DGZfP Jahrestagung,
Celle, Mai 10-12, 1999
Berichtsband published by DGZfP

TABLE OF CONTENTS

Zusammenfassung Einleitung Allgemeine Betrachtungen zur TOFD Technik Mechanisierte Durchstrahlungsprüfung Vergleich der Meßergebnisse TOFD - Radiographie Schlußfolgerung Literatur

Zusammenfassung

Die Grenzen der Fehlernachweisbarkeit von ZfP - Methoden werden bestimmt durch die Wechselwirkungsprozesse der verwendeten Felder mit dem Fehlergut. Rißartige Fehler sind dabei besonders kritisch zu sehen, da sie nur eine quasi zweidimensionale Ausdehnung haben, das Wechselwirkungsvolumen deswegen stark gemindert ist. Bei rißartigen Fehlern an der Oberfläche kommen zusätzliche Wechselwirkungen durch die Oberfläche hinzu, die die Nachweisbarkeit mindern können. Für die Nachweisbarkeit derartiger Fehler sind verschiedene Methoden in der Vergangenheit optimiert worden. Untersuchungen mit der Schnittbildradiographie, mit Ultraschall - Impuls-Echo -Methoden und mit der TOFD Technik (Time Of Flight Diffraction) wurden im Labor an dünnen Blechen und Rohren (Wanddicke zirka 10 mm) durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, daß der Einsatz der TOFD Technik für den Nachweis derartiger Fehler nicht geeignet ist.

Einleitung

Bild 1: Fehler - Nachweisvermögen von ZfP - Verfahren (nach AEA QT News Article )

Die Harmonisierung von Normen in Europa bringt für die einzelnen Länder der EU zum Teil starke Änderungen in den über Jahrzehnte "eingefahrenen" nationalen Denkweisen und Philosophien. Schon in den einzelnen Ländern ist in einer Norm das als Standard festgelegt, was in Arbeitskreisen und Gremien als kleinster gemeinsamer Nenner erarbeitet worden ist. Bei multinationalen Normen, wie die europäischen Normen ist dies nicht anders. Bei den Normen zur zerstörungsfreien Prüfung - für andere Gebiete der Technik gilt bestimmt vergleichbares - ist die Prüfphilosophie, die den einzelnen Normen zugrunde liegt in den einzelnen Ländern unterschiedlich. So werden als Referenz, z.B. bei der Ultraschallprüfung in vielen EU Ländern Querbohrungen verwendet, während in der Bundesrepublik Flachbodenbohrungen, also flächenhafte Reflektoren die Basis bilden. Aufgrund der unterschiedlichen Denkweisen und Zielsetzungen in den einzelnen europäischen Ländern, mit ihren unterschiedlichen historischen Hintergründen, haben sich auch die Prüftechniken etwas anders entwickelt. Wenn heute CEN Normen für die ZfP verabschiedet werden, findet man je nachdem welches EU Land schwerpunktmäßig an der Norm gearbeitet hat, die eine oder andere Prüftechnik gefordert, was für "uns" in der Bundesrepublik teilweise schwer nachvollziehbar ist. Eines dieser Prüfverfahren ist die TOFD Technik (Time Of Flight Diffraction), die in neueren Entwürfen und Vornormen [1,2] gleich behandelt wird wie andere Ultraschall- und Radiographie-Prüftechniken. Dies und der in Bild 1 dargestellte Zusammenhang zwischen Fehlernachweisbarkeit und Fehlanzeige ist der Grund für die sehr lebhaften Diskussionen, die sich um diese Technik gerankt haben.

Ursprünglich war sie für die Fehlergrößenbestimmung, der mit anderen Ultraschallmethoden nachgewiesenen Anzeigen bestimmt [3,4]. Für diese Prüfaufgabe wurde diese Technik, wenn sich die Möglichkeit ergab und es sinnvoll erschien, auch in der Bundesrepublik eingesetzt. Später sind dann erste Veröffentlichungen bekannt geworden in denen die TOFD Technik auch zum Nachweis von Fehlern verwendet wurde [5]. Unbestritten hat diese Technik ein gewisses Potential zum Fehlernachweis, wobei aber klar die Grenzen festgelegt werden müssen. Der Begriff Grenzen beinhaltet auch den Fehlertyp und vor allem auch die Position des Fehlers im Bauteil oder in der Konstruktion und nicht nur die physikalischen Grenzen. In dem vorliegenden Beitrag werden rißartige, oberflächenverbundene Fehler betrachtet. Dieser Fehlertyp ist mit zunehmender Betriebsdauer immer wahrscheinlicher, da durch die mechanische Belastung und durch Umwelteinflüsse die Schadenswahrscheinlichkeit an den Oberflächen zunimmt. Aus diesem Grund werden ZfP - Verfahren in Normen und Regelwerken gefordert, wie z.B. in den KTA Regeln für die Prüfung von druckführenden Komponenten.

