniikan kehittämiselle. Edellä kuvattu kehitys on johtanut siihen, että tutkiriuslaitoksissa on eri puolilla maailmaa kehitetty suuri määrä laitteita, joita tarkastuspalveiuiden käyttäjien on vaikea hallita jo laitteisiin liittyvän kirjavan terminologian takia. Ongelmaa kuvaa mm. se, että amerikkalainen Electric Power Research Institute on julkaissut raportin (EPRJ 1987), jossa voimayhtiöitä opastetaan kehittyneiden ultraäänitekniikoiden ja laitteiden nimikkeistöön ja periaatteisiin. Toisaalta sekä tavanorraiset että kehittyneet ultraäänitekniikat mittaavat lähes poikkeuksetta samoja suureita: kaiun korkeutta, äänitietä ja luotaimen paikkaa. Esimerkiksi akustisessa holografiassa sensijaan mitattiin palaavan kaiun vaihetta aiemmin yhdellä taajuudella, jolloin viasta ei saatu äänitien suuntaista tietoa. Menetelmä ei saavuttanut suosiota ja niin kehitettiinkin usealla taajuudella toimiva laajakaistaholografla (Mofar 1991), joka antaa viasta myös syvyyssuuntaisen tiedon ia samalla täydellisen sivukuvan eli B-kuvan. Tämä tutkimus käsittelee pinnoitteen alaisten vikojen havaitsemista ja koon ja paikan arviointia ultraäänellä reaktoripaineastian ulkopuolelta. Lisäksi käsitellään lyhyesti ulkopinnassa ja sen läheisyydessä olevien vikojen havaitsemista ja koon arviomaa. Tavoitteena on löytää tehokkaimmat tekniikat ja etsiä ratkaisu eri tekniikoiden käyttämiseen yhdessä. Erityisenä tavoitteena on yhdistää eri tekniikoiden parhaat puolet siten, että muodostuu toimintavarma ja luotettava kokonaisuus. Tutkimuksessa suoritettiin myös kokeita, joilla todettiin yhdistelmätekniikan toimiminen käytännössä. Tutkimuksessa on käytetty ns. pahimman mahdollisen vian tarkastehiperiaatetta. Pahimmalla vialla tarkoitetaan tässä tarkastelussa vikaa, jonka vuorovaikutus äänen kanssa tekee siitä mahdollisimman hankalasti havaittavan. Vian suuntaisuus on valittu siten, että vika heijastaa yleisesti käytettyjen luotainkulmien lähettämää ääntä joko samana tai muuttuneena aaltomuotona luotaimeen paluun kannalta epäedulliseen suuntaan. Vian suunta on valittu myös siten, että sen suuntafunktio ei ole kyllin laaja aiheuttamaan rekisteröitävää heijastusta luotaimeen. Lisäksi vian eri osat voivat lähettää kaikuja, jotka interferoivat toisiaan heikentävästi. Vian tasaisuudella ja tasomaisuudella pyritään minimoimaan sironnan ja fokusoinnin vaikutus kaikukorkeuden kasvuun. 7

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-YTO-TR 70 2 ULTRAÄÄNITEKNIIKOIDEN TARKASTELU Rakenteen eheyden tarkastus voidaan karkeasti jakaa kahteen vaiheeseen: vikojen havaitsemiseen ja niiden koon mittaukseen. Vikojen koon mittausmenetelmät voidaan edelleen jakaa kahleen ryhmään. Toiset perustuvat peiliheijastuksen tai läpäisyn tuottamaan kaikukorkeuteen ja toiset puolestaan vian äärilaitojen aiheuttamaan heijastukseen kuten diffraktioon. Jaolla on vaikutus mitattavien suureiden painoarvoon, mutta ei niiden määrään tai tarpeellisuuteen. Taulukossa I on esitetty yhteenveto tekniikoista, jotka soveltuvat paksuseinäisten pinnoitettujen rakenteiden testaukseen pinnoitteen vastaiselta puolelta. Mitattavista suureista käytetään taulukossa lyhenteitä A, L ja O saksalaisen ALOKtekniikan mukaan seuraavasti: A = Kaikukorkeus (Amplitude) L = Äänitie (Laufzeit) O = Luotaimen paikka (Ort). Useimpia taulukossa mainituista tekniikoista on käsitelty STUK:n aiemmassa tilaustutkimuksessa (Pitkänen ym. 1992). Myös määräaikaistarkastuksissa käytettäviä vikojen analysointitekniikotta on käsitelty aiemmin (Särkiniemi ym. 1990). Fokusoitujen luotaimien suunnittelua ja käyttöä ovat käsitelleet mm. Pitkänen (1987) ja Sillanpää (1990). SAFT-tefariikkaa ja akustista holografiaa on esitellyt mm. Lahdenperä (1987 ja 1984). Uusimpana tekniikkana on tullut mukaan kontaktiton ultraäänitestaus EMÄT (Lahdenperä & Pitkänen 1993). Seuraavissa kohdissa esitellään vielä ne tekniikat, jotka tavanomaisen kulmaluotauksen lisäksi ovat osoittautuneet tehokkaiksi sekä pinnoitteen alaisten että ulkopinnan vikojen etsinnässä ja koon määrityksessä. Samoin esitetään kaksi ratkaisua näiden tekniikoiden tehokkaaksi yhdistämiseksi käytännön tarkastuksissa. Taulukko I. Yhteenveto eri tekniikoissa mitattavista muuttujista. Tekniikka A L 0 1.0 -L(kärkäkaiku) 2. Kulmaluotaus 3. Tandem 4. Fokusoidut luotaimet 5. Kärkikaiku 6. TOFD-tekniikka 7. 6-tekniikka 8. Aaltomuodonmuutos 9. LLT-tekniikka 10. ALOK ll.saft 12. EMÄT 13. Varjostustekniikka - (*) taikomaa, että kaikukoikeu* ei ole mittauksen kannalta muuten oleellinen, kuin että»en pitää oua kohinatason yläpuolella. (x) (x) (x) (x) 8

