Ultraschallprüfung ist eine zerstörungsfreie Methode, die hochfrequente Schallwellen verwendet, um die innere Struktur eines Materials zu untersuchen, ohne es zu beschädigen.
Sie funktioniert wie ein medizinischer Ultraschall für industrielle Bauteile: Schallimpulse werden in ein Teil gesendet und die zurückkehrenden Echos analysiert, um Fehler zu finden oder die Dicke zu messen.
Um beispielsweise zu bestätigen, dass eine Schweißnaht durchgehend solide ist oder die Wandstärke eines Rohrs von außen zu messen, ist dies eine ideale Lösung.
In diesem Artikel erkläre ich, wie die Ultraschallprüfung funktioniert.
Wir werden ihre Hauptanwendungen für Fehlerprüfung, Dickenmessung und Materialcharakterisierung durchgehen und erläutern, warum sie in der Luft- und Raumfahrt, der Öl- und Gasindustrie sowie dem Transportwesen eingesetzt wird.
Anschließend stelle ich Ihnen die Ausrüstung, Techniken, Vorteile und Einschränkungen dieser leistungsstarken Prüftechnologie vor.
Bereit einzutauchen?
Inhaltsverzeichnis
Was ist Ultraschallprüfung?
Die Ultraschallprüfung (UT) ist eine zerstörungsfreie Prüfmethode (NDT), die industriellen Ultraschall verwendet, um sicherzustellen, dass ein Teil keine verborgenen Risse oder unzulässige Dickenabweichungen aufweist.
Die Grundidee ist einfach: Sehr hochfrequente Schallwellen werden durch ein Material (z. B. ein Rohr) gesendet, um verborgene Probleme zu finden, ohne Schäden zu verursachen.
Diese Schallwellen haben Frequenzen weit über dem menschlichen Hörvermögen, zwischen 0,1 und 15 Megahertz (MHz), können aber manchmal bis zu 50 MHz erreichen.
Das Kernprinzip ist einfach.
Ein Gerät sendet einen Schallimpuls in das zu prüfende Teil. Wenn die Schallwelle durchläuft und keine Probleme findet, verhält sie sich vorhersehbar.
Trifft sie jedoch auf einen Riss, einen Hohlraum oder eine Veränderung im Material, wird ein Teil dieser Schallenergie als Echo zurückgeworfen. Durch die Analyse dieser zurückkehrenden Echos kann ein Techniker verborgene Fehler im Inneren eines Bauteils lokalisieren.
Diese Fähigkeit, das gesamte Volumen eines Teils zu prüfen, macht sie zu einer sehr leistungsfähigen Methode gegenüber anderen Verfahren.
Techniken wie Plastiform-Replikate, Eindringprüfung oder Magnetpulverprüfung eignen sich hervorragend, um Fehler auf Oberflächen zu finden, können aber nicht sehen, was im Inneren passiert.
Die Kontrolle mit Ultraschall gibt Ihnen einen Blick unter die Oberfläche.
Um Konsistenz zu gewährleisten, verwenden Techniker ein standardisiertes Vokabular für Testergebnisse und Ausrüstung, das in der ASTM E1316-23-Norm dargelegt ist.
Ein weiterer Vorteil ist die Sicherheit.
Anders als bei der radiografischen Prüfung, die Röntgenstrahlen verwendet, sind die hochfrequenten Schallwellen bei UT für die Bediener völlig ungefährlich.
Dies ermöglicht Inspektionen in belebten Arbeitsbereichen, ohne dass besondere Sicherheitsvorkehrungen bezüglich Strahlung erforderlich sind.
Das ist ein enormer Vorteil für Industriebetriebe.
Wie funktioniert die Ultraschallprüfung?
Die Ultraschallprüfung ist eine Art industrielles Sonar.
Wie im vorherigen Kapitel erwähnt, senden Sie einfach hochfrequenten Schall in ein Teil und analysieren dann die zurückkehrenden Echos. Diese Echos erzeugen ein Bild dessen, was im Inneren des Materials passiert. Diese Methode zeigt verborgene Fehler auf oder misst die Dicke, ohne das Bauteil zu beschädigen.