Material und Schweißnahttyp	Dicke des Grundmaterials (d in Millimeter)
	d < 8	8£d < 15	15 £ d < 40 1)2)	40 £d < 60 1)2)	60 £ d £ 100 2)	d > 100 2)
Ferritische Stumpfschweißnaht	RT	RT oder (UTB)	RT oder UTB	UTB oder (RT)	UTB und Tandem oder UTD	UTD
Ferritischer T - Stoß	RT	RT oder (UTB)	RT oder UTB	UTB oder (RT)	UTB	UTD
Austenitische Stumpfschweißnaht	RT	RT	RT oder (UTD)	UTD oder RT	UTD oder (RT)	UTD
Austenitischer T - Stoß	RT	RT	RT oder (UTD)	UTD oder RT	UTD oder (RT)	UTD
Bemerkung 1: Wenn 2 Techniken angegeben sind, ist die in der Klammer die weniger bevorzugte. Bemerkung 2: Für die Ultraschallprüfung ist die Prüfklasse angegeben, wobei UTB der Prüfklasse B nach EN 1714 entspricht.
1) Für die Stähle 3,4 und 6 sind beide UT und RT oder UTD gefordert für Wanddicken von 15£ d < 40 und 40 £d < 60 2) UTD verlangt eine spezielle Prüfanweisung. Für ferritische Stähle wird eine mechanisierte Ultraschallprüfung bevorzugt. Dies kann eine mechanisierte Impuls - Echo - Technik sein oder das Laufzeit-Beugungsverfahren (TOFD). Für austenitische Stähle mit d > 40 mm wird eine mechanisierte Impuls - Echo - Technik bevorzugt. 3) Die TOFD Norm ist derzeit in Vorbereitung.
Tabelle 1: Auszug aus dem Entwurf: Nichtbefeuerte Druckbehälter prEN 13445-5

Wenn nun, wie in [2] für nichtbefeuerten Druckbehälter dargestellt, für Wanddickenbereiche ab 15 mm die TOFD Technik der "konventionellen" Ultraschall- und der Durchstrahlungsprüfung gleichgesetzt wird (Tabelle 1), ist der Zeitpunkt gekommen dieses Verfahren auf sein Fehlernachweispotential hin zu untersuchen. Dies zumal nationale Normen, aufgrund der Resolution vom 7. Mai 1985 Anhang II, Harmonisierung von Normen (85/C 136/01), zurückgezogen werden müssen. Bei Druckbehältern in der Bundesrepublik spielt auch die öffentliche Sicherheit eine entscheidende Rolle. Darum ist das Interesse an der TOFD Technik nicht nur akademisch geprägt.

Abgesehen von dem Normentwurf für die Druckgeräte ergibt sich zusätzlicher Sprengstoff bei der Diskussion um die TOFD Technik durch Veröffentlichungen und Äußerungen in denen die Durchstrahlungsprüfung durch diese Technik ersetzt werden soll [6], also durch ein Verfahren welches auf einem ganz anderen Wechselwirkungsprinzip basiert. Dies fällt in eine Zeit, in der verstärkt diskutiert wird, wie sich die einzelnen ZfP - Verfahren ergänzen können und nicht wie man sie durch das eine oder andere Verfahren ersetzen kann. Mit entscheidend für die Aktivitäten in der BAM war auch, daß sehr aggressive Werbung aufgrund kommerzieller Interessen für diese Technik betrieben wurde.

Allgemeine Betrachtungen zur TOFD Technik

In den ersten Veröffentlichungen wurde die TOFD Technik[ 7,8] als Verfahren zur Größenbestimmung eingesetzt. In [7] wird gezeigt wie durch die Laufzeitmessung des an einer Rißspitze (Schlitze) gebeugten Signals das Tiefenprofil des Schlitzes vermessen werden kann. Die Prüfkopfanordnung die damals verwendet wurde ist auch heute noch üblich und in Bild 2 skizziert.

