DGZfP-JAHRESTAGUNG 2001 Zerstörungsfreie Materialprüfung

ZfP in Anwendung, Entwicklung und Forschung Berlin, 21.-23. Mai 2001 -Berichtsband 75-CD

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Beiträge: Vorträge: Ultraschallprüfung:

Detektion und Bewertung von Schädigungen in Stahl mit Ultraschall

S. Hirsekorn, U. Netzelmann, W. Arnold
Fraunhofer Institut für zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP)
Universität, Geb. 37, 66123 Saarbrücken

Zusammenfassung

Streu- und Diffusionstheorien, die die Ultraschallausbreitung in Werkstoffen mit mikroskopischen Inhomogenitäten beschreiben und Zusammenhänge zwischen den Ultraschallausbreitungsparametern und Materialkenngrößen aufzeigen, wurden angewandt um zu untersuchen, inwieweit Messungen von Schallgeschwindigkeiten, Schwächungskoeffizienten und Rückstreuamplituden zur Detektion und Bewertung von Schädigungen in Stahl, z.B. durch Wasserstoffversprödung verursacht, herangezogen werden können. Die grundlegenden theoretischen Arbeiten ermöglichen, quantitative Aussagen über die Schädigung und ihren Fortschritt aus den Meßgrößen abzuleiten. Es zeigte sich, daß Geschwindigkeitsmessungen in den meisten Fällen keine ausreichenden Informationen über die Schädigungen in Stahl enthalten, denn kleine Unterschiede im ungeschädigten Werkstoff bewirken häufig größere Änderungen in den Schallgeschwindigkeiten als die durch Belastung des Werkstoffs entstandenen Mikrorisse oder Poren. Messungen der Schallschwächung und der Rückstreuamplituden sind zur Bewertung der Schädigung von Stahl besser geeignet.

Einleitung

Poren und Mikrorisse in Werkstoffen reduzieren sowohl die longitudinale als auch die transversale Schallgeschwindigkeit [1-8]. Der Abfall mit zunehmender Schädigung ist für Kompressionswellen größer als für Scherwellen. Die relative Änderung ist durch die fehlende Rückstellkraft über Rissflanken und deren Einfluß auf Kompressions- und Schermodul bedingt [9-10]. Sowohl die Beziehungen zwischen den Geschwindigkeiten und der Porosität (Volumenanteil der Poren oder Risse) als auch die relative Änderung der Geschwindigkeiten kann zur Schädigungsbewertung herangezogen werden, wenn die Werte des ungeschädigten Materials genau genug bekannt sind. Zur Detektion und Bewertung von Wasserstoffversprödung in Pipeline-Stahl wurde eine automatisierte Ultraschallanlage entwickelt [11]. Die Korrelation von Anzahl und Dichte der Anzeigen in Ultraschall-C-Scan-Messungen mit metallographischen Untersuchungen an einige tausend Stahlproben lieferte einen Schwellenwert für nicht tolerierbare Schädigung. Experimentell wurde gezeigt, daß die Ultraschallschwächung und die -rückstreuamplitude in Stahl mit zunehmender Schädigung wächst [9-10]. Dabei liefern niedrige Frequenzen (etwa 4 bis 5 MHz) eher verläßliche Ergebnisse als hohe, obwohl die Schallschwächung im Werkstoff mit der Frequenz zunimmt, denn Korrosion an den Werkstoffoberflächen streut ebenfalls die Schallwellen und verfälscht so die Schwächungs- und Rückstreudaten, allerdings mit signifikantem Beitrag erst für hohe Frequenzen [11]. Alle genannten Arbeiten beschreiben Verfahren, die prinzipiell zur Detektion und Bewertung von Schädigungen in Stahl geeignet sind, geben aber keine quantitative Spezifikation der Schädigung in den untersuchten Proben an.