STUK-YTO-TR 70 SÄTETLYTURVAKESKUS 2.1 NonnaalUuotaintekiuikka Normaali- eli O'-piuaitaisaaJtoiuotaiu on osoittautunut aikaisemmin suoritetuissa mittauksissa erittäin tehokkaaksi pinnoitteenalaisen särön kärjen ja pinnoitteen rajapinnan paikan mittaustekniikaksi (Pitkänen ym. 1992, kuva 1). Mittaukseen käytetään korkeaa taajuutta (5-10 MHz), joka parantaa mittauksissa saavutettavaa aksiaalista eli syvyyserotuskykyä ja voimistaa särön kärjestä diffraktoitunutta ja pinnoitteen rajapinnasta sironnutta kaikua. Korkeasta taajuudesu huolimatta saadaan riittävän voimakas pohjakaiku, mikä johtuu siitä, että korkeaa taajuutta käytettäessä kasvaa luotaimen lähikentän pituus ja äänikeilan maksimipaineen alue. Samoin luotaimien fokuspiste siirtyy lähemmäksi pinnoite/ perusaine rajapintaa. Tekniikan käyttöä rajoittaa useimmiten kärldkaiun matala signaalitaso. Särön kärki voi jäädä havaitsematta esim. kärjessä vallitsevan puristusjännityksen takia. Virheellinen mittaustulos voi aiheutua myös siitä, että särön mutkan tai pienen materiaalivian aiheuttama kaiku tullataan säröstä saatavaksi karkikaiuksi. Lisäksi normaaliluotaintekniikalla ei saada näy "»mää seinämän normaalin suuntaisen vian alakädestä. 2.2 TOFTKekniikka Time-of-Flight Diffraction-tekniikkaa on käsitelty yksityiskohtaisesti useissa julkaisuissa (esim. Särkiniemi 1987), joissa siitä on käytetty nimitystä kulkuaikatekniikka. Nimestä huolimatta mittaus suoritetaan käytännössä äänitien mittauksena. Tekniikan periaate mitattaessa pinnoitteenalaista säröä on esitetty kuvassa 2. Pinnoitteen tarkastuksessa pinnan läheisyydessä etenevää ns. lateraaliaaltoa ei käytetä mittauksessa hyväksi. Pinnoitteen alaisen vian tapauksessa ei särön kärkien etäisyyttä ulkopinnasta lasketa Pythagoraan teoreemalla, kuten tavallisesti. Vian korkeus saadaan erittäin tarkasti vertaamalla kärkien kaikuja pohjakaikuun ja pinnoitteen rajapinnan sirontaan. Tarkka mittaus edellyttää.nekanisoitua laitteistoa, jolla taataan anturien tarkka ja vakaa sijainti toisiinsa nähden. / i n. 20 db! a b v^ tn T AHui ja onvcxmuncci * W sw Kuva 1. Normaaliluotaimentäyttöpinnoitteenalaisen vian mitoitukseen Kuva 2. TOFD-tekniikan soveltaminen pinnoitteen alaisille vioille. Tekniikan rajoitukset ovat samat kuin normaaliluotaustekniikassa ts. matala signaalitaso ja kaikujen tulkintavaikeudet. Luotainjärjestely vaatii lisäksi hyvän luoksepäästävyyden kohteeseen. Käytännön tarkastuksissa hitsikuvun on yleensä oltava hiottu ja kohteen molemmin puolin tarvitaan paljon vapaata tilaa. 2.3 Synteettisen aukon fokusointitekniikka Synteettisen Apertuurin (aukon) Fokusointitekniikassa eli SAFT:ssa käytetään tavanomaista luotainta ja fokusointi suoritetaan numeerisesti. Mittausdatan käsittelyyn käytettävä laskenta-algoritmi ontyöläseikä datan käsittelyä 9

