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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.
Die Fehlerauffindwahrscheinlichkeit oder 'Probability of Detection' ist zu einer wichtigen Qualitätskennzahl von zerstörungsfreien Prüfsystemen geworden. Die Einschätzung von nur künstlichen Fehlern ist jedoch als Bewertungsgrundlage meist nicht ausreichend. Die später verwendeten Prüfobjekte mit den real vorkommenden Fehlern sind die zu betrachtende Basis, für die der Endanwender eine gültige Qualitätseinschätzung der angewandten zerstörungsfreien Prüfung fordert. Jedoch ist bei dem Fall, dass die Datenmenge gering ist, auch die Aussage der POD beschränkt. Es muss daher eine Zwischenlösung gefunden werden, in der die Informationen von beiden Prüfungen kombiniert werden. Die Mathematik ermöglicht mit der Bayes'schen Statistik, diese Informationen miteinander zu kombinieren und somit beide Informationen in die Bewertung einfließen zu lassen. Dabei spielt jedoch der Zusammenhang zwischen Signal und Fehlerausprägung eine wichtige Rolle. Praktisch angewendet und erprobt wird diese Vorgehensweise für die Bewertung der zerstörungsfreien Prüfungen der Firma POSIVA, die sich mit dem Bau eines Endlagers für hochradioaktiven Abfall in Finnland beschäftigt.
Das Ziel des Artikels ist es eine Übersicht über neue methodische Ansätze und Verfahren zur Bewertung der Zuverlässigkeit von ZfP-Systemen in Übereinstimmung mit den spezifischen Anforderungen verschiedener industrieller Anwendungen zu geben. Nach einem Überblick über die in den vergangenen Jahrzehnten erreichten Fortschritte, wird der Fokus auf die gegenwärtigen Entwicklungen gerichtet. Für hohe Sicherheitsanforderungen wurde die quantitative Fehlerauffindwahrscheinlichkeit (probability of detection, POD) basierend auf 'hit/miss'- oder 'Signal-Response'-Analysen und die ROC-Analyse (Receiver Operating Characteristics) als typische Werkzeuge entwickelt. Im Rahmen des modularen Modells für die ZfP-Zuverlässigkeit unterscheidet man zwischen den rein physikalisch-technischen Einflussfaktoren, den industriellen Anwendungsfaktoren und den menschlichen Faktoren. Es hilft zum Beispiel zu erkennen, welche dieser Faktoren man in Modellierungsrechnungen bzw. mittels offenen oder Blindversuchen untersuchen kann. Ein neues Paradigma wird für die Betrachtung der POD als eine Funktion der gewählten Systemparameter und somit als Optimierungswerkzeug verwendet, anstelle sie für die endgültige Beurteilung zu nehmen. Zur Handhabung der Zuverlässigkeitsuntersuchung von realen Defekten in einer realistischen Umgebung werden ökonomisch vertretbare, aber dennoch präzise genug arbeitende Methoden, wie der Ansatz von Bayes oder modellbasierte Methoden vorgestellt. Die menschlichen Faktoren sind oft von ausschlaggebender Wichtigkeit für die Gesamtzuverlässigkeit. Hier hilft ein systematischer psychologischer Ansatz die Engpässe und Verbesserungsmöglichkeiten zu finden.
Im Zuge der Anwendung des Schadens-Toleranz-Prinzips wird ein adäquates zerstörungsfreies Prüfsystem benötigt um strukturelle Integrität sicher zu stellen. Wenn ein zerstörungsfreies Prüfsystem jedoch bis zu den Grenzen der Detektionsfähigkeit beansprucht wird, liefert es keine übereinstimmende Indikationen der Defektentdeckung (Hit/Miss). Deshalb wird dessen Fähigkeit Defekte zu entdecken als Entdeckungswahrscheinlichkeit (POD Probability of Detection) ausgedrückt. In der herkömmlichen 'Signal Response' Signal-Antwort-Zuverlässigkeitsanalyse wird die Entdeckungswahrscheinlichkeit als eine Funktion der Defektgröße angegeben. Die Eignung des Prüfsystems wird durch den Vergleich der Größe des Defektes, der zuverlässig entdeckt wird, mit der des größten zulässigen Defektes, der die strukturelle Integrität nicht gefährdet, verifiziert. Analysen moderner Strukturen zeigen aber, dass auch andere Parameter den Schweregrad des Defektes bzgl. der Integrität der Struktur bestimmen können. Im Rahmen der Multi-Parameter-Zuverlässigkeitsanalyse kann die Entdeckungswahrscheinlichkeit als eine Funktion verschiedener Einflussparameter ausgedrückt werden. Wenn die Eignung des zerstörungsfreien Prüfsystems bestimmt wird, muss die Fähigkeit des Systems Defekte zu entdecken gegenüber dem kritischen Wert genau des Parameters ausgedrückt und geprüft werden, der den Schweregrad des Defektes für die Integrität der Struktur bestimmt. Die Nichterfüllung dieser Forderung kann zur Ablehnung von intakten Teilen oder der Akzeptanz von schlechten Teilen führen. Das Prinzip wird anhand von longitudinalen Ultraschall-Sende-Empfangs-Prüfdaten der Gußeisenmatrix mit oberflächenoffenen, semi-elliptischen, rißartigen Defekten demonstriert.