Generell verursacht die Streuung von Ultraschall an den Korn- und Phasengrenzen in polykristallinen, mehrphasigen und/oder porösen Werkstoffen eine Schwächung der Schallwellen in Laufrichtung sowie dispersive Schallgeschwindigkeiten. Diese Effekte und auch die Amplituden der Streuwellen können zur Materialcharakterisierung ausgenutzt werden, wenn der Zusammenhang mit den Struktureigenschaften quantitativ bekannt ist. Ultraschallausbreitung und -streuung in Werkstoffen mit mikroskopischen Inhomogenitäten wird seit Jahren untersucht. Streu- und Diffusionstheorien wurden formuliert, um Zusammenhänge zwischen den Ultraschallausbreitungsparametern und Materialkenngrößen aufzuzeigen [z.B. 1-8, 12-18]. Ein wesentlicher Anteil dieser grundlegenden theoretischen Arbeiten ist im IZFP entstanden [12, 14, 15]. Die Theorie ermöglicht, quantitative Aussagen über die Schädigung und ihren Fortschritt in Werkstoffen aus den Meßgrößen abzuleiten, und gibt Auskunft, inwieweit die Messung von Schallgeschwindigkeiten, Schwächungskoeffizienten und Rückstreuamplituden zur Detektion und Bewertung von Schädigungen in Stahl geeignet sind [19]. Die analytischen Ergebnisse wurden für verschieden stark geschädigte Stahlproben numerisch ausgewertet und im Zusammenhang mit experimentellen Untersuchungen an diesen Proben diskutiert. Es zeigte sich, daß die Schallgeschwindigkeiten in den meisten Fällen keine ausreichenden Informationen über die Schädigung in Stahl enthalten, da kleine Unterschiede im ungeschädigten Werkstoff häufig größere Änderungen bewirken als die durch Belastung des Werkstoffs entstandenen Mikrorisse oder Poren. Schallschwächung und Rückstreuamplituden sind zur Bewertung der Schädigung in Stahl besser geeignete Meßgrößen.

Numerische Abschätzung der schädigungsbedingten Ultraschalleffekte

Bei der Ultraschallausbreitung in geschädigtem Stahl überlagert sich die Streuung an Rissen und Körnern, so daß die Bewertung der Schädigung aus Ultraschallmessungen eine Trennung der Effekte erfordert. Im folgenden wird für einige typische Beispiele die Größenordnung der verschiedenen Beiträge numerisch abgeschätzt. Die die Kornstreuung beschreibenden Streukoeffizienten in Transmission sowie die resultierende Geschwindigkeitsdispersion sind in der Literatur analytisch angegeben [12-16]. Die Abschätzung der Streuung an Rissen erfordert Betrachtungen bezüglich ihrer Form und Orientierungsverteilung.

Es wird angenommen, daß Wasserstoffversprödung kreisförmige Risse verursacht, die durch Oblaten mit Durchmesser d und Rißöffnung d/n beschrieben werden können, wobei n=10 ein realistischer Wert ist [20]. Als Rißlänge wird die gemittelte Länge der Schnitte senkrecht zur Rißfläche definiert. Rißlänge und -volumen sind dann durch l=2d/p bzw. V_C=4p (d/2)³/3n, die Porosität (Volumenanteil der Risse) bei einer Rißdichte von N Rissen pro Einheitsfläche durch V_P=NV_C/l=(p ⁴/48)(N/n)l² gegeben. Bei isotroper Orientierungsverteilung kann die Ultraschallstreuung an den Rissen durch Streuung an Poren mit einem effektiven Durchmesser beschrieben werden. Der effektive Durchmessers d_eff folgt aus einer Streutheorie für Kurzfaser-verstärkte Materialien [21]. Das Modell beinhaltet die Beschreibung von Werkstoffen mit Poren oder kreisförmigen Rissen, da diese als Sekundärphase angesehen werden können. Für n=10 erhält man d_eff» 0.301d. Basierend auf den genannten Annahmen wird die Rißstreuung von Kompressionswellen relativ zur Kornstreuung abgeschätzt.