TUK-YTO-TR 70. ' ' ^_! i \ \ \ \ - x. / n.. ' \ N \ Im 4. TehoUisen pyyhkäisyaukon eä apenuurin pituus. qggkr* " ""' '" Kuva 3. SAFT.-n periaate. Keilan leveys mitattuna pääktilan ja ensimmäisen srvukeilan väliin voidaan laskea avaiinimiskulman kaavan(2) avulla (Krautkrämer J. u. H., 1975) suoriteta reaaliajassa vaan mittaustapahtuman jälkeen. Laskenta-algoritmin käyttöä kutsutaan näyttämien rekonstruoinniksi. SAFT:n periaatetta havainnollistaa kuva 3 (Kauppinen ym. 1993). SAFTilla on perinteisiin tekniikoihin verrattuna kaksi tärkeää etua: hyvä sivuttais- eli lateraalinen erotuskyky ja mahdollisuus signaali-kohinasuhteen parantamiseen. Laskemalla peräkkäisistä mittauspisteistä saadut Ä-kuvat yhteen ja muodostettaessa lopullista kuvaa näyttämästä suoritetaan ns. avaruuskeskiarvoistus, joka johtaa signaali-kohinasuhteen paranemiseen. Useissa julkaisuissa (esim. Wustenberg & Erhard 1980) sivuttainen eli lateraalinen erotuskyvyn r, määritellään kaavan (1) mukaisesti. jossa A. on aallonpituus, S heijastajan etäisyys äänitietä pitkin mitattuna ja L pyyhkäisyaukon (apertuuri) pituus eli luotaimen kulkrma matca. Sivuttaiserotuskyvyn parantaminen pyyhkäisyaukon pituutta kasvattamalla on rajoitettu, sillä aukon pituuden kasvattaminen äänikeilan vaikutusalaa suuremmaksi ei lisää mittauksessa hyödynnettävää tietoa. Pienille vioille, joilla sivuttsiserotuskyky on kriittinen, optimaalinen aukon pituus on sama kuin äänikeilan leveys heijastajan etäisyydellä (kuva 4). jossa D on kiteen halkaisija. Kerroiii 1,2 voidaan yksinkertaisuuden vuoksi korvata kertoimella 1. Tällöinkin äänen paine on pudonnut 60 db ja on alle 1/1000 inaksimiarvosa. Jos keilan leveys merkitään yhtä suureksi kuin tehollisen pyyhkäisyaukon pituus saadaan kaavaa (2) käyttämällä Kun kaava (3) sijoitetaan kaavaan (1), saadazn sivuttaiserotuskyvyksi yleisesti tunnettu T-\D (4) SAFT:lla saadaan parannettua sivuttaista erotuskykyä vasa kun SAFTlla laskettu erotuskyky on pienempi kuin luotaimen oma erotuskyky eli keilan leveys, joten voidaan kirjoittaa ',<*- (5) Kaavoista (3) - (S) voidaan laskea, millä heijastajan etäisyydellä tämä on voimassa. Sijoittamalla kaavat (3) ja (4) kaavaan (S) ja jakamalla molemmat puolet lähikentän pituudella saadaan S>N (6) jossa N on lähikentän pituus. 10

STUK-YTO-TR 70 SÄTEILYTURVAKESKUS Kmv* 5. Suuntakulman vahtaa tehollisen auton pituuteen. SAFT-tekniikka toimii täten perinteisiä tekniikoita paremmin vain luotaimen kankokenässä. Linssifokusoiduilla luotaimilla voidaan myös parantaa sivuttaiserotuskykyä, mutta fokusoinnin on tapahduttava lähikentässä. Etenkin paksuissa aineissa, joissa ääntiet ovat pidät Bhikmtän pituutta on tämän takia kasvatettava. Käytännössä umä toteutetaan ykeoä kasvattamalla kiteen kokoa, jolloin myös luotaimen koko kasvaa. Linssifokusoitujen luotaimien suuri koko onkin usein tärkein niiden käyttöä rajoittava tekijä. Tehollisen aukon pituuteen vaikuttaa keilan leveyden lisäksi myös suuntakulma (kuva S). Tehollisen aukon pituus kulnuluotaimelle, jonka suuntakulma on p saadaan kaavasta 1=2 Dco* p (7) Kmm t. Leveä elementti (a > b). Läisykujan sramuintn nutia laskettaessa optunaalisen aukon kokoa. SAFT:n käyttöön liittyy kolme keskeistä periaatetta: mitattavan heijastajan täytyy olla luotaimen kaukokenfesssa shruttaiserotuskyky (-algoritmilla laskettu keilan halkaisija) on puolet kiteen halkaisijasta tai sivun pituudesta Kulman suurentaminen pidentää aukkoa ja parantaa täten sgnaati-kohinasuhdvtta. Luotaimen pyyhkäisypinnan suuntainen erotuskyky kuitenkin heikkenee. Leosfi (8) Jos kide on suorakjmainen, voidaan edellä olevia kaavoja käyttää korvaamalb halkaisija D kiteen sivun pituudella s. Edellä esitetyt kaavat pätevät tarkasteltaessa pientä yksittäistä vikaa. Jos vika tai vika-alue on suuri, on keilan halkaisijaan lisättävä vian pyyh- * ägnaali-lcoinnasuhteen parantamiseksi (avaruuskeskiarvoistus) tehollisen pyyhkäisyaukon tulisi olla mahdollisimman pitkä. Ainoa tekijä, jolla kaikkia kolmea edellä mainittua kohtu voidaan parantaa on kiteen koon pienentäminen, mikä merkitsee kuitenkin luotaimen tehon menetystä. Eräs tapa r?tkaista tämä ongelma on käyttää suorakulmaista kid ttä, jonka sivun pituus pyyhkäisylinjan suunnassa on pieni, muna pyyhkäisylinjan normaalin suunnassa suuri (kuva 6). Tällöin kiteen tehollinen pinta-ala onriittävänsuuri ja fokuspiste leveyssuunnassa, jossa sivuttainen erotuskyky ei ole ongelmana, lähellä heijastajaa. 11

