Di.1.C - Zuverlässigkeit II / 07.05.2013H.W. Berg, R. Holstein |
Di.1.C.1
09:00
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Experimentelle und Modell-basierte POD-Bestimmung für Volumenfehler in gegossenen Bronze-Bauteilen unterschiedlicher Gefügestruktur
M. Spies, Baker Hughes - Process & Pipeline Services PII Pipetronix , Stutensee
H. Rieder, Fraunhofer IZFP, Saarbrücken
A. Dillhöfer, Stutensee
Kurzfassung:
Bei schwerprüfbaren Bauteilen wie beispielsweise Gusskomponenten müssen im Hinblick auf die Ultrasc...
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Bei schwerprüfbaren Bauteilen wie beispielsweise Gusskomponenten müssen im Hinblick auf die Ultraschallprüfung eine Vielzahl von Material- und Geometrieparametern berücksichtigt werden. Mit Hilfe von validierten Simulationsverfahren kann der Einfluss von Oberflächenkrümmungen, unterschiedlicher Fehlerparameter, aber auch der durch die Gefügestruktur bedingten Schallschwächung virtuell untersucht werden. Dies ist insbesondere für die Bestimmung der Fehlerauffindwahrscheinlichkeit (englisch: Probability of Detection, POD) von Vorteil, denn die Modell-basierte POD-Analyse ('Model-assisted', MAPOD) benötigt lediglich eine geringe Anzahl von Testkörpern zur Ermittlung verschiedener Input-Parameter als Basis für die Simulation sowie zu deren Absicherung und Validierung. In diesem Beitrag berichten wir über eine umfangreiche Studie, die wir im Rahmen eines vom BMWi geförderten Forschungsprojektes durchgeführt haben. Die Grundlage für die experimentellen Untersuchungen bilden Flachbodenbohrungen unterschiedlichen Durchmessers als Modellfehler, die in unterschiedlichen Tiefen in Bronze-Testblöcke eingebracht wurden. Die mittels konventionellen Prüfköpfen mechanisiert aufgenommenen Ultraschalldaten haben wir hinsichtlich der maximalen Fehleramplituden ausgewertet (A-Scan-Bewertung) und in einer 'â versus a'-Analyse zur POD-Bestimmung verwendet. Anhand dieser Ergebnisse haben wir unseren auf der DACH-Tagung 2012 vorgestellten Ansatz der Modell-basierten POD-Bestimmung unter Verwendung der Generalisierten Punktquellensynthese (GPSS) validiert. Neben diesen Ergebnissen zeigen wir darauf aufbauend weitere MAPOD-Berechnungen für repräsentative Gefügezustände in CuNiAl-Bronzen und diskutieren die Nutzung dieser Ergebnisse bei der Vor-Ort-Prüfung an solchen Komponenten.
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Di.1.C.2
09:20
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Erhöhung der Prüfsicherheit und der Prüfproduktivität durch erweiterte Phased Array-Technologien
S. Falter, ROSEN Germany, Stutensee
R. Koch, Baker Hughes Digital Solutions Alzenau
Kurzfassung:
Aufgrund von Produktions- und Qualitätsvorgaben verschiebt sich der Fokus der angewendeten Technike...
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Aufgrund von Produktions- und Qualitätsvorgaben verschiebt sich der Fokus der angewendeten Techniken bei der industriellen Prüfung von Halbzeugen und Produkten hin zum verstärkten Einsatz parallelisierter Verfahren. Hierbei kommt es maßgeblich darauf an, bei kleineren aufzufindenden Ersatzfehlern im Material den Durchsatz der Prüfanlage so hoch wie möglich zu halten.
Zum Erreichen dieses Ziels fällt dem Einsatz von parallelen Techniken eine Schlüsselrolle zu, insbesondere dann, wenn die Anwendung den Einsatz von Paint Brush-Techniken erlaubt. Mithilfe moderner Prüfssysteme kann heutzutage nahezu jede Prüfung einer zusätzlichen online Datenauswertung unterzogen werden.
