DE3029936A1

DE3029936A1 - Verfahren zur einstellung von wirbelstrompruefgeraeten

Info

Publication number: DE3029936A1
Application number: DE19803029936
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 8524 Neunkirchen Wahode
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1980-08-07
Filing date: 1980-08-07
Publication date: 1982-03-04

Description

Verfahren zur Einstellung von Wirbelstromprüfgeräten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines WirbelstromprUS- und Registriergerätes, an das zwei im Vergleichsverfahren geschaltete Spulen angeschlossen sind und von denen die eine - die Vergleichsspule - ein dem späteren Prüfling entsprechendes Rohr oder stabförmiges Werkstück stationär umschließt und die andere - die eigentliche Prüfspule - für den kontinuierlichen Durchlauf des zu prüfenden Werkstückes vorgesehen ist.
Die Wirbelstromprüftechnik ist ein hervorragendes Mittel zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. Es lassen sich damit Werkstoffeigenschaften, Materialf ehler, Dimensionsänderungen usw. berührungslos feststellen. Hier ist insbesondere auch auf die Kernreaktortechnik hinzuweisen, wo dieses Verfahren zur Prüfung von Behältern und Rohrleitungen, z.B. in Wärmetauschern, ebenso wie bei der Inspektion von Brennelementen, Verwendung findet.
Zur Gewährleistung der Betriebssicherheit solcher Anlagen werden diese Bauteile routinemäßig untersucht. Es gibt Fälle, bei denen nur eine Prüfung der Rohrrestwandstärke nicht ausreicht. Selbst bei gleichbleibender Wanddicke kann nämlich allein schon durch Gefügeänderung die erforderliche Bauteilfestigkeit beeinträchtigt werden, so z.B.
bei Zircaloy-Hüllrohren der Reaktorbrennstäbe durch Hydridaussoheidungen. Diese Hydridausscheidungen sind begleitet von Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit des Materials, die mit Hilfe des Wirbelstromprüfverfahrens erfaßt werden können. Der Zusammenhang zwischen PrUfkörpereigenschaften und Geräteanzeige läßt sich etwa kurz folgendermaßen darstellen. Eine von Wechselstrom durchflossene Spule ist durch ihren Scheinwiderstand charakterisiert, der eine komplexe Größe darstellt und dessen Realteil durch den Ohmschen Widerstand R und dessen Imaginärteil durch den induktiven Widerstand L verkörpert wird. Real- und Imaginärteil lassen sich in einer Ebene auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre darstellen.
In dieser komplexen Scheinwiderstandsebene (Impedanzebene) ist eine Prüfspule durch einen Punkt gekennzeichnet0 Dies gilt für eine leere Spule aber auch ebenso für eine mit leitfahigem Werkstoff gefüllte Spule Verändert sich die Materialeigenschaft,z.B. der elektrische Leitwert oder die Dimension dieses Prüfkörpers, so lassen sich aus Größe und Richtung der Verschiebung des Impedanzpunktes diese Veränderungen ermitteln.
Bei diesen Prüfverfahren kommt der GerEteJustierung eine ausschlaggebende Bedeutung zu. Diesem Zweck dienen verschiedene an sich bekannte Methoden. Hierbei werden meist mit einer bestimmten Anzahl von Teststücken oder auf statistischem Weg tber eine größere Zahl von Proben die Toleranz grenzen für Dimensionsabweichungen oder Leitfähigkeitsabweichungen statisch in der Impedanzebene auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre dargestellt und deren Lage zueinander durch Wahl der Prüffrequenz und Auswerteeinrichtung optimiert. Bei den relativ kleinen Leitfähigkeitsänderungen, wie sie bei Zircaloy-Hüllrohren durch Wasserstoffaufnaame auftreten, hat sich dieses Verfahren zur Geräte Justierung als nicht genügend genau herausges.tel Im allgemeinen sind zuvor weder die Richtung des zu unterdrUckenden Effektes (hier die Dimensionsänderung der Probe) noch die optimale Prüffrequenz zur maximalen Spreizung der Anzeigerichtungen (hier für Leitfähigkeitsänderung und Dimensionsänderung) bekannt. Diese müssen mit besonders präparierten Kalibrierstücken, die der Originalfertigung entstammen sollen, ermittelt werden. Es ist daher äußerst schwierig, aus der Fertigungsmenge zwei gleiche Proben mit gleicher elektrischer Leitfähigkeit und gleicher Dimension auszusuchen und diese dann bei der statischen Kalibrierung immer in die gleiche PrUfspulenpos'tion zu bringen. Hinzu kommt, daß die zur Festlegung der Leitfähigkeitsachse mit Wasserstoff versehene Probe beim Hydrieren eine Volumenzunahme erfahren hat, die den Impedanzpunkt auf dem Bildschirm in Richtung Dimensionsänderung verschiebt.
