Forschungsvorhaben zum Einfluss der Herstellungsqualität auf die Sicherheit von druckführenden Komponenten

Abstract

In den letzten Jahren sind einige Fälle von Herstellungsfehlern in Komponenten der druckführenden Umschließung von Kernkraftwerken bekannt geworden. Solche Fehler können dazu führen, dass die Anforderungen an die sicherheitstechnische Auslegung nicht mehr eingehalten werden und mit einer Schädigung oder einem Versagen der Komponenten im Betrieb oder bei Störfällen gerechnet werden muss. Daher ist ein Auftreten von Fehlern während der Fertigung zu verhindern. Eine spätere Reparatur oder ein Ersatz fehlerhafter Komponenten im Betrieb ist in der Regel nur unter großem Aufwand möglich. In dem vorliegenden Forschungsvorhaben wurden von der GRS Fertigungsverfahren von Komponenten der druckführenden Umschließung in Leichtwasserreaktoren untersucht, um mögliche Ursachen für fertigungsbedingte Abweichungen, Maßnahmen zu deren Erkennung und Vermeidung sowie den Umgang mit vorhandenen Abweichungen und deren Bewertung aufzuarbeiten. Hierzu werden verschiedene Fertigungsverfahren für diese Komponenten beschrieben, d. h. Gieß-, Umform-, Schweißverfahren und Wärmebehandlungen. Während der einzelnen Fertigungsschritte können Fehler oder Abweichungen auftreten, die in der Regel durch eine optimierte Prozessführung und die Einhaltung von Vorgaben vermieden oder minimiert werden können. Beispiele für typische Fehler sind Seigerungen, Einschlüsse, Lunker, Risse, Gefügefehler oder geometrische Abweichungen. Weiterhin werden die zerstörenden und zerstörungsfreien Prüfungen beschrieben, die zwischen den Fertigungsschritten und zur Endabnahme durchgeführt werden, um mögliche Fehler oder Abweichungen frühzeitig aufzufinden. Falls sie nicht toleriert werden können, sollen sie möglichst noch im Rahmen der Fertigung beseitigt werden. Alternativ müssen Halbzeuge bzw. Komponenten verworfen und neu gefertigt werden. Anschließend werden die Vorgaben zur Fertigung von Komponenten der druckführenden Umschließung in verschiedenen nationalen Regelwerken analysiert, z. B. KTA, ASME, RCC-M, russisches Regelwerk. Um Fehler in den Komponenten zu vermeiden und eine hohe Qualität dieser Komponenten zu gewährleisten, enthalten diese Regelwerke sowohl Anforderungen an die Qualifizierung einzelner Fertigungsverfahren und Prüfmethoden als auch an die Durchführung der Fertigung. Schließlich werden anhand einiger prominenter Beispiele die sicherheitstechnischen Auswirkungen von fertigungsbedingten Abweichungen analysiert. Within the last years few cases of manufacturing faults in components of the reactor coolant pressure boundary in nuclear power plants have been reported. Such faults may lead to a situation in which the requirements for the safety-related design are no longer fulfilled and may cause a failure of the components during normal operation or an accident. Therefore, these kinds of faults have to be prevented during manufacturing. Repairing of replacing these components with faults during operation is generally much more challenging. Within the present research project GRS has investigated manufacturing processes for the fabrication of pressure boundary components in light water reactors to gather information concerning root causes of manufacturing deviations, measures to identify and prevent these deviations as well as evaluation and further handling of existing deviations. To this end, different manufacturing processes like casting, forming, welding and heat treatment that are necessary to fabricate these components have been investigated. During each process step faults can occur which mainly can be prevented or mitigated by an optimised process and by strictly meeting the specifications. Examples of typical faults are segregations, inclusions, cavities, cracks, structure defects or geometrical deviations. Furthermore, different destructive and non-destructive testing techniques are described that are applied between fabrication steps and at the end of manufacturing to find any non-tolerable fault in good time. So, it can preferably be removed during manu facturing. Alternatively, the half-finished or finished products are to be rejected and manufactured once more. Subsequently, different national codes and standards providing guidance for the manufacture of components of the pressure boundary have been analysed, e. g. KTA, ASME, RCC-M, Russian regulations. To prevent faults and to guarantee the required high quality of components these regulations include qualification requirements of manufacturing and testing methods as well as specific manufacturing requirements. Finally, the consequences of fabrication related faults for the safety of the plant were analysed based on some prominent examples.