DACH - Jahrestagung 2004 Salzburg

ZfP in Forschung, Entwicklung und Anwendung

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Qualifizierung des RTD-TOFD-Prüfsystems für die Prüfung an Rundnähten DN 1000 mit Wanddicken von 12,4 mm bis 13,9 mm

Ralf Dix, Röntgen Technischer Dienst GmbH, Bochum;
Joachim Lücking, RWTÜV System GmbH, Essen;
Fred Sievering, Ruhrgas AG, Essen
Kontakt: Dipl.-Ing. Ralf Dix

Erstmalig wurde das RTD-TOFD-Prüfsystem Mitte 2002 beim Neubau einer Erdgas-Hochdruckrohrleitung zur Prüfung von automatisiert geschweißten Rundnähten DN 1000 angewendet. Die Wanddicken der Rohrleitungen lagen im Bereich von 12,4 mm bis 13,9 mm. Der Werkstoff war STE 480.7 TM. Innerhalb von acht Wochen wurden auf einer Länge von ca. 30 km Pipeline insgesamt 928 Schweißnähte mit TOFD geprüft. Die Prüfungen wurden von RTD durchgeführt und von der RWTÜV System und der Ruhrgas begleitet.


Bild 1: Darstellung des Vergleichskörpers

Zur Feststellung der optimalen Prüfparameter wurde ein Vergleichskörper aus einem Originalrohrstück mit definierten Reflektoren, bestehend aus Querbohrungen und Nuten, angefertigt, siehe Bild 1.

Eine auf diese Prüfproblematik zugeschnittene Prüfanweisung wurde erstellt und die Zulässigkeitskriterien, siehe Bild 2, festgelegt. Diese Kriterien erwiesen sich in der Praxis als zweckmäßig und entsprachen überwiegend den Forderungen des DVGW-Arbeitsblattes GW 350 [3], siehe Bild 3. Eine direkte Umsetzung bzw. ein Vergleich beider Anforderungs-kriterien ist aufgrund der unterschiedlichen Bewertungsmethoden, wie Echohöhenbewertung nach AVG und einer Bewertung nach Reflektorlänge und -höhe, nicht möglich.


Bild 2: Auszug der Zulässigkeitskriterien entsprechend der TOFD-Prüfanweisung

So wurde vereinbart, dass bei den meisten detektierten, signifikanten TOFD-Anzeigen eine Kontrollprüfung mit dem herkömmlichen Ultraschall-Impuls-Echo-Verfahren stattfinden sollte. Einige der mit TOFD geprüften Rundnähte, ca. 50 %, wurden sogar zusätzlich durchstrahlt. Auf diese Weise wurde sichergestellt, dass relevante TOFD-Anzeigen mit einem ergänzenden Prüfverfahren kontrolliert, verglichen und bewertet werden konnte.

In den nachfolgenden Bildern 4 bis 7 sind derartige Prüfergebnisse von der TOFD-Prüfung, der manuellen Ultraschallprüfung mit einer Bewertung nach dem DVGW-Arbeitsblatt GW 350 [3] und der Durchstrahlungsprüfung gegenüber gestellt und zwar vor und nach einer erfolgreich durchgeführten Reparatur.


Bild 3:
Auszug der Zulässigkeitskriterien des Arbeitsblattes GW 350 [3]

Bild 4:
Nicht zulässige Anzeige an der inneren Oberfläche

Bild 5:
Nicht zulässige Anzeige unterhalb der äußeren Oberfläche

"Die beiden TOFD-Darstellungen in Bild 4 zeigen das Anzeigenbild eines unzulässigen Wurzelfehlers vor und nach der Reparatur. Im rechten Teil des Bildes ist der Wurzelfehler sowie Anzeigen von Poren im Volumen zu erkennen. Der linke Teil zeigt das TOFD-Ergebnis nach der erfolgreichen Reparatur des Wurzelfehlers. Die Poren im Volumen wurden nicht mit ausgeschliffen und sind daher exakt reproduzierbar. Der Vergleich der Prüfergebnisse durch die RWTÜV Systems ergab eine Übereinstimmung der drei ZfP-Verfahren. Bei der Durchstrahlungsprüfung wurde ebenfalls ein Wurzelkerb oder Wurzelfehler oder Wurzelbindefehler sowie Poren festgestellt. Mit der manuellen Ultraschallprüfung kam der Wurzelfehler mit KSR 1 mm + 6 dB zur Anzeige." [2]