Ein typisches Prüfsystem enthält einige Elemente:
- Einen Prüfkopf, den Teil, den Sie gegen das Material platzieren.
- Ein Impulsgeber/Empfänger erzeugt und lauscht auf elektrische Signale. Er sendet einen Hochspannungsimpuls an einen Prüfkopf.
- Ein spezieller piezoelektrischer Kristall im Prüfkopf vibriert durch die Elektrizität und erzeugt die Schallwelle.
Wenn Echos zurückkehren, wandelt der Kristall den Schall wieder in ein elektrisches Signal um, das zur Analyse auf einem Display erscheint.
Auf dem Anzeigebildschirm erscheinen zurückkehrende Echos als Spitzen.
Die Höhe oder Amplitude einer Spitze stellt die Intensität der Reflexion dar und gibt eine Vorstellung von der Größe des Reflektors.
Die Position der Spitze entlang der Zeit- oder Entfernungsachse zeigt, wie lange der Schall gebraucht hat. Aus dieser Laufzeit kann ein Techniker die genaue Tiefe eines Fehlers berechnen.
Dies ist der grundlegende Aufbau, den Sie verwenden werden, aber es gibt mehrere Typen (oder „Unter-Technologien“).
Impuls-Echo
Bei diesem Setup fungiert ein einzelner Prüfkopf sowohl als Lautsprecher als auch als Mikrofon.
Er sendet einen kurzen Schallstoß in das Teil und lauscht dann auf Reflexionen. Ein Echo wird von der gegenüberliegenden Seite des Materials, bekannt als „Rückwand„, oder von jeder inneren Diskontinuität wie einem Riss zurückgeworfen.
Dies ist eine sehr praktische Art, die Tests durchzuführen, da Sie nur Zugang zu einer Seite Ihres Bauteils benötigen – es ist nicht erforderlich, das Teil zum Testen zu bewegen oder zu demontieren.
Ein großer Pluspunkt für Industrien wie Öl und Gas, in denen Rohrleitungen sehr groß und schwer zu bewegen sind.
Durchschallungsprüfung
Dieser Ansatz verwendet zwei separate Prüfköpfe.
Einer sendet Schall von einer Oberfläche, und ein Empfänger auf der gegenüberliegenden Seite lauscht darauf.
Wenn zwischen ihnen ein Fehler existiert, blockiert oder schwächt er den Schall. Der Empfänger empfängt dann ein schwächeres Signal oder überhaupt kein Signal.
Koppelmittel
Luft ist ein schlechtes Medium zur Übertragung hochfrequenter Schallwellen. Wenn Sie einen trockenen Prüfkopf auf eine Metalloberfläche setzen, wird der Großteil der Schallenergie von der Oberfläche reflektiert.
Um eine gute Schallübertragung zu erzielen, benötigen Sie ein flüssiges Koppelmittel.
Dies ist in der Regel ein Gel, Öl oder Wasser, das die winzigen Luftspalten zwischen dem Prüfkopf und dem Prüfstück füllt.
Einige moderne Techniken benötigen kein Koppelmittel. Methoden wie Elektromagnetischer Akustischer Wandler (EMAT) oder Laseranregung erzeugen Schall direkt im Teil.
Diese eignen sich hervorragend für die Inspektion sehr heißer, rauer oder sich schnell bewegender Objekte, bei denen die Verwendung eines flüssigen Koppelmittels nicht möglich ist.
Wechselwirkung von Schallwellen mit Materialien
Wenn eine Schallwelle auf eine Grenzfläche mit einem anderen Material trifft, wird ein Teil davon zurückgeworfen.
Dies ist Reflexion.
Sie tritt aufgrund einer Eigenschaft auf, die akustische Impedanz genannt wird und mit der Dichte eines Materials und der Schallgeschwindigkeit darin zusammenhängt.
Ein großer Unterschied in der akustischen Impedanz, wie zwischen Stahl und Luft, verursacht eine starke Reflexion. Deshalb wird ein Riss deutlich sichtbar.
Wenn eine Schallwelle in einem Winkel auf eine Grenzfläche trifft, ändert sie beim Eintritt in das neue Material die Richtung.
