Atomerőművi anyagvizsgálatok

Az előadások a következő témára: "Atomerőművi anyagvizsgálatok"— Előadás másolata:

1 Atomerőművi anyagvizsgálatok
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Atomerőművi anyagvizsgálatok (Erőművi berendezések élettartam számításának alapjai) Dr. Gémes György András BME NTI

2 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
Bevezetés 1. Az erőművek feladata a mindenkori fogyasztói igényeknek megfelelő villamos és hőenergia kielégítése. Az erőművek azonban összetett rendszerek, melyek főberendezésekre bonthatók úgy mint: a tüzelőanyagban kötött energia hőenergiává történő átalakítása (reaktor, kazánok), a hőenergia mechanikai energiává történő átalakítása (gőzturbina), a mechanikai energia villamos energiává történő átalakítása (generátor). Dr. Gémes György András BME NTI

3 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
Bevezetés 2. A főberendezések további funkcionális egységekre bonthatók: pl. kazán esetén pl. turbina esetén kazándob forrcső rendszer kamrák ejtőcső rendszer álló lapátozat járó lapátozat turbinaház csapágyak Dr. Gémes György András BME NTI

4 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
Bevezetés 3. A berendezés élettartama: Az az időtartam, ameddig a berendezés működőképes. Az élettartamot főként műszaki megoldásuk, minőségük, használati módjuk, karbantartásuk és felújításuk határozza meg. [Műszaki Lexikon] A berendezés elhasználódása: A berendezés használható-ságának az idő előrehaladásával bekövetkező csökkenése. Két fő részből, a műszaki elhasználódásból és az erkölcsi avulásból tevődnek össze. [Műszaki Lexikon] Dr. Gémes György András BME NTI

5 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
Alapfogalmak szerkezeti anyag és felépítése: az anyag természete, különbséget téve a vegyi összetétel, a kötési mód és a mikroszerkezet tekintetében igénybevétel: befolyásoló tényezők, amelyek a szer-kezeti anyagokra, azok felhasználása során hatnak tulajdonságok: olyan jellemzők, amelyek a szerkezeti anyagok viselkedését különböző igénybevételek mellett leírják Dr. Gémes György András BME NTI

6 Igénybevételek fajtái 1.
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Igénybevételek fajtái 1. mechanikai kémiai termikus biológiai sugárzásból származóak Dr. Gémes György András BME NTI

7 Igénybevételek fajtái 2.
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Igénybevételek fajtái 2. A felsorolt igénybevételek az anyag károsodását idézhetik elő, melyek a következők lehetnek: törés korrózió szövetszerkezeti elváltozás biológiai anyagkárosodás öregedés Dr. Gémes György András BME NTI

8 Szilárdságtani alapok 1. (Mechanikai igénybevétel)
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Szilárdságtani alapok 1. (Mechanikai igénybevétel) Dr. Gémes György András BME NTI

9 Szilárdságtani alapok 3. (Mechanikai igénybevétel)
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Szilárdságtani alapok 3. (Mechanikai igénybevétel) Főfeszültségek számítása háromtengelyű feszültségi állapot esetén: jelentik s értékét, ahol I1, I2, I3 a feszültségtenzor skalár invariánsai. Dr. Gémes György András BME NTI

10 Szilárdságtani alapok 4. (Mechanikai igénybevétel)
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Szilárdságtani alapok 4. (Mechanikai igénybevétel) Általános Hooke – törvény: Dr. Gémes György András BME NTI

11 Szilárdságtani alapok 5. (Mechanikai igénybevétel)
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Szilárdságtani alapok 5. (Mechanikai igénybevétel) ahol n: Poisson – tényező E: rugalmassági modulus [MPa] Dr. Gémes György András BME NTI

12 Törésmechanikai alapok 1.
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Törésmechanikai alapok 1. Griffith eredményei alapján a szerkezeteken bekövetkező törések vonatkozásában az alábbi megállapításokat tehetjük: Sorrend: repedés keletkezése repedés terjedése törés bekövetkezése Dr. Gémes György András BME NTI

13 Törésmechanikai alapok 2.
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Törésmechanikai alapok 2. A repedés terjedésének kritériuma A repedés terjedésének leírásához az energiaváltozásokat kell vizsgálni. Ha a lemez csak rugalmas alakváltozást szenved, akkor minden egységnyi tér-fogatában rugalmas energia van felhalmozva. A teljes ép lemezben tárolt energia: Dr. Gémes György András BME NTI

