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Die zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) ist aus solchen Bereichen unseres Lebens nicht mehr wegzudenken, in denen Schäden mit hohen Folgekosten oder Gefährdungen von Menschenleben entstehen können (Beispiele: Transportwesen, Energieerzeugung, Chemieindustrie). In der Praxis kann ein Prüfsystem an seine Grenzen geraten, z.B. bei kleinen Defekten. Defekte mit kritischer Größe werden möglicherweise nicht detektiert. Daher müssen probabilistische Bewertungsverfahren das Prüfsystem beschreiben.
Es wird eine objektive Qualitätskennzahl gesucht, auf deren Basis die Anwendbarkeit der Prüfmethode definiert werden soll. Die Auffindwahrscheinlichkeit (engl. probability of detection - POD) erfüllt diese Anforderung. Die POD zeigt auf Basis des Zusammenhangs und der Streuung der Daten, ob das Verfahren für die Prüftätigkeit akzeptiert werden kann oder noch verbessert werden muss.
Das ursprüngliche POD-Verfahren wurde für quasi eindimensionale Defekte in dünnen Luftfahrtbauteilen entwickelt. In der industriellen Realität ist diese Bewertung ein Balanceakt zwischen Statistik und Durchführbarkeit: Die Prüfung soll mit realen Defektdaten für die spätere Produktion des Bauteils (bzw. wiederkehrende Wartungsprüfung) bewertet werden. Doch die notwendige Gegenüberstellung zwischen Schliffdaten, für die Erfassung der wahren Defektgröße von räumlich ausgeprägten Defekten und dem Signal eines ZfP-Systems stellt sich als herausfordernde und kostenintensive Aufgabe heraus. Sowohl die Aufstellung eines gemeinsamen Koordiantensystems als auch die Beschreibung und Angleichung der Daten stellen eine notwendige Vorarbeit dar. In dieser Arbeit wird ein mögliches Vorgehen entwickelt, dass im Weiteren eingesetzt werden kann. Während in der Literatur zum Thema POD häufig die Begrenzung des Einsatzes einer eindimensionalen POD (POD mit einem Defektparameter) für reale Defekte bereits erkannt wurde, soll außerdem in dieser Arbeit das Verfahren auf der Signalseite umfassender erweitert werden, um die Einbeziehung realer Defekte in die POD-Bewertung zu ermöglichen. Hierfür werden mit Hilfe dieser Arbeit zwei wesentliche Neuerungen in der POD-Bewertung eingeführt:
1. Die Anzeigenfläche wird als wichtiges Indiz zur Detektion in die Bewertung eingeführt. Dabei zeigt der Ansatz einer Observer-POD, bei dem der Detektierbarkeit eines Defekts beschrieben wird, eine Möglichkeit in die Bewertung zu erweitern. Jedoch wird die notwendige Datenanzahl die für eine Observer-POD selten mit Experimenten erreicht. Daher schlagen wir die Einführung eines Glättungsalgorithmus vor, um auch auf der Basis von wenigen Daten die Flächenabhängigkeit zu erfassen. Der Algorithmus wird hierbei durch simulierte Daten auf seine Funktionsfähigkeit überprüft, bevor er auf reale Defekte angewendet wird. Gleichzeitig helfen die simulierten Daten einen Vergleich zu den vorhergegangenen Ansätzen zu ermöglichen.
2. Darüber hinaus reichen die Daten der realen Defekte häufig nicht aus, um die statistische Forderung zu gewährleisten, so dass es notwendig, wird künstliche Defekte mit einzubeziehen. Deshalb sollen die vorhanden künstlichen Defekte in Form von Referenzdefekten mit einbezogen werden, um die statistische Grundlage zu erhöhen. Für die Prüfung von Referenzdefekten sind jedoch wichtige Einflussgrößen (z.B. Oberflächenrauhigkeit) nicht vorhanden. Wegen der unterschiedlichen Aussagekraft der Daten und zur Vermeidung einer zu optimistischen Abschätzung, ist eine einfache Mischung der Daten ausgeschlossen. Um realen Defekten eine Möglichkeit dafür zu schaffen, dass die Eigenschaften der realen Defekte angemessen auf das Ergebnis der Bewertung des Verfahrens Einfluss nehmen können, wird eine gewichtete Kombination der Defektdaten für die Bewertung vorgestellt. Das Vorgehen wird am Beispiel der radiographischen Prüfung einer elektronenstrahlgeschweißten Naht durchgeführt. Die Schweißnaht verbindet den Deckel zur Außenwand eines Kupferbehältern, der für die spätere Endlagerung von verbrauchten Brennstäben aus Kernkraftwerken entwickelt wurde. Die Messergebnisse stammen aus von der Firma Posiva Oy, dem zuständigen Unternehmen für die Endlagerung von verbrauchten Brennstäben aus Kernkraftwerken in Finnland. Hierbei stellt die POD-Bewertung ein wichtiges Element in der Gesamtrisikobewertung für das Endlagersystem dar.
