Zerstörungsfreie Materialprüfung
Berlin, 21.-23. Mai 2001 -Berichtsband 75-CD
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Grundgedanke der Untersuchungen war, Fehlstellen, die im Bereich der Plattierung auftreten können, anhand der Beugungsmuster zu charakterisieren, ihre Größe und Lage zu bestimmen. Zur Anwendung kamen die TOFD-Technik (Time of flight diffraction technique) und die Impuls-Echo-Einkopftechnik im halben Sprung. Untersucht wurde beim Impuls-Echo-Verfahren mit Hilfe der Gruppenstrahlertechnik mit Longitudinal- und Transversalwellen, bei der TOFD-Technik dagegen nur mit Longitudinalwellen.
Es wurden mehrere plattierte Testkörper unterschiedlicher Herkunft untersucht, wobei hier aber nur einige Ergebnisse von zwei Testkörpern dargestellt werden sollen. Diese von der Staatlichen Materialprüfungsanstalt Stuttgart (MPA) zur Verfügung gestellten Testkörper MPA TK1 und MPA TK3 wiesen eine zweilagige Bandplattierung auf. Die Plattierungen waren 9 bzw. 7 mm dick. In die Testkörper war Fehlergut eingebracht, das sich durch Abmaße, Lage und Art voneinander unterschied.
2.1. Versuchsaufbau
Bild 1 gibt einen Überblick über die Anordnungen der Prüfköpfe und die Abtastrichtungen. Die Pfeile kennzeichnen die verschiedenen Fahrtrichtungen.
Ankopplung auf der plattierten Seite
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Ankopplung auf der ferritischen Seite
Bei der TOFD-Technik waren die Prüfköpfe immer starr miteinander verbunden. Impuls-Echo-Technik
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Abb 1: Versuchsanordnungen [2].
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In Bild 2 ist beispielhaft der Versuchsaufbau einer TOFD-Messung von der ferritischen Seite abgebildet. Die Prüfköpfe sind mit einem Abstand von ca. 200 mm voneinander an einer Aluminiumschiene befestigt, die wiederum über eine kardanische Halterung mit dem Manipulator verbunden ist.
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Abb 2: Versuchsaufbau mit der TOFD-Technik am MPA-Testkörper TK3 [2].
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Der Manipulator ist an einen Rechner angeschlossen, der die Weggeberdaten des Manipu-lators und die Ultraschalldaten aufnimmt und die hochfrequenten A-Bilder digitalisiert.
2.2. Durchführung
Die zu untersuchenden Prüfobjekte wurden mit einem Rand versehen, um ein lokales Wasser-bad, das der Ankopplung diente, erzeugen zu können.
Um zu erkennen, ob und wie sich die Anisotropie der austenitischen Plattierung auf die Fehlererkennung und -bestimmung auswirkt, wurde jeder Fehler mit zwei gegensinnigen Einschallrichtungen untersucht.
3.1. Impuls-Echo-Technik
Beim Einsatz von Transversalwellen konnten keine Beugungsmuster, die zur Fehler-charakterisierung nötig sind, erzeugt werden (Bild 3). Aus diesem Grunde wurden die Untersuchungen mit Longitudinalwellen wiederholt (Bild 4). Bei dieser Vorgehensweise war es möglich, mit Hilfe der entstandenen Beugungsanzeigen die Größe der Fehler befriedigend genau zu bestimmen. Dazu erwies sich ein Einschallwinkel von 35° als am geeignetsten.
Abb3a :
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Abb 3: TD-Bild einer Impuls-Echo-Messung mit Transversalwellen [2].
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Abb 4a:
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Abb 4: TD-Bild einer Impuls-Echo-Messung mit Longitudinalwellen [2].
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3.2. TOFD-Technik
Hier wurden Longitudinalwellen verwendet. Bei der Ankopplung von der ferritischen Seite wurde nur mit kleinen Einschallwinkeln (45°, 38° bzw. 36°) gearbeitet, da die Anzeigen der Fehlerspitzen und -kanten stärker aus dem Rauschuntergrund hervortreten. In Bild 5 und 6 sind die Aufnahmen von zwei verschiedenen Fehlern dargestellt.
Bild 5 zeigt das TD-Bild eines oberflächenverbundenen Heißrisses innerhalb der Plattierung.