Einer der wesentlichen im Anlagenbereich genutzten Vorzüge von Phased Array-Systemen besteht in der Möglichkeit, virtuelle Prüfköpfe mit sehr hoher Überlappung betreiben zu können. Das kann je nach Prüfaufgabe zum Beispiel einerseits durch das Verschieben über minimal eine Elementteilung (scanning) erzielt werden, aber auch über die Kombination einer Vielzahl von Winkeln. Bei der konventionellen Anwendung von Phased Array-Systemen, bei welchen die Datenaufnahme sequentiell vorgenommen wird, ist das allerdings mit dem Nachteil verbunden, dass sich die Prüfzeit durch die ggf. große Anzahl der Prüfschüsse erhöht.
Demgegenüber haben parallele Verfahren den Vorteil, dass sie mit einem Prüfschuss nach Möglichkeit den gesamten durch den Kopf abgedeckten Bereich erfassen. Um aber dennoch eine hohe Fehlerauflösung zu erzielen, ist es notwendig, die aufgenommenen Signale weiterführend zu verarbeiten. Das kann mit moderner Hardware in zusätzlichen Berechnungszyklen geschehen, welche deutlich weniger Zeit beanspruchen als echte Prüfzyklen. Auf diese Art und Weise können durch verschiedene Algorithmen sowohl vor- als auch nachverarbeitet werden. Typische Beispiele für so realisierbare Verfahren sind neben anderen DDF, DDA oder adaptive Delaygestaltung.
Verschiedene Beispiele für den Einsatz dieser Verfahren werden diskutiert und bzgl. ihrer Leistungsfähigkeit mit den Standardverfahren verglichen.
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Di.1.C.3
09:40
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Ultraschallprüfung von Kernumfassungsschrauben der Kernbehälter von Druckwasserreaktoren
C. Bies, Westinghouse Electric Germany, Mannheim
R.S. Devlin, P. Minogue, WesDyne International, Madison, PA, USA
L. Alaerts, F.W. Bonitz, Westinghouse Electric Germany, Mannheim
Kurzfassung:
Um den verlässlichen Betrieb von Kernkraftwerksanlagen zu sichern und ungeplante Abschaltungen zu v...
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Um den verlässlichen Betrieb von Kernkraftwerksanlagen zu sichern und ungeplante Abschaltungen zu vermeiden, ist es notwendig, alle sicherheitsrelevanten Komponenten einschließlich der Bauteile der Kerneinbauten zu prüfen. Hierzu gehören auch die Kernumfassungsschrauben in Drückwasserreaktoren, die sich an den Leitblechen des Kernbehälters befinden.
Bedingt durch aufgetretene Defekte an diesen Schrauben in einzelnen Druckwasserreaktoren besteht seitens Betreiber und Behörden ein Interesse an Prüfungen dieser Schrauben, da fehlerhafte Schrauben zu erheblichen Folgeschäden führen können (z.B. Brennelementschäden).
Zur Prüfung der Kernumfassungsschrauben wird die Ultraschallprüfung verwendet. Während des Prüfzyklus befindet sich der Kernbehälter unter Wasser um die hohe Strahlung abzuschirmen.
Aufgrund der Vielfalt der in verschiedenen Kernkraftwerken eingesetzten Schraubentypen wurde eine entsprechend große Auswahl an Ultraschall-Prüfsonden qualifiziert.
Neben den verschiedenen Ultraschall-Prüfsonden wurden aufgabenspezifische Prüf-Manipulatoren entwickelt, welche die Ultraschallsonden entsprechend der prüftechnischen Vorgaben an der untersuchten Schraube positionieren.
In diesem Beitrag wird der von Westinghouse Electric Germany verwendete Manipulator MIDAS VI vorgestellt. Dabei handelt es sich um ein ferngesteuertes Unterwasserfahrzeug, welches die Ultraschallsonde kameraüberwacht positioniert. Mit Hilfe dieses Fahrzeuges wird die Dauer, insbesondere der Zeitaufwand beim Aufbau und Einrichten einer Ultraschallprüfung, von Kernumfassungsschrauben erheblich reduziert. Ebenso konnte ein schnellerer Prüfablauf realisiert werden.
