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Organisationseinheit der BAM
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (3)
- 5 Werkstofftechnik (2)
- 5.2 Metallische Hochtemperaturwerkstoffe (2)
- 8.4 Akustische und elektromagnetische Verfahren (2)
- 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation (1)
- 7 Bauwerkssicherheit (1)
- 7.1 Baustoffe (1)
- 8.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 8.5 Röntgenbildgebung (1)
- 9 Komponentensicherheit (1)
Within a know-how transfer project funded by the government conventional ultrasonic
technique was replaced by phased array technique for automated round-bar testing. Instead of
applying a great number of conventional probes to achieve acceptable volume coverage we used
curved linear arrays. The benefits of phased array technique such as programmable skew angles,
beamforming and beam positions, led not only to a significant decrease in inspection time, but also the
number of probes could be substantially reduced . Finally, the testing parameters for a large range of
bar-diameters could be adapted by software control instead of time-consuming mechanical
replacement. The probe-design was carried out by a proprietary modelling program. Both the
theoretical calculations as well as the latter experimental verifications revealed significant advantages
of curved arrays versus the planar types. A radial oriented probe offers perfect adaption to the
cylindrical shape of the specimen allowing wide variations of the sound field. Thus beam direction,
beam size and beam position could be optimized with respect to a minimum of inspection cycles, as
inspections have to be executed in-line during the production. A number of laboratory tests were
carried out on special test components. In order to achieve an optimal performance of the reference
rod we implemented three different types of reference reflectors: (i) flat-bottom-holes with diameters
of 0.8 mm and 1.2 mm, (ii) side-drilled-holes with a diameter of 0.7 mm for the detection of
volumetric flaws, and (iii) notches with a depth of 0.2 mm and 0.5 mm for the detection of surfaceoriented
defects. All laboratory tests were carried out with the COMPAS-XXL inspection system, a
proprietary development of BAM.
Bei der automatisierten Prüfung von Stangen mit Ultraschall-
Gruppenstrahlertechnik besteht grundsätzlich die Möglichkeit, Prüfkopfparameter
wie Einschallwinkel, Fokustiefe und Schallbündelbreite programmgesteuert an sich
verändernde Prüfbedingungen anzupassen. Zu diesen zählt die Temperatur des
Koppelmediums (Wasser), die in einem Bereich von 10°C bis 50°C liegen kann, was
zu unterschiedlichen Schallgeschwindigkeiten führt und den Einschallwinkel
verändert. Mit der Folge, dass unter Umständen die geforderte 100%-Abdeckung
des Prüfvolumens nicht mehr gewährleistet ist.
Auch geometrische Abweichungen, wie sie durch die fertigungsbedingte Streuung
des Prüflings gegeben sind, können Einfluss auf das Prüfergebnis nehmen. So
führen Abweichungen vom idealen Geradheitszustand zu Fehlpositionierungen des
Prüfkopfs, was wiederum Einfluss auf die Lage und Beschaffenheit des Schallbündels
in der Stange hat. Ähnliches gilt für nicht vollkommen kreisförmig ausgebildete
Stangendurchmesser, die unterschiedliche Schalleintrittsbedingungen bewirken und
Abweichungen von den theoretisch ermittelten Werten zur Folge haben.
Im Rahmen eines vom BMWi geförderten Forschungsvorhabens wurde der Einfluss
dieser Parameter untersucht und ihre Auswirkungen für den Betrieb einer
automatisierten Prüfanlage unter realen Betriebsbedingungen ermittelt. Dies betrifft
vor allem den maximal möglichen Schallbündelversatz innerhalb des Arrays, der die
Anzahl der erforderlichen Prüftakte bestimmt und damit die maximale
Vorschubgeschwindigkeit des Prüflings. Des Weiteren werden Möglichkeiten zur
programmgesteuerten Kompensation der untersuchten Temperatur- und
Geometrieabweichungen durch eine flexible Anpassung der Gruppenstrahler-
Prüfkopfparameter aufgezeigt.