Im Rayleigh-Bereich, d.h. die Ultraschallwellenlänge ist groß im Vergleich zu den Linearabmessungen der Streuer, beschreiben die Streukoeffizienten in Transmission auch die Schwächung der Rückstreuung [z.B. 22-27]. Außerhalb dieses Bereichs wurde experimentell in Rückstreuung eine deutlich geringere Schwächung als in Transmission festgestellt [28]. Eine erklärende Theorie gibt es hierzu bisher nicht. Zur Wechselwirkung zwischen Riß- und Kornstreuung existiert bisher nur eine phänomenologische Beschreibung [29], die die Rißstreuung nach [30] und die Kornstreuung nach [12] berechnet und gewichtet mit dem Volumenanteil der Streuer linear überlagert, so daß die Mehrfachstreuung zwischen verschiedenartigen Streuern nicht berücksichtigt ist.

Abb 1: Optisches Bild der Proben 1 und 2.

Für die Experimente standen uns drei Rohrabschnitten aus 0.5-Mo-Stahl mit Korndurchmessern von etwa d_g=45 mm zur Verfügung. Die Rohre waren innen heißem Wasserstoff ausgesetzt und wiesen dadurch Schädigungen mit radialer Abhängigkeit von innen nach außen abnehmend von etwa N=50-200 Rissen pro mm² mit Längen von l=20-100mm auf. Die Angaben zu Korngröße und Schädigung wurden metallographisch ermittelt. In zwei Proben wurden in radialer Richtung zur Unterteilung der Wanddicke acht Stufen gesägt, bei Probe 1 von außen, bei Probe 2 von innen. Abb. 1 zeigt ein optisches Bild. Bei Stufe 1 ist die Originalwanddicke der Proben von 76 mm noch erhalten. Der dritte Rohrabschnitt hat eine Wanddicke von 69-70 mm. In diesen Stahlproben sind für Longitudinalwellen von 4 MHz sowohl Korn- als auch Rißstreuung im Rayleigh-Bereich, so daß die Streukoeffizienten a_{SL Risse} und a _{SL Körner} analytisch angegeben werden können [z.B. 12, 15, 19, 31]. Für Rißstreuung gilt

(1)

g ist der totale Streuquerschnitt eines Streuers, V_P der Volumenanteil der kreisförmigen Risse (Porosität) und V_eff =4/3p(d_eff/2)³ das Volumen einer "effektiven" Pore (siehe oben) im Fall isotroper Orientierungsverteilung der Risse. Der Streufaktor S_C ist durch

(2)

gegeben. k=w /v_L und k =w /v_T sind die Wellenzahlen, v_L und v_T die Geschwindigkeiten für Longitudinal- bzw. Transversalwellen in der Matrix, hier Stahl, w ist die Kreisfrequenz der Ultraschallwelle. Für die Kornstreuung gilt

(3)

mit dem Einkristallanisotropiefaktor A=c_11- c_12- 2c₄₄ der polykristallinen Matrix. Das Verhältnis der Streukoeffizienten ist im Rayleigh-Bereich gleich dem der durch Risse und Körner zurückgestreuten Energie [25]. Mit Materialkonstanten aus der Literatur [31] erhält man

(4)

ist also proportional zur Porosität sowie zur dritten Potenz vom Verhältnis der Rißlänge zum Korndurchmesser. Mit dieser Gleichung kann nun für Frequenzen im Rayleigh-Bereich die Nachweisgrenze von isotrop orientierten kreisförmigen Rissen in Stahl abgeschätzt werden. Nehmen wir an, daß die Rückstreuung durch Risse um nachweisbar zu sein nicht geringer sein darf als die durch Körner, sind Risse mit Längen gleich dem Korndurchmesser erst ab 10% Volumenanteil detektierbar. Die Rückstreuamplitude von ausgerichteten Risse bei senkrechtem Schalleinfall ist deutlich höher. Dieser Unterschied kann durch den Vergleich der Rückstreuamplitude einer einzelnen Pore mit Durchmesser d_eff mit der eines kreisförmigen Risses mit Durchmesser d abgeschätzt werden. Das Verhältnis der Amplituden der beiden Streuer ist gleich dem Verhältnis ihrer Formfaktoren [32] und ergibt den im Rayleigh-Bereich frequenzunabhängigen Wert 2.56.

