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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.
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.