Stress corrosion cracking is a transcrystalline or intercrystalline crack formation in materials which
occurs under the influence of static tensile stress or residual stress and a specific aggressive
medium such as chloride containing substances.
This special sort of crack formation is involved in complex crack configurations, which may
only insufficiently be captured by conventional ultrasonic probes with fixed angles of incidence.
Only a number of different beam angles produce sufficient reflection to reconstruct the complete
defect shape from measured ultrasonic data. The SAFT algorithm, which was recently successfully
used in many industrial NDT-applications, is a promising tool for the reconstruction process. In
addition, the combination of phased array technique and SAFT was developed in several projects
by BAM, Berlin. Investigations using phased array equipment were performed to look into crack
configurations in test blocks with different surface curvatures. UT-SAFT has been used for the
analysis of spark-eroded notches simulating stress corrosion cracks at the thermo sleeve weld of a
nozzle. For comparison, UT-SAFT has also been applied for the analysis of real reflectors at the
same position in a nozzle used in a power plant, which was repaired later on. SAFT-scans received
from reconstructed ultrasonic measurement data confirm the practical usefulness of the SAFTalgorithm
developed by BAM.
The paper presents numerical methods to detect and classify defects and inhomogeneities by means of active thermography. The objective is to determine the wall thickness of structure elements with an inaccessible back wall, for example, of pipes or Containers. As test specimens we used approximately 2 cm thick PVC samples with spatial variations in the back wall geometry. Flash lamps provided the heating. To know the thickness of the wall, we used two inversion methods and compared the results achieved. One is an iterative echo defect shape method and already tested on Steel test specimens with good reconstruction results. The second one is the Levenberg-Marquardt method, applied here to thermographic data for non-destructive testing. Since data capturing using active thermography and the presented numerical methods can easily be automated, the combination of these two procedures is a promising approach providing a broad area of application.
Adhesively bonded aluminum components have been widely used in the aerospace industry for weight-efficient and damage-tolerant structures. Automated squirter jet immersion ultrasonic testing is a common inspection technique to assure the bond integrity of large, contoured assemblies. However, squirter jet inspection presents several limitations in scanning speed, related to water splash noise over protruding stiffeners and splash interference crosstalk in multi-channel inspection systems. Air-coupled ultrasonic testing has been evaluated as an alternative, possibly offering the benefits of increased throughput by enabling higher speeds, and eliminating the contamination concerns and maintenance issues of water couplant systems. Adhesive joints of multi-layer aluminum plates with artificial disbonds were inspected with novel air-coupled ultrasonic probes based on cellular polypropylene. Disbonds of various sizes were engineered in several multi-layer configurations and at various depths. Results were compared with squirter jet immersion and conventional piezoelectric transducer designs in terms of scan contrast, resolution and inspection time.
Eddy Current Technique is a powerful method for detection of surface notches and of buried flaws during inspection of metallic parts. Recent EC array probes have demonstrated a fast and efficient control of large surfaces. Nevertheless, when the size of flaws decreases or the defect is rather deep, traditional winding coil probes turn out to be useless. Magnetoresistive sensors present the advantages of flat frequency response and micron size. These sensors are hence very attractive for the detection of buried defects that require low frequencies because of skin depth effect. An optimization of the probe with magnetoresistive sensors as receivers has been made by simulations using CIVA software and finite elements methods with OPERA. EC probes for buried flaw detection have been designed. Experimental results have been compared with simulations.
Ultrasonic testing of adhesively bonded joints using air-coupled cellular polypropylene transducers
(2014)
In air-coupled ultrasonic testing, the impedance mismatch between the transducer and the air is commonly being solved by adding matching layers to composite transducers. To avoid the difficult technological procedure regarding matching layers, some new piezoelectric materials have been proposed. Most promising are ferroelectrets, which are charged cellular polymers, having ferroelectric and consequently piezoelectric properties. In particular, the extreme softness of cellular polypropylene (cPP) leads to a high piezoelectric constant and to a good impedance match with the air, making matching layers redundant. Its elasticity modulus below 1 MPa causes an additional effect not observed with common piezoelectric materials: that is the electrostrictive effect, here defined as the thickness change due to the attractive force between the transducer electrodes. This effect exceeds the piezoelectric effect at excitation voltages over 1 kV. The extreme softness of cPP leads also to high flexibility, enabling easy focusing by bending the transducer.
