4.7 Darstellung der Prüfergebnisse mit bildgebenden Verfahren

Die direkte, bildhafte Darstellung eines Fehlers ist ein altes Ziel der zerstörungsfreien Prüfung. Mit bildgebenden Verfahren wie der akustischen Holographie [18] - [118], [119], [131], [164], der Breitbandholographie [47], [155, 156], ALOK³ [44, 45], [106, 84], [94], [101], [110], SAFT4 [65], [165] - [167], [198], FT-SAFTs [125, 126], der Ultraschall-Tomographie [1113, 208] und anderen ist es immerhin möglich, die Reflektivität eines zu prüfenden Werkstoflbereiches für die verschiedenen Wellenmoden darzustellen. Die zitierten Methoden setzen im Prinzip voraus, daß der Prüfgegenstand aus einem für den Ultraschall isotropen und homogenen Werkstoff besteht [69], eine Voraussetzung die hier gerade nicht gegeben ist und deshalb die Anpassung der bildzeichnenden Verfahren an die Verhältnisse der Schallausbreitung im anisotropen Werkstoff erfordert. Uber die physikalischen Prinzipien und technische Details dieser Verfahren liest man in den angegebenen Publikationen nach.
² Intergranular Stress Corrosion Cracking ³ Amplitude-Laufzeit- Ortskurve ⁴ Synthetic Aperture Focusing Technique ⁵ Synthetic Aperture Focusing Technique with Fourier Transforms

4.7.1 A-Bild, B-Bild, C-Bild und D-Bild

Im vorangehenden Teil dieses Kapitels wurden die physikalischen und technischen Probleme der Prüfung austenitischer Schweißnähte beleuchtet. Die Ergebnisse der Prüfung wurden überwiegend als ABilder dargestellt.

Bei der Erprobung von Prüftechniken, bei orientierenden Messungen an Testkörpern und auch bei der Befundanalyse ist die A-Bild Darstellung immer noch angemessen. Besonders bei Prüfungen mit Longitudinalwellen- Prüfköpfen sind zusätzliche Prüfeffekte wie Nebenecho 1 und 2 und das dynamische Verhalten der drei Wellenmoden nutzbar [63] und gut im A-Bild darzustellen. Die Qualität der Prüfaussagen anhand der A-Bilder hängt jedoch sehr stark vom Können des Prüfers ab.

Umfangreiche Ultraschall- Prüfungen, besonders in strahlenbelasteter Umgebung, werden jedoch überwiegend mechanisiert mit automatischer Datenaufnahme und bildgebender Dokumentation ausgeführt. Die Qualität der 'Bilddokumentation' hängt von der Datenaufnahme (z.B. A-Bildeinzug oder Blendentechnik) und von der Datenverarbeitung ab. Prüfungen, die als Bilder dokumentiert sind, sind reproduzierbar, beschreiben eindeutig die geprüften Bereiche und erlauben leichter die Trennung von systematischen Anzeigen und Befundanzeigen (z.B. Wurzeldurchhang, Counterbore (Andrehkante)).

Auch im Laborbetrieb, bei der Entwicklung und Optimierung von Prüftechniken, erweist sich die Bilddokumentation (z. B. durch B-Bild oder C-Bild) als hilfreich, weil eventuell auftretende zusätzliche Prüfeffekte leichter erkannt und gedeutet werden können. Darüber hinaus ist die Nähe zur Prüfpraxis besser gegeben, denn bei der mechanisierten Prüfung werden die Echos nicht 'gezüchtet'.

Abb 4.39: B-Bild einer Membran qemessen in Tauchtechnik Abb 4.40: C- und D-Bild einer Membran gemessen in Tauchtechnik Abb 4.41: Vom A-Bild zum TD-Bild Abb 4.42: C- Bild von Anschwingrissen; SE-Transversalwellenprüfkopf, Sender: 60°, Empfänger: 40°, hintereinander angeordnet

Definitions: A-scan, B-scan, C-scan, D-scan and TD-scan

Die Bilddarstellungen - obwohl überwiegend bekannt - seien hier am Beispiel einer mit konzentrischen Ringen konturierten Membran (15 mm D) illustriert. Gemessen wurde in Tauchtechnik mit einem 20-MHz-Fokusprüfkopf.

A-Bild: Man sendet einen kurzen Impuls in das Objekt und stellt die Echos als Funktion der Zeit (des Weges) dar.

B-Bild: Wird das A-Bild- Konzept mit dem Verschieben des Prüfkopfes auf der Oberfläche des Prüfgegenstandes kombiniert, ergibt sich das B-Bild. Es stellt die akustische Seitenansicht (Schnittbild) des Objektes dar, Abb. 4.39.

C-Bild: Beim C-Bild werden die Echoamplituden in Abhängigkeit von der Prüfkopfposition aufgezeichnet. Es stellt die amplitudenbezogene Draufsicht auf das Objekt dar, Abb 4.40.

D-Bild: Das D-Bild ähnelt in der Darstellung dem C-Bild, es wird jedoch die Laufzeit (der Weg) in Abhängigkeit von der Prüfkopfposition aufgezeichnet. Das D-Bild ist somit eine 'räumliche Darstellung' des Objektes in Abb. 4.40.