Die beiden TOFD-Darstellungen in Bild 6 vergleichen die TOFD-Ergebnisse von Einzelbefunden vor und nach der Reparatur. Vor der Reparaturen sind zwei nicht zulässige linienförmige Anzeigen, vergl. Anzeige a und b, und ein ausgeprägter Kantenversatz, vergl. Anzeige c, sichtbar. Eine kleine Pore auf der linken Seite des TOFD-Bildes unmittelbar unterhalb der Oberfläche und auf der rechten Seite im Volumen (gelbe Kennzeichnung) wurden erkannt. Nach der Reparatur sind die linienförmigen Anzeigen beseitigt. Die beiden Poren wurde nicht mit ausgeschliffen und sind daher auch hier exakt reproduzierbar. Auch der Kantenversatz ist weiterhin sichtbar.

Beim direkten Vergleich der Prüfergebnisse wurde festgestellt, dass mit dem wesentlich empfindlicheren TOFD-Prüfsystem, Anzeigen ermittelt worden sind, die bei der Durchstrahlungsprüfung und bei der herkömmlichen Ultraschallprüfung zuerst nicht detektiert wurden. Auch konnten systembedingte, methodische Fehler beim Schweißverfahren frühzeitig erkannt und abgestellt werden. Beispiele hierfür sind starker Kantenversatz und Silikatreste in den Zwischenlagen, wie sie in den Bildern 6 und 7 dargestellt sind.


Bild 6:
Nicht zulässige Anzeigen im Volumen

Bild 7:
Nicht zulässige Anzeigen im Volumen

Bild 8:
Dokumentation der Prüfergebnisse

Das TOFD-Verfahren ist ein sehr schnelles Prüfverfahren. Es liefert online erste Prüfergebnisse und ist somit bestens geeignet für große Vorbauleistungen. Unter optimalen Bedingungen konnten bis zu 40 Rundschweißnähte pro Tag geprüft, ausgewertet und dokumentiert werden.

Die Dokumentation erfolgt unmittelbar nach erreichen der Tagesleistung in einem hierfür eingerichteten Bürocontainer vor Ort und wurde elektronisch und per Ausdruck erstellt, siehe Bild 8. Somit war eine problemlose Archivierung der Messdaten gewährleistet. Auch ließen sich Protokolle einschließlich der original Messdaten zur Nachbewertung durch Dritte, z. B. per E-Mail, leicht verschicken.

Fazit:

Das RTD-TOFD-Prüfsystem ist eine ideale Ergänzung zu den bislang angewandten konventionellen zerstörungsfreien Prüfsystemen und kann diese in bestimmten Bereichen sogar ersetzen. Dieses gilt für Automatenschweißungen genauso wie für Handschweißungen und ist besonders leistungsstark bei großen Wanddicken. Die Prüfergebnisse werden nachvollziehbar dokumentiert und stehen aufgrund der exakten Reproduzierbarkeit für Vergleiche bei wiederkehrenden Prüfungen zur Verfügung.

Die Vorteile der TOFD-Prüfung hinsichtlich der Prüfgeschwindigkeit, der Prüfempfindlichkeit und der Reproduzierbarkeit einschließlich der Dokumentation haben zu einer hohe Akzeptanz bei der Bauleitung, den Sachverständigen und der Rohrbaufirmen trotz anfänglicher Skepsis geführt.

Literatur:

  1. ENV 583-6 " Zerstörungsfreie Ultraschallprüfung Teil 6: Beugungslaufzeittechnik, eine Technik zum Auffinden und Ausmessen von Inhomogenitäten" (2000-01)
  2. 3R International Zeitschrift für die Rohrleitungspraxis Ausgabe 3/2004, "TOFD: Ein neues Prüfverfahren für Schweißnähte beim Pipelinebau" (2004-03)
  3. DVGW-Arbeitsblatt G350 " Schweißen von Rohrleitungen aus Stahl in der Gas- und Wasserversorgung" (2002-03)
  4. Dokument TO 97-50 rev. 1, "Acceptance criteria for the Time of Flight Diffraction inspection technique" (1997-11)
  5. prCEN/TS 14751 " Schluss-Entwurf; Technische Spezifikation; Schweißverbindungen - Anwendungen der Begungslaufzeittechnik (TOFD) für die Prüfung von Schweißverbindungen" (2003-08)

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