Kritische Bewertung des Normenvorschlages zur Beugungslaufzeittechnik (TOFD). P. Kreier, Innotest, Eschlikon (CH); G. Brekow, BAM, Berlin. Zusammenfassung: An ausgewählten Testkörpern mit fehlerbehafteten Schweißnähten und Wanddicken zwischen 15 mm und 60 mm sowie an Testkörpern mit funkenerosiv eingebrachten 1 mm und 5 mm tiefen Nuten sind Ultraschallmessungen mit der TOFD-Technik durchgeführt worden. Die TOFD-Meßergebnisse werden den detailliert vorliegenden Impuls-Echo-Meßergebnissen gegenübergestellt. Wahrend die TOFD-Technik im Wanddickenmittenbereich der Schweißnähte Fehler zu detektieren gestattet, ist bei Fehlern im angrenzenden Bereich der Außenoberfläche die Prüfaussage mit der TOFD-Technik eingeschränkt, so daß Schweißnahtfehler, deren Anzeigen nach bestehenden Regelwerken (z.B. HP 5/3) registrierpflichtig sind, nach den Prüfvorschriften des Normungsvorschlages nicht sicher nachgewiesen werden können (DGZfP Berichtsband).

Den ausführlichen Beitrag werden wir in einer zukünftigen Ausgabe veröffentlichen, vorab das TOFD Ergebnis am Testfehler P5 bei dem die Tiefenerstreckung aus dem TOFD Fehlersignal nicht zu erkennen war. Herr Kreier gab in seiner Zusammenfassung noch zu bedenken, daß die durch TOFD versprochenen wirtschaftlichen Vorteile kaum noch zu halten seien, man wird nicht vermeiden können die Schweißnaht auch mäanderförmig prüfen zu müssen - eine Erhöhung des Prüfaufwands ist die Folge.

Herr Hädrich (DIN Berlin) bemerkte anschließend zur TOFD Vor-Norm "Der Teil 6 ist als Vor-Norm noch gar nicht erschienen, da müssen noch redaktionelle Änderungen gemacht werden. Das heißt die 3-Jahresfrist bis zur Entscheidung hat somit noch nicht begonnen. In dieser Frist können Änderungen erarbeitet werden, oder die Norm kann ganz zurückgezogen werden - also es ist noch alles offen".

Herr Jan Verkooijen (AEA Sonomatic) war auch nicht in allem Punkten mit der Vor-Norm einverstanden. Zu den Schwächen von TOFD gab er zu bedenken "Es gibt keine ZfP die in allen Fällen alle Fehler finden wird". Ferner meinte er, daß zu den hier gezeigten Ergebnissen man sicherlich noch einige Verbesserungen durch geeignete Optimierungen erzielen kann. In Holland will man eines neues Projekt zur Qualifizierung der TOFD Methode starten, an dem alle hier anwesenden Experten zur Mitwirkung eingeladen sind.

Herr Hecht Archivebild

Herr A. Hecht, BASF Aktiengesellschaft, Ludwigshafen informierte in der anschließenden Diskussion über die Ergebnisse einer Rißtiefenbestimmung an einer dickwandigen Schweißnaht mit Ultraschall.
Im Rahmen einer Wiederkehrenden Prüfung wurden an einer Rundschweißnaht eines dickwandigen Druckbehälters (Wanddicke > 100 mm) bei der manuellen Ultraschall-prüfung registrierpflichtige Anzeigen im Wurzelbereich festgestellt. Bei einer nachfolgenden P-Scan-Prüfung wurden die registrierpflichtigen Bereiche genau dokumentiert. Die Echohöhen aus dem Wurzelbereich betrugen bis zu KSR 3 + 20dB.

Zur Fehleranalyse ("sizing") wurden daraufhin von Fachfirmen
a) ausgewählte Bereiche mit dem SAFT- Verfahren und
b) die gesamte Schweißnaht mit dem TOFD-Verfahren geprüft.

Bei den SAFT-Prüfungen ergab sich eine maximale Fehlertiefe von 37 mm, bei den TOFD-Prüfungen eine maximale Fehlertiefe von 5 mm. Aufgrund der SAFT-Ergebnisse wurde der Druckbehälter außer Betrieb genommen.
Zerstörende Untersuchungen (Makroschliffe) am verschrotteten Behälter bestätigten die SAFT-Ergebnisse hinreichend gut, siehe Grafik. Bei den nachgewiesenen Fehlern handelt es sich um Risse im Schweißgut, von der Behälterinnenseite ausgehend.

Die vier Prüfpositionen, bei denen für TOFD in der Grafik 3 mm als Rißtiefe angegeben wird, wurden von der Fachfirma mit < 3 mm bewertet.- Anhand dieser Ergebnisse muß die Fähigkeit des TOFD-Verfahrens, Risse oder scharfe Kerben an der Innenseite von Behältern und Rohrleitungen nachzuweisen, stark angezweifelt werden.
Weitere Untersuchungen sind notwendig, um die Anwendungsgrenzen des TOFD-Verfahrens besser kennenzulernen, sowie um ein mögliches Verbesserungspotential auszuschöpfen (BASF Presseerklärung).

