Filtern
Erscheinungsjahr
Dokumenttyp
- Beitrag zu einem Tagungsband (22)
- Vortrag (6)
- Beitrag zu einem Sammelband (3)
- Posterpräsentation (3)
- Zeitschriftenartikel (1)
- Sonstiges (1)
Sprache
- Deutsch (27)
- Englisch (8)
- Mehrsprachig (1)
Schlagworte
- Air-coupled ultrasound (3)
- Luftgekoppelte Ultraschallprüfung (3)
- Phased Array (3)
- Bildhafte Auswertung (2)
- Ferroelektret (2)
- Komplizierte Geometrie (2)
- Mechanische Ultraschallprüfung (2)
- Phased array (2)
- Radsatzwellenbruch (2)
- Reinheitsgrad (2)
Organisationseinheit der BAM
Eingeladener Vortrag
- nein (6)
Zusammenfassung
Die zunehmende Auslegung von Werkstoffen und Bauteilen bis dicht an ihre Leistungsgrenzen erfordert von Seiten der zerstörungsfreien Prüfung eine zunehmende Steigerung ihrer Nachweisempfindlichkeit sowie eine Verbesserung ihrer Analysemöglichkeiten. Um diesen Forderungen gerecht zu werden, wurde eine 7-achsige mit bürstenlosen (AC)-Servomotoren und linearen Servoverstärkern sowie ungetakteten Netzteilen ausgerüstete Tauchtechnik-Anlage aufgebaut, die sich durch eine hohe Störfreiheit auszeichnet und so sehr hohe Prüfempfindlichkeiten gestattet.
Berichtet wird über das Konzept sowie über eine neue zukunftweisende modular aufgebaute Steuer- und Auswerte-Software.
Am 9. Juli 2008 entgleiste ein Hochgeschwindigkeits-Triebzug der Baureihe 403, ICE3, bei der Ausfahrt aus dem Kölner Hauptbahnhof. Ursache dafür war der Schwingbruch einer Radsatzwelle. Im Auftrag der Staatsanwaltschaft Köln untersuchte die BAM die Schadensteile, insbesondere die gebrochene Treibradsatz-Hohlwelle.
Zunächst wurden das Drehgestell, der Antriebsstrang, die Räder, die Bremsen und die gebrochene Radsatzwelle visuell untersucht und deren Zustand dokumentiert.
Anschließend erfolgte die zerstörungsfreie Prüfung der beiden Bruchstücke der Hohlwelle mit teilmechanisierter Ultraschall-Handprüfung.
Vor der Zerlegung der Radsatzwelle wurden ausgewählte Maße kontrolliert und die Oberfläche eingehend untersucht. Nach der Probenahme und Präparation wurden die relevanten spezifizierten Eigenschaften des Wellenwerkstoffs überprüft.
Mittels Bruchflächenanalyse konnte die Startstelle des Schwingrisses lokalisiert, aufgrund der starken Sekundärschäden auf der Bruchfläche und an den Bruchkanten jedoch nicht direkt ausgewertet werden. Durch die Kombination von Mikro-Computertomographie und Ultraschall-Tauchtechnik wurden u. a. nahe der Schwingriss-Startstelle Inhomogenitäten erkannt, die durch metallographische Zielpräparation als nichtmetallische Einschlüsse identifiziert wurden. Die Größe dieser Einschlüsse ist gemäß gefordertem Reinheitsgrad unzulässig. Vergleichbare Einschlüsse in diesem hochbeanspruchten Bereich der Radsatzwelle haben vermutlich den Schwingriss initiiert.
Bei der Prüfung von gekrümmten Bauteilen in Tauchtechnik muss man die Veränderung des Schallfeldes durch die Form der Oberfläche berücksichtigen. Insbesondere bei hochauflösenden Ultraschallprüfungen mit Fokusprüfköpfen kommt es hierbei zu drastischen Verzerrungen des Schallfeldes.
Diese Verzerrungen sind bei der Empfindlichkeitseinstellung sowie bei der Auslegung von Fokuspunkt- und Spurabstand zu berücksichtigen, um eine ausreichende Prüfempfindlichkeit zu erreichen. Es werden Beispiele von Simulationsrechnungen an typischen Prüfanordnungen vorgestellt.
Die heutigen Anforderungen an Bauteile und deren Materialien werden immer höher. Somit steigen auch die Anforderungen an die notwendigen Prüfverfahren zur Qualitätsbestimmung bzw. –erhaltung. Durch den optimierten Einsatz von mechanisierten Prüfverfahren und der Verwendung von Visualisierungsalgorithmen wird es möglich, Prüfergebnisse mehrdimensional und farbcodiert z.B. als Überblicksansicht über das Volumen des geprüften Bauteils zu bekommen.
