NDTnet - February 1996, Vol.1 No.02

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Schnelle Fehlerbewertung mit Mikroprozessor-Unterstützung

Dipl.-Phys. Michael Berke
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Abstract:

Mit dem Einsatz mikroprozessorgesteuerter Ultraschallgeräte lassen sich auch die gägigen Fehlerbewertungsverfahren erheblich vereinfachen. Vorteile wie Zeitersparnis und höhere Prüfsicherheit resultieren daraus.


Bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit Ultraschall werden in das zu prüfende Werkstück hochfrequente Schallimpulse (ca. 1 - 10 MHz) mit Hilfe eines Prüfkopfes eingeschallt. An inneren Inhomogenitäten, wie zum Beispiel an einem Materialfehler, treten Schallreflexionen auf, die vom Prüfkopf wieder empfangen und im Ultraschallgerät verarbeitet werden. Nun folgt die Auswertung dieser Signale (Echos), und zwar bei den Standardver fahren auf der Grundlage von Schallaufzeit und Amplitude.

  • Zwei Verfahren
  • Die heutigen Bewertungsverfahren liefern zuverlässige und reproduzierbare Ergebnisse stets vorausgesetzt, daß die Prüfeinrichtung die technischen Anforderungen erfüllt und das Prüfpersonal entsprechend qualifiziert ist. Aus der gemessenen Schallaufzeit eines Echos wird die Lage einer Fehlstelle im Werkstück schnell und sehr genau ermittelt: Es findet eine Fehlerortung statt. Die Echoamplitude wird für eine Abschätzung der Fehlergröße herangezogen. Dies ist jedoch nicht ganz so einfach wie die Fehlerortung, da die Echoamplitude wesentlich mehr Einflüssen unterworfen ist als die Schallaufzeit. Bei der manuellen Ultraschallprüfung haben sich weltweit zwei Verfahren durchgesetzt: Beide Verfahren sind zwar von der Anwendung her sehr unterschiedlich, nicht aber bezüglich der ihnen zugrunde liegenden physikalischen Grundlagen der Schallausbreitung und Schallreflexion. In beiden Verfahren ermittelt der Prüfer nämlich die Größe (Durchmesser) eines Modellreflektors (Kreisscheibe, zylinderförmiger Reflektor). Die so ermittelte Größe ist nicht identisch mit der tatsächlichen Fehlergröße und wird daher als äquivalenter Kreisscheiben- bzw. Querbohrungsdurchmesser bezeichnet. Bei Verwendung von Kreisscheibenreflektoren hat sich die kürzere Bezeichnung Ersatzreflektorgröße (ERG) durchgesetzt. Daß die tatsächliche Fehlergröße nicht mit der Ersatzreflektorgröße übereinstimmt, liegt daran, daß die von einem natürlichen Fehler reflektierten Schallanteile zusätzlich durch die Form, Orientierung und Oberflächenbeschaffenheit des Fehlers beeinflußt werden. Da bei der manuellen Ultraschallprüfung weitergehende Untersuchungen hierzu schwierig und wenig praktikabel sind, werden in den meisten Spezifikationen und Richtlinien zur Ultraschallprüfung deshalb die Kriterien zur Registrierung von Fehlstellen an eine bestimmte Ersatzreflektorgröße geknüpft. Das bedeutet: Der Prüfer ermittelt, ob eine aufgefundene Fehlstelle die Ersatzreflektorgröße erreicht oder überschreitet, die als Grenzwert (Registriergrenze) im Regelwerk angegeben wurde. Darüber hinaus muß er weitere Untersuchungen durchführen, zum Beispiel zu Registrierlänge, Echodynamik usw., die aber an dieser Stelle nicht weiter diskutiert werden sollen.