The usefulness and purpose of evaluating nondestructive testing (NDT) systems and their capabilities has changed in the last decade. The conventional method of simply applying a familiar statistical algorithm to say whether the system is usable for the tasks is history. Nowadays, multiple parameter methods which describe the probabilities
of detection (POD) of different systems or real defects need new characteristics and a broader variety of statistical models to describe the true system behaviour. The appraisal of the NDT system involves diverse departments within a company (engineering, NDT-operators, and statisticians), but is, at the same time, more needed and requested than in the past. In this article, an approach is discussed in which professionals from different fields worked well together, accomplishing cost-intensive metallographic studies in correlation with well-understood physical behaviour of NDT-methods as well as deep-discussed mathematical methods to create a holistic evaluation of the technical reliability for a specific radiographic testing (RT) equipment. The first part of the publication will show the comparison between metallographic grinding and the RT indications. An essential innovation over past evaluation methods was the use of a multi-scale smoothing algorithm, which describes physical parameters, which were not used in evaluation like the POD in this way in the past. In the second part the statistical requirements for the POD take the focus. It can often be hard to make significant statements; especially in the case where only a small amount of data is available. The combination of data and the use of knowledge from simulations are essential. One possible solution will be shown for the RT evaluation. The methodology is used for evaluating the digital RT system for the inspection of electron-beam welds, which was method considered to seal the Finnish copper canisters for the final deposit of spent nuclear fuel.
How much information do we need? A reflection on the correct use of real defects in POD evaluations
(2015)
The report 'Probability of Defect Detection of Posiva's electron beam weld' describes POD curves of four NDT methods radiographic testing, ultrasonic testing, eddy current testing and visual testing. POD-curves are based on the artificial defects in reference blocks. The results are devoted to the demonstration of suitability of the methods for EB weld testing. Report describes methodology and procedure applied by BAM.
Report creates a link from the assessment of the reliability and inspection performance to the risk assessment process of the canister final disposal project. Report ensures the confirmation of the basic quality of the NDT methods and their capability to describe the quality of the EB-weld.
The probability of detection curves are determined based on the MIL-1823 standard and it's reliability guidelines. The MIL-1823 standard was developed for the determination of integrity of gas turbine engines for the US military.
In the POD-process there are determined as a key parameter for the defect detectability the a90/95 magnitudes, i.e. the size measure a of the defect, for which the lower 95 % confidence band crosses the 90 % POD level. By this way can be confirmed that defects with a size of a90/95 will be detected with 90 % probability. In case the experiment will be repeated 5 % might fall outside this confidence limit.
The inspection of the sealing weld is an important phase for the evaluation of the acceptability of final disposal canister, but the weld is only a part of the 3D shielding of copper shell. The main tasks for reliable NDT evaluation requires an extensive evaluation of the parameters which contains typical inspection related items like repeatability, S/N ratio, POD, setting up the equipment for inspection, and all practices for inspections. The other parameters are material parameters, their variation must be taken into account in the evaluation of NDT reliability. Further parameters include human factors, i. e. human inspectors and their interaction with technical systems; their effects were studied on an example of the evaluation of eddy current data. Final parameters are related to evaluation of detected defects, which means sizing and base for acceptance and this can be done in different ways. Some examples are given and results are compared with different methods for instance between radiographic testing and ultrasonic testing by raw data analysis and PA-SAFT results. Also, preliminary curves for the evaluation of metallographic results of 55 defects will be shown by EB weld measurements. Some practical items concerning copper inspections will be also discussed related to acceptability.
The focus of NDT reliability research in the past was in the field of two high risk industries: (atomic) power plants and aircrafts. The responsible organizations have been well aware of the risks and founded projects to understand and optimize critical steps during production, operation and maintenance. But the use of NDT is not limited to these two fields. The risks during operation of chemical plants, trains or windmills are different from the area above but evident. The coverage by legal regulations is relatively low. Instead of this owner responsibility, product liability and financial issues are the driving forces to do inspections and to use non-destructive testing. The different targets and financial issues influence the practice of NDT-inspections. A survey of this practice and its results are shown.