Bei der hochauflösenden Volumenprüfung eines Bauteils mittels Ultraschall-Tauchtechnikverfahren, bei dem anstelle einer einfachen Ja/Nein – Aussage eine detaillierte Analyse erforderlich ist, ist es notwendig, alle Messdaten, d.h. jedes A-Bild an jedem Ort, zu speichern.
Bei der Auswertung der Daten werden vorwiegend 2D-Darstellungen, wie z.B. das C-Bild der gescannten Fläche, B-Bilder der Scan- und Index-Ebene sowie das A-Bild an der jeweiligen Position verwendet. Um sich z.B. ein Überblick über das Volumen zu verschaffen, werden die B-Bilder der jeweiligen Ebene gescrollt. Bei diesem Verfahren erhält man zwar eine genaue Aussage in den einzelnen Ebenen, aber doch wenig Informationen über die Lage der Anzeigen im Prüfvolumen.
Eine 3D-Visualisierung der Volumenmessdaten liefert unter Berücksichtigung der Bauteilgeometrie und einer Farbcodierung der Amplitudenwerte eine übersichtliche Darstellung über Lage, Größe und Verteilung der Anzeigen im Volumen des Bauteils.
Die wiederkehrende zerstörungsfreie Prüfung von längs gebohrten
Eisenbahnradsatzwellen mit Ultraschall erfolgt im eingebauten Zustand aus der Wellenbohrung heraus. Neben den aufzufindenden Fehleranzeigen erzeugt aufgrund der geometrischen Bedingungen der Radsatzwelle hierbei jeder Querschnittsübergang eine umlaufende Formanzeige in der Ergebnisdarstellung. Durch den Prozess des Aufschrumpfens der Radscheiben auf die Sitze können weiterhin örtlich statistisch verteilte Bereiche im Sitz entstehen, die bei der Ultraschallprüfung Anzeigen hervorrufen, die so genannten Scheinanzeigen. Insbesondere in den Bereichen der Querschnittsübergänge ist zum einen die Prüfsituation sehr komplex, zum anderen ist hier die Wahrscheinlichkeit für eine Rissbildung am höchsten. Bei der Befundanalyse stößt die derzeit verwendete Prüftechnik in diesen Bereichen an ihre Grenzen, so dass nicht immer eine eindeutige Prüfaussage erfolgen kann. Im Bericht werden Lösungsansätze für Analyseverfahren vorgestellt, die auf Basis der Gruppenstrahlertechnik bzw. mit Fokusprüfköpfen in Verbindung mit dem Einsatz von Signalverarbeitung vielversprechende Ergebnisse zur Optimierung dieser Situation aufzeigen.
Der Ultraschall-Volumenscan als Werkzeug zur Prüfung komplizierter Geometrien und komplexer Gefüge
(2007)
Rundlaufende Hochleitungs-Werkzeuge mit wendelförmigen
Kühlkanälen, wie Bohrer und Fräser, bestehen aus pulvermetallurgisch
hergestelltem Hartmetall. Bei diesem Herstellungsprozess wird die Formmasse in
einem sehr plastischen Zustand durch spezielle Schneckenstrang-Pressen, in denen
sich auch die Formungsteile für die Kühlkanäle befinden, gedrückt. Bedingt durch
diesen Herstellungsprozess der Rohlinge, können an der Oberfläche und, was
besonders unangenehm ist, auch an den Kühlkanälen kleine Risse entstehen, die die
Festigkeit bzw. Haltbarkeit des Werkzeuges herabsetzen. Daher werden die
Rohlinge mit Ultraschall geprüft.
Diese Prüfung kann bei größeren Wanddicken (größer 10-12 mm) und max. 2
Kühlkanälen noch mit "normalen" Ultraschall-Prüfgeräten in einem Tauchbecken
erfolgen, wobei der Prüfkopf mit einer ausreichenden Wasservorlaufstrecke über
den sich drehenden Rohling geschoben wird. Wird der Durchmesser des Rohlings
kleiner oder besitzt er mehr als 2 Kühlkanäle, ist es für den Prüfer nicht mehr
möglich, Fehler- von Formanzeigen zu unterscheiden. Abhilfe bieten in diesem Fall
die bildgebenden Ultraschall-Techniken, wie z. B. der Volumenscan.
Der Volumenscan ist ein um eine zusätzliche Koordinate erweitertes B- oder TDBild.
Daher ist er in seiner Gesamtheit auch nur 3-dimensional darstellbar, oder, was
bezogen auf die Auswertung große Vorteile bringt, die 2-dimensionalen Bilder der
zusätzlichen Koordinate werden in einer Art Videosequenz durchgescrollt. Die
aufgenommenen Amplituden sind farbcodiert.
Die Wirkungsweise des Volumenscans wird am Beispiel der Prüfung von
Hartmetall-Rohlingen mit wendelförmigen Kühlkanälen für Hochleistungswerkzeuge
gezeigt und erläutert.