Diese Biegung ist Brechung (derselbe Effekt, der einen Strohhalm in einem Wasserglas gebogen aussehen lässt).
Dieses durch das Snellius-Gesetz beschriebene Prinzip wird verwendet, um Schallstrahlen in Bereiche zu lenken, die sich nicht direkt unter dem Prüfkopf befinden, wie etwa die abgeschrägten Flächen einer Schweißnaht.
Nicht der gesamte Schall wird an einer Grenzfläche reflektiert oder gebrochen.
Ein Teil der Schallenergie setzt sich durch das neue Material fort.
Dies ist Penetration.
Das Ziel einer Ultraschallinspektion ist es, Reflexion und Penetration so auszubalancieren, dass Sie Fehler im gesamten Material finden können, ohne das Schallsignal zu verlieren.
In der UT verwendete Wellenmodi
Bediener können für eine Inspektion verschiedene Arten von Schallwellen oder Wellenmodi auswählen.
Jeder Modus lässt die Partikel im Material auf eine bestimmte Weise vibrieren.
Diese unterschiedlichen Vibrationen haben einzigartige Eigenschaften zum Auffinden spezifischer Fehlerarten.
Hier ist eine Liste dieser verschiedenen Vibrationstypen:
- Longitudinalwellen, auch L-Wellen genannt: Die Partikel bewegen sich in derselben Richtung hin und her, in die sich die Welle ausbreitet.
Dies sind die schnellsten Schallwellen und können durch Festkörper, Flüssigkeiten und Gase hindurchgehen. Sie werden häufig für Dickenmessungen verwendet. - Scherwellen oder T-Wellen: Die Partikel vibrieren senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle. Scherwellen breiten sich nur durch Festkörper aus und bewegen sich langsamer als Longitudinalwellen.
Ihre hohe Empfindlichkeit gegenüber kleinen Reflektoren macht sie sehr effektiv für die Inspektion von Schweißnähten. - Oberflächenwellen, bekannt als Rayleighwellen: Sie breiten sich entlang der Oberfläche eines Teils aus, ähnlich wie Wellen auf Wasser.
Ihre Energie ist in einer sehr flachen Schicht nahe der Oberfläche konzentriert. Dies macht sie perfekt geeignet, um sehr kleine Risse zu finden, die die Oberfläche durchbrechen. - Plattenwellen, oft Lambwellen genannt: Techniker verwenden sie zur Inspektion dünner Materialien wie Metallbleche oder Verbundplatten. Diese Wellen wandern durch die gesamte Dicke des Materials, geführt von seinen oberen und unteren Oberflächen.
Sie sind nützlich für das schnelle Screening großer Bereiche von einem einzigen Prüfpunkt aus.
Das sind im Wesentlichen die vier Wellenmodi, die Sie in der Praxis sehen werden. Die am häufigsten verwendeten sind L-Wellen, aber als Ingenieur sollten Sie immer diejenige auswählen, die Ihren Anforderungen entspricht.
Ausrüstung und Anzeigemethoden
Um mit Schall in ein Material hineinzusehen, benötigen Sie die richtigen Werkzeuge, um den Schall zu erzeugen, auf das Echo zu lauschen und die Ergebnisse anzuzeigen.
Ein Ultraschallprüfsystem besteht aus einigen Schlüsselkomponenten, die zusammenarbeiten, um unsichtbare Schallwellen in Daten umzuwandeln, mit denen ein QS-Ingenieur tatsächlich arbeiten kann.
Lassen Sie uns die Ausrüstung jetzt, da wir verstehen, was sie tut, etwas genauer beschreiben.
Impulsgeber, Prüfkopf und Display
Der Impulsgeber/Empfänger ist das Gehirn der Operation.
Diese elektronische Einheit erzeugt einen leistungsstarken, hochspannungselektrischen Impuls. Dieser Impuls wandert zum Prüfkopf, der als Mund und Ohren des Systems fungiert.
Im Inneren des Prüfkopfs befindet sich ein piezoelektrisches Element.
