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 Barsebäcksverket
Blandarhändelsen
i Barsebäck
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
C-scan
Mosaik
av
7 spår
900x650mm
Olympus
Rollerform
Plåtens översida
Plåtens undersida
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 2011-0420. 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 Utvärdering av oförstörande provningsmetoder med möjliga tillämpningar inom
kärnkrafttekniska betongkonstruktioner
Författare: Peter Ulriksen
Det har under de senaste 10 åren genomförts en rad projekt där oförstörande provning
(OFP) av betong har ingått. Det kan förmodas att resultaten i de olika projekten är
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...