Durchstrahlungstechnik in der Kerntechnik

Detlef SCHOMBACH, TV NORD SysTec GmbH & Co. KG,

Groe Bahnstrae 31, 22525 Hamburg

1. Einleitung In diesem Beitrag werden die Anforderungen an die Durchstrahlungsprfung von Schwei-nhten in Kernkraftwerken dargestellt, die sich aus den in den letzten Jahren novellierten kerntechnischen Regeln ergeben.

Fr kerntechnische Anlagen erfolgen Fertigungsendprfungen, insbesondere auch Durchstrahlungsprfungen, nach den Sicherheitstechnischen Regeln des KTA 3201.3 und 3211.3. Die KTA 3201.3 gilt fr die Prfung bei der Herstellung an Komponenten des Primrkreises von Leichtwasserreaktoren (gltige Fassung 11/2007). Die KTA 3211.3 gilt fr die Prfung bei der Herstellung an Druck- und aktivittsfhrenden Komponenten von Systemen auerhalb des Primrkreises (gltige Fassung 11/2003). Weiterhin gelten pro-jektspezifische Spezifikationen fr verschiedene Halbzeuge und Geltungsbereiche. Geprft wird bei Fertigungsprfungen auf Fehler, die whrend des Herstellungsprozesses entstan-den sind. Bei der Fertigungsprfung wird das gesamte Volumen des Prfgegenstandes be-wertet.

Wiederkehrende zerstrungsfreie Prfungen mit dem Durchstrahlungsverfahren werden nach den Vorgaben der KTA- Regeln 3201.4 (gltige Fassung 11/2010) fr Prf-stellen an Komponenten der Druckfhrenden Umschlieung und 3211.4 (gltige Fassung 11/1996) fr den Bereich der ueren Systeme durchgefhrt. Detaillierte Angaben zur Prfdurchfhrung und Bewertung sind fr jede kerntechnische Anlage separat in Standard-prfanweisungen geregelt. Durchstrahlungsprfungen kommen als Ersatz fr die Prfung der inneren Oberflchen, die fr eine Magnetpulver- und Eindringprfung nicht zugnglich sind, zum Einsatz. Die Durchstrahlungsparameter werden so gewhlt, dass Fehler, die wh-rend des Betriebes entstanden sind, gut zu erkennen sind. 2. Fertigungsendprfungen Aus den Vorgaben der KTA 3201.3 ergeben sich im Vergleich zum konventionellen Re-gelwerk zustzliche Anforderungen an die Durchstrahlungsprfung von Schweinhten bei den Fertigungsendprfungen, von denen im Folgenden beispielhaft einige vorgestellt wer-den. Prfgerechte Gestaltung Konstruktionen mit Schweinhten an drucktragenden Wandungen sind prfgerecht zu gestalten, so dass eine eindeutige Prfaussage (auch bei wiederkehrenden Prfungen) er-zielt werden kann. Dies bedeutet, dass Schweinhte mehrlagig auszubilden sind und durchgeschweit sein mssen. Zustzlich gilt: Bei nur einseitig schweibaren Rohrrund- und Stutzennhten sind Vorkehrungen zu treffen, die ein einwandfreies Durchschweien

15. Seminar

Aktuelle Fragen der Durchstrahlungsprfung und des Strahlenschutzes - Vortrag 03

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sicherstellen. Eine wurzelseitige Bearbeitung ist (auch unter Einsatz von Innenbearbei-tungsgerten) grundstzlich vorzusehen.

Rohrleitungen sind im Wurzelbereich so anzupassen, dass sich, bei Einsatz geeigne-ter Schweiverfahren, eine gleichmige, konturenarme Wurzel bildet, die Voraussetzung fr eine einwandfreie Bewertung des Wurzelbereichs ist. Fr die Ausfhrung von Stutzennhten sind in der KTA 3201.3 beispielhafte Bilder dargestellt, die auf die Einhal-tung von Prflngen L* hinweisen:

Bild 1 Beispiele fr die Ausfhrung von Stutzennhten (aus KTA 3201.3)

