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Der Nachweis von Rissen an Oberflächen hat wegen der großen sicherheitstechnischen Relevanz dieses Bereiches auch in der zerstörungsfreien Materialprüfung mit Ultraschall an Bedeutung gewonnen. Mit der Beschreibung der Ausbreitung von Longitudinalwellen an der Oberfläche wurden der Effekt des streifenden Einfalls von LongitudinaIwellen und die Schallfeldverteilung von Longitudinalwellen-Winkelprüfköpfen im Nahfeld berechnet.
Im Gegensatz zur Impuls-Echo-Technik, die im Wesentlichen auf der
Anton Erhard, Berlin Reflexion am Fehler basiert, wird bei der Time-Of-Flight Diffraction Technique (TOFD-Technik) die Beugung der Schallwellen am Fehler zum Nachweis genutzt. Zwei Winkelprüfköpfe für Longitudinalwellen sind in V-Durchschallung angeordnet. Die Prüfköpfe befinden sich jeweils auf einer Seite der Schweißnaht und werden bei der Messung parallel zur Schweißnaht verschoben. Das ausgesandte Schallbündel trifft auf Fehlerränder, an denen gebeugte Wellenanteile entstehen, die je nach Entstehungsort mit unterschiedlichen Schalllaufzeiten empfangen, in hochfrequenten A-Bildern abgespeichert und für die Auswertung in B-Bildern dargestellt werden.
Die Untersuchungen zeigen, dass die TOFD-Technik Beiträge zur Fehlergrößenabschätzung liefert, aber keinesfalls die Impuls-Echo-
Technik mit nachgeschalteter Röntgenprüfung ersetzen kann.
Bewertung kritischer Befunde bei der Ultraschallprüfung an Schweißnähten mit Modellrechnungen
(2000)
Typische Probleme bei der Schweißnahtprüfung mit Ultrschall entstehen bei ferritischen Werkstoffen vor allem durch Anzeigen von der Nahtkontur, vor allem aus dem Wurzelbereich. Die klassischen Methoden der Unterscheidung formbedingter Anzeigen von Fehlern - z.B. durch Vergleich der A-Bilder von beiden Seten einer Stumpfnaht - können unterstützt werden durch die Modellierung derartiger Anzeigen im Zusammenhang mit hypothetischen Fehlern im wurzelnahen Bereich. Im Beitrag wird die Anwendung vereinfachender Modelle auf diese Problematik vorgestellt und an Beispielen demonstriert.
Neu entwickelte Gasturbinen werden im Prüffeld mit wechselnden Belastungen beaufschlagt. Dazu wird die Gasturbine mit einer Wasserreibbremse gekoppelt, mit der eine definierte Last erzeugt werden kann.
Ursprünglich war die Wasserreibbremse für eine bestimmte Leistung, die den früheren Leistungen der Gasturbine entsprach, ausgelegt worden. Die erste Prüfung fand im Jahr 1975 statt. Da neuere Gasturbinen wesentlich höhere Leistungen erbringen und die vorhandene Wasserreibbremse weiterhin eingesetzt werden sollte, musste eine Nachqualifizierung vorgenommen werden. Das Ziel war die Absicherung auf eine mögliche Sprödbruchgefahr.
Zunächst wurde eine Studie zur Prüfbarkeit erstellt. An speziellen Testkörpern wurden im Ultraschallabor der BAM Vorversuche zur Machbarkeit, zur Empfindlichkeitsein-stellung und zur Vorbereitung der Prüfung durchgeführt. Dazu wurden spezielle Gruppenstrahlerprüfköpfe gefertigt und ein an die komplizierte Geometrie der Bremsscheiben angepasster Manipulator gebaut. Ferner wurde, um die Prüfzeiten zu reduzieren, die Software zur Datenerfassung und zur Auswertung angepasst.
Im Werk Berlin der Siemens AG wurde in Zusammenarbeit mit der Siemens AG Erlangen eine Ultraschallprüfung mit der Gruppenstahlertechnik der Wasserreibbremse durchgeführt. Überprüft wurde das gesamte Volumen auf axial, radial und tangential beanspruchte Fehler in den Bereichen der Welle und der Bremsscheibe.Die Überprüfung ergab keine relevanten Fehler, so dass die Wasserreibbremse weiterhin eingesetzt werden kann.
Angeregt durch experimentelle Arbeiten zur hochauflösenden Ultraschallprüfung mit fokussierenden Prüfköpfen wird mit Hilfe von Modellrechnungen der Einfluss verschiedener Schallfeld- und Reflektorparameter auf die Echohöhe untersucht. Von besonderem Interesse ist dabei das Verhalten typischer Testreflektoren wie der Kreisscheibenreflektor und die Querbohrung in "verformten" Schallfeldern, die durch Bauteilkrümmungen und Fokussierung entstehen können. Für solche Fälle lassen sich Abstandskurven (DAC) für verschiedene Reflektortypen rechnerisch erstellen und der experimentelle Aufwand erheblich reduzieren. Ein deutlicher Fortschritt wurde durch die Weiterentwicklung des Schallfeldmodells erreicht, das insbesondere für die Entwicklung neuer Typen von Gruppenstrahlerprüfköpfen unverzichtbar ist. Die Gültigkeit des Modells wird durch bisherige Messergebnisse bestätigt.
Zusammenfassung
Aus den Messergebnissen geht hervor, dass der Real-Time-Scanner den Reflektor-nachweis der konventionellen Prüfköpfe hinsichtlich des erreichten S/R-Abstandes erreicht und teilweise übertrifft. Weiterhin geht aus den Ergebnissen hervor, dass die Nachweisempfindlichkeit sehr empfindlich auf Abweichungen der Prüfkopf-positionierung reagiert. Nur wenn die optimale Fahrspur für jede Reflektortiefenlage getroffen wird, kann mit den konventionellen Prüfköpfen ein S/R-Abstand von mehr als 20 dB erreicht werden. Das bedeutet, dass mit den konventionellen Prüfköpfen immer mehrere parallele Fahrspuren mit kleinem Spurversatz gefahren werden müssen, um auch kleine Fehler in der Schweißnaht nachweisen zu können. Mit dem Real-Time-Scanner-Prüfkopf können mit einer einzigen Messfahrt und mit entsprechend vielen angepassten Messfunktionen mehrere parallele Fahrspuren durch elektronisch gesteuerte Bündelverschiebung erfasst werden.