14 Törésmechanikai alapok 3.
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Törésmechanikai alapok 3. Vizsgáljuk meg azt az esetet, amikor a lemezben a húzásra merőlegesen egy 2c hosszúságú repedés van. Így a lemezben tárolt energia: A repedés következtében felszabadult energia: Dr. Gémes György András BME NTI

15 Törésmechanikai alapok 4.
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Törésmechanikai alapok 4. A repedés növekedése során felszabaduló energia: d A repedés felületi energiája: A repedés felületi energiájának változása a repedés növeke-dése során: d ahol g: fajlagos felületi energia [J/m2] Dr. Gémes György András BME NTI

16 Törésmechanikai alapok 5.
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Törésmechanikai alapok 5. A repedésterjedés feltétele: d Határesetben: ahol K: feszültségintenzitási tényező [MPa·m1/2] Dr. Gémes György András BME NTI

17 Törésmechanikai alapok 6.
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Törésmechanikai alapok 6. Elemi törési módok: Dr. Gémes György András BME NTI

18 Törésmechanikai alapok 7.
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Törésmechanikai alapok 7. Gyors törés: Dr. Gémes György András BME NTI

19 Törésmechanikai alapok 8.
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Törésmechanikai alapok 8. Rideg törés: Dr. Gémes György András BME NTI

20 Törésmechanikai alapok 9.
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Törésmechanikai alapok 9. Szívós törés: Dr. Gémes György András BME NTI

21 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
Kisciklusú fáradás 1. ismétlődő (ciklikus) igénybevétel 104-nél kevesebb igénybevétel hatására eltörik a feszültség a folyáshatár közelében, esetleg felette van makroszkópikus alakváltozással kell számolni Dr. Gémes György András BME NTI

22 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
Kisciklusú fáradás 2. A repedésterjedés sebességét befolyásoló tényezők: a repedés közeli feszült-ségmező a repedés csúcsa előtt elhelyezkedő anyag vi-selkedése szerkezet geometriája repedés alakja, mérete terhelő erők nagysága és iránya anyagtulajdonságok a terhelés frekvenciája Dr. Gémes György András BME NTI

23 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
Kisciklusú fáradás 3. A fáradásos repedésterjedést az alábbi módon írhatjuk le: ahol a: repedés hossza N: ciklusszám s: terhelő feszültség K: repedés csúcsa előtti anyag- részre jellemző feszültséginten- zitási tényező c1, c2, c3, n: állandók Dr. Gémes György András BME NTI

24 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
Hőfáradás Dr. Gémes György András BME NTI

25 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
Kúszás 1. Definíció: A folyáshatárnál kisebb ter-helés mellett magas hőmér-sékleten, hosszú idő alatt be-következő alakváltozás. Dr. Gémes György András BME NTI

26 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
Kúszás 2. T·(C+ln t) =állandó Larson – Miller összefüggés: Dr. Gémes György András BME NTI

27 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
Kúszás 3. Dr. Gémes György András BME NTI

28 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
Kúszás 4. Dr. Gémes György András BME NTI

29 Kúszás 5. (Mechanikai igénybevétel)
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Kúszás 5. (Mechanikai igénybevétel) Méretezés történhet: tartamszilárdságra: az a feszültség, amit az anyag törés nélkül megadott ideig biztonságosan elvisel, kúszási határra: az az időtartam, amit az anyag törés nélkül elvisel adott feszültség mellett. Dr. Gémes György András BME NTI

30 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
Kémiai igénybevétel Erőművi főberendezések esetén a kémiai igénybevétel leggyakoribb formája a korrózió. Definíció: Fémfelület korróziója: a szerkezeti anyagnak a környezet hatására végbement és a felületről kiinduló bárminemű elváltozása, amely kémiai, fizikai-kémiai folyamatok ered-ménye [Műszaki Lexikon] Dr. Gémes György András BME NTI

31 Korrózió (Kémiai igénybevétel)
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Korrózió (Kémiai igénybevétel) Kémiai korrózió: közvetlen kémiai kölcsönhatás ered-ménye, a fémion és az elektron kilépés térbelileg nem elvá-lasztva, hanem molekuláris határon belül, elektromos áram keletkezése nélkül megy végbe. Elektrokémiai korrózió: a fémion és az elektron kilépés tér-belileg elválasztva elektromos áram keletkezése mellett megy végbe. Dr. Gémes György András BME NTI

