4.5 Ergebnisse der Prüfung von austenitischen Schweißnähten, Mischnähten und Plattierungen

Austenitische Schweißnähte, Mischnähte, Plattierungen, Overlayund Backlay- Strukturen erlauben fast immer die Detektion voluminöser Reflektoren und die Detektion rißartiger Reflektoren im prüflkopfnahen Oberflächenbereich. Die Prüfung darf sich natürlich nicht auf die Schweißnaht beschränken, es muß mindestens die Wärmeeinflußzone links und rechts neben der Schweißnaht mitgeprüft werden. Zur Prüfung der Wärmeeinflußzone eignen sich Transversalwellenköpfe und Nebenecho 2- Wellenumwandlungsprüfköpfe gut, weil bei dieser Prüfung besonders der Nachweis von Rissen an der prüfkopffernen Oberfläche gewährleistet sein muß. Problematisch wird diese Prüfung, wenn die Schweißnaht nur von einer Seite aus zugänglich ist. Um die prüfkopfferne Oberfläche zu erreichen, muß dann durch die Schweißnaht geschallt werden. Das ist aber mit der üblichen (vertikal polarisierten) Transversalwelle (qT_v) nur in den wenigsten Fällen möglich. Wird mit Longitudinalwellen geprüft, gelingt die Durchschallung der Schweißnaht, aber die Detektion von Rissen an der prüfkopffernen Oberfläche ist nur mit geringer Nachweisempfindlichkeit möglich, weil bei der Longitudinalwelle Nachweiseffekte wie Winkelspiegel und Nebenecho 2 kaum oder gar nicht vorhanden sind.

A-scan 1 A-scan 2 A-scan 3 A-scan 4 Fig 4.15: Prüfung von Plattierungen und austenitischen Schweißnähten mit TH - Wellen, EMUS- Gruppenstrahler [104] Abb 4.16: Verschiedene Schweißnahttypen Abb 4.17: Testkörper mit Pufferung und Plattierung I; Prüfkopf: KWUSEL45° 1,5MHz Abb 4.18: Testkörper mit Pufferung und Plattierung II; Prüfkopf: KWU SEL 45° 1, 5 MHz

Diese Defizite lassen sich voraussichtlich mit Hilfe der horizontal polarisierten Transversalwelle (T_H oder S_H) beseitigen. Labormessungen mit EMUS- Prüfköpfen und deren erste praktische Anwendungen bestätigen diese Vorhersage [104], Abb. 4.15.

Im folgenden werden Erprobungen und Qualifizierungen der unterschiedlichen Prüftechniken beschrieben.

4.5.1 Austenit- und Mischnaht

Abb. 4.16 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus der Vielfalt von Mischnähten, die es in der Praxis zu prüfen gibt. Die Abbn. 4.17 und 4.18 belegen, daß auch in diesen Gefügestrukturen Erfolge bei der Prüfung zu erzielen sind. Der verwendete 45°-SEL- Prüfkopf eignet sich natürlich nur für tiefere Fehlerpositionen. Im prüfkopfnahen Oberflächenbereich werden Kriechwellenprüfköpfe, 70°SEL- Prüfköpfe sowie die ADEPT- Prüfköpfe gute Ergebnisse liefern. Abb. 4.19 dokumentiert andererseits eindrucksvoll die Defizite der Prüftechniken: Longitudinalwellen liefern keine Prüfeffekte an kleinen Oberflächenreflektoren, die üblichen (vertikal polarisierten) Transversalwellen durchdringen das Gefüge nicht [128].

In den Abbn. 4.20 und 4.21 ist dargestellt, wie der jeweilige Riß im Schweißgut mit einem Wellenumwandlungsprüfkopf von der Grundmaterialseite aus detektiert wird. Zu beachten sind die Nebenecho 1- Komponenten, sie sind signifikant für tiefere Risse.

4.5.2 Overlay- und Backlay

Diese Verfahren der Schweißnahtreparatur wurden bisher nur in größerem Umfang in den USA angewendet.
Mit Overlay- Auftragsschweißungen (Bandage) wird die Integrität rißbehafteter Rohrleitungen für einen begrenzten Zeitraum gewährleistet. Die reparierten Rohrstücke werden nach Ablauf vorgeschriebener Betriebszeiten ausgetauscht.