This paper gives an introduction to the field of human factors with the focus on their influence on the reliability of NDT in the nuclear energy production (in-service inspections) and final storage of highly radioactive nuclear waste. A set of methodological tools has been developed in the scope of three projects, namely: 1) a theoretical model describing potential human factors influencing manual ultrasonic inspection performance during inservice inspections in nuclear power plants; 2) a method for identifying potential human errors during acquisition and evaluation of data gathered with mechanized ultrasonic, radiographic and eddy-current systems, as well as visual testing with a remote camera (Failure Modes and Effects Analysis, FMEA); and 3) use of eye tracking methodology to optimize existing procedures and practices. The experimental results have shown that time pressure, mental workload and experience influence the quality of the inspection performance. Noticeable were influences from the organization of the working schedule, communication, procedures, supervision and demonstration task. Implementing human redundancy in critical tasks, such as defect identification, as well as using an automated aid (software) to help operators in decision making about the existence and size of defects, could lead to other kinds of problems, namely social loafing (excerpting less effort when working on tasks collectively as compared to working alone) and automation bias (uncritical reliance on the proper function of an automated system without recognizing its limitations and the possibilities of automation failure) that might affect the reliability of NDT in an undesired manner.
The Probability of Detection (POD) is used to evaluate the detectability of non-destructive testing (NDT) systems. The POD is highly dependent on the amount of available data. The Bayesian approach provides a solution to compute POD-curves in case of a small amount of real defects without losing the necessary information. The result contains the needed information for the computation of POD-curves for real defects with an acceptable amount of information, even for sparse amount of data. In this paper is shown limitations of the Bayesian approach and how it can be applied to NDT. The Bayesian approach is applied in this case to the evaluation of radiographic testing. Bayesian approach is applied to determine POD-curves for the inspection techniques of nuclear fuel disposal canisters. The reason for using Bayesian approach is the high safety demands and also the low amount of real defects due to the high quality of the reliable production techniques.
New methodologies for evaluating the reliability of NDE systems are discussed in accordance with the specific
requirements of industrial application. After a review of the substantive issues from the previous decades, the go
forward guidance is concluded.
For high safety demands a quantitative probability of detection (POD) created from hit miss
experiments or signal response analysis and ROC (Receiver Operating Characteristics) are typically created. The
modular model distinguishes between the influence of pure physics and technique, industrial application factors
and the human factor and helps to learn what factors are covered by modelling, open or blind trials. A new
paradigm is offered to consider the POD or reliability of the system as a function of the configuration of input
variables and use it for optimisation rather than for a final judgement. New approaches are considered dealing
with real defects in a realistic environment, affordable but precisely like the Bayesian approach or model assisted
methods.
Among the influencing parameters, the human factor is of high importance. A systematic psychological
approach helps to find out where the bottlenecks are and shows possibilities for improvement.
Human factors approach to the reliability of NDT in nuclear waste management in Sweden and Finland
(2010)
Nuclear power industry has the responsibility to manage and dispose of all radioactive waste from its
plants. Finnish Posiva and Swedish SKB are leading in the world in the development of disposal of
spent nuclear fuel. Their method consists of encapsulating spent nuclear fuel in copper canisters and
depositing them in the bedrock at a depth of about 500 meters for the next 100 000 years, leaving the
radioactivity to decrease naturally through the decay of the radioisotopes in it. The copper canisters,
consisting of a copper tube, a lid and a bottom (which make the outer shell) and an insert made of a
cast iron, need to be inspected for their structural integrity to ensure no critical defects are present in
the materials and welds that could lead to a leakage of the waste into the environment. Data acquired
by 4 different non-destructive testing (NDT) methods (i.e. UT, ET, RT and VT with a remote camera)
are evaluated by skilled human operators and therefore could be subject to human error.