Bild 2: Beispiel einer TOFD-Prüfung

Geht man von dem dargestellten "Schulbeispiel" aus, sind die vier dargestellten A-Bildanzeigen und B-Bildanzeigen typisch für die TOFD Technik. Der von der "lateral wave" oder Kriechwelle erzeugte Impuls hat die kürzeste Laufzeit. Die Laufzeit dieses Impulses kann auch als Referenz für die Ankopplung und - wie im Regelwerk ausgeführt - für die Bestimmung der Abstände der Prüfköpfe verwendet werden. Zu einem späteren Zeitpunkt und deshalb mit etwas größerer Laufzeit als die lateral Welle, sind Rißspitzenanzeigen erkennbar. Diesen an den Rißspitzen gebeugten Echos kommt bei der TOFD Technik doppelte Bedeutung zu; sie zeigen an, daß ein "Fehler" im Material vorhanden ist und wenn die Anzeigen so ausgeprägt sind wie in dem dargestellten Beispiel, kann aus der Laufzeitdifferenz die Tiefenausdehnung der Anzeige bestimmt werden.

Das Beispiel zeigt, daß mit der TOFD Technik (Laufzeit-Beugungsverfahren) sowohl Fehler nachgewiesen als auch deren Tiefenausdehnung bestimmt werden können. Die Frage die sich nun stellt, ist die nach den Grenzen des Verfahrens auch im Vergleich zur Radiographie. Eine umfangreiche Studie zur Akzeptanz der TOFD Technik wurde in den Niederlanden durchgeführt und ist als KINT - Studie (The Dutch Society on Quality Surveillance and NDT) publiziert worden [9-12]. Diese sehr umfangreiche Studie hatte zum Ziel, die mit TOFD erzielten Meßergebnisse zu erfassen [9], einen Überblick zu erstellen über die Prüfeinsätze mit der TOFD Technik [10] sowie eine Verknüpfung herzustellen zwischen den durch die TOFD Technik ermittelten Fehlergrößen und den Fehlergrößen, basierend auf probabilistischen bruchmechanischen Betrachtungen [11], ferner Hinweise zu geben für die praktische Auswertung der TOFD Ergebnisse. Eines der Ergebnisse dieser Studie ist, daß für einige Anwendungen die Radiographie durch das TOFD Verfahren ersetzt werden kann. Dabei muß angemerkt werden, daß hier Radiographie der Prüfklasse A betrachtet wurde und leider ist bei der allgemeinen Diskussion - bewußt oder unbewußt - nicht deutlich gesagt worden, daß sowohl beim Einsatz der Radiographie als auch bei der TOFD Technik eine Oberflächenrißprüfung notwendig ist . Dies bedeutet: Ersetzt wird nur die Volumenprüfung aber nicht die Oberflächenrißprüfung.

Es stellt sich die Frage, wie wäre das Ergebnis der Studie ausgefallen wenn statt Prüfklasse A die Prüfklasse B zugrundegelegt worden wäre oder sogar eine mechanisierte Radiographie, denn die Einstrahlrichtung ist entscheidend für den Nachweiß von flächenhaften Fehlern bei Verwendung von Durchstrahlungsverfahren. Der Vergleich muß erlaubt sein, da die TOFD Technik generell mechanisiert durchgeführt wird.

Mechanisierte Durchstrahlungsprüfung

Bild 3: Koplanare Laminographie im Zylinderkoordinatensystem

Bild 4: Prüfobjekt

Die Weiterentwicklung der digitalen Radioskopie und der Roboter- und Manipulatortechnik zur Prüfung von großen Komponenten macht den Einsatz der rechnergestützten Durchstrahlungsprüfung möglich [13,14]. Durch den hohen Automatisierungsgrad wird die Prüfzeit gegenüber der manuellen Durchstrahlungstechnik deutlich reduziert bei Zunahme der Redundanz der Prüfung. Dadurch tun sich für die Durchstrahlungsprüfung auch neue Aufgabenfelder z.B. der wiederkehrenden Prüfung von Rohrleitungen mit dem Ziel Veränderungen gegenüber vorangegangenen Prüfungen festzustellen. Mit einem Manipulator wie er auch in der Ultraschallprüfung für die Rohrrundnahtprüfung benutzt wird, wird die Röntgenröhre um das Rohr bewegt (Bild 3).