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-YTO-TR 70 2.4 Varjostustekniikka Varjostustekniikalla tarkoitetaan kahden vastakkain asetetun kulmaluotaimen järjestelyä, jossa toinen luotain lähettää ääntä toiseen vastaanottavaan luotaimeen. Luotaimien väliih tuleva vika varjostaa lähetettyä äänikeilaa jolloin vastaanotettu kaiku pienenee. Pinnoitteenalaisia vikoja etsittäessä mittauksessa käytetään hyväksi sekä pohjakaikua että pinnoitteen rajapinnasta siroavaa kaikua, joita molempia luotaimien väliin tuleva vika varjostaa (kuva 7). Varjostustekniikka on läpäisymenetelmä eikä näin ollen ole kovin tarkka koon mittauksessa. Sillä on kuitenkin etuja, joita voidaan käyttää hyväksi yhdi. elmätekniikassa. Varjostustekniikalla voidaan havaita suuria tasomaisia seinämän normaalin suuntaisia vikoja, jotka esimerkiksi kulmaluctauksessa voivat jäädä havaitsematta. Tekniikalla voidaan myös selvittää onko suuren näyttämän aiheuttama vika yhtenäinen vai muodostuuko se kahdesta erilliseltä viasta. Varjostustekniikka ei ole herkkä vikojen muodolle ja suuntaisuudelle. Vikojen kallistuskulma ja sivuttaiskulma (kts. kuvat 10 ja 11, s. 15) voivat olla kymmeniä asteita samanaikaisesti ja silti viat tulevat havaituiksi. Vertaamalla varjostusten voimakkuutta keskenään saadaan tietoa vian suunnasta. Vertaamalla varjostuskohtien paikkoja voidaan myös selvittää vian ja pinnan välisen kannaksen suuruus. Varjostustekniikkaa voidaan käyttää myös ulkopinnan vikojen havaitsemiseen samanaikaisesti tavanomaisen kulmaluotauksen kanssa (kuva 8). Tämä toteutetaan siten, että kaksi suurikulmaista pitkittäisaaltoluotainta asetetaan vastakkain koekappaleen pinnalle ehjäksi tunnettuun kohtaan. Toisen luotaimen lähettämä ääni kulkee pinnan välittömässä läheisyydessä lateraaliaaltona, joka havaitaan vastaanotinluotaimella. Jos pinnassa on esim. särö, se aiheuttaa vastaanotetun kaiun pienenemisen tai katoamisen. 12

STUK-YTO-TR 70 SÄTEILYTURVAKESKUS Kuva 8. Varjostustekniikka kytkentäpinnan vioille. 13

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-YTO TR 70 3 YHDISTELMATEKNIIKAT 3.1 Pinnoitteenalaiset viat 3.2 Ulkopinnan viat Kuvien 2 (s. 9) ja 7 (s. 13) luotainjärjestelyllä ja käyttämällä useampaa kanavaa ja riittävän monipuolista tietojenkeruujärjestelmäa voidaan oteuttaa samanaikaisesti seuraavat tekniikat: kulmaluotaus käyttämällä lähettävää luotainta pulssi-kaikutekniikalla kärkikaikutekniikka edellisen kohdan järjestelyllä kulkuaikatekniikka (TOFD) suoraan mittausdatasta S.iFTrekonstruoimalla mittausdatasta varjostustekniikka läpäisyllä joko suoraan mittausdatasta tai rekonstruktiosta. Kuvan 8 (s. 13) järjestelyllä voidaan periaatteessa toteuttaa samat tekniikat kuin pinnoitteen alaisille vioille. Suurin ero on, että varjostustekniikassa käytetään tällöin hyväksi lateraaliaaltoa. 3.3 Yhdisteunätekniikka Sisäpinnan eli pinnoitteenalaisten vikojen ja ulkopinnan vikojen tarkastus voidaan suorittaa yhtäaikaa (kuva 9). Lähes kaikki standardit kuten esimerkiksi ASME vaativat tarkastuksen neljässä hitsiin nähden 90 toisistaan poikkeavassa suunnassa. Tämä on toteutettavissa lisäämällä kuvan 9 asetelmaan ristikkäin sijaitseva neljän luotaimen vastaava asetelma. Kuva 9. Yhdistelmätekniikka yhdessä tasossa esitettynä. 14

STUK-YTO-TR 70 SÄTEILYTURVAKESKUS 4 KOKEET YHDISTELMÄTEKNIIKAN KÄYTÖSTÄ 4.1 Koekappaleet Aikaisemmin suoritetuissa kokeissa koekappaleiden viat ovat olleet seinämän normaalitason suuntaisia ja kohtisuorassa kulmaluotaimen äänikeilaan nähden. Nyt suoritetuissa kokeissa on yhdistelmätekniikan toimivuutta selvitetty muuttamalla vikojen suuntaisuutta tarkastustekniikan kannalta mahdollisimman epäedulliseksi. Vian poikkeamaa pinnan normaalin suunnasta kutsutaan kallistuskulmaksi (tilt angle, kuva 10), joka vastaa esimerkiksi liitosvirhettä tai vinoa säröä. Vian poikkeamaa hitsin pituussuunnasta nimitetään sivuttaiskulmaksi (skew angle, kuva 11). Koemittauksissa sivuttaiskulma muodostetaan suuntaamalla äänikeila vikaan nähden vinosti. Yhdistelmätekniikan toimivuutta etsittäessä pinnoitteen alaisia vikoja kokeiltiin kappaleella PSl, jossa oli ruostumaton pinnoite (kuva 12). Pinnoitteen alla perusaineessa oli kaksi vikaa. Toinen vioista oli 3 mm korkea seinämän normaalin suuntainen väsytyssärö ja toinen 15 seinämän normaalin suunnasta poikkeava 3 mm korkea kipinätyöstetty tasomainen vika. 4.2 Pahin mahdollinen vika Pinnan normaaliin nähden 15 kallistunutta vikaa on tarkasteltu tarkastustekniikan kannalta pahimpana mahdouifna vikana. Vian kallistuskulma 15 on valittu siten, että tavanomaisilla 45 - ja 60 -kulmah äimillä luodattaessa syntyy joko voimakas aaltomuodonmuutos tai heijastuva ääni suuntautuu luotaimeen paluun kannalta epäedullisesti. Nämä ilmiöt voivat käytännössä tapahtua samanaikaisesti. Vian heijastaman aallon äänenpaineen avaruusjakauma (vian suuntafunktio) aiheuttaa kaiun, joka juuri saattaa ylittää ASME:n mukaisen rekisteröimisrajan (20% DAC), mutta epäedullisissa olosuhteissa jää rekisteröimättä. Edellä mainitut ilmiöt tapahtuvat myös 0 -pitkittäisaaltoluotaimella luodattaessa. Lisäksi 60 -luotaimella särön kärkien kaiut suo- r 1 j 3 Särö """^ i Särö\ 0/r i!^ Kuva 10. Kallistuskulma. Kuva 11. Sivuttaiskulma. PSW10 15