In Bild 6 ist das TD-Bild eines Unterplattierungsfehlers dargestellt.
Abb 5: TOFD-Technik von der ferritischen Seite [2].
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Abb 6: TD-Bild einer TOFD-Messung von der ferritischen Seite [2].
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Deutlich sind auf beiden Bildern die bogenförmigen Anzeigen der Fehler zu erkennen. Die Fehlerlagen und -größen können hinreichend genau ermittelt werden.
Anders sieht das bei der Ankopplung auf der plattierten Seite aus (Bild 8 und 9). Dort erscheint, bedingt durch die Anisotropie der Plattierung, die ermittelte Fehlergröße immer zu klein. Begründen lässt sich dies mit den unterschiedlichen Winkeln zwischen der Stängelneigung und der hin- und zurücklaufenden Volumenwelle (Bild 7). Näheres wird in [1] beschrieben.
Dagegen kann aber aufgrund der TD-Bilder eine Aussage über die Lage der Fehlstelle gemacht werden.
Abb 7: Schallverlauf in der Plattierung [2].
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Abb 8: TD-Bild einer TOFD-Messung von der plattierten Seite [2].
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In Bild 8 lässt sich durch die Unterbrechung im Lateralwellenverlauf darauf schließen, dass der Fehler oberflächenverbunden ist und, da die Beugungsanzeige innerhalb der Plattierung beginnt, noch vor der Grenzfläche Plattierung/Grundwerkstoff endet.
Abb 9: TD-Bild einer TOFD-Messung von der plattierten Seite [2].
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In Bild 9 sind Lateralwellen- und Interfaceanzeige durchgängig, wobei an letzterer und innerhalb der Plattierung Veränderungen auszumachen sind. Die Beugungsanzeige ist erst hinter der Grenzflächenanzeige zu finden. Dies lässt den Schluss zu, dass es sich hierbei um einen Fehler unterhalb der Plattierung handelt.
Für die Impuls-Echo-Technik gilt, dass mit ihr die Fehler sicher nachgewiesen werden können und ihre Größe genau bestimmt werden kann. Dagegen lässt sich eine Aussage über die Tiefenlage der Fehlstelle nicht treffen.
Eine Möglichkeit, die Fehlerlage zu charakterisieren, bietet die TOFD-Technik. Die unten stehenden Tabellen [2] sollen einen Überblick über die möglichen Fehlertypen und ihre charakteristischen Beugungsmuster geben.
| Fehlerart | Beugungsanzeige |
| oberflächenverbunden, innerhalb Plattierung (s. Bild 5) | Unterbrechung der Rückwandanzeige, Beugungsanzeige zwischen Grenzflächen- und Rückwandanzeige |
| oberflächenverbunden, in Grundwerkstoff hineinragend | Unterbrechung der Rückwandanzeige und der Grenzflächenanzeige, Beugungs-anzeige vor Grenzflächenanzeige |
| innerhalb der Plattierung | Beugungsanzeige zwischen Grenzflächen- und Rückwandanzeige |
| Unterplattierungsfehler (s.Bild 6) | Beugungsanzeige vor Grenzflächen-anzeige, Unterbrechung der Grenzflächen-anzeige |
| TOFD-Technik von ferritischer Seite | |
| Fehlerart | Beugungsanzeige |
| oberflächenverbunden, innerhalb Plattierung (s. Bild 8) | Unterbrechung der Lateralwellenanzeige, Beugungsanzeige zwischen Grenzflächen- und Lateralwellenanzeige |
| oberflächenverbunden, in Grundwerkstoff hineinragend | Unterbrechung der Lateralwellenanzeige und der Grenzflächenanzeige, Beugungs-anzeige hinter Grenzflächenanzeige |
| innerhalb der Plattierung | Beugungsanzeige zwischen Lateral-wellen- und Grenzflächenanzeige |
| Unterplattierungsfehler (s. Bild 9) | Beugungsanzeige hinter Grenzflächen-anzeige, Unterbrechung der Grenz-flächenanzeige |
| TOFD-Technik von plattierter Seite | |
Die Erscheinungsformen bei der Unterbrechung der Interface- bzw. Rückwandanzeige müssen noch genauer untersucht werden.
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