Aus Gleichung (4) folgt für diese Proben, daß die Ultraschallstreuung kreisförmiger Risse mit isotroper Orientierungsverteilung erst ab einer Länge von etwa 100 mm von gleicher Größenordnung wird wie die Kornstreuung, so daß ein Nachweis kleinerer, insbesondere der 20 mm langen, Risse nicht erwartet werden kann. Die Rißdichte geht in die Nachweisbarkeit linear ein, das Verhältnis von Rißlänge zu Korndurchmesser aber mit der dritten Potenz, so daß sich die Nachweisbarkeit mit der Rißdichte nur wenig, mit dem Korndurchmesser aber drastisch ändert. Z.B. wäre die Streuung durch Körner mit einem Durchmesser von nur 6 mm schon geringer als die Streuung an 20 mm langen Rissen mit einer Dichte von 50 pro mm² [19].

Zur Bestimmung der kleinsten detektierbaren Rißlänge in Abhängigkeit von den Struktureigenschaften des Werkstoffs wird Gleichung (4) umgeformt. Um bei Einsatz vor Ort genügend Spielraum zur Vermeidung von Falschanzeigen zu haben, sollten die Rückstreuamplituden durch Risse mindestens 12 dB höher sein als die der Kornstreuung. Damit ergibt sich, daß sicher nachweisbare Risse mindestens eine Länge von

(5)

besitzen. Der Parameter P = 2.11 enthält die Detektionskriterien, das Verhältnis von Korn- zu Rißstreuung, Riß- und Kornformfaktoren und einen Korrekturfaktor, der die Anisotropie durch leichte Ausrichtung der Risse beinhaltet. Der Anisotropiefaktor wurde für die oben beschriebenen Proben aus Rückstreumessungen in radialer, tangentialer und axialer Richtung abgeschätzt. Bei einem Korndurchmesser von 45 mm und einer Rißdichte von N = 200/mm² sind dann nach Gleichung (5) Risse ab einer Länge von 63 mm detektierbar.

Die Abnahme der Schallgeschwindigkeiten durch Poren und Mikrorisse in Werkstoffen folgt nicht nur aus statischen Berechnungen effektiver elastischer Konstanten [1-8], sondern auch aus den Streutheorien zur Beschreibung der Ultraschallausbreitung in mikroskopisch inhomogenen Gefügen [z.B. 7, 21, 30]. Die Streutheorien liefern zusätzlich die Dispersion. Die longitudinalen und transversalen Schallgeschwindigkeiten in den oben beschriebenen Werkstoffen wurden im ungeschädigten Zustand und für die angegebenen Schädigungen unterschiedlicher Rißdichte und -länge mit derselben Theorie berechnet, die im vorangehenden zur Bestimmung der Streukoeffizienten benutzt wurde [15]. Wie erwartet nehmen die Schallgeschwindigkeiten bei geringem Volumenanteil der Risse linear mit steigender Porosität ab. Auch die aus dem Experiment bekannte Zunahme des Verhältnisses von Transversal- zu Longitudinalgeschwindigkeit wurde theoretisch bestätigt. Weitere Beispielrechnungen zeigten aber, daß diese relative Änderung signifikant von dem Verhältnis der Schallgeschwindigkeiten im ungeschädigten Werkstoff abhängt. Hat es, wie in den Experimenten von [9, 10], den Wert 0.54, wird bei 10% Porosität ein Verhältnis von 0.55 erreicht, bei einem Wert von 0.6 im ungeschädigten Material ergibt sich keine meßbare Änderungen mit wachsender Porosität [19]. Die Schallgeschwindigkeiten sind also zur Schädigungsbewertung weniger geeignet und erfordern in jedem Fall die genaue Kenntnisse der Werte im ungeschädigten Material.