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-YTO TR 70 Kuva 12. Pinnoitteen alaiset viat kappaleessa PS 1. ( ) \ * ) V \ V^Si^/ 3/ / V PS9430 Kuva 13. Pahin mahdollinen vika. 16

STUK-YTO-TR 70 SÄTEILYTURVAKESKUS 70 60 50 50_ 270 50 30 (D Vika n:o 1 2 3 4 6,5 5 5 5 Z 1,5 3 5,5 8,5 D 6,7 5,8 7,4 9,9 30* 45* 60' 75* PS9430 Kuva 14. Ulkopinnan vikojen tutkimuksessa käytetty kappale nro 20. rassa heijastuksessa inteneroivat kumoten toisiaan. Vian tasaiset pinnat eivät myöskään sirota ääntä, mikä parantaisi vian havaittavuutta. Vian kärjistä difrraktoituneen aallon painejakaumaa ei ole otettu huomioon, koska paine missä tahansa suunnassa jää alle ASME:n rekisteröimisrajan. Kuvan 13 numeroin ja merkiten tulevan ja palaavan äänitien numerot mainitussa järjestyksessä äänikeilan vuorovaikutus vian kanssa voi tavanomaisella pulssi-kaikutekniikalla tapahtua teitä 11, 12, 22 ja 21 ja vian toiselta puolen 33, 34, 44 ja 43. Esimerkiksi 45 poikdttaisaaltoluotaimesta tietä 1 tuleva aalto törmää vikaan 30 kulmassa, jolloin aalto muuttuu lähes kokonaan pitlrittäisaalloksi eikä palaa luotaimeen. Vastaavasti esimerkiksi ääni tietä 15 heijastuvan äänen painejakaumaa ei oleriittävänlaaja, jota tietä 11 luotaimeen palaava ääni aiheuttaisi rekisteröitävän kaiun. Pahimman tapauksen vika ei minkään edellä esitetyn äänitien kautta aiheuta ASME:n rekisteröintirajan ylittävää kaikua. 4.3 Luotauspintaan avautuvat ja pinnanläheiset viat Ulkopinnan eli tässä tapauksessa kytkentäpinnan läheisyydessä olevia tai pintaan avautuvia vikoja tutkitaan nykyisin suurikulmaisilla pitkittäisaaltoluotaimilla rutiininomaisesti. Kalibrointi suoritetaan kuitenkin aina äänikeila kohtisuoraan suunnattuna seinämän normaalitasossa oleviin uriin. Ulkopinnan vikojen kallistus- ja sivuttaiskulman vaikutusta yhdistelmätekniikan käyttöön tutkittiin kuvan 14 mukaisella kappaleella numero 20. Se sisältää eri syvyisiä eri kulmaan kallistettuja vikoja. 17

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-YTO-TR 70 5 MITTAUSTULOKSET Mittausten tavoitteena oli mitoittaa vika ASME Code Section I mukaan (ASME I, 1992 Edition). Mitoitus suoritetaan IWA-3000 mukaan. Vika kehystetään suorakulmiolla pääjännirystasossa (kuva IS). Pimavian oleellisia mittoja ovat vian korkeus a ja pituus 1 sekä kannas S, joka määrää a:n laskemistavan samoin kuin vian luokittelun pintaviaksi. Pinnoitteen paksuutta ei oteta laskennassa huomioon. Vian korkeussuuntaiset mitat a ja S mitataan pääjännitystason normaalin suunnassa, joten kallistuskulmaa ei huomioida mitoituksessa. Kallistuskulma vaikuttaakin ratkaisevasti nimenomaan vian havaittavuuteen, kuten pahimman mahdollisen vian tarkastelu osoitti. Sen sijaan sivuttaiskulma otetaan huomioon mitoituksessa siten, että vika projisoidaan pääjännityksen normaalitasoon ja mitoitetaan ko. tasossa. Jos vika ei ole IWB-350O mukaan hyväksyttävä, sille suoritetaan IWB-3600 mukainen laskennallinen analyysi. Silloin pinnoitteessa oleva vian osa otetaan huomioon lukuun ottamatta tapausta, jolloin vika sijaitsee kokonaan pinnoitteessa (luokka 1, kuva 16). Eräitä yksinkertaisia ja tehokkaita teknikoita, kuten 0 -piuattäisaaltoluotaus, kulmaluotaus ja kärkikaikutekniikka on käsitelty aiemmissa julkaisuissa perusteellisesti. Siksi tehdyissä mittauksissa keskityttiin pinnoitteen alaisten vikojen osalta yhdistelmään TOFD SAFTja varjostustekniikka. Ulkopinnan osalta keskityttiin lähinnä vain selvittämään lateraaliaallon varjostuksen täydentävää vaikutusta. Kappaleesta PS1 mitattiin yhdistelmätekniikalla sekä normaalin suuntainen 3 mm korkea väsytyssäni että 15 kallistuskulmassa oleva 3 mm korkea pahimman tapauksen vika. Kuvassa 17 on esitetty 45'-luotaimella väsytyssäröstä saatu raakadata. Kuvassa näkyy heikko kärltikaiku noin 3 mm:n etäisyydellä rajapinnan aiheuttamasta kohinasta. Pohjakaiun varjostusalueet ovat havaittavissa oikeissa paikoissa, ts. niiden välinen etäi - syys on 2/2 x pinnoitteen paksuus. Kuva 18 esittää saman vian SAFT-rekonstruktion, jossa särön varjostuskohdat näkyvät jälleen lasketulla etäisyydellä toisistaan ja niiden välissä on havaittavissa kohta, jossa pohjakaiku tulee kannaksen kautta särön ali. Kuvan vinous johtuu siitä, että VTT:n käyttämä PCSAFT-algoritmi ei ole tarkoitettu käytettäväksi kahden luotaimen mittausjärjestelyssä, vaan algoritmi laskee rekonstruktion yhdelle luotaimelle. Kuva 15. Vian mitoitus fwa-3000:n mukaan. 18

