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Organisationseinheit der BAM
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- 8.0 Abteilungsleitung und andere (2)
- 7 Bauwerkssicherheit (1)
- 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen (1)
- 9 Komponentensicherheit (1)
- 9.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 9.4 Integrität von Schweißverbindungen (1)
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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.
Offshore-Windenergieanlagen erfordern Gründungskonzepte aus unterpulver-(UP-)geschweißten Dickblechen (bspw. der Güte S420ML). Während der Schweißfertigung kann eine zeitverzögerte wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung auftreten, deren Bewertung aufgrund der Bauteilgröße von Offshore-Strukturen sehr komplex ist. Deswegen wurde eine bauteilähnliche Geometrie (Mock-Up) entwickelt, um reale Steifigkeitsverhältnisse auf den Labormaßstab zu übertragen. Zusätzliche Versteifungen simulieren die Wirkung einer Einspannung bzw. Schrumpfbehinderung der Schweißnaht. Über die Verwendung von Schweißpulvern mit definierter Feuchte wurden zudem ein Extremszenario der Wasserstoffaufnahme simuliert. Entsprechend der vorgegebenen Mindestwartezeit für die ZfP von bis zu 48 h wurde die Schweißnaht zerstörungsfrei mit Phased-Array-Ultraschall-Prüfung (PAUT) geprüft und die Eigenspannungen über Röntgendiffraktometrie (XRD) bestimmt. Zusätzlich wurde die Wasserstoffverteilung in der Schweißverbindung numerisch simuliert. Außer zulässigen Defekten (wie Poren), wurde keine verzögerte Kaltrissbildung in den Mock-Ups festgestellt, was auf hohe Rissbeständigkeit hindeutet.
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.
Der Umfang der durch Impacts in Faserverbundmaterialien erzeugten Schäden ist abhängig von der Energie des Impacts, von der Zusammensetzung und dem Aufbau der Faserverbundwerkstoffe und von der Geometrie der Bauteile und hier im Wesentlichen von der Dicke des Bauteils. Der zerstörungsfreie Nachweis dieser Schädigungen kann sowohl mit Ultraschallverfahren als auch mit Verfahren der aktiven Thermografie erfolgen. Ein Vergleich der Nachweisempfindlichkeiten dieser Verfahren für die unterschiedlichen Schädigungen wird in diesem Beitrag in Abhängigkeit vom verwendeten Faserverbundwerkstoff (CFK und GFK), der Dicke des Materials und von der Impactenergie durchgeführt. Ergänzt werden die im Anschluss an die Schädigung eingesetzten ZfP-Verfahren mit zeitlich hochaufgelösten Thermografiemessungen, die bereits während des Impacts aufgenommen wurden.
Bei der simulationsunterstützten Planung kritischer Ultraschallprüfaufgaben ist die detaillierte Kenntnis der Parameter der eingesetzten Prüfköpfe von entscheidender Bedeutung. Durch die, in den Regelwerken (DIN EN ISO 22232-2) zugelassenen Toleranzen bei der Herstellung der Prüfköpfe sind einige Prüfkopfparameter nur ungefähr bekannt. Durch die Alterung von Prüfköpfen und Verschleiß können auch Parameter variieren, die nicht vollständig durch die erforderliche Justierung ausgeglichen werden können. Daher sind zusätzlichen Vorversuche oft unvermeidlich. In dieser Arbeit wurden nach einer statistischen Versuchsplanung (DoE) Untersuchungen zur relativen Echo-Empfindlichkeit von konventionellen Prüfköpfen durchgeführt. Die Auswertung wurde für prüfkopfbezogene und personenbezogene Stichproben durchgeführt. Es wird gezeigt, wie weit die Daten um den Zentralwert herum verteilt sind bzw. wie sehr sich das Testobjekt im untersuchten Merkmal unterscheidet. Gerade in Hinblick auf die Beurteilung der intrinsischen Fähigkeit von Prüfverfahren und der Human Factors wird das POD-Analysekonzept zur quantitativen Bewertung der Zuverlässigkeit weiterentwickelt. Die HF-Quantifizierung bezieht sich auf verschiedene Faktoren und Methoden, die in der Veröffentlichung von M. Bertovic et al. [1] ausführlich beschrieben wurden. Die Schritte, die für das Bewertungsverfahren zur POD-Analyse erforderlich sind, werden in der Veröffentlichung von D. Kanzler et al. [2] detailliert dargestellt. Die grundlegenden Anforderungen an die Testkörpersätze für die POD-Analyse wurden in der Publikation von A. Jüngert et al. [3] zusammengefasst. Diesbezüglich wurden mit Hilfe von Simulationsrechnungen die möglichen Abweichungen an Beispielen der im Projekt norm- POD ausgewählten Prüfanordnungen dargestellt. Die Ergebnisse wurden Messungen an Testkörpern gegenübergestellt.
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.
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.
Im EMRP-Projekt VITCEA werden komplementäre ZFP-Verfahren zur Prüfung von Faserverbundwerkstoffen weiterentwickelt und validiert. In diesem Beitrag werden Ergebnisse verschiedener Techniken der aktiven Thermografie und des Ultraschalls vorgestellt. Die Nachweisempfindlichkeiten bezüglich künstlicher und natürlicher Fehler mit unterschiedlichen lateralen Ausdehnungen und in verschiedenen Tiefen werden miteinander verglichen.