4.6 Befundanalyse und Rißtiefenbestimmung

Es ist Stand der Technik, Befunde einer Ultraschallprüfung durch die Beurteilung der Echohöhe des Reflektors bezogen auf einen Referenzreflektor zu bewerten. Bis auf die Darstellung der Reflektorlage und der Reflektorlänge ist die Beschreibung der wahren Reflektorgeometrie auf der Basis einer reinen Amplitudenbewertung nicht möglich. Art bzw. Ursache des Reflektors, sowie seine Tiefenausdehnung sind direkt nicht ableitbare Größen, so daß die anzulegenden Beurteilungsmaßstäbe streng konservativ sind. Unzulässig sind daher bereits Befunde mit im Vergleich zur kritischen Fehlergröße sehr kleinen Ersatzreflektorgrößen, Abb. 4.28 [63].

Fig 4.28: Prinzipien der Fehleraufindung und der Bewertung mit Ultraschall REGISTRIERUNG VON REFLEKTOREN: Echohöhenüberschreitung von Referenzamplituden
Prüftechniken Prüfumfang Prüfempfindlichkeit	<=	-Regelwerk- PRUFVORSCHRIFT Fehlerkatalog	=>	Fehlernachweis
BEWERTUNG VON REFLEKTOREN: Bewertung von Referenzamplituden
punktuell (A) Länge (d) Häufigkeit von Befunden	<=	Rege werk PRÜFVORSCHRIFT	=>	Fehlernachweis

Zwar wird mit diesen Maßnahmen die geforderte Sicherheit erreicht, Prinzipien der Fehleraufindung und der Bewertung mit Ultraschall mit der Risse einer bestimmten Tiefenausdehnung ausgeschlossen werden können, doch entstehen dadurch erhöhte Prüfkosten und Prüfzeiten. Es ist darüber hinaus nicht auszuschließen, daß unnötig repariert wird.

Ursache der Schwierigkeiten bei der Rißtiefenbestimmung mit U1traschall ist die Vielfalt der Fehlergeometrien und -konfigurationen, die in komplexer Weise auf den Ultraschall wirken können. Es gibt zwar eine Vielzahl bekannter Meßmethoden zur Rißtiefenbestimmung [66, 93], jede für sich kann jedoch im Einzelfall ohne Aussagekraft bleiben. Rißtiefen werden deshalb bei Befundanalysen mannull gemessen.

Die Vorgehensweise dabei kann dann standardisiert werden, wenn der nachzuweisende Rißtyp bekannt ist. Dabei hängt die Nachweiswahrscheinlichkeit auch von der Qualifikation der Prüfer ab. Ein Beispiel für eine solche Standardisierung sind die - inzwischen allgemein akzeptierten - Vorschriften zur Tiefenbestimmung von interkristallinen Spannungsrissen [33].

Rißtiefenmessungen, die im Sinne einer Befundanalyse abgesichert sind, können sehr aufwendig sein. Dies bedeutet, daß mehrere Ultraschallprüftechniken, gegebenenfalls ergänzt durch andere zerstörungsfreie Prüftechniken, zu benutzen sind. Denkbare Fehlergeometrien können aus den Fertigungs- bzw. Betriebsdaten des zu prüfenden Bauteils abgeleitet werden, Abb. 4.29.

Generell ist die Kenntnis der denkbaren Fehlerkonfigurationen, der Wirkung des Reflektors auf den Ultraschall und der Art der Ultraschallausbreitung im anisotropen Material Voraussetzung für Entwicklung und Anpassung der Prüftechnik.

Abb 4.29: Vorgehensweise bei rißverdächtigen Befunden Abb 4.30: Querschnittskontur Abb 4.31: Reflektorortbestimmung

4.6.1 Befundanalyse

Bei der Bewertung der Ergebnisse von Ultraschallprüfungen stellen sich, wenn Anzeigen vorhanden sind, die Fragen: Stammen die Anzeigen von

• Rissen
• Volumenfehlern
• Formanzeigen
• anderen Reflektoren?

Zur Beantwortung dieser Fragen ist es wichtig, zuerst den genauen Ort der Anzeige relativ zur Schweißnaht zu bestimmen. Kann die Antwort auf diese Frage der Dokumentation der Prüfung nicht entnommen werden, sind Befundanalysen in der im folgenden Beispiel dargestellten Art erforderlich.

Es handelt sich um eine bewertungspflichtige Anzeige in einer austenitischen Rohrleitung. Die Befundanalyse gliedert sich in zwei Teile, nämlich in

• die Aufnahme der Querschnittskontur und
• das Einzeichnen der Schallwege zum Reflektor in die Querschnittskontur.

Die Querschnittskontur wurde mit Hilfe eines Kammabdrucks der Außenoberfläche aufgenommen. In örtlicher Relation zum Kammabdruck wurde die Wanddicke mit einem 0°-Prüfkopf gemessen. Gemäß Abb. 4.30 konnte dann die Querschnittskontur konstruiert werden. Danach wurden mit einem Winkelprüfkopf (56° SET 1,5 MHz) die Wertepaare 'Prüfkopfort' und 'Laufzeit zum Reflektor' ermittelt und in die Querschnittskontur eingetragen, Abb. 4.31.