TD-Bild: Beim TD-Bild ('time displacement') werden die einzelnen A-Bilder einer Abtastlinie aneinandergereiht. Uber den Weg vom A-Bild zum TD-Bild informiert die Abb.4.41.

Den Wert der bildgebenden Darstellung der Prüfergebnisse zeigt das folgende Beispiel: Bei einer Kompaktprüftechnik, die zwei hintereinanderliegende Transversalwellen- Prüfköpfe im SE-Betrieb nutzt, stört ein ortsfestes Uberkoppelecho, das beim Aufsetzen des Prüfkopfes auf die Prüfoberfläche entsteht. An Testkörpern mit Ermüdungsrissen, die an der prüfkopfnahen Oberfläche starten, wurde ein blendengestütztes C-Bild aufgenommen, Abb. 4.42.

Es enthält folgende erwartete Informationen:

• Die Ermüdungsrisse können problemlos detektiert werden.
• Das Uberkoppelecho legt sich wie ein Schleier über die Prüfoberfläche.
• Und die zusätzliche Information: Der Signal / Stör- Abstand vergrößert sich, wenn der Prüfkopf den Riß 'überfährt'. Der Grund ist die Unterbrechung des Uberkoppelechos durch den Riß. Die Risse können also direkt und indirekt nachgewiesen werden.

4.7.2 Breitband- Holographie

Das Breitbandholographie- System [47, 48] wurde als Befundanalysegerät für die im folgenden dargestellten Prüfergebnisse verwendet. Das Verfahren liefert nebenbei einen deutlich verbesserten Signal / Stör- Abstand bei Vorhandensein geometrie- und gefügebedingter Anzeigen.

4.7.2.1 Rekonstruktion eines Risses

Abb 4.43: Rekonstruktion eines Risses

Ein Kaltriß, der bei einer Probeschweißung entstanden ist, wurde mit einem 45°- Transversalwellen- Prüfkopf analysiert. Abb. 4.43 zeigt die Rißgeometrie, wie sie an der Außenoberfläche sichtbar ist, die A-Bilder in der Laufzeit- Ortskurven- Darstellung und das Rekonstruktionsergebnis des Risses.

Abb 4.44: Analyse eines Nutreflektors durch eine austenitische Schweißnaht Scan Results Abb 4.45: Plattierungsprüfung zum Auffinden von UPR- Testfehlern Scan Ergebnis Abb 4.46: Rißanalyse im Plattierungsbereich Scan Ergebnis Abb 4.47: Ermüdungsriß- Analyse in einer austenitischen Schweißnaht

4.7.2.2 Analyse eines Nutreflektors durch eine austenitische Schweißnaht

Zur Analyse wurde ein 45°-SEL- Prüfkopf und ein 60°-SEL- Prüfkopf benutzt, Abb. 4.44. In beiden Fällen lassen sich der Nutgrund und die Nutspitze klar getrennt darstellen. Die Bildanteile in den rechten Ecken sind entweder als Nebenecho 1- Komponenten oder als Transversalwellenanteile deutbar. Gelingt es, diese Bildanteile in den Holographie- Algorithmus einzubinden, können Nutspitze und Nutgrund mit flächensensitiver Bestätigung dargestellt werden.

4.7.2.3 Analysen im Plattierungsbereich

Abb. 4.45 zeigt einen Testkörper mit einem Feld von zehn überplattierten Nuten. Für die Prüfung wurde ein 45°- PVDF- Prüfkopf⁶ mit einer Bandbreite von 1.2 MHz bei einer Mittenfrequenz von 1.6 MHz benutzt. Wegen der großen Bandbreite dieses Prüfkopfes zeigt die Rekonstruktion eine gute axiale Auflösung. Die geringe Empfindlichkeit des PVDF- Prüfkopfes verursacht das Verrauschen des A-Bildes. Erst durch die dem Rekonstruktionsverfahren eigene Störabstandsverbesserung durch Mittelung werden die Anzeigen der Nutspitzen mit ausreichendem Störabstand wiedergegeben.

Abb. 4.46 dokumentiert die Analyse eines verdeckten Ermüdungsrisses, die zur Qualifizierung der Prüftechnik ausgeführt wurde. Die nachträgliche zerstörende Untersuchung ergab, daß der Meßwert gut mit der tatsächlichen Rißtiefe übereinstimmte. Eine Handanalyse (A-Bild) war wegen des geringen Signal / Stör- Abstandes und wegen der Vielzahl der Störechos (Plattierungsechos) kaum möglich.
⁶ Ultraschallwandler aus dem piezoelektrischen Hochpolymer Polyvinylidenfluorid z. B. [154]

4.7.2.4 Analyse im austenitischen Schweiflgut

Die Detektion eines Risses beschreibt die Abb. 4.21. Sie gelang mit Hilfe der Wellenumwandlung, wobei die flächensensitive Nebenecho 1- Komponente einen tieferen Riß erwarten läßt. Die Analyse ist in Abb. 4.47 dargestellt. Die Rißspitzendetektion des Anschwingrisses im austenitischen Schweißgut gelingt mit einem 48°Transversalwellen- Prüfkopf. Besser müßte dies allerdings mit einem Longitudinalwellen- Prüfkopf gelingen, der die Redundanz der Nebenecho 1- Methode auszunutzen gestattet.

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