We have developed air-coupled ultrasonic transducers based on cPP. This includes the electrical matching networks for the transmitter and for the receiver. The transmitter is excited with voltages up to 2.5 kV, so that the electrostrictive effect dominates, leading to sound pressure around 145dB at the transducer surface. These transducers have been applied for testing carbon-fiber-reinforced polymer plates, adhesive joints and other composite structures. Here we report about ultrasonic transmission of two types of adhesive joints. The first one is multi-layer aluminium components with some artificial disbonds, which are common in aerospace industry, and the second one is an aluminium-steel joint with polyurethane adhesive, which is used in automotive industry.
Aktive Thermografie mit Lockin-Anregung ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren, das insbesondere auch die Prüfung von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen ermöglicht. Um eine Standardisierung dieses Verfahrens voranzubringen, wurden im Rahmen eines Forschungsprojektes umfangreiche Untersuchungen zur Validierung des Verfahrens durchgeführt. Für die Anregungsmethoden optisch und Ultraschall wurden die wichtigsten Parameter systematisch untersucht. Auf der Auswertungsseite ist dies z.B. der Einfluss der spektralen Empfindlichkeit verschiedener Kamerasysteme. Für die Anregungen sind unter anderem die Einflüsse von Anregungsenergie und Ultraschallfrequenz untersucht worden. Auch Materialparameter, wie der Lagenaufbau bei CFK-Probekörpern, beeinflussen die Ergebnisse stark.
BAM und TATA Steel untersuchen gemeinsam, ob sich die Prüfung von ferritischen Feinblechen mit einer Stärke von etwa 0,2 mm während der Fertigung durch den Einsatz von GMR-Sensorik verbessern lässt. Hierzu wurde eine Vorstudie an Feinblechen mit eingebrachten Mikronuten durchgeführt. Diese Nuten variieren in ihrer Tiefe zwischen 5 μm und 60 μm und wurden verdeckt mit ZfP-angepassten GMR-Sensorarrays geprüft. Die Ergebnisse der Vorstudie zeigten, dass bei verdeckter Prüfung schon kleinste Defekte mit einer Tiefe von 10 μm - gleichbedeutend mit einer Restwanddicke von 90 % – mit einem SNR > 6 dB detektiert werden konnten, wobei der Abstand der Prüfsonde zur Oberfläche bis zu 500 μm betrug. Zudem wurden in der Vorstudie Untersuchungen zur Prüfgeschwindigkeit und Praxistauglichkeit durchgeführt.
Basierend auf den hier gewonnenen Ergebnissen wird ein erster Demonstrator für eine zuverlässige Prüfung eines Teilbereiches von 50 mm des Feinbleches innerhalb einer Produktionslinie aufgebaut. Zum Einsatz kommen Prüfsonden mit jeweils 24 GMR-Sensorelementen. Hierbei wird das Ziel einer umfassenden Prüfung des Feinblechs über die gesamte Breite von 1200 mm angestrebt. Eine besondere Herausforderung stellt dabei die hohe Anzahl von mehr als 1000 Sensorelementen dar. Das hierfür entwickelte Prüfkonzept umfasst neben einer angepassten Erzeugung des Magnetfeldes die Entwicklung einer geeigneten schnellen und sicheren Elektronik für die neuen Mehrkanalprüfköpfe. Neben der Vorstellung des Prüfkonzeptes und seiner Eigenschaften vergleichen wir die erzielten Prüfergebnisse an verschiedenen Vergleichsfehlern mit denen der Vorstudie.