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Eingeladener Vortrag
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Charakterisierung einer durch Überlast geschädigten GFK-Platte mit Thermografie und Ultraschall
(2013)
Eine GFK-Platte mit eingefräster Nut wurde in einem Zugversuch mit
ca. 90 kN belastet, was zu einer sichtbaren Veränderung an den Seitenflächen führte.
Anschließend wurde die Platte mit Ultraschall und Thermografie auf innere Schädigungen untersucht. Beide Verfahren konnten räumlich ausgedehnte Bereiche mit zahlreichen Anzeigen nachweisen, jedoch keine geschlossene Fläche. Mit UT wurden außerdem porenreiche oberflächennahe Schichten in dem Material detektiert. Diese Poren verringerten die Nachweisempfindlichkeit beider Messverfahren.
Faserverbundwerkstoffe wie kohlefaserverstärkte Kunststoffe CFK sind vergleichsweise schwer mit Ultraschall zu prüfen, weil die starke Dämpfung, der inhomogene Aufbau und die akustische Anisotropie die Wellenausbreitung behindern bzw. komplizieren. Die Folge ist, dass die Ansprüche an die Prüfung oft stark reduziert werden müssen. Die vorgestellte Prüftechnik nutzt die Möglichkeiten der räumlichen Fokussierung und des zweidimensionalen Winkelscans von Matrix Phased Array Prüfköpfen MPA in Kombination mit Echosignalüberlagerungsalgorithmen für eine substantielle Verbesserung der Auflösung und des Signal-Rausch-Verhältnisses. Sowohl bei der Ansteuerung des MPA als auch bei der Auswertung wird die Anisotropie des Werkstoffs berücksichtigt. Das MPA wird über die Oberfläche bewegt und an einer Anzahl von Messpunkten werden zweidimensionale Winkelscans durchgeführt. Das Ergebnis sind räumliche Echohöhenverteilungen, aus denen Schnittbilder oder auch Volumendarstellungen erzeugt werden können.
Anhand von Messungen an CFK-Platten mit Flachbodenbohrungen KSR 1 und 2 sollen die Empfindlichkeit und das Auflösungsvermögen der Prüftechnik demonstriert werden. Weiterhin werden Untersuchungen an Impaktschäden gezeigt, die typischerweise bei Faserverbundwerkstoffen bei starken punktförmigen Belastungen auftreten.
Wie erkennt man Risse oder Einschlüsse in Stabstahl, bevor daraus beispielsweise eine Automobil-Antriebswelle entsteht? Halbzeugprodukte werden vor der Weiterverarbeitung zerstörungsfrei auf Fehlerfreiheit geprüft, denn nicht erkannte Schäden können teure Rückrufaktionen zur Folge haben. Dieser Beitrag stellt ein Verfahren vor, mit dem die bisherige konventionelle Ultraschallprüfung durch die Gruppenstrahlertechnik ersetzt wird und die Prüfqualität bei gleichzeitiger Beschleunigung des Prüfvorgangs signifikant erhöht werden kann.
Die Kombination der Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT) mit der Tauchtechnik stellt eine besondere Herausforderung dar. Zwei für SAFT notwendige Bedingungen – die große Schallbündeldivergenz und die Kenntnis über den Ort des Senders bzw. des Empfängers, der für die phasenrichtige Überlagerung der Echosignale genau bekannt sein muss – lassen sich einfach erfüllen, wenn kleine, fast punktförmige Sensoren direkt auf der Oberfläche des Prüfobjektes ankoppeln. Diese Anordnung ist in der Regel nicht vereinbar mit den praktischen Ansprüchen an die Signalqualität und die Flexibilität der Prüftechnik.
Werden jedoch Prüfköpfe mit üblichen Abmessungen und zudem noch mit Vorlaufstrecken verwendet, dann ist die Bestimmung der Sensororte und der Schalllaufwege durch die brechende Fläche nicht mehr trivial, wenn man die für SAFT geforderte Genauigkeit in Rechnung stellt.
Etwas anderes, aber ein im Prinzip einfacher Weg zur räumlichen Lokalisation von Echoquellen ist die Auswertung des 2D Sektorscans eines Matrixarrays und dessen dreidimensionale Darstellung. Durch gezielte Steuerung des Arrays gelingt auf einfache Weise die ortsrichtige Zuordnung.
