close

Anmelden

Neues Passwort anfordern?

Anmeldung mit OpenID

Die transparente Schweißnaht - TÜV Süd

EinbettenHerunterladen
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
N
y
bu
k
lic
k e r- s o ft w a
ac
Die transparente Schweißnaht
EIN WEITERENTWICKELTES ULTRASCHALL-PRÜFVERFAHREN von TÜV SÜD erschließt neue Potenziale
in der zerstörungsfreien Materialprüfung und ermöglicht eine differenzierte Fehlstellendiagnostik zur
Früherkennung bruchkritischer Defekte.
erl.sd..................................................
Herkömmliche
Ultraschalluntersuchung: Bei steilen Flankenwinkeln und inhomogenen Materialien
stoßen diese Methoden an ihre
Grenzen.
I
m Fertigungsprozess, während des Betriebs oder durch
Instandhaltungseingriffe können in Bauteilen Materialdefekte entstehen. Ob eine Anomalie tolerierbar ist,
hängt von den spezifischen Fehlstelleneigenschaften – Art,
Größe und Lage des Fehlers – sowie von den anzunehmenden Auswirkungen auf die Integrität des Bauteils und deren
Relevanz im Anlagenbetrieb ab. Voraussetzung für eine qualifizierte Bewertung ist eine exakte und reproduzierbare
Fehlerdiagnose auf Basis zerstörungsfreier Prüfverfahren.
Der Einsatz komplexer Bauteilgeometrien und neuer Werkstoffkonzepte zeigt jedoch zunehmend die Grenzen konventioneller Prüfmethoden auf: Insbesondere Aussagen zur realen Fehlergröße sind mit herkömmlichen Ultraschallverfahren oft nicht möglich.
Vor diesem Hintergrund entwickelten Experten von TÜV
SÜD Industrie Service in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZfP) Saarbrücken und dem Spin-Off I-Deal-Technologies ein erweitertes
mechanisiertes Ultraschallsystem, das Materialdefekte präzise
ermittelt und dreidimensional abbildet.
Instandhaltung · Oktober 2014
Die reale Fehlergröße im Schnittbild
In Kraftwerken und Industrieanlagen stellt die Untersuchung
von Engspaltschweißnähten in dickwandigen Bauteilen besondere Anforderungen an die eingesetzte Technik und die Expertise des Prüfers: Steile Flankenwinkel und begrenzte Verfahrwege schränken die Prüfkopfführung ein, zudem verfügen austenitische und physikalisch inhomogene Verbundwerkstoffe
häufig über stark schallstreuende Eigenschaften. Aus diesem
Grund sind Ultraschalluntersuchungen bislang ausschließlich
mittels so genannter Sonderprüfverfahren wie TOFD (Time of
Flight Diffraction) oder Tandemprüfung durchführbar.
Auf Grundlage des Sampling-Phased-Array Prinzips (SPA)
kombiniert das jetzt neu entwickelte Verfahren des TÜV den
Einsatz von Gruppenstrahlertechnik und SAFT-Rekonstruktion. Damit können selbst schwer differenzierbare Defektgebiete präzise detektiert werden, etwa dann, wenn zwei oder
mehrere Fehler in einer Materialstruktur übereinander liegen.
Die Schweißnaht wird gewissermaßen transparent.
Zentrales Instrument des neu entwickelten Prüfsystems ist
der Prüfmanipulator. Gemeinsam mit einem Konstruktionsex-
.c
C
om
k
lic
C
.c
tr
.
.
Ire N S P E K T I O N
w
w
ac
ww
ww
tr
om
to
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
k e r- s o ft w a
re
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
N
y
bu
perten entwarfen Ingenieure von TÜV SÜD eine innovative
Manipulator-Technik und setzten diese zunächst in ein einfaches modulares Design um. Der Manipulator besteht aus einer
Ultraschallkopfhalterung mit Koppelwasserzuführung, die den
Prüfkopf in rotierender Bewegung um die Schweißnaht führt.
In Echtzeit und bei hoher Prüfgeschwindigkeit ermöglicht das
Verfahren einen exakten tomographischen Fehlstellennachweis im Schweißnahtvolumen.
In der Prüfpraxis ist damit eine deutliche Durchsatz-Steigerung von Prüflingen realisierbar, ohne dass die Diagnosequalität sinkt. Gleichzeitig stellten die Experten bei der Entwicklung
des Manipulators hohe Anforderungen an die Handhabungseigenschaften des Manipulators: So muss der Prüfkopf spiellos
führbar und seine Positionierung exakt reproduzierbar sein.
Dies vorausgesetzt, ist eine präzise Ergebnisbewertung und
ermöglicht einen Datenvergleich bei wiederkehrender Prüfung.
Herkömmlichen Prüfverfahren überlegen
k
lic
om
to
I N S P E K T I O Ntr a c k e r- s o ft w are
Das neue Verfahren
Gruppenstrahler und SAFT-Rekonstruktion
Auf Grundlage des Sampling-Phased-Array Prinzips (SPA)
kombiniert das neue Verfahren den Einsatz von Gruppenstrahlertechnik und SAFT-Rekonstruktion(Synthetic Aperture Focusing Technique). Dabei senden und empfangen die
piezoelektrischen Elemente eines getakteten Gruppenstrahlers Ultraschallechosignale in zeitlich versetzter Abfolge, sodass ein oder mehrere Schwingerelemente divergente Kugelwellen aussenden, während die übrigen Elemente das am