Auf der Gegenseite des Rohres, also um 180° gegenüber der Röntgenröhre versetzt, befindet sich die Zeilenkamera zur Aufnahme der Meßdaten, verbunden mit einem handelsüblichen PC System zur Speicherung der Daten. Jede Umdrehung liefert eine Abwicklung von 100 mm Breite. Durch Versetzen der Röntgenröhre um eine Spurbreite in Achsrichtung des Rohres und anschließender Abtastung erhält man wiederum eine Abwicklung des Rohres an dieser Stelle. Da die Kamera ortsfest bleibt, erhält man durch die Art der Meßanordnung Projektionen aus dem Schweißnahtbereich, aufgenommen unter verschiedenen Winkeln. Somit wird deutlich, daß durch diese Mehrwinkeltechnik rißartige Fehler besser nachgewiesen werden. Alle "Abwicklungen" können separat betrachtet werden oder wie im Bild angedeutet "schichtweise" verarbeitet werden. Das Ergebnis dieser Rekonstruktion ist die 3D-Darstellung oder die Darstellung der Bild 3: einzelnen Schichten.

Mit einer solchen Meßanordung ist es nicht nur möglich rißartige Fehler nachzuweisen sondern auch deren Tiefenausdehnung in Wanddickenrichtung zu bestimmen. Dieses Verfahren und ein etwas modifiziertes Durchstrahlungsverfahren - die Planartomographie - auf die später noch eingegangen wird, wurde im Rahmen der Untersuchungen zum Vergleich der Durchstrahlungsprüfung und der TOFD Technik eingesetzt. Als Prüfobjekt wurde eine austenitische Rohrleitung mit einer Wanddicke von 13 mm und einem Durchmesser von 140 mm verwendet (Bild 4). Im Bereich der Schweißnaht wurde ein Riß angeschwungen welcher an der Außenoberfläche startet und sich in Wanddickenrichtung erstreckt ¹. Der Riß an der Oberfläche wurde durch eine Farbeindringprüfung sichtbar gemacht und ist deutlich in der Photographie erkennbar.

¹ Angemerkt werden muß, daß der Riß aufgrund seiner Tiefenausdehnung nicht herangezogen werden kann um die Grenzen der Verfahren aufzuzeigen. Diese Angaben werden abgeleitet aus Messungen an Testkörpern mit eingebrachten Nuten.

Vergleich der Meßergebnisse TOFD - Radiographie

Bild 5: Manipulator für die Planartomographie

Bild 6: Rißanzeigen im Bereich von ± 8,8°

Bild 7: Risse an den Einspannstellen

Bild 8: 3D Darstellung eines Risses

Bild 9: Prinzip der Planartomographie

Bild 10: Rißnachweis durch Planartomographie

Bild 11: Rißanzeige-Meßergebnis der TOFD-Technik

Bild 12: Fehlernachweis mit der TOFD-Technik

Bild 13: Fehlernachweis mit der TOFD-Technik (schweißnahtprüfung)

Bild 14: Fehlernachweis mit der TOFD-Technik (schweißnahtprüfung)

Mit der Anordnung wie in Bild 3 beschrieben und dem Manipulator wie in Bild 5 dargestellt, wurden experimentelle Untersuchungen an dem austenitischen Rohr durchgeführt. Die Frage welche zuerst beantwortet werden sollte, ist die nach der Einstrahlrichtung, d.h. bei welcher Einstrahlrichtung wird maximaler Kontrast erzeugt. Das Ergebnis ist in Bild 6 dargestellt. Man erkennt, daß bei der vorliegenden Rißgeometrie bei einer Einstrahlrichtung von 0°, maximaler Kontrast erzeugt werden kann. Man erkennt aber auch die Variationsbreite der Einstrahlrichtung, denn bei zirka ( 9° Einstrahlrichtung ist der Riß, zwar mit einem geringeren Kontrast, aber noch gut erkennbar. Bei Einstrahlrichtungen von ( 16° bzw. zirka 24° ist der Riß im Schweißnahtbereich nicht mehr erkennbar. Andere Risse die im Bereich der Einspannstellen in der Schwingmaschine entstanden sind kommen nun zur Anzeige, die aber im weiteren Verlauf der Untersuchungen keine Rolle spielen (Bild 7).