  • Das AVG-Diagramm
  • Die Gesetzmäßigkeiten bei der Schallausbreitung in Materie sind seit langem theoretisch bekannt und wurden durch viele Experimente praktisch bestätigt. Die Entwicklung der modernen Bewertungsverfahren zeigt zwei Wege auf: Bei der Vergleichskörper-Methode wird die Charakteristik des Schallfeldes jeweils vor einer Ultraschallprüfung ermittelt, die AVG-Methode dagegen benutzt die Theorie in Form der für die Prüfköpfe vorliegenden AVG-Diagramme. Ein AVG-Diagramm zeigt die Echoamplituden von Kreisscheibenreflek- toren verschiedener Durchmesser und eines großen, ebenen Reflektors (Rückwand) als Funktion des Abstandes (Abb.1) AVG-Diagramm.

  • Die Vorgehensweise
  • Zum besseren Verständnis hier kurz die Abläufe beider Bewertungsverfahren:
    Ein Vergleich der Prüfabläufe für die Vergleichskörper- und die AVG-Methode
    zeigt sofort die Vor- und Nachteile auf folgender Tabelle.

    Vor- und Nachteile von AVG- und Vergleichskörpermethode

    Vergleichskörper-MethodeAVG-Methode
    Vorteile Die DAC-Kurve enthält alle prüfrelevanten
    Einflüsse, das heißt zeitaufwendige
    Korrekturen sind nicht erforderlich.
    Einfache und sichere Bewertung.
    Kein Vergleichskörper erforderlich
    NachteileHerstellung bzw. Beschaffung eines
    geeigneten Vergleichskörpers.
    Aufnahme der DAC-Kurve für jede
    Prüfanwendung
    Messung und Berücksichtigung verschiedener,
    individueller Korrekturen.
    Grafische Ermittlung der Ersatzreflektorgrße

  • Elektronische AVG-Bewertung
  • Mit dem Einsatz mikroprozessorgesteuerter Ultraschallgeräte werden bei beiden Bewertungsverfahren erhebliche Vereinfa- chungen erzielt, die zu Zeitersparnis und höherer Prüfsicherheit führen. Insbesondere wird jetzt die AVG-Bewertung in einem Ultraschallgerät wie dem USN 50 durch ein optionales Auswerteprogramm leicht gemacht:
    Abb.3 Das Ultraschallgerät USN 50 mit AVG-Bildschirm

    Die AVG-Diagramme von 13 Standard-Prüfköpfen sind im Gerät gespeichert. Aber auch andere Prüfköpfe können anhand ihrer Parameter programmiert und in einem der 30 Datensätze abgelegt werden. Als Bezugsreflektor kann eine Flachbodenbohrung (Kreisscheibe), Querbohrung oder Rückwand gewählt werden. Die Anwendung der AVG-Methode im USN 50 wird durch das Bedienkonzept beson ders einfach und sicher; eine Fehlbedienung durch den Prüfer ist durch die Anzeige von Warnhinweisen auf dem Bildschirm weitgehend ausgeschlossen. Nach Eingabe aller für die Fehlerbewertung erforderlichen Parameter wird auf dem Bildschirm des Gerätes die entsprechende Registrierkurve elektronisch abgebildet (Abb.4).
    Abb.4 Bildschirminhalt des USN 50 bei aktiver AVG-Funktion.

    Das Auswerteprogramm sorgt für eine direkte Bewertung einer aufgefundenen Anzeige. Alle erforderlichen Korrekturen werden dabei berücksichtigt: Die Registrierschwellenüberschreitung, also der dB-Wert, um den eine Fehleranzeige die vorgegebene Registrierkurve überschreitet, wird direkt auf dem Bildschirm angezeigt. Diese Form der Auswertung ent- spricht der Praxis der meisten Prüfrichtlinien. Dazu zählen zum Beispiel die bekannte HP 5/3, DIN 54 125, SEL 072 usw., aber auch alle anderen Spezifikationen, bei denen Flachbodenbohrungen als Vergleichsreflektoren vorgeschrieben sind.
    Der Autor:
    Dipl.-Phys. Michael Berke
    war viele Jahre Schulungsleiter auf dem Gebiet der Ultraschallprüftechnik
    und ist heute Produktleiter für Ultraschallprüfgeräte
    bei der Krautkrämer GmbH D-Hürth.
    E-Mail:
    100656.65@compuserve.com

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    Rolf Diederichs 1.Febr.1996, info@ndt.net
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