Dieser spezielle Kristall hat eine großartige Reihe von Eigenschaften:
- Wenn er von einem elektrischen Impuls getroffen wird, vibriert er schnell und erzeugt die hochfrequente Schallwelle, die in das Teil eindringt.
- Wenn ein zurückkehrendes Echo auf den Kristall trifft, macht er das Umgekehrte. Er vibriert und erzeugt eine elektrische Spannung. Der Impulsgeber/Empfänger verarbeitet dann dieses Signal für den Anzeigebildschirm.
Prüfköpfe gibt es in verschiedenen Ausführungen für unterschiedliche Aufgaben.
Einkristall-Prüfköpfe sind der Standard.
Zweikristall-Prüfköpfe verwenden separate Kristalle zum Senden und Empfangen, was sie ideal für die Messung von Korrosion auf rauen Oberflächen macht.
Winkelprüfköpfe senden Schall in einem Winkel, was perfekt für die Inspektion von Schweißnähten ist.
Phased-Array-Prüfköpfe enthalten viele kleine Elemente, die einzeln gepulst werden können, um den Schallstrahl elektronisch zu steuern und Ihnen mehr Kontrolle und bessere Bildgebung zu ermöglichen.
Wie Sie sehen können, ist es wie die Auswahl einer Welle – es hängt von Ihren Bedürfnissen ab.
A-Scan, B-Scan und C-Scan
Sobald das System ein Echo empfängt, muss es so angezeigt werden, dass ein Bediener es interpretieren kann. Es gibt drei gängige Formate.
Der A-Scan ist die grundlegendste Anzeige.
Es ist ein X-Y-Diagramm, das wie ein Graph aussieht:
- Die horizontale Achse stellt die Zeit dar, die der Schall zum Reisen benötigte, was sich auf die Entfernung in das Material bezieht.
- Die vertikale Achse zeigt die Amplitude oder Stärke des zurückkehrenden Echos. Eine hohe Spitze, die auf dem Bildschirm erscheint, signalisiert einen Reflektor (einen Fehler oder die Rückseite des Teils).
Ein B-Scan bietet ein Profil oder eine Querschnittsansicht.
Wenn Sie den Prüfkopf entlang des Teils bewegen, zeigt diese Anzeige die Tiefe der Reflektoren und ihre Länge entlang des Scanpfads.
Er gibt Ihnen einen 2D-Blick auf die innere Struktur des Materials.
Ein C-Scan bietet eine Draufsicht aus der Vogelperspektive.
Er kartiert die Ergebnisse über den Inspektionsbereich und zeigt die Form und Größe von Fehlern, als würden Sie von oben auf sie herabschauen.
Dies erzeugt ein detailliertes Bild aller verborgenen Diskontinuitäten.
Die Zuverlässigkeit dieser Anzeigen hängt davon ab, dass das Instrument ordnungsgemäß funktioniert.
Die Standardpraxis zur Überprüfung der Leistung dieser Werkzeuge ist in ASTM E317-21 beschrieben. Dieses Dokument bietet Methoden zur Überprüfung, dass die Ausrüstung wie erwartet funktioniert.
Gängige Ultraschallprüftechniken
Wir haben bisher gesehen, dass Ihnen immer mehrere Optionen zur Verfügung stehen, sei es für Ausrüstung, Wellentypen oder Strategie.
Um Schallwellen zur Inspektion in ein Material zu bringen, wählen Techniker wiederum aus mehreren Methoden. Diese Wahl hängt vom zu prüfenden Teil, der Umgebung und der Art des gesuchten Fehlers ab.
Was für eine Überraschung, nicht wahr?
Die Hauptansätze werden in drei Kategorien eingeteilt: Kontaktprüfung, Immersionsprüfung und luftgekoppelte Prüfung.
Kontaktprüfung ist die gängigste Methode, bei der ein Prüfkopf direkt auf die Oberfläche des Bauteils platziert wird. Ein Gel oder eine Flüssigkeit (das Koppelmittel) wird zwischen dem Prüfkopf und dem Teil aufgetragen, um die Schallenergie ohne Luftspalten zu übertragen.
Sehr ähnlich wie ein Arzt bei einer schwangeren Frau Ultraschall durchführen würde.