Fehler gebeugte oder reflektierte Signal aufnehmen.
Zur Bildrekonstruktion werden die Empfangssignale aus
unterschiedlichen Prüfpositionen algorithmisch verrechnet
und mittels Visualisierungssoftware zu einem dreidimensionalen Schnittbild zusammengefügt. Das Ergebnis ist eine
exakte tomographische Volumendarstellung, die unabhängig von Einschallwinkel und definierter Fokustiefe Aufschluss über die reale Größe eines Fehlers und dessen Lage
innerhalb des Bauteils gibt.
Um erste Abschätzungen über das Potenzial der neuen Mehrkanal-Methode im Industrieanlagen- und Kraftwerksbetrieb
treffen zu können, unterzogen die Experten das Gesamtprüfsystem experimentellen Vergleichstests. Untersucht wurde die
Diagnose-Güte des erweiterten SPA-Verfahrens im Vergleich
zur konventionellen Röntgenprüfung. Dazu testeten die Ingenieure speziell angefertigte Engspaltschweißungen aus den
zierte Grundlage für die Beurteilung der Fehlerrelevanz – also
Werkstoffen Alloy 617 und Alloy-C-263 auf typische Fertiob es sich bei der identifizierten Anomalie um einen kritischen
gungsfehler wie Flanken-, Lagen- und Wurzelbindefehler sowie
oder unkritischen Befund handelt. Wie sich ein Defekt auf die
Poren und Heißrisse. Die definierten Werkstoffeigenschaften
Funktionsfähigkeit eines Bauteils auswirkt und welche Restlesowie das zugrunde gelegte Herstellungsverfahren der Engbensdauer daraus abgeleitet werden kann, ist im nachfolgenden
spaltschweißungen entsprachen dabei dem in der Praxis verAnalyseprozess zu klären.
breiteten Standard.
Allein auf Grundlage technologischer Parameter ist eine
Wie zuverlässig erkennt das weiterentwickelte Ultraschallqualifizierte Fehlerbewertung jedoch kaum zu leisten. In mosystem Anomalien im Werkstoff-Volumen? Wie präzise sind
dernen Fertigungsverfahren werden neue Werkstoffe immer
Berechnung und Visualisierung identifizierter Fehlstellen? Wie
höheren thermischen, statischen und dynamischen Belastungen
hoch ist die Aussagekraft der Ergebnisse für die Differenzieausgesetzt. Gleichzeitig müssen Betreiber von Kraftwerken
rung zwischen kritischen und unkritischen Befunden? Im Testund Industrieanlagen den steigenden Sicherheitsanforderunverfahren bestätigte das SPA-System seine Überlegenheit im
gen des Gesetzgebers nachkommen und ökonomische ZielsetVergleich zur Röntgen-Methode, indem es alle natürlichen sozungen im Blick behalten.
wie künstlich erzeugten Defekte ab einem QuerIn diesem Spannungsfeld ist das weiterentwischnitt von 0,2 x 0,2 mm zuverlässig und mit hockelte SPA-Verfahren als geeignetes Instrument
her Tiefenschärfe detektierte.
zur Fehlerdiagnose einsetzbar. Darüber hinaus
Ob sich das Verfahren jedoch in der breiten
erfordert eine verlässliche Risikobeurteilung jePrüfpraxis durchsetzen kann, hängt maßgeblich
doch die weitreichende Kompetenz des Prüfers:
von der Reproduzierbarkeit der Prüfungen ab.
Erfahrungswissen und Objektkenntnis bilden
Um das SPA-System zur Qualitätssicherung bzw.
eine grundlegende Voraussetzung dafür, Befunim Rahmen des industriellen Risikomanagede korrekt interpretieren zu können, ihre Entments einsetzen zu können, muss es den Prüfer
stehungsursache und die Konsequenzen für den
befähigen, vorliegende Testergebnisse zu stützen
Anlagenbetrieb einzuschätzen sowie operative
und uneindeutige Befunde zu klären. Auf diese
Maßnahmen zur Verhinderung einer DefektausWeise kann es auch als Kontrollinstrument für
weitung zu veranlassen.
konventionelle Prüfverfahren herangezogen
Hans Christian Schröder, Jörg Schenkel
werden. Im Test entsprach das System den AnKontakt: TÜV SÜD Industrie Service
forderungskriterien: Wiederholte Untersuchunwww.tuev-sued.de
gen unter exakt gleichen Bedingungen bestätigten, dass die erfolgte Prüfung bei permanent
Hans Christian Schröder,
angebrachtem Nullpunkt reproduzierbar ist.
Leiter Kraftwerks- und Anlagenservice/
Branchenmanager,Tel.:
Die Ergebnisse aus der Entwicklungs- und
Email: hanschristian.schroeder@tuevTestphase zeigen, dass das Sampling-PhasedNeuartiges Prüfsystem: Der
sued.de
Array-Verfahren auch bei komplexen Bauteilrotierende Prüfkopf ermöggeometrien und stark schallstreuenden WerkJörg Schenkel, Anlagentechnik Region
licht die tomografische DarBaden-Württemberg, Tel.:
stoffen einen differenzierten Fehlstellennachstellung einer Imperfektion,
Email: joerg.schenkel@tuev-sued.de
etwa in einer Schweißnaht.
weis liefern kann. Es bildet damit eine qualifiInstandhaltung · Oktober 2014
.c
.c
re
C
k
lic
C
k e r- s o ft w a
.
.
ac
w
w
tr
ww
ww
om
to
bu
y
N
O
W
!
PD
O
W
!
PD
Document
Kategorie
Gesundheitswesen
Seitenansichten
11
Dateigröße
91 KB
Tags
1/--Seiten
melden