Außerdem kann eine Erwärmung des Teststückes durch die Wirbelströme auftreten, womit sich Durchmesser und auch elektrische Leitfähigkeit merklich ändern.
Es stellte sich daher die Aufgabe, die genannten Schwie rigkeiten der genauen Posionierung der Teststücke sowie des Kalibrierverfahrens zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Kennzeichen des Anspruches 1 dargestellte Verfahren gelöst.
Das erwähnte Reststück wird so ausgebildet, daß es zunächst zwei benachbarte Bezugspunkte enthält, die außerhalb der Dimensions- und Leitfähigkeitstrennungen des Grundmaterials liegen. Das kann z.B. wie hier durch örtlich begrenztes Hydrieren des Zircaloy-Hüllrohres erfolgen.
Diese beiden Leitfähigkeitsanomalien sollten gleich groß sein, d.h. ihre lmpedanzpunkte sollten zusammenfallen.
Wird nun bei einem dieser Bezugspunkte zusätzlich zu der Leitfähigkeitsabweichung eine Dimensionsabweichung eingebracht, z.B. durch eine kleine Bohrung durch die Rohrwand, dann wird dieser Impedanzpunkt in Richtung des Dimensionseffektes verschoben. Diese Verlagerungsrichtung des Impedanzpunktes stellt die Achse der Dimensionsänderungen dar. Leitfähigkeitsänderungen (zOB Hydridkonzentrationen in Zircaloy-HUllrohren) müssen dann senkrecht dazu in der Impedanzebene ausgewertet werden.
In der Fig. 1 ist die von einem Tastkörper aufgenommene Spur des Impedanzwertes eingezeichnet. Der Testkörper ist dabei entsprechend dem Vorschlag dieser Erfindung mit zwei Bezugspunkten (Hydridkonzentrationen) versehen, die auf dem Schirmbild infolge der damit eSntretenden Leitfähigkeitsabweichung eindeutig feststellbar sind. Für das Beispiel der Leitfähigkeitsmessung, zur Feststellung der Wasserstoffverteilung in einem Zircaloy-Hüllrohr wurde ein Testrohr T, siehe Fig. 2, nach an sich bekannten Methoden in einem Ofen unter Wasserstoffatmosphäre aufhydriert und anschließend eine Stelle J mit Hilfe der Induktionserwärmung im Vakuum örtlich begrenzt mehrere Stunde lang aufgeheizt0 Diese Aufheizung bewirkte in dieser Zone eine Abwanderung des Wasserstoffes und eine Anlagerung desselben in den benachbarten kalten Zonen H.
Diese Wassg stoffkonzentrationen sind in der Fig. 3 über der Fig. 2 dargestellt und entsprechen den Kurvenspitzen B und A.
Die Schleifen-Endpunkte der Laufpunktspuren in Fig. 1 entsprechen diesen Werten B und A. Nun wird nach dieser Erfindung in der den Punkt B entsprechenden mit Wasserstoff angereicherten Zone H des Hüllrohres T eine kleine Bohrung D angebracht. Durch diese Dimensionsänderung wird eine Verlagerung des Punktes B zum Punkt B' verursacht.
Damit wird die Verlagerungsrichtung des Impedanzpunktes bei Dimensionsänderungen erkennbar, siehe entsprechend der strichpunktierten Linie B-B' Leitfähigkeitsänderungen werden dann senkrecht zu dieser so bestimmten Richtung gemessen.
In der Praxis wird diese Dimensionsrichtung (Linie B-B') auf dem Oszilloskop-Bildschirm waagerecht Justiert, wenn die Leitfähigkeitsändeningen in vertikaler Richtung (Y-Achse) ermittelt werden sollen.
Mit Hilfe des geschilderten Verfahrens und der speziellen Herrichturig eines Testkörpers können die Geräteeinstellungen sowohl im Labor als auch an Ort und Stelle bei der PrUfpraxis rasch eingestel-;t und bzw. überprüft werden.
Das Beispiel des Zircaloy-Hüllrohres wurde gewählt, da die Wasserstoffaufnahme für die Festigkeit desselben, insbesondere bei einer Langzeitlagerung im Abklingbecken von Bedeutung ist. Dieses Verfahren läßt sich selbstverständlich auch auf andere Materialien anwenden, gemeinsam ist die Erstellung eines Testkffrpers mit entsprechenden GefUgeanomalien, von denen die eine zusätzlich durch eine Dirnensionsanderung auf dem Schirmbild verschoben und damit leicht Identifizierbar erscheint. Die Untersuchung dieses Testkörpers mit und ohne diese Dimensionsänderung ergibt dann die Richtung der Verlagerungsanzeige, die dann am Prüfgerät bzw. auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre in die Horizontale, also parallel zur X-Achse,verschoben wird. Die Abstände der Impedanzpunkte des später aus zu messenden Prüflings von der X-chse, also in Y-Richtung, entsprechen dann wieder der jeweiligen Leitfähigkeit.
2 Patentansprüche 3 Figuren

