DGZfP-JAHRESTAGUNG 2003

ZfP in Anwendung, Entwicklung und Forschung

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Wirtschaftliche Überprüfung der Bindungs- und Schweißnahtqualität in Anlagenbau und Petrochemie durch mobile Ultraschall-Scanner

Siegmar Schulz, Agfa NDT GmbH, Hürth
Bernd Kirchner, Agfa NDT GmbH, Hürth
Kontakt: Schulz Siegmar Dipl.-Ing.

Zunehmend tritt in der Ultraschall-Prüfung die Forderung nach einer Protokollierung auf, die vom Prüfer weitgehend unbeeinflussbar ist und das Prüfergebnis bildlich darstellt. Prüfsysteme mit manueller Prüfkopfführung, bei denen die Position über eine mechanische Apparatur aufgenommen wird, sind vielfach im Einsatz. Hierbei ist jedoch die lückenlose Abtastung einer Fläche sicherzustellen.
Nachfolgend werden der Aufbau eines Scan-Systems, basierend auf vorhandenen Anlagen-Komponenten, sowie der mobile Einsatz beschrieben.


Bild 1:
Manuelle Prüfung

Bild 2:
Mechanisierte Prüfung

Bild 1 zeigt die wesentlichen Merkmale der manuellen Prüfung: der Prüfkopf wird von Hand bewegt, die Bewertung erfolgt visuell und die Ergebnisse werden handschriftlich protokolliert.

Bild 2 zeigt eine typische Einrichtung zur mechanisierten Prüfung: das zu prüfende Teil wird motorisch durch das Prüfsystem geführt. Die synchrone Aufnahme von Ultraschall- und Positionsdaten ermöglicht die ortsgetreue Darstellung des Befundes als C-Bild oder als Amplituden-Weg-Diagramm sowie eine automatisierte Bewertung.


Bild 3:
Tauchtechnik-Scanner
Zur Realisierung eines mobilen Scanners werden Komponenten aus vorhandenen stationären Prüfanlagen übernommen, um die Entwicklungskosten zu reduzieren.
Eine geeignete Anlage ist der in Bild 3 abgebildete Tauchtechnik-Scanner. Folgende Komponenten spielen für das mobile Prüfsystem eine wesentliche Rolle:

  • Die Software zur Steuerung der Prüfbewegung, Aufnahme und Darstellung der Ultraschalldaten wird im Wesentlichen unverändert übernommen
  • Der PC wird gegen eine tragbare Variante ausgetauscht, die Platz für folgende Einsteckkarten bietet:
  • Das Ultraschallgerät als PC-Einsteckkarte - mit dem gesamten Funktionsumfang eines Universal-Ultraschallgerätes
  • Der Motor-Controller als PC-Einsteckkarte - für die Steuerung des Bewegungsablaufs der Mechanik
  • Die Antriebe müssen kompakt und leistungsfähig sein, um die
  • Prüfmechanik so klein wie möglich gestalten zu können.


Bild 4:
Mobiler 2-Achsen-Scanner
In Bild 4 ist das Ergebnis der Umformung von der stationären zur mobilen Prüfeinrichtung zu sehen. Der ca. 4 kg schwere Scanner bewegt sich mit Magnet-Hafträdern auf ferritischen Prüfteilen und tastet mit einer quer zur Fahrtrichtung angeordneten Scan-Achse Bereiche bis zu einer Breite von 300 mm und nahezu beliebiger Länge ab. Da der Geradeauslauf stark von der Oberflächenbeschaffebheit des zu prüfenden Teiles abhängt, wird bei Längen größer 500 mm eine Führungsschiene empfohlen! Der Antrieb erfolgt über kompakte Einheiten, bestehend aus Servomotor, Getriebe und Drehgeber, die vom Motor-Controller gesteuert im Cloosed-Loop den definierten Prüfbereich präzise abfahren.
Beide Bewegungsrichtungen können sowohl als Scan- als auch als Indexachse definiert werden.
Der kardanisch gelagerte Prüfkopf ist über eine schwenkbare, gefederte Führung mit der Y-Achse verbunden. Der Prüfkopfhalter ist mit einer Fließwasser-Zuführung ausgerüstet, die eine gute Ankopplung gewährleistet.
Je nach Prüfaufgabe können Senkrecht-, Winkel- oder SE-Prüfköpfe aus dem Standard-Programm eingesetzt werden. Für antimagnetisches Material wird der Scanner mit einer Führungsschiene ausgestattet. Bei dieser Version wird der Wagen mit V-Rollen an der Schiene gehalten und über einen Zahnriemen angetrieben; die Stützrollen können entfallen. Vakuum-Sauggreifer sorgen für den festen Halt der Schiene auf der Prüfoberfläche.