Die Backlay- Struktur ist schweißtechnisch ähnlich aufgebaut wie das Overlay. Das Backlay wird auf die Rohrinnenseite im Bereich der Schweißnähte aufgetragen; die Backlay- Dicke wird auf der Rohrinnenseite ausgespart, so daß die ursprüngliche Kontur erhalten bleibt. Das Backlay beseitigt die Anfälligkeit gegenüber Spannungsrißkorrosion, die bei unstabilisierten Rohrleitungswerkstoffen (z.B. AISI 304 / DIN 1.430) auftreten kann. (Solche Werkstoffe werden im Rohrleitungsbau der Kerntechnik in Deutschland nicht verwendet )

Abb 4.19: Nutnachweis mit unterschiedlichen Prüfköpfen; Nuttiefe = 1 mm; Nutlänge = 50 mm
Nut	Sound direction	Signal/Stör-Abstand [dB]				Chen& Lehmannn SET/ 2 MHz	RTD SET45/ 1,5MHz
		MWB 45N4	MWB 45N4	MWB 45N4	MWB 45N4
1	durch Grundwerkstoff	24	26	16	14	18	16
2	1	22 0	26 0	12 0	12 0	14 0	16 0
3	1 2	0 0	0 0	0 0	0 0	0 0	0 0
4	1 2	0 0	0 0	0 0	0 0	0 0	0 0
5	durch Grundwerkstoff	2	2	2	2	2	0
Abb 4.20: Testkörper mit Anschwingriß; Prüfkopf WSY 70-2, Wellenumwandlung Abb 4.21: Rißdetektion in austenitischem Scheißgut; Prufkopf WSY 70-2 Abb 4.22: Nachweis tiefer Risse unter dem Overlay mit LLT-Prüfkopf

4.5.2.1 Overlay

Der heutige Stand der Prüftechnik ist etwa folgendermaßen: Detektiert werden können nur tiefe Risse unter dem Overlay, die etwa bis in das obere Viertel der Wand unter einer Overlay- Schweißung reichen. Ferner lassen sich Herstellungsfehler im Overlay auffinden. Zur Detektion tiefer Risse werden 60°- LongitudinalwellenPrüfköpfe mit 2 MHz vorgeschlagen [33].

Versuche mit der LLT-Technik liefern an tiefen Rissen erstaunlich gute Ergebnisse, da die Overlaystruktur ja einmal mit einer unter ca. 60° verlaufenden Transversalwelle durchsetzt werden muß, Abb. 4.22. Risse, die in die Overlayschweißung hineinreichen, lassen sich mit SEL- Techniken wie dem Kriechwellen- Prüfkopf, dem 70°- SEL- Prüfkopf und dem ADEPT- Prüfkopf nachweisen.

4.5.2.2 Backlay

Die Prüfung des Backlays wird an einem Beispiel beschrieben. Eine Rohrdurchführung soll durch eine Backlayschweißung mechanisiert saniert und zerstörungsfrei (mit Hilfe eines Rohrkrabblers) geprüft werden. Vor dem Fräsen und Schweißen müssen die zu sanierenden Schweißnähte einer ASME- Code- gerechten Volumenprüfung unterzogen werden. Nach der Sanierung der Schweißnähte müssen die Reparaturschweißungen auf Volumenfehler geprüft werden. Weil die Anzahl der Systemträger begrenzt ist, ist die Anzahl der Prüfköpfe zu minimieren.

Diese Vorgaben konnten am besten mit 3 MHz- ADEPT- 60°- Prüfköpfen erfüllt werden. Die Kombination von zwei gegensinnig schallenden Köpfen in einem (25 x 25 x 25) mm großen Gehäuse (zwei Prüfrichtungen) lieferte die in Tabelle 4.1 zusammenfassend dargestellte Leistung.