Bei der laufenden Instandhaltung der Schienenfahrzeuge werden die
Radsätze auf Fehlerfreiheit geprüft. Dabei werden sowohl die Laufräder wie auch
die Radsatzwellen einer zerstörungsfreien Prüfung mit Ultraschall unterzogen.
Im Fahrzeuginstandhaltungswerk Wittenberge der DB AG wurde im Jahre 2001 die
bisher eingesetzte Handprüfung bzw. eine teilmechanisierte Prüfung mit
konventioneller Technik durch eine mechanisierte automatische Prüfung mit
Ultraschall-Gruppenstrahlertechnik abgelöst. Es werden Radsatz-Vollwellen von
klotzgebremsten Güterwagen, die neben den beiden Radsitzen keine
Querschnittsübergänge aufweisen, und Vollwellen von scheibengebremsten
Personenzügen mit bis zu 3 Bremsscheiben geprüft. Dabei sind unterschiedliche
Bauarten und Geometrien zu berücksichtigen und auf radiale Fehler
(Oberflächenrisse) zu untersuchen, die ab einer Tiefe von 2 mm und einer
Ausdehnung von 20 mm mit einem Signal-Rausch-Abstand von mindestens 6 dB
nachzuweisen sind.
Aufgrund der vorliegenden Betriebserfahrungen wurde im Jahre 2007 eine
Erweiterung in Angriff genommen. Bei Radsatz-Vollwellen ohne Bremsscheiben
musste der Prüfumfang, der sich bisher auf Wellenschenkel, Notlauf und die
Querschnittsübergänge am Radsitz beschränkte, auf den gesamten Längenbereich
ausgedehnt werden. Dies unter der Vorgabe, lediglich die bereits installierten 4
Gruppenstrahler-Prüfköpfe von 4 festen Einschallpositionen aus in 2 Prüfschritten
einzusetzen. Zusätzlich verringerte sich die Längenausdehnung der geforderten
Fehlergröße auf 15 mm.
Erfahrungen bei der Prüfung von Radsatz-Vollwellen unterschiedlicher Bauarten
und Baujahre machten zusätzlich eine Justierfunktion bzw. einen
Empfindlichkeitsausgleich erforderlich. Vor allem bei älteren Bauarten treten hohe
Empfindlichkeitsschwankungen auf, die durch eine automatisierte
Verstärkungsanpassung kompensiert werden müssen. Hierzu wird während des
Prüfablaufs die Schallschwächung ermittelt, deren Ergebnis in automatisierter Form
in die Befunderstellung mit einfließt.
Der Beitrag stellt darüber hinaus die Herausforderung dar, die Umrüstarbeiten
innerhalb des laufenden Betriebs durchzuführen bzw. die notwendigen
Stillstandszeiten auf ein Minimum zu beschränken.
Die Gefährdung durch Pipelines ist in der Öffentlichkeit wegen zahlreicher Berichte über Unfälle weitgehend präsent. Warum? Weil jeder Unfall die Gefahr von massiven Umweltschäden mit sich bringt und bei Leitungen, die durch besiedeltes Gebiet führen, sogar mit menschlichen Opfern verbunden sein kann. Thema dieses Beitrags ist ein neuartiges Ultraschall-Verfahren, das eine schnellere, sichere und kostengünstigere Prüfung derartiger Rohrleitungssysteme erlaubt.
Defect sizing is required for a quantitative assessment of the quality and reliability of safety relevant components and materials using ultrasonic non-destructive testing. The SAFT (Synthetic Aperture Focussing Technique) and the TOFD technique (Time Of Flight Diffraction) are such promising sizing candidates, extracting more information from the raw ultrasound echo data and the corresponding crack tip response. In this work the phased array technique is used to inspect a clad mock-up model of a pressure vessel section. The full scale model contains artificial test reflectors which are located in the weld and in the cladding region as well. The defects—representing typical flaws at a very early stage—are analysed with different frequencies, beam angles and directions of incidence.
For the reconstruction of reflector indications a SAFT algorithm is applied to the phased array measurement results. Additionally the reflectors are analysed by means of the TOFD technique, using different beam angles at the same time. Both analysis methods are performed using different directions of incidence considering the complex cladding structure underneath the inner surface of the mock-up model. A direct comparison of the SAFT and TOFD techniques shows that, besides the clarity of the results, the detection and sizing capabilities of SAFT are far better.