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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.
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.
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.
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.
For the last 20 years active thermography has developed into a standard method in non-destructive material testing. It has become possible to detect defects such as cracks, voids, or even material inhomogeneities. Until now, it is still difficult to quantify subsurface or hidden defects in size due to the diffusive nature of heat flow within a solid. Facing this issue, lockin thermography and other photothermal techniques have been established. They are based on exciting a sample periodically (e.g. with a halogen lamp), causing a controlled periodical heat flow and thereby representing strongly damped thermal waves. These techniques make use of interference and reflection of thermal waves which allow enhancing depth resolution.
So far, only the temporal component of the light source was modified to achieve a defined vertical heat flow – In contrast, we propose a novel technique in which we are able to control both: time and space. This technique enables us to exploit the possibilities of coherent thermal wave shaping. We achieve that by combining a spatial light modulator (SLM) with a high power laser. This approach allows us to launch a set of individually controlled and fully coherent high energy thermal waves into the sample volume. That means, we intentionally use wave propagation throughout the sample’s material in both - vertical and lateral direction. As one possible application, we use a thermal waves’ interference effect of two phase shifted wave patterns to detect the position of hidden defects. The wave patterns are positioned with a certain distance and a 180° phase shift to each other creating an amplitude depletion zone right in the middle of the two patterns. When a defect is brought unsymmetrically into the depletion zone, the lateral heat flow is disturbed. If the sample is now moved through the depletion zone, a defect can be easily characterized. Exciting periodically while controlling simultaneously phase and amplitude enables us to have a defined thermal wave propagation throughout the sample which means thermal waves can be controlled almost like acoustical or optical waves. This offers the opportunity to transfer known technologies from wave shaping techniques to thermography methods.