Senkrechte Prüfung, Winkelprüfung und Oberflächenwellenprüfung, die wir zu Beginn dieses Artikels gesehen haben, fallen alle in diese Testkategorie.
Bei der Immersionsprüfung wird das Bauteil in einen Wassertank getaucht. Der Prüfkopf tritt ebenfalls in das Wasser ein, berührt jedoch nicht das Teil.
Das Wasser fungiert als perfektes Medium und transportiert den Schall vom Prüfkopf in das Bauteil. Dies ist sehr effektiv für die Inspektion von Teilen mit komplexen Geometrien und gekrümmten Oberflächen, da es eine konsistente Schallübertragung garantiert. Immersions-UT wird normalerweise in einem Labor durchgeführt.
Luftgekoppelte Prüfung ist eine spezialisierte Technik, die Luft als Medium zur Übertragung der Schallwellen verwendet. Diese kontaktlose Methode ist perfekt für Materialien, die durch flüssige Koppelmittel beschädigt oder kontaminiert werden könnten, wie bestimmte Verbundwerkstoffe in der Luft- und Raumfahrtindustrie.
Fortgeschrittene UT-Techniken
Es gibt auch weniger gebräuchliche Techniken, über die Sie Bescheid wissen sollten.
Phased-Array-Ultraschallprüfung (PAUT)
PAUT verwendet einen Prüfkopf mit mehreren kleinen Elementen.
Ein Computer steuert diese Elemente, um den Schallstrahl elektronisch zu lenken und zu fokussieren und so detaillierte Querschnittsbilder zu erstellen, ähnlich wie ein medizinischer Ultraschall.
Die Leistung dieser Systeme kann mithilfe von Leitfäden wie ASTM E2491-13(2018) überprüft werden.
Laufzeitbeugung (TOFD)
Sie verwendet zwei Prüfköpfe, einen zum Senden und einen zum Empfangen.
Sie ist sehr empfindlich für die Größenbestimmung von Fehlern, da sie die Zeit misst, die Schallwellen benötigen, um sich von den äußersten Spitzen eines Defekts zu beugen.
Dies liefert sehr genaue Höhenmessungen für Risse.
Vollständige Matrixerfassung (FMC) & Totale Fokussierungsmethode (TFM)
Diese kombinierten Methoden stellen einen leistungsstarken technologischen Fortschritt dar:
- FMC erfasst alle möglichen Daten von einem Phased-Array-Prüfkopf.
- TFM verwendet diese Daten mit Software, um ein perfekt fokussiertes Bild an jedem Punkt innerhalb des Inspektionsbereichs zu erzeugen.
Es ist eine sehr effektive Methode, um ein klares Bild von der Größe und Lage eines Fehlers zu erhalten.
Elektromagnetischer Akustischer Wandler (EMAT)
Eine weitere kontaktlose Technologie.
Sie erzeugt Ultraschallwellen direkt innerhalb eines leitfähigen Materials mithilfe interagierender Magnetfelder und vermeidet so vollständig die Notwendigkeit eines Koppelmittels.
Dies macht EMAT zu einer guten Technik für Hochtemperatur- und Hochgeschwindigkeits-automatisierte Inspektionen.
Geführte Wellenprüfung
Last but not least wird sie zur Inspektion großer Strukturen wie Rohrleitungen über große Entfernungen von einem einzigen Punkt aus verwendet.
Sie sendet Schallwellen, die entlang der Struktur des Bauteils wandern und es ermöglichen, Korrosion und andere Defekte in schwer zugänglichen (oder unmöglich zugänglichen) Bereichen wie vergrabenen Rohren zu erkennen.
Die Interpretation der komplexen Signale dieser Technik erfordert spezialisierte Schulung.
Einschränkungen der Ultraschallprüfung
Obwohl die Ultraschallprüfung eine leistungsstarke Methode ist, ist sie nicht für jede Inspektionsherausforderung die perfekte Lösung.
Sie hat einige Einschränkungen.
Der Bedarf an Fachwissen und Vorbereitung
Erstens sind die Ergebnisse nur so gut wie die Person, die den Test durchführt.