Diese Laufzeitanalyse legt den Anzeigenort jeweils auf die prüfkopfferne Flanke der Schweißnahtwurzel (Anzeige des Echos nach Durchquerung der Schweißnaht). Rißartige Reflektoren würden ein andersartiges Verhalten erwarten lassen; somit sind die Anzeigen als Wurzelanzeigen zu interpretieren. Zur Absicherung dieser Aussage wurde dies mit einem Nebenecho 1- Prüfkopf überprüft, der ebenfalls keinen Hinweis auf Risse lieferte.

4.6.2 Rißtiefenbestimmung

Nach der Absicherung eines durch die Befundanalyse entstandenen Verdachtes, daß Risse vorhanden sind, können die Rißtiefen gemessen werden, wobei die wesentliche Aussage über Fehlerrandrekonstruktionsverfahren und flächensensitiven Nachweis (z.B. mit der Nebenecho 1- Methode) erreicht werden sollte.

Abb 4.32: Fehlerrandsignal (offener Bindefehler) Abb 4.33: Fehlerrandsignal (geschlossener Ermüdungsriß)

Ein Merkmal dieser Strategie ist es, die Prüfaussage mit angemessen hoher Redundanz zu erreichen, da Fehlerrandrekonstruktionsverfahren wegen der geringen Randreflektivität sehr problematisch in ihrer Anwendung sind. Am Beispiel eines offenen Bindefehlers und eines Ermüdungsrisses sei dies verdeutlicht, Abbn. 4.32 und 4.33.

In Fällen, in denen der Fehlerrandnachweis erwartungsgemäß schwierig ist, etwa bei interkristallinem Rißverlauf, sollten alle Möglichkeiten ausgenutzt werden, um die Rißspitzenmessung abzusichern.

Anwendbar sind Verfahren, die die Rißfläche als Reflektor nutzen. Zwar ist die Anwendung von Kennlinien zur Bewertung der Rißtiefe äußerst problematisch, da die Geometrie des Bezugsreflektors, etwa eine Nut, stark von der Rißgeometrie abweichen kann, dennoch ermöglichen solche Messungen wichtige qualitative Aussagen zur Rißtiefenabschätzung mit Hilfe solcher Kennlinien, Abb. 4.34.
Abb 4.34: Bewertungskennlinien; Wanddicke für alle Kennlinien: 20 mm

Abb 4.35: Rißspitzen- Nachweistechniken Schattentechnik (SE) Phasenauswertung (A-Blid In Hochfrequenzdarstellung ) DELTA-Technik (SE) ADEPT 60 (integr. Tandemtechnik) Merkmale: fokussierte Longitudinalwelle

Einige Rißspitzennachweistechniken sind in Abb. 4.35 veranschaulicht. Um kleine Risse bis 6 mm Tiefenausdehnung beschreiben zu können, müssen höchstbedämpfte Prüfköpfe verwendet werden, die durch hohes axiales Auflösungsvermögen eine saubere Trennung von Rißgrund- und Rißspitzensignalen erlauben.

Dabei sollten durch angepaßte Dimensionierung der Breite des Schallbündels Rißgrundecho und Rißspitzenecho zugleich erfaßt werden können und gemeinsam im A-Bild erscheinen, damit bei der Bewegung des Prüflkopfs das Rißspitzenecho relativ zum Rißgrundecho bewertet werden kann.

Die Nachweisbarkeit von Rißspitzen ist allerdings unsicher. Es gibt Fälle, in denen Rißspitzen mit relativ gut auswertbarer Amplitude detektiert werden können, in anderen gelingt überhaupt kein Nachweis. Wichtigster der behindernden Faktoren scheint dabei die Pressung des Risses zu sein [169].

4.6.3 Nachweis natürlicher Risse

Die Abbn. 4.36 und 4.37 zeigen die Rißdetektion und die Rißtiefenbestimmung an ausgebauten, mit interkristalliner Spannungsrißkorrosion (IGSCC²) behafteten Rohrstücken. Bemerkenswert ist die Rißposition, sie befindet sich direkt auf der Andrehkante und hat zur Folge, daß die Nebenecho 2- Methode versagt (vergl. hierzu Abb. 4.7. Mit dem 48°-Prüfkopf und dem 60°-Prüfkopf ist der Riß dagegen sicher zu detektieren. Abb. 4.37 zeigt Methoden zur Rißtiefenbestimmung und - abschätzung.

Abb. 4.38 dokumentiert den Nachweis von Rissen in einer eingebauten Rohrleitung. Die Strahlenbelastung und die erschwerte Zugänglichkeit der Schweißnaht erwiesen sich als stark behindernde Faktoren. Der Ultraschall- Befund wurde radiographisch bestätigt und die Schweißnaht durch einen Overlay saniert.

Abb 4.36: Rißdetektion Abb 4.37: Rißspitzendetektion Abb 4.38: Befundanalyse

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