Human Factors approach lies in identifying potential errors made by the human, their causes
and ways of preventing them. A customized Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) was
conducted to anticipate possible human failures during the data evaluation. The results led to
designing several experiments (e.g. diffusion of responsibility within the 4-eye principle, over trust in
automated systems) which are being experimentally tested in ongoing projects. The results are
expected to lead to the optimization of the procedures followed by the NDT operators and
consequently to the improvement of the overall NDT reliability.
The paper will give an overview of new methodology for evaluating the
reliability of NDE systems accurately, reliably and efficiently in accordance with the
specific requirements of industrial application. After a review of the substantive
issues from the previous workshops, the go forward guidance from these
interactions is considered.
At the beginning of the reliability analysis, the actual safety demands have to
be defined in order to fit the investigation to the level of risk when the component
would fail. Next, all the essential influencing parameters need to be documented and
transferred to an appropriate design of experiments (DOE) to determine the
reliability in terms of a qualitative assessment for lower risk or in terms of a
quantitative probability of detection (POD) or ROC (Receiver Operating
Characteristics) curves for higher safety demands. A new paradigm is offered to
consider the POD or reliability of the system as a function of the configuration of
input variables and use it for optimisation rather than for a final judgement. An
advantage for the end user is also to sample all single PODs to an integral 'Volume
POD' of a part.
Among the influencing parameters, the human factor is the most important one.
A systematic psychological approach shall help to find out where the bottlenecks are
but most importantly to provide best possible working conditions for the human
inspectors.
Es werden die Fortschritte bei der Bewertung der Zuverlässigkeit von ZfP-Systemen in den vergangenen 10 Jahren vorgestellt. Der modulare Ansatz bzw. die systematische Auflistung aller wesentlichen Einflussfaktoren stehen am Anfang jeder Bewertung, die jeweils spezifisch für einen industriellen bzw. Feldeinsatz angelegt wird. Weiterhin legt die zu Grunde liegende Sicherheitsanforderung fest, ob ein exaktes quantitatives statistisches Ergebnis z. B. für die Fehlergröße, die mit hoher Sicherheit detektiert wird angestrebt wird oder ob man sich mit einer qualitativen Abschätzung zufrieden geben kann. Moderne Werkzeuge wie das 'Design of Experiments' (Statistische Versuchsplanung), die Volumen-POD für ein Bauteil als ganzes oder auch die systematische psychologische Betrachtung des menschlichen Faktors unterstützen die Treffsicherheit der Untersuchung für den gewünschten Einsatzfall. Die Ergebnisse der ZfP-Prüfungen können immer nur so gut sein, wie der Mensch mit den Bedingungen zurechtkommt. Weiterhin kann die POD im Zusammenhang mit den Prozessparametern als helfendes Optimierungswerkzeug eingesetzt werden und nicht als endgültige Be(Ver)urteilung. Es werden Beispiele aus Bereichen der Energieerzeugung und Endlagerung präsentiert.
The paper will give an overview of new methodology for evaluating the
reliability of NDE systems accurately, reliably and efficiently in accordance with the
specific requirements of industrial application. After a review of the substantive
issues from the previous workshops, the go forward guidance from these
interactions is considered.
At the beginning of the reliability analysis, the actual safety demands have to
be defined in order to fit the investigation to the level of risk when the component
would fail. Next, all the essential influencing parameters need to be documented and
transferred to an appropriate design of experiments (DOE) to determine the
reliability in terms of a qualitative assessment for lower risk or in terms of a
quantitative probability of detection (POD) or ROC (Receiver Operating
Characteristics) curves for higher safety demands. A new paradigm is offered to
consider the POD or reliability of the system as a function of the configuration of
input variables and use it for optimisation rather than for a final judgement. An
advantage for the end user is also to sample all single PODs to an integral 'Volume
POD' of a part.
Among the influencing parameters, the human factor is the most important one.
A systematic psychological approach shall help to find out where the bottlenecks are
but most importantly to provide best possible working conditions for the human
inspectors.