Ein erfahrener Techniker ist erforderlich, um die Inspektion durchzuführen und die Daten korrekt zu interpretieren.
Es erfordert eine fundierte Schulung, um den Unterschied zwischen Signalen zu erkennen, die auf kritische Fehler hinweisen, und solchen, die von der Geometrie des Teils oder akzeptablen internen Strukturen stammen.
Die Ausrüstung erfordert auch eine präzise Vorbereitung.
Vor einer Inspektion muss das System mithilfe von Referenzstandards kalibriert werden. Dies sind spezielle Blöcke mit bekannten Defekten, die eine Basislinie dafür bieten, wie ein echter Fehler aussehen könnte.
Ohne diese Standards wird die Fehlercharakterisierung unzuverlässig.
Selbst mit einem erfahrenen Bediener können Fehlalarme auftreten.
Manchmal erzeugt die Form eines Bauteils Reflexionen oder Störsignale, die wie Defekte aussehen.
Diese von tatsächlichen Problemen zu unterscheiden, erfordert ein hohes Maß an Schulung und Erfahrung von der Person, die die Inspektion durchführt.
Material- und Oberflächenbeschränkungen
Der Zustand der Oberfläche des Teils ist ebenfalls ein wichtiger Faktor.
Damit Schall vom Prüfkopf in das Material gelangen kann, muss die Oberfläche relativ glatt und sauber sein. Loser Zunder, Rost oder Farbe müssen entfernt werden, um ein sauberes Signal zu erhalten.
Fest haftende Farbe kann manchmal erhalten bleiben.
Konventionelle Prüfung benötigt auch ein Koppelmittel, wie ein Gel oder eine Flüssigkeit, um die mikroskopischen Luftspalten zwischen dem Prüfkopf und dem Teil zu überbrücken.
Obwohl notwendig, kann dies an bestimmten Arbeitsplätzen unordentlich und herausfordernd sein. Dieser Schritt ist bei kontaktlosen Methoden wie EMAT oder Laser-UT nicht erforderlich.
Einige Materialien und Formen sind schwer zu inspizieren.
Teile, die sehr rau, unregelmäßig geformt, außergewöhnlich dünn oder sehr klein sind, können problematisch sein.
Materialien mit einer groben Kornstruktur, wie zum Beispiel Gusseisen, streuen die Schallwellen.
Dies erzeugt ein hohes Signalrauschen und macht es schwer, echte Defekte zu finden.
Technische und ausrüstungsbezogene Hürden
Die Orientierung eines Fehlers kann ihn unsichtbar machen.
Ein Defekt, der parallel zum Pfad des Schallstrahls liegt, reflektiert möglicherweise keine Energie zurück zum Prüfkopf. Dies bedeutet, dass er während des Scans vollständig unentdeckt bleiben kann.
Und schließlich können die Kosten der Ausrüstung ein Faktor sein.
Professionelle Ultraschallinstrumente und die für verschiedene Anwendungen benötigten spezialisierten Prüfköpfe stellen eine erhebliche finanzielle Investition dar. Sie liegt oft außerhalb der Möglichkeiten vieler kleiner, mittlerer und sogar einiger großer Unternehmen.
Industrielle Anwendungen und Standards
Die Ultraschallprüfung wird in den anspruchsvollsten Industrien weit verbreitet eingesetzt.
Ihre Fähigkeit, Defekte tief im Inneren eines Materials zu finden, macht sie zu einem vertrauenswürdigen Werkzeug für Qualitätskontrolle und Sicherheitsprüfungen – von massiven Kraftwerken bis zu empfindlichen Flugzeugkomponenten liefert UT wertvolle Informationen, ohne Schäden zu verursachen.
Im Energiesektor verwenden Techniker UT für die Inspektion von Druckgeräten, Rohrleitungen und neuen Schweißnähten.
Sie hilft bei der Bewertung von Korrosionsschäden und beim Erkennen von Rissen, die während des Betriebs entstehen.
