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Ultraschallprüfung UT

Die Ultraschallprüfung ist ein akustisches Verfahren zum Auffinden von Materialfehlern mittels Ultraschall. Sie gehört zu den zerstörungsfreien Prüfmethoden. Dadurch lassen sich Bauteile auch im eingebauten Zustand prüfen.
Bei der Ultraschallprüfung wird auf der Oberfläche des Werkstückes ein Koppelmittel (z. B. Kleister, Gel, Wasser oder Öl) aufgetragen. Mittels eines Prüfkopfes, welcher Ultraschall von 0,02 bis 50 MHz aussendet und empfängt, wird die zu prüfende Oberfläche abgefahren. Dieses kann manuell, mechanisiert oder automatisch (innerhalb der Fertigungsstraßen) erfolgen. Bei letzteren wird zwecks Übertragung des Schallsignals das Prüfstück oft in eine geeignete Flüssigkeit getaucht (Tauchtechnik), oder definiert benetzt.


Änderungen der akustischen Eigenschaften an Grenzflächen (z. B. ein Lunker (Hohlraum), ein Einschluss, ein Riss oder eine andere Trennung im Gefüge) im Inneren des zu prüfenden Teils reflektieren den Schallimpuls und senden diesen an den Schwinger im Prüfkopf, der sowohl als Sender wie auch als Empfänger fungiert, zurück. Die vergangene Zeit zwischen Senden und Empfangen lässt die Berechnung des Weges zu (Impuls-Echo-Verfahren). Anhand der gemessenen Zeitdifferenz wird ein Signalbild erzeugt und auf einem Monitor sichtbar gemacht. Anhand dieses Bildes kann die Lage bestimmt und die Größe der Ungänze durch Vergleichen mit einem Ersatzreflektor (Flachbodenbohrung (Kreis-Scheiben-Reflektor), Nut, Querbohrung) abgeschätzt werden.

Anwendungsbereich

Die Ultraschallprüfung ist ein geeignetes Prüfverfahren bei schallleitfähigen Werkstoffen (dazu gehören die meisten Metalle) zur Auffindung von inneren und äußeren Fehlern, z. B. bei Schweißnähten, Schmiedestücken, Guss, Halbzeugen oder Rohren. Die Auffindung von äußeren (Oberflächen-) Fehlern ist vor allem bei Teilen wichtig, bei denen die andere, meistens innere Oberfläche nicht zugänglich ist.

Verfahren

Es werden zwei grundsätzliche Verfahren angewendet:

  1. Reflexionsschallverfahren (auch Impuls-Echo-Verfahren)
    Die kleinste Ungänze, die dargestellt werden kann, ist größer als die halbe Wellenlänge des Schalls, die abhängig von der Schallgeschwindigkeit des Materials und der Frequenz des Prüfkopfes ist. Bei einer Frequenz von 4 MHz kommt man in Stahl auf rund 0,7 mm. Die Frequenzhöhe kann nicht unbegrenzt gesteigert werden, weil die Korngrenzen des Gefüges zu Streuung und Absorption führen und somit sich die Eindringtiefe verringert. Je gröber die Kristallbildung in z. B. Stahlguss ist, umso langwelliger muss die Schallfrequenz gewählt werden. Bei Gusseisen und Austenit ist in der Regel die Prüfbarkeit sehr eingeschränkt. Die größten Materialstrecken, die üblicherweise bei der Impuls-Echomethode geschallt werden, liegen bei 5 m, was einem Schallweg von 10 m entspricht.

 

  1. Durchschallungsverfahren
    Dieses Verfahren beinhaltet zwei Prüfköpfe, die an demselben Ultraschallgerät angeschlossen sind. Ein Prüfkopf sendet den Impuls, der andere empfängt den Impuls an der genau gegenüber liegenden Seite des Prüfstücks. Diese Methode ist sehr speziell und wird meistens für die Prüfung auf Dopplungen angewendet. Zudem können auch sehr oberflächennahe Zonen geprüft werden, da dies beim Reflexionsschallverfahren aufgrund einer „Toten Zone“, nicht möglich ist. Die „Tote Zone“ entsteht, weil ein Tastkopf nicht gleichzeitig Senden und Empfangen kann.

Sonderprüfverfahren

PHASED ARRAY
(Ultraschallprüfung mittels phasengesteuerter Gruppenstrahler)

Die Phased-Array-Technologie ist ein erweitertes Impuls-Echo-Verfahren, bei dem mit mehreren Ultraschallelementen und anhand elektronischer Verzögerungen Schallbündel erstellt werden, die elektronisch gesteuert, abgetastet, geschwenkt und fokussiert werden können. So wird ein einfacher Prüfaufbau bei gleichzeitig kürzeren Prüfzeiten ermöglicht. Einsetzbar ist diese Technik bei einer großen Anzahl von Bauteilen und Anlagen in allen Industriebereichen.

Verfahren

  • Vereinfachten Prüfungen von Bauteilen mit komplexer Geometrie
  • Prüfung mehrerer Winkel pro Prüfdurchgang
  • Höherer Wahrscheinlichkeit der Fehlererkennung, da die Prüfung aus verschiedenen Einschallwinkeln mittels eines einzelnen Prüfkopfes erfolgt
  • Schnellere Prüfungen im Vergleich zur herkömmlichen Ultraschallprüfung
  • Prüfung verschiedener Materialien
  • Digitale Speicherung der Daten

TOFD-TIME OF FLIGHT DIFFRACTION (Ultraschallprüfung mittels Laufzeit-Beugungs-Methode)

Das TOFD-Verfahren (Time of Flight Diffraction) ist ein Ultraschallprüfverfahren, welches vor allem bei der Prüfung von Schweißnähten eingesetzt wird. Während üblicherweise Fehlstellen im Material durch die Analyse von reflektierten Signalen aufgespürt werden, nutzt TOFD vor allem die Beugungssignale, die von Ungänzen herrühren. TOFD ist eine der wenigen Prüftechniken, die in der Lage ist, einen Fehler oder eine Ungänze relativ genau mit Länge, Tiefe und Höhe zu beschreiben. Alle anderen Ultraschallprüfverfahren beschreiben eine Ungänze aufgrund des Reflexionsverhaltens und nicht aufgrund der realen Ausdehnung.

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