Experimentelle Untersuchungen

Abb. 2 zeigt C-Scans der Proben 1 und 2, die mit einer im Bereich von 10 bis 100 MHz arbeitenden Hochfrequenz-Ultraschallanlage aufgenommen wurden. Die Messungen erfolgten im Wasserbad im Impuls-Echo-Verfahren. Eingeschallt wurde in axialer Richtung mit einem breitbandigen fokussierenden 15 MHz Prüfkopf mit einer Fokuslänge von 50mm (IAP 15.6.2, Krautkrämer). Der Frequenzinhalt des Rückstreusignals, insbesondere des Rückwandechos, kann wegen der bei hohen Frequenzen zunehmenden Schwächung deutlich geringer sein als 15 MHz. Die Schädigung durch Wasserstoffversprödung an den Rohrinnenwänden ist in radialer Richtung bis zu einer Tiefe von etwa 20 mm durch den Abfall der Rückstreuamplituden (mehr als 10 dB) deutlich zu erkennen.

Abb 2: C-Scan der Proben 1 und 2, axiale Einschallrichtung, Bildgröße: 300x300mm2.

Die Schallgeschwindigkeitsmessungen wurden mit einem 5 MHz Longitudinal- und einem 5 MHz Transversalwellenprüfkopf (Panametrics V109 5 MHz/0.5" bzw. V155 5 MHz/0.5") bei breitbandiger Anregung in Kontakttechnik ausgeführt. Zunächst wurde an drei verschiedenen Punkten der Probe 2 in axialer Richtung gemessen. Dabei durchläuft der Schall jeweils nur Bereiche gleicher Schädigung, so daß sich die Geschwindigkeiten während des Schallaufwegs nicht ändern. Punkt 1 und 2 liegen im geschädigten Bereich, wobei Punkt 1 näher zur Rohrinnenwand ist, Punkt 3 liegt im ungeschädigten Bereich (siehe Abb. 1). Die Messungen ergaben qualitativ die theoretisch vorhergesagten Änderungen der Schallgeschwindigkeiten mit der Schädigung. Der Anstieg des Verhältnisses von Transversal- zu Longitudinalwellengeschwindigkeit lag allerdings mit etwa 0.1% an der Nachweisgrenze. Bei den Geschwindigkeitsmessungen in radialer Richtung durchlaufen die Schallwege Bereiche unterschiedlicher Schädigung und mitteln über diese. Die Ergebnisse bei Einschallung von den verschiedenen Stufen der Proben 1 und 2 und für unterschiedliche Positionen bei Probe 3 zeigen, daß bei radialer Einschallung die durch die Schädigung verursachten Änderungen vergleichbar mit den Meßungenauigkeiten sind [19]. Die Messungen an den drei Rohrabschnitten bestätigen die schon aus den theoretischen Betrachtungen und numerischen Abschätzungen gefolgerte Aussage, daß die Ausnutzung der longitudinalen und transversalen Schallgeschwindigkeiten und ihrer relativen Änderung zueinander zur Detektion und Bewertung von Schädigung in Stahl nicht praktikabel ist.