Wird, wie oben beschrieben aus den Daten der jeweiligen Projektion (Abwicklung) durch Rekonstruktion eine 3D Darstellung erzeugt, kann der Riß in seiner Länge und Tiefe vermessen werden. Das Ergebnis dieser Rekonstruktion ist in Bild 8 dargestellt. Die Tiefe des Risses wird aus der 3D - Darstellung bestimmt und beträgt 12 mm; die Länge beträgt 52 mm. Dies ist eine sehr gute Übereinstimmung mit der an der Oberfläche bestimmten Rißlänge aufgrund der Farbeindringprüfung. Wie gut die Rekonstruktion mit der Geometrie, in diesem Fall mit der Raupenkontur übereinstimmt, läßt sich beim Vergleich der Photographie mit der Rekonstruktion feststellen. Deutlich erkennt man in beiden Darstellungen die Raupenkontur.

Das Ergebnis zeigt auch, daß mit einer modernen Durchstrahlungstechnik Risse nicht nur nachgewiesen werden können sondern, was immer als Mangel der Durchstrahlungstechniken dargestellt wird, auch die Tiefenausdehnung bestimmt werden kann. Durch den Öffnungswinkel der Röntgenstrahlen von 40°, der bei dieser Art der Aufnahmetechnik ausgenutzt wird, können Risse mit Schräglagen von ( 20° mit einem guten Kontrast nachgewiesen werden. Es soll an dieser Stelle nicht verschwiegen werden, daß die Zeit zur Aufnahme von 5 "Abwicklungen" nicht vernachlässigt werden kann und deswegen auch als Kostenfaktor beachtet werden muß. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, daß eine "normale" Röntgenaufnahme an der zu prüfenden Rohrleitung gemacht und ausgewertet wird. Aufgrund der Auswertung kann dann entschieden werden ob weitere Prüfungen notwendig sind. Ist dies der Fall, wird vorgeschlagen an der interessierenden Stelle eine Planartomographie anzufertigen. Dabei wird, wie in Bild 9 skizziert, die Röntgenröhre längs einer Linie in Achsrichtung des Rohres verschoben und die Daten mit der Kamera aufgenommen.


Anschließend können die Daten längs dieser Zeile dargestellt werden, was in Bild 10 für den Riß geschehen ist. Aus einer solchen Darstellung kann die Tiefe des Risses bestimmt werden. Die Aufnahme der Daten und die Rekonstruktion längs einer solchen Zeile ist wesentlich schneller und damit kostengünstiger. Ist die Tiefenkontur des Risses von Interesse, kann an zwei oder drei Stellen eine solche Längsabtastung durchgeführt werden. Die Grenzen des Verfahrens wie sie im Labor bestimmt wurden liegen bei einer Wanddickenminderung < 2%. Für die Praxis muß dieser Wert etwas korrigiert werden. Als sicher kann angenommen werden, daß Wanddickenänderungen von 6% nachgewiesen werden, was im vorliegenden Fall bedeutet, daß Rißtiefen von 0,8 mm nachgewiesen werden können.

Um die Ergebnisse dieser modernen Durchstrahlungstechnik mit den der TOFD Technik vergleichen zu können wurde an dem Riß ein Laufzeit-Beugungsbild gemessen. Das Ergebnis ist in Bild 11 dargestellt. Man erkennt das Anzeigenmuster der Lateral-Welle bei einem Schallweg von 40 mm, das Rückwandecho erzeugt durch die Longitudinalwelle bei einem Schallweg von 47 mm und das Rückwandecho erzeugt aus einer Kombination von Transversal- und Longitudinalwelle bei einem Schallweg von 52 mm.

Man erkennt auch deutlich in der Mitte des Bildes eine Unterbrechung der Lateral-Welle und das typische Beugungsbild wie schon von Bild 2 bekannt. Das im Bild mit dargestellte A - Bild stammt aus dem Bereich der Beugungsanzeige, die hier nicht als Einzelanzeige ausgeprägt ist, da sie mit dem Rückwandsignal interferiert. Der Schallweg für die Beugungsanzeige bestimmt aus dem A - Bild beträgt 46 mm. Mit diesen Werten kann die Tiefe des Risses bestimmt werden und man erhält 11 mm. Ein Wert der recht gut mit dem der Durchstrahlungstechnik übereinstimmt. Die Versuchsanordnung ist rechts im Bild schematisch dargestellt, wobei die Abtastbewegung der Prüfköpfe in Umfangsrichtung erfolgte. Aufgrund der Ergebnisse aus der Literatur war klar, daß ein solcher Riß sicher durch die TOFD Technik nachgewiesen werden kann, denn schon aus der Abschattung des Rückwandechos ist ersichtlich, daß es sich hier um einen größeren Fehler handelt.