STUK-YTO-TR 70 SÄTEILYTURVAKESKUS LUOKKA 1 LUOKKA 2 Pinnoite Pinnoite 3 LUOKKA 3 y/ss//ss/s///////s///j ; Feniittinen te LUOKKA 4 y/////////s/////s/s//am ''. Feniittinen terä Pinnoita Pinnoite 2d LUOKKA 5 Luokille 3,4 ja 5: Jos S > 0,4 d, silloin a = d (pinnanalainen vika) Pinnoite S<0,4d,silloina = S + 2d (pintavika) Kuva 16. Vian mitoitus IWB-36O0:n mukaan analyyttista tarkastelua varten. Pahin mahdollinen vika, kallistuskulma 15, tutkittiin ensin tavanomaisella 45 - ja 60 kulmaluotauksella molemmilta puolilta. Vian antama kaiku oli erotettavissa pinnoitteen rajapinnasta siroavista kaiuista, mutta kohinasta erottuessaan ei ylittänyt ASME:n mukaista 20 % DAC-rajaa kummastakaan suunnasta luodattaessa. Sen jälkeen vikaa etsittiin yhdistelmätekniikalla. Koska vika on 0,3 mm leveä kipinätyöstetty rako, on kärkikaiku selvästi tunnistettavissa raakadatasta (kuva 19). Kärkikaiun ja rajapintakaiun läheisyys johtuu siitä, että käytetyn anturin aksiaalinen erotuskyky (= pulssin pituus) on noin 3 mm eli sama kuin vian korkeus. Kärkikaiun kohdalla rajapintakaiku vaimenee vian varjostuksen seurauksena. Vian suuntaisuuden aiheuttama pohjakaiun toispuoleinen varjostuminen ja oikea etäisyys ovat myös selvästi havaittavissa. SAFT-rekonstruktiossa raakadatassa selkeästi näkyvä kärkikaiku peittyy häiriökaikuun. Toispuoleinen pohjakaiun vaimeneminen on kuitenkin havaittavissa (kuva 20). Ulkopinnan vikojen osalta keskityttiin tutkimaan lähinnä vain lateraaliaallon varjostuksen täydentävää vaikutusta vikojen havaittavuuteen suurikulmaisten pitkittäisaaltokulmaluotainten normaalin tarkastuksen yhteydessä. Koekappaleen numero 20 viat tutkittiin ensin kulma luotauksella 70 TRL 2 KfHz-luotaimelia, jonka fokusetäisyys oli 35 mm. Lähes kaikki viat havaittiin toiselta puolelta, mutta jo roin 10 sivuttaiskulma pudotti kaiun kohinatasolle. Sitten kytkettiin kaksi edellä mainittua luotainta vastakkain ja säädettiin lateraaliaallon kaiku 80 %:iin pystyasteikon korkeudesta. Esimerkiksi valittiin vika numero 2, 19

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-YTO-TR 70! frntfi^iiihimtf^g^h^fet" 1!!!;"'! IIP^HWSill - \~." ^LT~"I-'r^S-5 " - '-;.. ~ ^ -. - ~ Jff "^""^T^BBS^?^^"^ '" ' "--- _J^ Kärki -- Rajapinta ^-Sisäpinta D jfijakaij- variostjs Kuva 17. SAFT-raakadata kappaleen PSl väsyryssäröstä. Kuva 18. SAFT-rekonstruktio kappaleen PSl väsyryssäröstä. 20

STUK-YTC-TR 70 SÄTEILYTURVAKESKUS Poh.'aK.aiun var ; ostus Kuva 19. Pahimmasta mahdollisesta viasta taltioitu raakadata. li AMPL-LD; 1 ; ^\ I \-\ x i i i. M H '"'^^^^^^^^^^^^^^^^^P* 1 --._ ;.. ^s^... (S. ^ K^" \ \ v y y ij: ~ Kuva 20. SAFT-rekonstruktio pahimmasta mahdollisesta viasta. 21

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-YTO TR 70 joka on 3 mm korkea eli likimäärin ASME:n hyväksymisrajan korkuinen. Sen kallistuskulma <)> = 60 ja se ylitettiin luotauksessa = 45 sivuttaiskulmassa (kuva 21). Lateraaliaallon kaiku hävisi tällöin kokonaan. <[ PS94SD Kuva 21. Lateraaliaallon häviäminen kappaleessa nro 20. 22