32 Korrózió fajtái (Kémiai igénybevétel)
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Korrózió fajtái (Kémiai igénybevétel) Egyenletes korrózió: az érintett felületen egyenletesen megy végbe. következménye: falvastagság csökke-nés Helyi korrózió: a fémfelület meghatározott helyére ter-jed ki. következmény: lyukadás Dr. Gémes György András BME NTI

33 Korróziósebesség 1. (Kémiai igénybevétel)
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Korróziósebesség 1. (Kémiai igénybevétel) Befolyásoló tényezők: T, pH, k, v Korróziót előidéző gázok (O2, CO2), kloridok. ahol T: hőmérséklet [K] pH: kémhatás [-] k: fajlagos vezető képesség [S/cm] v: a közeg áramlási sebessége [m/s] Dr. Gémes György András BME NTI

34 Korróziósebesség 2. (Kémiai igénybevétel)
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Korróziósebesség 2. (Kémiai igénybevétel) A korrózió sebességét leíró képlet a KWU néven ismert összefüggés: ahol wk: korrózió sebesség [g/m2h] kc: geometriai tényező [-] B, N: a szerkezeti anyag króm molibdén tartalmát és a munkaközeg hőmérsékletét figyelembe vevő tényező. f(t): a szerkezeti anyag üzemidejét figyelembe vevő tényező. Dr. Gémes György András BME NTI

35 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
Kémiai igénybevétel Dr. Gémes György András BME NTI

36 Termikus igénybevétel 1.
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Termikus igénybevétel 1. Növelt hőmérsékletnek kitett anyagokban szerkezeti változások mennek végbe, melyek az alkalmazás szempontjából meghatározó tulajdonságokat hátrányosan befolyásolják. Dr. Gémes György András BME NTI

37 Termikus igénybevétel 2.
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Termikus igénybevétel 2. A termikus igénybevétel következményei: mechanikai tulajdonságok romlása szövetszerkezet átalakulása újrakristályosodás diffúziós folyamatok felgyorsulása (pld. kúszás) feszültségmező megváltozása belső járulékos feszültségek kialakulása Dr. Gémes György András BME NTI

38 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
PÉLDÁK Dr. Gémes György András BME NTI

39 A repedés keletkezési folyamata
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium A repedés keletkezési folyamata A Kimutatható károsodás | D A repedés megjelenés G Átszakadás Dr. Gémes György András BME NTI

40 A replikavizsgálat értékelése
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium A replikavizsgálat értékelése Replika vizsgálat az adott helyen A replika vizsgálat eredményének értékelése (0 - 5). Az üregek sűrűségének meghatározása Ismételt előkészítés és replika vizsgálat. A falvastagság megmérése. Folyamatos köszörülés a negatív tűréshatárig. Ismételt előkészítés és replika vizsgálat. A replika vizsgálat értékelése. Az üregsűrűség meghatározása. Tovább üzemelés. Javítás, csere. Dr. Gémes György András BME NTI

41 A replikavizsgálat értékelése
Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium A replikavizsgálat értékelése 0 osztály: Nincs termikus okra visszavezethető szövetszer-kezet változás 3 osztály: Időtartam károsodás mikropórus láncok formájában 5 osztály: Szövetszerkezeti sérülések mak-rorepedések formájában Dr. Gémes György András BME NTI

42 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
Dr. Gémes György András BME NTI

43 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
Dr. Gémes György András BME NTI

44 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
Főgőzvezeték ívek A főgőzvezeték ívek élettartamát befolyásoló tényezők: anyagminőség geometria R/D hőmérséklet nyomás (feszültség) gyártási eredetű hibák (ovalitás, eltérő falvastagságok) Dr. Gémes György András BME NTI

45 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
545 °C Üzemi hőmérséklet T Betriebstemperature T 548 °C h 542 °C h 4 % Ovalitás U Unrundheit U 30 mm Falvastagság sz Wanddicke sz 5 % h 3 % h 29,5 mm h 30,5 mm h élettartam rövidülés Lebensdauerverkürzung -30000 -20000 -10000 10000 20000 30000 40000 50000 h élettartam hosszabodás Lebensdauerverlängerung -40000 Dr. Gémes György András BME NTI

46 Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium
VÉGE Dr. Gémes György András BME NTI