Mit dem oben beschriebenen breitbandig angeregten 5 MHz Longitudinalwellenprüfkopf wurden Rückstreuamplituden im Puls-Echo-Verfahren (A-Scans) gemessen. Abb. 3 zeigt in radialer Richtung von Stufe 3 der Probe 1 von außen nach innen und von Stufe 3 der Probe 2 von innen nach außen gemessene A-Scans. Bei Probe 1 (Abb. 3a) wird zuerst der ungeschädigte und dann der geschädigte Bereich an der Rohrinnenwand durchlaufen. Die Rückstreuung im ungeschädigten Bereich wird durch die Körner verursacht, im geschädigten Bereich überlagert sich additiv die Rißstreuung. Dadurch steigt die Rückstreuamplitude mit zunehmender Schallaufzeit drastisch an. Am linken Rand ist das Eintrittsecho, am rechten Rand das Rückwandecho zu sehen. Bei Probe 2 (Abb. 3b) durchläuft der Schall zunächst einen leicht geschädigten, dann den ungeschädigten Bereich. Die starke Schädigung an der Rohrinnenwand enthält die Restwandstärke bei Stufe 3 der Probe 2 nicht mehr. Dadurch sind die Rückstreuamplituden in Abb. 3b deutlich niedriger als in Abb. 3a und nehmen mit zunehmenden Schallaufweg ab. Auch hier ist am linken Rand das Eintrittsecho und am rechten Rand gerade noch das Rückwandecho zu erkennen. In Abb. 3a wächst die Rückstreuamplitude aufgrund der Schädigung etwa um den Faktor 1.5-2 an.

Abb 3: A-Scans der Proben a) 1 von außen nach innen und b) 2 von innen nach außen.

Die Schwächungskoeffizienten von 5 und 10 MHz Longitudinalwellen in den Proben wurden längs desselben Laufwegs aus Rückstreumessungen (A-Scans) bei schmalbandiger Anregung bestimmt. Hierbei wurde in axialer Richtung eingeschallt, um etwa gleichbleibenden Schädigungszustand über den gesamten Schallaufweg zu gewährleisten. Die Messungen erfolgten mit einem speziell für Anwendungen in der Industrie entwickelten Gerät [33]. Die Zwei-Frequenzen-Methode [22] ermöglicht dann die Aufteilung in Absorptions- und Streuanteil. Dabei wird eine lineare Frequenzabhängigkeit des Absorptionskoeffizienten und die im Rayleigh-Bereich gültige Änderung des Streukoeffizienten mit der vierten Potenz der Frequenz (siehe Gleichungen (1) und (3)) vorausgesetzt. Aus den nach diesem Verfahren in ungeschädigten Bereichen der Proben gemessenen Streukoeffizienten, die nur Kornstreuung enthalten, wurden mit Hilfe von Gleichung (3) die Korngrößen bestimmt. Für die Auswertung wurden die an den Proben im ungeschädigten Bereich gemessenen Schallgeschwindigkeiten benutzt. Die resultierenden Korndurchmesser d_g=63 mm für Probe 1, d_g=52 mm für Probe 2 und d_g=74 mm für Probe 3 sind von der gleichen Größenordnung wie der metallographisch bestimmte Wert von d_g=45 mm. Die Kenntnis der Streukoeffizienten in den ungeschädigten Bereichen ermöglicht, in geschädigten Bereichen gemessene Streukoeffizienten in Anteile der Korn- und der Rißstreuung aufzuteilen und damit die Koeffizienten der Rißstreuung experimentell zu bestimmen. Das Verhältnis von Riß- zu Kornstreuung kann aber auch, wie oben schon angegeben, aus der Höhe der Rückstreuamplituden der verschiedenen Bereiche in den in radialer Richtung aufgenommenen A-Scans abgelesen werden. Diesen Messungen ergaben Werte zwischen 0.5 und 1 für Riß- zu Kornstreuung.