Bild 5 - 7:
  • Das Komplettsystem
  • Wanddickenmessung
  • Schweißnahtprüfung
  • Bild 5 zeigt das komplette Prüfsystem. Scanner und PC bilden ein sehr kompaktes System, das komplett in einem Alu-Transportkoffer untergebracht ist. Der Prüfer trägt das Prüfsystem zum Bauteil vor Ort. Die Steuerung des Scanners übernimmt der PC, in den auch die Ultraschallkarte USPC 2100 integriert ist. Die Anwendungssoftware KScan ist dabei nicht nur für die Scanner-Steuerung verantwortlich, sondern auch für die Aufnahme und Verarbeitung der Ultraschalldaten - zum Beispiel als C-Bild-Darstellung.

    In Bild 6 ist das Ergebnis einer Wanddickenmessung als D-Bild abgebildet. Die Bereiche einer unzulässigen Wanddickenänderung können maßstäblich mit aussagekräftigen Farbverläufen dargestellt werden. Bild 7 zeigt das C-Bild eines Testbleches zur Schweißnahtprüfung. Obwohl das normale C-Bild-Programm nur die Position des Prüfkopfes - nicht die des Fehlerortes - aufnimmt, können Anzeigen mit Tiefenangaben dargestellt werden.

    Der mobile Scanner bietet sich an für die Schweißnahtprüfung, Bindungsprüfung und Restwanddickenmessungen an unterschiedlichsten Prüfobjekten: Pipelines, Flugzeugteile, Schiffskomponenten, Druckbehälter, Tanks, Bleche aller Art. Somit kommt das System in vielen unterschiedlichen Industriebereichen zum Einsatz und stellt eine wirtschaftliche Lösung dar, wenn es darum geht, Flächen mit konstantem Prüfraster und PC-gestützter Protokollierung zu überprüfen.

    "Mobile Prüfung" kann aber auch bedeuten, mit einem Ultraschallsystem die Bewegung einer vorhandenen Maschine auszunutzen (Bild 8). Für die Be- und Verarbeitung von Metallen, Kunststoff, Papier usw. werden Walzen in den unterschiedlichsten Bauformen eingesetzt. Um die Qualität sicherzustellen, ist eine Prüfung der gesamten Oberfläche erforderlich. Durch einfache Adaption einer Positionsaufnahme wird die Bearbeitungsmaschine als Manipulator eingesetzt. Wo normalerweise Drehstahl oder Schleifscheibe mit einer hohen Genauigkeit zugestellt werden, wird nun statt des Werkzeuges ein Prüfkopf bewegt und eine konstante, lückenlose Abtastung sichergestellt.


    Bild 8:
    Walzenprüfung in der Schleifmaschine

    Bild 9:
    C-Bild einer Testwalze

    Bild 10:
    Mobiles Prüfsystem für den Einsatz an Bearbeitungsmaschinen

    In Bild 10 ist der mobile Ultraschall-PC mit Magnetstativen zur schnellen Befestigung von Positionsaufnehmer und Prüfkopf an Dreh- oder Schleifmaschinen zu sehen.
    Die Synchronisation der Datenaufnahme erfolgt direkt über die Bewegung des Prüflings. Der Drehgeber wird an der Hauptspindel angebracht. Die zweite Achse wird über die Eingabe des Support-Vorschubes gerechnet.
    Mit diesem Konzept sind mit relativ geringem Aufwand Prüfungen an unterschiedlichsten Walzen und Maschinen möglich.

    Diese Beispiele zeigen, dass auch im Bereich der mobilen Systeme eine wirtschaftliche Prüfung mit C-Bild-Dokumentation möglich ist. Insbesondere bieten sich folgende Einsatzbereiche an:

    • Fehlerprüfung
    • Bindungsprüfung
    • Schweißnahtprüfung
    • Restwanddickenmessung

    STARTHerausgeber: DGfZPProgrammierung: NDT.net