Zustzliche Anforderungen zu DIN EN 1435 Durchstrahlungsprfungen haben nach DIN EN 1435 (Zerstrungsfreie Prfung von Schweiverbindungen Durchstrahlungsprfung von Schmelzschweiverbindungen; Fas-sung 10/1997) zu erfolgen. Dabei sind die Bedingungen der Klasse B einzuhalten. Die in DIN EN 1435 Abschnitt 4 genannte Ersatzlsung soll dabei nicht in Anspruch genommen werden. Bei Wanddicken gleich oder grer als 8 mm sind die Einstrahlparameter so zu whlen, dass auf das Auffinden von Flankenbindefehlern ermglicht wird. Begrenzung der Wanddicke Bei Stumpfschweinhten und Stutzennhten an ferritischen Werkstoffen ist die zu durch-strahlende Nennwanddicke auf kleiner als oder gleich 40 mm begrenzt (fr aufgesetzte und angesenkte Stutzen ist hierfr die Wanddicke des Stutzens, fr durchgesteckte und einge-setzte Stutzen die Dicke des Bauteils magebend). Eine Einwanddurchstrahlung ist zu be-vorzugen. Prfung der Oberflchen nach dem Schweien Die Schweinhte sind an der ueren und inneren Oberflche mit dem Eindringverfahren zu prfen. Ist die innere Oberflche fr eine Eindringprfung nicht zugnglich, so ist diese bei Schweinhten mit Wanddicken s gleich oder grer als 8 mm mittels Ultraschall zu prfen, bei Wanddicken kleiner als 8 mm hat eine Durchstrahlungsprfung zu erfolgen. Dabei ist bei Stumpfnhten senkrecht zur Achse des Prfgegenstandes einzustrahlen, es

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Bauteilwanddickes :

Durchgesteckte Stutzen

Aufgesetzte Stutzen

s : Stutzenwanddicke

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sind die Anforderungen nach DIN 25435-7 einzuhalten. Bei Auendurchmessern kleiner als 100 mm ist gem DIN EN 1435 Bild 12 mit drei um 120 Grad versetzten Einstrahlpo-sitionen zu prfen. Prfung auf Bindung von Pufferungen Bei der Prfung von Mischnhten ist die Grenzflche zum ferritischen Grundwerkstoff auf Bindung zu prfen (bei Wanddicken gleich oder grer als 16 mm UT; gleich oder grer als 8 mm und kleiner als 16 mm UT oder RT; kleiner als 8 mm RT). Bei der Durchstrah-lungsprfung ist in Richtung der Grenzflche einzustrahlen. Die Einstrahlrichtung darf hierbei nicht mehr als 5 Grad von der Richtung der Grenzflche abweichen. Ergnzende Durchstrahlungsprfungen Ist eine vorgesehene Ultraschallprfung nur eingeschrnkt mglich, so hat dafr eine er-gnzende Durchstrahlungsprfung zu erfolgen. 3. Wiederkehrende Prfungen Aus den Vorgaben der KTA 3201.4 ergeben sich im Vergleich zum konventionellen Re-gelwerk zustzliche Anforderungen an die Durchstrahlungsprfung von Schweinhten bei wiederkehrenden Prfungen, von denen im Folgenden beispielhaft einige vorgestellt wer-den.

Bei der Durchstrahlungsprfung sind die Anforderungen nach DIN 25435-7 (Wie-derkehrende Prfungen der Komponenten des Primrkreises von Leichtwasserreaktoren; Teil 7: Durchstrahlungsprfung; Fassung 05/2003) einzuhalten. Durchstrahlungsprfungen sind nach DIN EN 1435, Prftechnik Klasse B, mit zustzlichen Anforderungen durchzu-fhren. Diese sind insbesondere: Aufnahmeanordnung bei Durchstrahlungsaufnahmen an Schweinhten Fr den Nachweis von senkrecht zur Oberflche orientierten Fehlern ist bei grer oder gleich DN 100 abweichend von DIN EN 1435 die Strahlenquelle mglichst in der Naht-ebene anzuordnen (Beispiel siehe Bild 1, aus DIN 25435-7).

Strahlenquelle

Film maximaler Verzerrungswinkel

Bild 2 Aufnahmeanordnung fr doppelwandige Durchstrahlung (Einbild) zur Pr-fung der filmnahen Wand (Senkrechtdurchstrahlung, Strahlenquelle aufge-setzt, aus DIN 25435-7)

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Anzahl Teilaufnahmen Die Mindestanzahl der Teilaufnahmen ist in Abhngigkeit der Wanddicke und des Rohr-durchmessers erhht im Vergleich zur DIN EN 1435. Positionsprfkrper/ Dokumentation Zur Kontrolle der Position der Strahlenquelle sollten bei Rundschweinhten an Rohrlei-tungen grer oder gleich DN 150 Mabnder mit Positionsprfkrpern verwendet werden. Werden keine Positionsprfkrper verwendet, muss die Position der Strahlenquelle vom Prfungsbeauftragten protokolliert und dokumentiert werden.