Claims

Patentnsn ruche Verfahren zur Einstellung eines Wirbelstrommeß- und Registriergerätes mit einer Kathodenstrahlröhre als Anzeigeinstrument, an das zwei im Vergleichsverfahren geschaltete Spulen angeschlossen sind und von denen die eine - die Vergleichsspule - ein dem späteren Prüfling entsprechendes Rohr oder stabförmiges Werkstück stationär umschließt und die andere - die eigentliche Prüf spule - für den kontinuierlichen Durchschub des zu prüfenden Werkstückes vorgesehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß zunächst ein Reststück durch die Prüfspule geschoben wird, das mit zwei nebeneinander liegenden Leitfähigkeitsanomalien versehen und von denen die eine zusätzlich noch mit einem Materialdefizit,z.B. einer kleinen Bohrung, gekennzeichnet wurde, so daß die auf dem speichernden Schirm der Kathodenstrahlröhre beim Durchschub des Teststückes durch die Prüfspule entstehende Spur des Impedanzpunktes außerhalb eines Toleranzbereiches für Leitfähigkaits- und Dimensionsabweichungen des Grundmaterials liegende, eindeutig definierte Bezugspunkte enthält, deren gedachte Verbindungslinie der Dimensionsrichtung in der Impedanzebene entspricht und das Spurbild so gedreht wird, bis diese Verbindungslinie parallel zu einer Achse der Kathodenstrahlröhre verläuft, so daß Spurabstände senkrecht dazu das leicht ablesbare Maß für die Leitfähigkeit darstellen.
2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Feststellung des Wasserstoffgehaltes in Zircaloy-Hüllrohren von Kernreaktorbrennstäben über die elektrische Leitfähigkeit des Materials durch Verwendung eines Kalibrierstückes, das d a d u r c h g e k e n n z e ic h n e t ist, daß es aus einem aufhydrierten Zircaloyrohr besteht, das an einer Stelle durch Induktionserwärmung an Wasserstoff verarmt wird, dabei sich in den beiden direkt benachbarten Zonen ein erhöhter Wasserstoffgehalt einstellt und die eine dieser Zonen mit einer kleinen Bohrung oder Querschnittsminderung gekenn7eictnet wird.