Dieses Beispiel macht deutlich, daß bei einer TOFD Anordnung Prüfköpfe mit großer Bandbreite gefordert sind. Diese Prüfköpfe sind kommerziell erhältlich und wurden im Rahmen der Untersuchungen verwendet, d.h. die Ergebnisse sind mit diesen Prüfköpfen aufgenommen worden. Eine Trennung von Beugungsanzeige und Rückwandanzeige war, wie das Beispiel zeigt, dennoch nicht möglich. Die Impulslänge beträgt zirka 3 Wellenlängen. Die Frage war nun, ob diese Grenze auch bei kleinen Rissen angesetzt werden muß. Aus diesem Grund wurden Testkörper mit funkenerosiven Nuten unterschiedlicher Tiefe hergestellt. Die Ergebnisse der Messungen mit der TOFD Technik sind in Bild 12 gezeigt. Auf der linken Seite ist das Ergebnis an einer 5 mm tiefen Nut gemessen, dargestellt. Deutlich erkennt man die Beugungsanzeige. Die Auswertung ergibt eine Nuttiefe von 5,3 mm. Auf der rechten Seite ist das Ergebnis gemessen an einer 3 mm tiefen Nut, dargestellt. An keiner Stelle des Bildes ist ein Hinweis auf einen Fehler erkennbar. Daraus kann abgeleitet werden, daß sich Grenzen des Verfahrens abzeichnen. Aufgrund dieser Ergebnisse und Untersuchungen an oberflächenverbundenen Rissen und Nuten, auf der der Ankoppelfläche gegenüberliegenden Seite kann angegeben werden, daß oberflächenverbundene Fehler < 2 Wellenlängen nicht mit Sicherheit nachgewiesen werden können. In [9-12] wird die TOFD Technik deshalb immer im Zusammenhang mit einer Oberflächenrißprüfung diskutiert. Ein weiterer Gesichtspunkt der immer wieder bei der TOFD Technik diskutiert wird ist der, daß Wanddicken bis zu 70 mm mit einem Prüfkopfabstand, welcher auf die Wanddickenmitte optimiert ist, geprüft werden kann [1].

In Bild 13 ist das Ergebnis welches an einer Schweißnaht mit Bindefehler und oberflächenverbundenen Rissen erzielt wurde gezeigt. Der Abstand der beiden Schallaustrittspunkte betrug 86 mm. Das Ergebnis macht deutlich, daß nur die Bindefehler nachgewiesen werden. Im dargestellten A-Bild ist nahe der Rückwandanzeige keine Andeutung auf eine weitere Anzeige. Vergrößert man den Abstand der beiden Prüfköpfe auf 138 mm, also für einen tieferen Wanddickenbereich so müßten die oberflächenverbundenen Risse welche sich im Makroschliffbild abzeichnen, sichtbar werden.

In Bild 14 ist das Ergebnis dargestellt. Man erkennt in der Nähe der Rückwandanzeige eine weitere Anzeige die von den Rissen stammt. Die beiden Beispiele machen aber deutlich, daß die in [1] festgelegten Prüfkopfabstände der Praxis angepaßt werden müssen. Der bessere Weg aber ist, daß der oberflächennahe Bereich wie z.B. in [15, 16] beschrieben mit Impuls-Echo Technik unter Ausnutzung des Winkelspiegels geprüft wird. Eine Schweißnahtprüfung könnte dann in Kombination TOFD Technik und Impuls-Echotechnik, wie in Bild 15 links skizziert durchgeführt werden. Verwendet man modernere Ultraschalltechniken wie z.B. den Einsatz von Phased Array Prüfsystemen könnte eine solche Schweißnaht mit 2 Prüfköpfen, wie im Bild rechts gezeigt, vollständig geprüft werden mit dem Vorteil, daß durch Fokussierung auf z.B. den Wurzelbereich (optimiert durch Variation der wirksamen Schwingergröße) , eine Trennung zwischen Form- und Fehleranzeige besser möglich ist.

