Erfahrungs- und Forschungsbericht 2012 - Ensi

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Erfahrungs- und Forschungsbericht 2012 - Ensi

Projektziele

Die Anlage 5 der Richtlinie zur Alterungsüberwachung

der schweizerischen Kernanlagen ENSI-B01/d

[1] regelt den Nachweis der Sprödbruchsicherheit

des Reaktordruckbehälters (RDB). Diese Anlage enthält

in Analogie zu den ASME Code Cases N-629 [2]

und N-631 [3] die Option, die nach dem Prüfstandard

ASTM E 1921 [4] ermittelte Referenztemperatur T 0

als Referenztemperatur der ASME K IC -Grenzkurve

[5] zu verwenden. Damit wird einem internationalen

Trend entsprochen, die für eine Sprödbruchsicherheitsbewertung

notwendige Bruchzähigkeit der RDB-

Werkstoffe nicht mit einer indirekten und korrelativen

Verfahrensweise zu bestimmen, sondern direkt

mit den Voreilproben zu messen [6–8].

Ziel dieses Vorhabens ist die Überprüfung der Anwendbarkeit

des Prüfstandards ASTM E1921 [4]

auf Mehrlagenschweissnähte des Reaktordruckbehälters.

Dem Prüfstandard ASTM E1921 [4] liegt

das Master-Curve-(MC)-Konzept [9, 10] zugrunde,

welches auf Stähle mit einem makroskopisch homogenen

ferritischen Gefüge anwendbar ist. Das Material

einer Umfangsschweissnaht des nicht in Betrieb

genommenen Biblis-C-RDB eröffnet die Möglichkeit,

eine bruchmechanische Charakterisierung von

Schweiss gut durchzuführen, welches repräsentativ

für die Kernkraftwerke in der Schweiz ist. Mit dieser

Untersuchung kann die Anwendbarkeit des MC-

Konzeptes auf das Schweissgut von Mehrlagenschweissungen

und die Repräsentativität der mit

Voreilproben ermittelten Referenztemperatur T 0 bewertet

werden. In der Schweiz sind die Voreilproben

aus Schweissgut überwiegend T-L-orientiert, d.h.

die Rissfortschrittsrichtung ist die Schweissrichtung.

Bei dieser Probenorientierung umfasst die Rissfront

mehrere Schweisslagen mit einem makroskopisch inhomogenen

Gefüge, für welches das MC-Konzept

gemäss Definition nicht gilt [4, 9, 10]. Es wird ge prüft,

ob T-L-orientierte Proben für die bruchmecha nische

Prüfung von Schweissgut nach dem Prüfstandard

ASTM E1921 [4] geeignet sind. In diesem Zusammenhang

wird auch der Einfluss der Probenorientierung

auf die Streuung der Bruchzähigkeit und die daraus

berechnete Referenztemperatur T 0 untersucht.

Durchgeführte Arbeiten und

erreichte Ergebnisse

Material und Proben

Das verwendete Schweissgut stammt aus der Umfangsschweissnaht

zwischen dem unteren und

oberen Schmiedering vom RDB des nicht in Betrieb

genommenen Biblis-C-Reaktors. Die Angaben

zur Herstellung des RDB, zu den verwendeten

Segmenten 220 AB S und 220 AD3 S und zur

Probenherstellung sind in den ENSI-Jahresberichten

2010 und 2011 [11,12] enthalten. Für die Untersuchungen

des Einflusses der Probenorientierung

auf die Streuung der Bruchzähigkeit wurden

die SE(B)-Proben mit T-L (Probenachse axial und

Rissfortschritt in RDB-Umfangsrichtung) bzw. T-S

(axial und Rissfortschritt in RDB-Dickenrichtung)

orientiertem Hauptkerb gefertigt. Für die Untersuchung

des Einflusses der Probengrösse und des

Probentyps auf T 0 und zur Ermittlung von ISO-V-Parametern

im Kerbschlagbiegeversuch sind weiterhin

1T-C(T)- bzw. ISO-V-Proben gefertigt worden.

Prüfung und Auswertung

Die Prüfung der SE(B)- und C( T)-Proben zur Ermittlung

der Referenztemperatur T 0 nach ASTM E 1921

[4] ist in den ENSI-Jahresberichten 2010 und 2011

[11, 12] beschrieben. Im Berichtszeitraum sind folgende

Untersuchungen durchgeführt worden:

Prüfung von T-L- bzw. T-S-orientierten 0,4T-SE(B)-

Proben aus mehreren Dickenpositionen nach

ASTM E1921 [4] bei gleicher Prüftemperatur

und Identifizierung der Rissinitiierungsorte im

Rasterelektronenmikroskop.

Prüfung von T-L- bzw. T-S-orientierten ISO-V-

Proben aus 19 Dickenpositionen mit dem Kerbschlagbiegeversuch

nach DIN EN ISO 148-1 [13]

und Ermittlung der spröd-duktilen-Übergangstemperaturen

und Hochlageenergien.

Mit der Prüfung der zusätzlichen SE(B)-Proben sollen

die 2011 [12] vorgestellten Ergebnisse zur Verteilung

der Rissinitiierungsorte in T-L- bzw. T-Sorientierten

Proben ergänzt und der Einfluss der

Prüftemperatur auf die Spaltbruchinitiierung untersucht

werden. ISO-V-Tests wurden mit der Zielstellung

durchgeführt, die damit ermittelten mechanisch-technologischen

Kennwerte und die mit

angerissenen 0,4T-SE(B)-Proben ermittelten bruchmechanischen

Parameter zu vergleichen. Damit

ist eine Bewertung der Bruchzähigkeiten möglich,

die mit der herkömmlichen indirekten und korrelativen

Methode ermittelt sowie direkt gemessen

wurden.

Mit diesen Untersuchungen wurde das experimentelle

Versuchsprogramm abgeschlossen.

Ergebnisse

Die in den Jahresberichten 2010 und 2011 [11, 12]

vorgestellten Ergebnisse wurden mit den im Be-

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