Herr Jan Verkooijen war von den Ergebnissen die Herr Hecht vortrug überrascht und möchte die Einzelheiten dazu noch ausführlich kennenlernen. Herr Jan Verkooijen zeigte Ergebnisse des bekannten 'Dutch Thin Plate' Projekts des Dutch Welding Institute (NIL) and KINT (the Dutch society for Quality surveillance, Inspection and Non Destructive Testing), ein Projekt von etwa 500.000 US$. In dem Projekt wurden 250 Fehler mit verschiedenen ZfP Methoden untersucht und die Ergebnisse an Hand der zerstörender Prüfung überprüft. Ebenso klar kam auch heraus, das die mechanisierte mäanderförmige Ultraschallprüfung bei der Fehlerauffindbarkeit besser abschneidet als TOFD, das wurde immer so gesagt und nie verborgen. Man sollte die Diskussion nicht um TOFD und mechanisierte Prüfung führen, es geht vielmehr um den Vergleich von TOFD mit X-RAY und der manuelle Ultraschallprüfung. Außerdem geht es bei der Vor-Norm um den Einsatz bei Neubauten. Er wiederholte seine Aufforderung an alle Experten, mit Ihren Fehlern und Geräten an dem neuen holländischen Projekt mitzuwirken.

Herr Hecht weist nochmals auf die größte Schwäche von TOFD hin, diese liegt bei Nachweis von Fehlern im Wurzelbereich. Herr Prof. Langenberg hat schon modelliert, daß von kleinen Fehlern welche bruchmechanisch katastrophale Folgen haben können, ein Beugungsecho praktisch gar nicht existiert. Größte Sorgen macht Ihn, wenn in etwa 3 Jahren die HP 5/3 Norm durch die TC 54 Norm ersetzt würde und unter Umständen dann dem Prüfer die Wahl gelassen, wird ob dieser die TOFD oder die mechanisierte Pulse Echo Prüfung anwendet.

Herr Kreier bemerkte: wenn TOFD mit der erforderlichen hohen Empfindlichkeit eingesetzt wird, dann ist die "Fals Call Rate" so hoch, daß praktisch jede zweite Schweißnaht verworfen werden muß. An einer anderer Diskussionsstelle warnte er vor dem Einsatz von Techniken aus nur wirtschaftliche Gründen. Diese Situation hatten wir schon in den USA bei der Prüfung von Nuclear Power Plants. Wenn wir Heute so anfangen, dann haben wir in spätestens 10 Jahren damit Probleme.

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Herrn Wüstenberg: "Vielen Dank für dieses Statement. Ich finde, dass dies außerordentlich wichtig ist. Ich habe versucht, dies schon am Anfang zu betonen. Ich bitte Herrn Verkooijen und die anderen Kollegen, (zu verstehen, dass, ) wenn wir Ängste äußern, dann äußern wir die nicht aus irgendeinem Unverständnis, sondern weil es in der Praxis begründete Fälle gibt, die zeigen, dass die hier eingesetzten Techniken die Rißnachweissicherheit, die man uns suggeriert, nicht haben. Wenn wir aber wirklich Rißfreiheit in einem definiertem Grade sicherstellen müssen, dann müssen wir auch die Prüfverfahren entsprechend qualifizieren und auch auf 'Worst Case'-Bedingungen angepaßt einsetzen. Dies geschieht z.B. in dem Fall der HP 5/3 bei Prüfklasse C durch die angegebene Parameterwahl und es wäre durchaus richtig, für die TOFD-Technik diese 'Worst Case' Bedingung ehrlich und offen ebenfalls zu nennen, so wie dies Herr Dr. Hecht vorgeschlagen hat. Denn ich gehe davon aus, daß die TOFD-Technik für eine Fälle von Prüfaufgaben durchaus eine sinnvolle Erweiterung darstellt. Sie wird aber in der gegenwärtigen Situation kaum eine große Zukunft haben, wenn man ihr Dinge nachsagt und mit ihr Dinge leisten will, die sie aus physikalischen Grenzen her gar nicht kann, dann wird es immer riskant, genau wie Herr Kreier es dargestellt hat. Und insofern wäre es auch für uns interessant, Herr Verkooijen, vielleicht in Gremien, vielleicht im Rahmen einer Arbeitsgruppe zur EN Vor-Norm sich erst einmal um Grundlagen und einen Konsens innerhalb der Europäischen Anwender zu kümmern Damit man hier nicht immer wieder in die gleichen Fallen hereinläuft, denn das ist eine gefährliche Situation für uns."
Herr Wüstenberg dankte Herr Verkooijen, daß er trotz der etwas kritischen Atmosphäre einige Dinge zum TOFD-Verfahren aufgezeigt hatte. "Er gehe davon aus, daß die Diskussion weitergeführt wird, um den Stellenwert solcher technischen Verbesserungen und Neuerungen richtig einzuordnen, so einzuordnen, dass wir wirklich einen sicherheitstechnisch verantwortbaren Weg gehen. Dies ist jedoch noch zu leisten und dazu sind Erfahrungen wie die von Herrn Hecht berichteten ein Baustein."

Kontakte:
AEA Sonomatic B.V. Oosterhout NL, Jan Verkooijen Jan.Verkooijen@aea-technology.nl
BAM Berlin D, Prof Dr. Ing. Hermann Wuestenberg Hermann.Wuestenberg@bam.de
BAM Berlin D, Dr. Ing. Gerhard Brekow Gerhard.Brekow@bam.de
BASF AG Ludwigshafen D, Dr. Andreas Hecht andreas.hecht@ze.basf-ag.de
Innotest AG Eschlikon CH, Dr. Peter Kreider innotest@compuserve.com

Weitere Informationen zum Thema TOFD siehe: 09/97 UTonline Journal: Focus on TOFD