Bild 15: Prüfkopfanordnung zur Prüfung von schweißnahten

Schlußfolgerung

Wie die neueren Veröffentlichungen zeigen, wurden erste euphorische Äußerungen zugunsten einer soliden, dem Sicherheitsgedanken angepaßten Prüftechnik zurückgenommen. So wird für eine vollständige Prüfung neben der TOFD Technik immer noch ein Verfahren für den oberflächennahen Bereich eingesetzt. Auch die Ergebnisse der Durchstrahlungstechniken wurden in neueren Publikationen revidiert. Verwendet man Einstrahlrichtungen z.B. entlang der Flanken - in Bild 16 als Bevel Radiographie bezeichnet (Technik Nr. 11) - so kann die Nachweiswahrscheinlichkeit in Abhängigkeit der Fehlerausdehnung deutlich erhöht werden. Verwendet man mehrere Einstrahlrichtungen wie sie durch die Planartomographie gegeben sind so kann nicht nur die Nachweisbarkeit von flächigen Fehlern verbessert werden, sondern auch eine Bestimmung der Fehlertiefe wird möglich. Die Untersuchungen in der BAM haben gezeigt, daß in der Zukunft zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der Prüfaussage und damit zu einer Erhöhung der Sicherheit, gerade bei druckführenden Komponenten, mehr darüber nachgedacht werden sollte, wie sich die einzelnen ZfP-Verfahren mit ihren unterschiedlichen Wechselwirkungen mit dem Fehlergut ergänzen können und nicht wie man das eine Verfahren durch das andere ersetzen kann.

Literatur

1. Final Draft prENV 583-6, Nondestructive Testing -Ultrasonic Examination- Part 6: Time of flight diffraction technique as a method for defect detection and sizing
2. Entwurf prEN UFPV-5 Document CEN/TC 54 N791, Unfired Pressure Vessels "Inspection and Testing"
3. Silk, M.G., B.H. Lidington, Defect Sizing using an Ultrasonic Time Delay Approach British Journal of NDT, March 1975, page 33/36
4. Silk, M.G, Sizing Crack like Defects by Ultrasonic means, Research Techniques in Non-Destructive Testing, Vol. 3, ed. by R.S. Sharpe, Academic Press, London 1977
5. Silk, M.G, The use of diffraction based time-of-flight measurements to locate and size defects, Brit. J. NDT, vol. 26, 1984, pp 208-213.
6. Verkooijen, J., "TOFD used to replace radiography", INSIGHT, Vol. 37(6), pp. 433-435, June 1995.
7. Silk, M.G., Lidington, B.H., Defect Sizing using an Ultrasonic Time Delay Approach, British Journal of NDT March 1975 pp 33-36
8. Böttcher,.B., Schulz, E., Wüstenberg, H., A new Method of Crack Depth Determination in Ultrasonic Materials Testing, Proceedings of the 7th Internationale Conference on NDT, Warsaw 1973
9. KINT: The Development of Acceptance Criteria for the TOFD Examination Method Study A: Documentation Inventory, 11. April 1996
10. KINT: The Development of Acceptance Criteria for the TOFD Examination Method Study B: Review of Past TOFD Inspections, 17. October 1997
11. KINT: The Development of Acceptance Criteria for the TOFD Examination Method Study C: Probabilistic Fracture Mechanics Evaluation of Draft Acceptance Criteria, 12. Dezember 1997
12. KINT: The Development of Acceptance Criteria for the TOFD Examination Method Study D: Practical Evaluation, 17. March 1998
13. Redmer, B., Onel, Y., Ewert, U., Diener, H., Müller, J.: Automatisierte Schweißnahtprüfung auf der Basis eines Zeilenscanners, Jahrestagung der DGZfP, Dresden 5.-7. Mai 1997, Berichtsband 59.2 Seite 769/776
14. Ewert, U., Redmer, B., Müller, J.: Neue Möglichkeiten rechnergestützter Durchstrahlungstechniken für die Schweißnahtprüfung, Jahrestagung der DGZfP, Bamberg 7.-9. September 1998, Berichtsband 63.1 Seite 283/300
15. de Raad J.A., Dijkstra F.H., Mechanized UT Now Can Replace RT on Girth Welds During Pipeline Construction, Pipeline Technology, Volume II, 1995 Elsevier Science B.V.
16. de Raad J.A., Dijkstra F.H., Mechanised UT on girth welds during pipeline construction - a mature alternative to radiography, Insight Vol. 40 No 6 June 1998 page 435/438