Tabelle 4.1: Zusammenfassung der in den Abbn. 4.28 bis 4.25 dargestellten Ergebnisse
Testfehler	Signal/Stör - Abstand	Abb..
Backlay- und Oberflächenprüfung mit D-ADEPT- Prüfköpfen 3 mm Oberflächennut	20 dB	Fig 4.23:
Prüfung der prüfkopffernen Oberfläche mit einem D-ADEPT-Prüfkopf 2 mm prüfkopfferne Oberflächennut (Wanddicke = 25 mm)	20 dB	Abb 4.24:
Volumenprüfung mit D-ADEPT- Prüfköpfen 2 mm Querbohrung angeschallt durch eine austenitische Schweißnaht	20 dB	Abb 4.25:
Volumenprüfung mit D-ADEPT- Prüfköpfen. 2 mm Querbohrung angeschallt durch austenitisches Grundmaterial	30 dB	Abb 4.25:
Backlay- und Oberfiächenprüfung mit D-ADEPT- Prüfköpfen (1 x 0,5) mm Nut angeschallt durch ein 4 mm dickes Backlay	20 dB	Abb 4.23:

4.5.3 Engspaltschweißnaht

Abb 4.26: Vergleich: Konventionelle Schweißnaht / Engspaltschweißnaht

Austenitische Rohrleitungen werden nach neuestem Stand der Schweißtechnik mit dem WIG- Impuls- Engspaltschweißverfahren geschweißt [153]. Bei diesem Verfahren ist im Vergleich zu herkömmlichen Schweißverfahren das Volumen des Schweißguts wesentlich kleiner. Es können damit extrem schmale Nähte in bester Qualität erzeugt werden. Die Schweißzeit ist deutlich geringer. So wird bei einer Wanddicke von z.B. 80 mm ca. 60 % an Schweißzeit gespart, da nur etwa 1/3 der bisher benötigten Schweißumläufe nötig sind. Abb. 4.26 zeigt den Vergleich der Schweißnahtvolumina einer Engspaltschweißnaht und einer 'konventionellen' ca. 80 mm dicken austenitischen Schweißnaht.

Für diesen Schweißnahttyp war neben der Durchstrahlungsprüfung eine vollständige Ultraschallprüfung einschließlich Tandemprüfung gefordert. Die Volumenprüfung konnte mit SEL- Prüfköpfen überwiegend problemlos realisiert werden. Probleme ergaben sich bei der Tandemprüfung, weil die klassische Tandemtechnik im Bereich der Schweißnaht wegen der hohen Interface- Reflektivität versagte.

Alternativ wurde die LLT- Technik und die Nebenecho 1- Methode erprobt und an zwei 4 mm großen und einem 8 mm großen Tandemfehler miteinander verglichen. Die Testfehler lagen alle in 40 mm Tiefe und unterschiedlichen Positionen zur Schweißnaht; die 4 mm Fehler im Grundmaterial und an der prüfkopfnahen Schweißnahtflanke, der 8 mm-Fehler an der prüfkopffernen Schweißnahtflanke (s. Abb. 4.27). Folgende Ergebnisse wurden erzielt:

4.5.3.1 Klassische Tandemtechnik

• Im Grundmaterial kann eine 4 mm-Kreisscheibe mit ca. 18 dB Signal / Stör- Abstand nachgewiesen werden.
• Das Interface (Grundmaterial- Schweißnaht) reflektiert ca. 10 dB besser als die 4 mm- Kreisscheibe!!!
• Die Durchschallung der Schweißnaht ist nicht eindeutig möglich.
4.5.3.2 LLT-Technik
• Im Grundmaterial kann eine 4 mm- Kreisscheibe mit ca. 12 dB Signal / Stör- Abstand nachgewiesen werden.
• Das Interface reflektiert ca. 4 dB schlechter als die 4 mm Kreisscheibe.
• Die Durchschallung der Schweißnaht ist nicht eindeutig möglich.
4.5.3.3 Einkopf- Wellenumwandlungstechnik (Nebenecho 1)
• Im Grundmaterial kann eine 4 mm- Kreisscheibe mit ca. 8 dB Signal / Stör- Abstand nachgewiesen werden.
• Das Interface reflektiert ca. 4 dB schlechter als die 4 mm Kreisscheibe.
• Die Durchschallung der Schweißnaht mit dem Ziel, die 8 mm- Kreisscheibe nachzuweisen, ergibt bezogen auf die Interfaceanzeige ca. 12 dB Signal / Stör- Abstand.

Das gegebene Prüfproblem wurde danach mit Hilfe der LLT- Technik für die Grundmaterial- und Schweißnahtflankenprüfung und mit der Nebenecho 1- Methode in Verbindung mit der direkten Longitudinalwelle für die Schweißnahtvolumenprüfung gelöst [170].
Fig 4.27: Vergleich der Tandem- und der Tandemersatzprüftechniken; Wanddicke des Testkörpers: 80 mm

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