Bild 3 Maband mit integrierten Bleizahlen zur Markierung des Prfbereiches und

mit Positionsprfkrpern zur berprfung der Position der Strahlenquelle (aus DIN 25435-7)

Anforderungen an die Qualifikation des Prfpersonals Der Prfungsbeauftragte muss in Stufe 3 nach DIN EN 473 zertifiziert sein, ber ausrei-chende Auswerteerfahrung verfgen und mit den charakteristischen Erscheinungsformen betrieblich bedingter Fehler vertraut sein. Fr den Prfteamleiter ist Stufe 2 und fr den Prfer Stufe 1 vorgeschrieben. Ein Filmauswerter muss neben der Zertifizierung in Stufe 2 zustzliche Erfahrung von mindestens 100 h in der Filmbewertung von Schweinhten be-sitzen, er muss mit den charakteristischen Erscheinungsformen betrieblich bedingter Fehler vertraut sein und vom Arbeitgeber autorisiert sein. Prfgegenstand Die Auenoberflchen von Schweinhten mssen fr die Durchstrahlungsprfung kerbfrei und annhernd rohreben bearbeiten sein. Sichtbare Oberflchenfehler (z. B. Riefen, Kerben, Verunreinigungen) sind vor der Durchstrahlungsprfung zu beseitigen. Die Oberflche muss deshalb geglttet sein, damit die Auswertung der Durchstrahlungsaufnahmen nicht beeintrchtigt wird.

Rohrleitungen haben fr die Durchstrahlungsprfung entleert zu sein. In begrnde-ten Fllen (z. B. Rohrleitungen, die aus sicherheitstechnischen oder anlagenbezogenen Grnden nicht entleerbar sind) darf dann abgewichen werden, wenn durch Vergleichsauf-nahmen nachgewiesen wird, dass die geforderte Bildgtezahl erreicht wird.

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Strahlenquellen Es sind Gleichspannungsrntgenanlagen zu verwenden. Es drfen nur Rntgenanlagen ein-gesetzt werden, fr die ein Zertifikat ber die Messung der Brennfleckgre vorliegt. In besonderen Fllen drfen in Absprache mit den Beteiligten Gammastrahler eingesetzt wer-den. Rntgenanlagen mssen im Hinblick auf ihre Eigenschaften (Brennfleckgre, Lage des Brennflecks und Rntgenrhrenspannung) zertifiziert sein. Gammastrahler mssen im Hinblick auf die physikalischen Abmessungen des Strahlers, dessen Aktivitt und die Lage der Strahlerkapsel (ausgefahrener Zustand) zertifiziert sein.

Die maximal anzuwendende Rhrenspannung von Rntgenstrahlern fr Stahl ist in Abhngigkeit der zu durchstrahlenden Dicken vorgegeben.

Wenn in besonderen Fllen digitale Radiographie eingesetzt werden soll, so ist de-ren Eignung nachzuweisen. Begrenzung des Wanddickenbereiches Gem KTA 3201.4 ist die Anwendung der Durchstrahlungsprfung auf den Wanddicken-bereich s < 20 mm (bei Doppelwanddurchstrahlung durchstrahlte Wanddicke w < 40 mm) begrenzt. Bewertung Nach der KTA- Regel sind Anzeigen, die auf Risse oder Bindefehler schlieen lassen, so-wie Wanddickenschwchungen infolge Korrosion als Befunde zu behandeln. Analyseprfungen Analyseprfungen (z.B. gezielte Durchstrahlungsprfungen, ergnzende Ultraschallpr-fungen) sind beim erstmaligen Auftreten oder der Vergrerung von Befunden durchzufh-ren. Die Eignung der einzusetzenden Analysetechniken ist an Hand von Vergleichskrper-messungen nachzuweisen, wobei fr die Qualifizierung entsprechend der Methodik der Richtlinie VGB-R 516 (VGB-ENIQ-Richtlinie) vorzugehen ist.

4. Zusammenfassung und Ausblick Fr Fertigungsprfungen und wiederkehrenden Prfungen mit dem Durchstrahlungsverfah-ren in kerntechnischen Anlagen sind in den kerntechnischen Regeln Anforderungen spezi-fiziert, die erhht im Vergleich zum konventionellen Regelwerk sind. Die wichtigsten An-forderungen wurden beispielhaft fr den Bereich der Druckfhrenden Umschlieung, fr die die KTA- Regeln 3201.3 (Fertigung) und 3201.4 (Wiederkehrende Prfungen) gelten, dargestellt. Die KTA- Regeln 3211.3 und 3211.4, die fr die Bereiche der ueren Syste-me gelten, befinden sich zurzeit in berarbeitung. Es ist zu erwarten, dass fr die dort vor-handenen Systembereiche vergleichbare Anforderungen, wie sie bereits fr den Bereich der Druckfhrenden Umschlieung gelten, festgelegt werden. Auch die DIN 25435-7 wird zur-zeit aktualisiert. Hier sind auch einige Przisierungen fr die Durchfhrung von Durch-strahlungsprfungen in der Kerntechnik zu erwarten.

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