Des Weiteren werden einige Ultraschalltechniken vorgestellt, die zur Prüfung der erwähnten Kernumfassungsschrauben verwendet werden. Dabei handelt es sich unter anderem um kürzlich durchgeführte Qualifikationen für belgische und US-amerikanische Kraftwerke, wobei bei den letzteren Phased-Array-Sonden eingesetzt wurden.
Ferner wird über die mehrjährigen Erfahrungen bei Prüfung von Kernumfassungsschrauben in europäischen Kernkraftwerken mit dem Prüfmanipulator Supreem berichtet.
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Di.1.C.4
10:00
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Zahnradprüfung mit statistischen Klassifikatoren
C. Tschöpe, Fraunhofer IKTS, Dresden
M. Wolff, BTU Cottbus-Senftenberg
Kurzfassung:
Bei der Zahnradherstellung ist eine integrierte automatisierte Prüfung direkt nach dem Sinterprozes...
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Bei der Zahnradherstellung ist eine integrierte automatisierte Prüfung direkt nach dem Sinterprozess von großer Bedeutung. Auftretende Fehler können z. B. Risse, Zahnanbrüche oder sogar -abbrüche, Materialkontaminationen oder Lunker sein. Andererseits kann eine derartige Qualitätskontrolle verhindern, dass sich unbemerkt Fehler in den Produktionsprozess einschleichen und auf ganze Chargen auswirken. An die automatisierte Prüfung werden daher hohe Anforderungen gestellt. Eine Erkennung aller Schlechtteile ist natürlich notwendig. Aber auch ein Aussortieren guter Teile sollte möglichst vermieden werden. Aus diesem Grund ist es notwendig, ein Verfahren zu wählen, das eine sichere Aussage liefert, d. h. die Trennschärfe des Klassifikators zwischen den als gut und den als schlecht erkannten Teilen sollte möglichst so groß sein, dass Fehlklassifikationen ausgeschlossen werden können.
Unser Ansatz basiert auf Verfahren der akustischen Mustererkennung. Darunter versteht man den Prozess der automatischen Zuordnung von Audio- oder Ultraschallsignalen zu Äquivalenzklassen (zum Beispiel "Bauteil intakt" oder "Bauteil fehlerhaft") auf der Basis von Modellen, welche ihrerseits automatisch aus Datenbeispielen für die Klassen erlernt wurden. Die Zuordnung kann bei Bedarf auch weich, etwa durch die Aussage "Bauteil ist möglicherweise / wahrscheinlich / höchstwahrscheinlich fehlerhaft.", erfolgen. Der Erkennungsprozess ist typischerweise zweistufig:
1. Analysator: Gewinnung von Merkmalen aus dem akustischen Signal,
2. Klassifikator: Zuordnung der Merkmale zu bekannten Mustern (Klassenmodellen).
Die Algorithmen der akustischen Mustererkennung stammen ursprünglich aus der automatischen Spracherkennung. Sie können jedoch für eine Vielzahl von Problemen, darunter die akustische zerstörungsfreie Prüfung, aber auch die Bio- und Musiksignalverarbeitung und andere, verwendet werden. In früheren Veröffentlichungen haben wir die Theorie einer allgemeinen akustischen Mustererkennung und einige Anwendungsbeispiele bereits ausführlich dargestellt.
Dieser Beitrag beschäftigt sich mit einer Anwendung der akustischen Mustererkennung auf die zerstörungsfreie Prüfung von Zahnrädern. In unseren Experimenten haben wir die Eignung statistischer Klassifikatoren überprüft und dabei festgestellt, dass sie hervorragend für die Zahnradprüfung eingesetzt werden können. Sie waren im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren in der Lage, die Prüfaufgabe korrekt zu lösen. In einem aktuellen Projekt wollen wir die Leistungsfähigkeit der statistischen Klassifikatoren weiter verbessern.
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