STUK-YTO-TR 70 SÄTEILYTURVAKESKUS 6 YHTEENVETO ASME IIWB-350O mukainen hyväksymisraja paineastian pintavialle on noin 2 % seinämän paksuudesta. Suomalaisten ydinvoimalaitosten paineastioissa hyväksyttävän pintavian korkeus on noin 3 mm. Aiemmin tehdyssä pinnoitteen alaisia vikoja koskevassa tutkimuksessa (Pitkänen ym. 1992) todettiin, että 3 mm korkea voimakkaasti ultraääntä vaimentavan pinnoitteen alainen vika ei ole havaittavissa millään yksittäisellä tekniikalla käytettäessä ASME:n mukaista reldsteröinurajaa (20 % DAC) ilman että pinnoitteen kohinaa tulee mukaan. Tutkimuksen perusteella suositeltiinkin tarkastuksessa käytettävän useita toisiaan täydentäviä tekniikoita. Tässä tutkimuksessa käytetty pahimman mahdollisen vian tarkastelu osoitti, että 3 mm korkea vikakaan ei välttämättä tule rekisteröidyksi tavanomaisilla vikojen etsintään käytetyillä 45 3 - ja 60 -kulmaluotaimilia. Useamman eri tekniikan yhteiskäyttöä on suositeltu aiemminkin jolloin on puhuttu esimerkiksi tarkastusten redundanssista. Eri tekniikat ja laitteet eroavat toisistaan valmistajien niistä käyttämien erilaisten nimikkeiden ja usein tarpeettomasti toisistaan poikkeavien mittaustapojen takia. Käytännössä niissä lähes aina mitataan kuitenkin samoja suureita: kaiun amplitudia, äänitietä ja luotaimen sijaintia. Tämän tutkimuksen tavoitteena on ollut osoittaa, että eri tekniikoita voidaan käyttää yhdstettyinä samanaikaisesti ja samoilla laitteilla. Valitsemalla monikanavalaitteisto ja sopiva tietojenkeruujärjestelmä saadaan yhdellä mittauksella havaitsemiseen, analysointiin ja koon arviointiin tarvittava tieto. Yhdistettävät tekniikat valitaan siten, että ne täydentävät toisiaan. Kokeellisessa tutkimuksessa käytettiin TOFD-, S AFT- ja varjostustekniikan yhdistelmää. Nämä tekniikat voitiin toteuttaa kahdella tavanomaisella luotaimella, yksikanavaisella digitaalisella ultraäänilaitteella ja PCSAFT-öedonkeruu- ja käsaelyjänesfclmällä. Niillä on toisiaan täydentäviä hyviä puolia, joilla ne "paikkaavat" toistensa heikkoja puolia. TOFD-tekniikka on erittäin tarkka, mutta sen sigmalitaso on matala, mikä voi johtaa kaikujen vaikeaan tulkintaan tai täydelliseen menetykseen. SAFT-tekniikka on melko tarkka ja parantaa signaalitasoa ja helpottaa esimerkiksi TOFD-kaikujen tulkintaa, mutta vaatii paljon muistia eikä toimi tosiajassa. Varjostustekniikka on epätarkka, mutta ei ole herkkä vian muodolle, suuntaisuudelle tai sijainnille. Kanavien ja luotaimien määrää lisäämällä voidaan em. yhdistelmään lisätä kulmaluofaus ja tehokkaaksi osoittautunut O 0 -pitlrittäisaaltoluotaus. Ybdistelmätekniikan soveltaminen käytännön tarkastuksiin johtaa eräisiin teknisiin ja taloudellisiin ratkaisuihin. Kohdassa 3.3 esitetty neljä pääsuuntaa kattava osittain keskenään "keskustelevien" luotainten asetelma vaatii tilaa enemmän kuin yksittäin toimivien luotainten asetelma. Suurilla tasopinnoilla kuten reaktoripaineastian sydänalueella se ei tuota ongelmia eikä tilan tarve ole yhtään sen suurempi kuin minkä esimerkiksi PISC-projektissa tarkaksi osoittautunut TOFDtekniikka vaatii. Yhdistelmätekniikan käyttäminen vaatii myös monikanavalaitteen, joka lähettää ja vastaanottaa ääntä siten, että kukin kaiku voidaan tunnistaa. Digitaaliset monikanavalaitteet kehittyneine mittausohjelmilleen ovat kalliita. Siksi niiden hankkimiselle on oltava vankat perusteet kuten esimerkiksi suuret turvallisuusriskit. Tutkimus osoitti, että eri tekniikoiden yhteensopivuudelle ei ole teknisiä esteitä. Yhteiskäytön vähäisyys johtuneekin pääasiassa eri laitevalmistajien perinteestä. Ultraäänilaitteiden teknisiä ominaisuuksia arvioitaessa onkin syytä kiinnittää enemmän huomiota laitteen yhteensopivuuteen erilaisiin mittausjärjestelmiin. 23