Mit Hilfe von Gleichung (1), den gemessenen Schallgeschwindigkeiten und metallographischen Angaben über die Schädigungen wurden auch Koeffizienten der Rißstreuung berechnet. Aus den metallographischen Untersuchungen folgen die Rißlänge und der Anteil der Risse pro Fläche, der dann gleich dem Volumenanteil der Risse gesetzt wurde. Die mit diesen Angaben berechneten Streukoeffizienten sind um den Faktor 3.1 bis 7.6, je nachdem ob isotrope Verteilung oder Parallelausrichtung und Senkrechtbeschallung der Risse angenommen wird, kleiner als die gemessenen Werte, d.h. aber in der gleichen Größenordnung [19]. Das experimentell ermittelte größere Verhältnis von Riß- zu Kornstreuung kann an der breiten Rißlängenverteilung liegen, denn lange Risse dominieren das Streuverhalten. Die Modellrechnungen wurden aber mit einer konstanten mittleren Rißlänge ausgeführt, die den Einfluß langer Risse in der Verteilung vernachlässigt. Experimentelle Untersuchungen an einer wasserstoffversprödeten 0.5-Mo-Stahlprobe aus einer Pipeline bekräftigen diese Annahme. Gerade erkennbare Rückstreusignale erhielt man aus Bereichen mit einer Rißdichte von 200/mm² und einer mittleren Rißlänge von 20 mm. In diesem Bereich enthielt die sehr breite Längenverteilung aber Risse mit bis zu 100 mm Länge, die wahrscheinlich Grund für die Detektierbarkeit der Schädigung waren. Metallographische Untersuchungen der Probe zeigten, daß die großen Risse aus mehreren kleinen Rissen zusammengewachsen waren und damit gleiche Größenordnung wie der Korndurchmesser erreichten. Das Zusammenwachsen der Risse hat einen drastischen Anstieg der Rückstreuamplitude zu Folge. Das hier für die Abschätzungen benutzte Modell kann so erweitert werden, daß es Rißlängenverteilungen berücksichtigt.

Zusammenfassung der Ergebnisse

Theoretischen Abschätzungen zufolge nehmen Schallgeschwindigkeiten in Stahl mit wachsender Schädigung ab und das Verhältnis von Transversal- zu Longitudinalgeschwindigkeit nimmt zu. Dies Verhalten konnte durch die Messungen an drei Rohrabschnitten aus 0.5-Mo-Stahl mit Schädigung durch Wasserstoffversprödung an der Rohrinnenwand bestätigt werden. Allerdings zeigen sowohl die theoretischen als auch die experimentellen Ergebnisse, daß eine Bewertung der Schädigung mit diesen Meßgrößen schwierig ist, weil die Effekte stark von den Materialparametern im ungeschädigten Werkstoff abhängen und, wie z.B. bei den hier untersuchten Proben, sehr klein sein können. Schwächungskoeffizienten und Rückstreuamplituden erwiesen sich als wesentlich geeignetere Meßgrößen zur Detektion und Bewertung von Schädigungen in Stahl. C-Scans der Rohrabschnitte in axialer Richtung zeigen aufgrund der höheren Schwächung durch Streuung im geschädigten Bereich an der Rohrinnenwand dort einen deutlichen Abfall (mehr als 10 dB) der Rückwandechos. Dementsprechend wurden bei in radialer Richtung aufgenommenen A-Scans der Proben von der Rohrinnenwand aus bis zu 20 mm in die Tiefe gehend um den Faktor 1.5 bis 2 höhere Rückstreuamplituden gemessen als in den der Rohraußenwand näheren ungeschädigten Bereichen der Wanddicke. Diese Meßergebnisse sind in guter übereinstimmung mit numerischen Abschätzungen der Streukoeffizienten aus den metallographisch bestimmten Daten für Korngröße und Schädigung sowie den Materialparametern für Stahl aus der Literatur.

Danksagung

Die Arbeiten sind im Rahmen eines Forschungsauftrags der Firma Shell International Oil Products B.V. (früher Billiton Research B.V.), Amsterdam, Niederlande entstanden. Die Autoren danken für die finanzielle Unterstützung und die Genehmigung zur Veröffentlichung der Ergebnisse.

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