Die Rohrleitungsindustrie verlässt sich stark auf UT für die Qualität von Rundnähten. Die API 1104 (22. Ausgabe) ist ein Dokument, das fortgeschrittene Methoden wie PAUT und TOFD als leistungsstarke Alternativen zur traditionellen Radiografie akzeptiert.
Sie finden UT auch in der Luft- und Raumfahrt zur Überprüfung von Fahrwerken und Triebwerkskomponenten. Im Transportwesen inspiziert sie Eisenbahnschienen und Achsen auf Ermüdung. Für die Infrastruktur überprüft sie die Schweißqualität an Stahlträgern.
Sogar die Medizin verwendet diese Technologie für diagnostische Bildgebung, da sie keine ionisierende Strahlung beinhaltet.
Normen für die Ultraschallprüfung
Sie haben gesehen, wie die Ultraschallprüfung funktioniert – vom Senden von Schallwellen mit einem Prüfkopf bis zur Interpretation der Echos auf einem Display.
Wir haben verschiedene Techniken wie Impuls-Echo und fortgeschrittene Methoden einschließlich PAUT behandelt und ihren Wert in der Luft- und Raumfahrt, der Fertigung und der Energieindustrie gezeigt.
Um diese Inspektionen sicher und konsistent durchzuführen, sind Ingenieure auf Normen angewiesen.
Diese Dokumente bieten die gemeinsamen Verfahren und Akzeptanzkriterien, die für zuverlässige Ergebnisse erforderlich sind.
Es ist gut zu bedenken, dass viele dieser Normen auf staatlicher oder nationaler Ebene übernommen werden. Dies macht die Einhaltung oft zu einem obligatorischen Bestandteil gewerblicher und industrieller Verträge und verwandelt diese Richtlinien in gesetzliche Anforderungen.
Diese Sammlung von Normen wird regelmäßig aktualisiert, um neue Technologien und Erkenntnisse zu berücksichtigen. Es ist Ihre Aufgabe als Verfahrensingenieur, die richtige Norm für die Prüfung Ihrer Teile/Produktion auszuwählen.
Fazit
Wir haben die Grundlagen der Ultraschallprüfung gesehen und gezeigt, wie diese zerstörungsfreie Methode hochfrequenten Schall verwendet, um ins Innere von Materialien zu schauen.
Ihre Fähigkeit, interne Defekte zu erkennen und Dicke zu messen, macht sie zu einem modernen und effizienten Werkzeug der Qualitätskontrolle.
Von der Luft- und Raumfahrt bis zur Fertigung sind eine Vielzahl von Industrien auf Ultraschallinspektionen angewiesen.
Die Technik liefert Daten, um fundierte Entscheidungen über die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Komponenten, Strukturen und Systemen zu treffen.
Die Technologie hat sich weit über einfache Impuls-Echo-Methoden hinaus entwickelt.
Fortgeschrittene Techniken wie Phased Array (PAUT), Laufzeitbeugung (TOFD) oder Vollständige Matrixerfassung (FMC) bieten heute unglaublich detaillierte Bildgebungsfähigkeiten.
Aber seien Sie sich bewusst:
Die korrekte Durchführung dieser Inspektionen erfordert hochqualifizierte Techniker, die strenge Industrierichtlinien befolgen. Sie erfordert ein fundiertes Verständnis der Wissenschaft und der Ausrüstung hinter den Daten und kann nicht in allen Situationen verwendet werden.
Es ist auch ein sehr teures Instrument, das ein hohes Budget und entsprechende Anforderungen voraussetzt.
Die ordnungsgemäße Anwendung der Ultraschallprüfung ist eine direkte Investition in Sicherheit und Leistung. Sie hilft, Ausfälle zu verhindern in maschinenbautechnischen Anwendungen, was Personal schützt und die Betriebslebensdauer wertvoller Anlagen verlängert.
Häufig gestellte Fragen
Was ist Ultraschallprüfung in einfachen Worten? Es ist eine Methode, die hochfrequente Schallwellen verwendet, ähnlich wie ein medizinischer Ultraschall, um in ein Material hineinzusehen, ohne es zu beschädigen. Diese Schallwellen wandern durch das Teil und prallen von inneren Fehlern oder der Rückseite ab und enthüllen so verborgene Defekte.