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-YTO-TR 70 KIRJALLISUUSLUETTELO ASME I. ASME Boiler & Pressure Vessel Code, Section I, Division 1. Rules for Inspection end Testing of Components of Light Water Cooied Plants. New York: American Society of Mechanical Engineering. July 1. 1992: 482 s. EPRI. Utility Guide to Advanced Ultrasonic Systems for Preservice and In-Service Inspections. EPRI NP-5086, Project 2057-6, February. 1987: 106 s. Kauppinen P, Jeskanen H, Schmitz V. Analyse von Primärkreisventilen mittels PC-SAFT. DGZfP-Jahrestagung, Garnriscfa-Partenkirchen 17-19 5.1993. Berlin: Deutsche Gesellschan fur zerstörungsfreie Prufung. 1993: 659-663. KrautkriLner, J. u. H. Werkstoffprufung mit Ultraschall. Berlin: Springer-Verlag. 1975. Lahdenperä K. Akustinen holografia rikkomattomassa aineenkoetuksessa. Espoo: Valtion teknillinen tutkimuskeskus. VTT Tutkimuksia 280. 1984: 53 s. Lahdenperä K. Imaging of planar defects with LSAFT. Espoo: Valtion teknillinen tutkimuskeskus. VTT Tutkimuksia 468. 1987: 33 s. Lahdenperä K, Pitkänen J. Kontaktiton ultraääruluotaus. Espoo: Valtion teknillinen tutkimuskeskus. VTT Tiedotteita 1454. 1993: 28 s. Mohr F. KWU-HOLO. Technical report, Siemens. 17. May 1991: 16 s. Pitkänen J. Fokusoitujen ultnämluotainten suunnittelu. Espoo: Valtion teknillinen tutkunuskeskus. VTT Tiedotteita 652. 1987: 39 s. Pitkänen J, Särkiniemi P, Jeskanen H. 1992. Pinnoineenalaisien vikojen havaittavuus ultraäänitestauksessa. STUK-YTO-TR 39. Helsinki: Säteilyturvakeskus. 1992: 59 s. Sillanpää J. 1990. Fokuserade sökare. Espoo: Valtion trknillhrn tutkimuskeskus, metallilaboratorio. VTT-METB-I68. 1990: 10 s. Särkiniemi P. Vian koon mittaus kulkuaikamenetelmällä. Espoo: Valtion teknillinen tutkimuskeskus. VTT Tiedotteita 677. 1987: 22 5. Särkiniemi P, Jeskanen H, Kauppinen P. Määräaikaistarkastuksissa ultraäänellä havaitun näyttämän käsittely ja koor mitaius. Espoo: Valäon teknillinen tutkimuskeskus. VTT Tiedotteita 1188. 1990:43 s. + hitt. Wustenberg H, Erhard A. Development of ultrasonic techniques for sizing defects. Nondestructive examination in relation to structural integrity, Nichols, R. W. (ed.). London: Applied Science Publishers Ltd. 1980: 59-83. 24

STUK-YTO-TR 70 SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-YTO-TR-sarjan j isut STUK-YTO-TR 69 Kyrki-RajanrH R (VTT) Validation of die reactor code HE KAN. STUK-YTO-TR 68 Leskinen R. (RAMSE Coisuhmg) Testing and iiuinrnanre practices of die emergency cooling system of RBMK reactor plant. STUK-YTO-TR 67 Huhtanen R (VTT). Voimalaitoksen valvomon patasinailomti STUK-YTO-TR 66 Hufatanen R (VTT). Huonetilan numeerisen pakxnallin kehittäminen. STUK-YTO-TR 65 Suoianen V (VTT). Laskentamalli kesiumin ja strootmmin siirtymiselle kotieläintuotteisiin lyhytkestoisen laskeuman jälkeen. STUK-YTO-TR 64 Rossi J (VTT). Loppuraportti osallistumisesta OECD/NEA:n ja CEC:n organisoimaan kansainväliseen reaktorionneaomuuksien ympäristövaikutuksia laskevien ohjelmien vertailuun. STUK-YTO-TR 63 Wallin K, Rintamaa R, Valo M (VTT). Pienillä BivutussuavoiIla mitatun murtumissitkeyden pätevyys. STUK-YTO-TR 62 Sandberg J, Virolainen R. Comparison of die core damage probability by die SPSA computer program and by analytical methods - a simplified loss of ofnäte power. Validation of die SPSA program. STUK-YTO-TR 61 Holmberg J, Pulkkinen U. Regulatory decision making by decision analyses. STUK-YTO-TR 59 Okkonen T. A Synthesis of Hydrogen Behaviour in Severe Reactor Accidents. STUK-YTO-TR 58 Simola K, Hänninen S (VTT). Olkiluodon ydinvoimalaitoksen suojausautomaation laiteketjun vanheneminen. STUK-YTO-TR 57 Ikonen K (VTT). Murtumissitkeyden laskeminen pienen tarvutuspallan kokeesta. STUK-YTO-TR 56 Levai F, Desi S (University of 3udapest), Tarvainen M (STUK> Arit R (IAEA). Use of high energy gamma emission tomography for partial defect verification of spent fuel assemblies. Final report on die Task FIN A98 on #r Finnish Support Programme to IAEA Safeguards. STUK-YTO-TR 55 Tiina A (VTT), Kana K, Tarvainen M. SFAT geometry verification measurements at die TVO KPA-STORE. Interim report on Task FIN AS63 of die Finnish Support Programme to IAEA Safeguards. STUK-YTO-TR 54 Järvinen J, Mikkanen M (Ekono Oy). Kokemuksia ohjelmoitavan automaation luotettavuudesta. STUK-YTO-TR 53 Pulkkinen U (VTT). Ohjelmohuun automaatioon perustuvien turvallisuustoimintojen luotettavuusanalyysi. STUK-YTO-TR 52 Haapanen P, Maskunhtry M (VTT). Ohjelmoitavan automaation diversiteetnja testausvaatunukset. STUK-YTO-TR 51 N : ssilä M, Reunanen M, Vuori M (VTT). Ydinlaitosten varaventtiilien mäaräaikaistestaus. Perusteita, käytäntöjä ja vaatimuksia. STUK-YTO-TR 50 Barck H (VTT). Röntgenkuvien arkistoitavuus. STUK-YTO-TR 49 Sarkimo M (VTT). Akustinen emissio ydinvoimalaitoksen suojakuoren testauksessa. TSyddliscn listan STUK-YTO-TR-sarjan julkaisuista saa Säteilyturvakeskuksen kirjastosta, PL 14, 00681 HELSINKI 2i

ISBN 951-47-9322-6 ISSN 0785-9325 Painatuskeskus Oy, Pikapaino Annankatu 44, Helsinki 1994