Warum wird sie „zerstörungsfrei“ genannt? Sie wird zerstörungsfrei genannt, weil der Inspektionsprozess das zu untersuchende Teil nicht beschädigt oder verändert. Sie können ein Bauteil prüfen und es dann, wenn keine Defekte gefunden werden, sofort wieder in Betrieb nehmen.
Ist die Ultraschallprüfung für Menschen sicher? Ja, die bei dieser Methode verwendeten hochfrequenten Schallwellen sind für Bediener und alle in der Nähe befindlichen Personen harmlos. Dies unterscheidet sich von anderen Methoden wie der Radiografie, die ionisierende Strahlung verwenden.
Welche häufigen Probleme kann die Ultraschallprüfung finden? Diese Technik ist hervorragend geeignet, um interne Probleme wie Risse, Hohlräume und Porosität tief im Inneren eines Materials zu finden. Sie ist auch sehr genau für die Messung der Dicke eines Materials, zum Beispiel zur Überprüfung auf Korrosion.
Müssen Sie die Oberfläche vor der Prüfung vorbereiten? Ja, die Oberfläche muss sauber und glatt genug sein, damit die Schallwellen ordnungsgemäß in das Material eindringen können. Lose Farbe, Rost oder starker Zunder müssen vor der Inspektion entfernt werden.
Kann man sie bei jedem Material verwenden? Sie funktioniert am besten bei dichten, gleichmäßigen Materialien wie Metallen, Kunststoffen und Verbundwerkstoffen. Materialien, die sehr grob sind, wie bestimmte Gusseisen, oder sehr weich, können schwierig zu inspizieren sein, da sie die Schallwellen zu stark streuen oder absorbieren.
Wie wählt man zwischen Impuls-Echo- und Durchschallungstechniken? Sie verwenden die Impuls-Echo-Methode, wenn Sie nur Zugang zu einer Seite des Teils haben, was der häufigste Ansatz ist. Durchschallung, die Zugang zu beiden Seiten für separate Sende- und Empfangsprüfköpfe erfordert, wird typischerweise für Materialien verwendet, die Schallwellen stark abschwächen.
Welche Rolle spielt die akustische Impedanz bei der Ultraschallprüfung? Akustische Impedanz ist der Widerstand eines Materials gegen den Durchgang von Schall. Wenn Schallwellen auf eine Grenzfläche zwischen zwei Materialien mit unterschiedlicher akustischer Impedanz treffen, wie Stahl und Luft in einem Riss, wird ein Teil der Schallenergie zurückreflektiert. Diese Reflexion ermöglicht es uns, den Defekt zu erkennen.
Wann würden Sie Scherwellen anstelle von Longitudinalwellen verwenden? Scherwellen werden typischerweise in einem Winkel in ein Teil eingebracht und sind sehr empfindlich gegenüber Diskontinuitäten, die nicht parallel zur Oberfläche liegen. Dies macht sie sehr effektiv für die Inspektion von Schweißnähten auf Defekte wie mangelnde Verschmelzung oder Risse entlang der Schmelzlinie.
Was ist der Hauptunterschied zwischen konventioneller UT und Phased-Array-UT (PAUT)? Konventionelle UT verwendet einen Prüfkopf mit einem einzelnen Kristall, der einen Schallstrahl in eine Richtung sendet. Phased-Array-UT verwendet einen Prüfkopf mit vielen kleinen Elementen, die einzeln gepulst werden können. Dies ermöglicht es, den Schallstrahl elektronisch zu steuern und zu fokussieren, ohne den Prüfkopf zu bewegen, und detaillierte Bilder ähnlich einem Querschnitt des Teils zu erzeugen.
Warum sind Referenzstandards für die Ultraschallinspektion erforderlich? Referenzstandards, bei denen es sich um Materialblöcke mit bekannten hergestellten Defekten handelt, werden zur Kalibrierung der Ausrüstung verwendet. Diese Kalibrierung legt eine Basislinie für die Inspektion fest und ermöglicht es dem Techniker, die Lage, Größe und Art eines Fehlers im tatsächlichen Bauteil genau zu bestimmen.
