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NDT.net Issue - 2017-09 - NEWS
NDT.net Issue: 2017-09
Publication: DGZfP Jahrestagung 2017, 22-24 May, Koblenz, Germany (DGZfP 2017)
Session: Ultraschallverfahren (UT), Phased Array
NEWS

Annular Phased Array für die Ablösung der Mehrzonenprüfung von Flugzeugturbinenscheiben

Martin Barth125, Toni Beggerow24, Marek Rjelka16, Wolfgang Spruch213, Bernd Köhler150
1Branch Lab Dresden; Fraunhofer Institute for Ceramic Technology and System (IKTS)231, Dresden, Germany
2Büro für Technische Diagnostik (BTD)13, Brandenburg, Germany

Abstract: Die Anforderungen an die Materialqualität in verschiedensten Bereichen nehmen stetig zu. Insbesondere müssen Turbinen für Luft- und Raumfahrtanwendungen enormer Beanspruchung (z.B. hohe Temperaturen, extreme Zentrifugalkräfte) widerstehen können, welche u.a. den Einsatz sogenannter Superlegierungen erfordern. Da die Prüfalternativen entweder zu aufwendig sind, nicht die gewünschte Auflösung erreichen oder nur dünne Geometrien zulassen, ist die Standardmethode zum Auffinden kleiner Fehler in Turbinenscheiben die Ultraschallprüfung. Die höchste Auflösung erreicht man dabei im Fokus des Schallfelds, sodass der Prüfling meist mit einem fokussierten Prüfkopf abgetastet wird. Um nun noch eine gute Auflösung über die gesamte Tiefe zu erhalten, wird jede Scheibe mehrmals mit verschiedener Fokustiefe gescannt. Diese Technik wird als Multizonenprüfung bezeichnet. Des Weiteren wird der Schall in Medien mit grober Kornstruktur, wie etwa Titanlegierungen für den Bau von Turbinenscheiben, stark gestreut und verdeckt damit die Signale möglicher Defekte. Ziele dieser Arbeit waren zum einen die Reduktion der Prüfzeit durch einen geeigneten Ersatz für die konventionelle Multizonenprüfung und zum anderen die Unterdrückung der Rückstreuung und Verbesserung der Auffindbarkeit kleiner Fehler bis zu 0,2 mm KSR. Zur Lösung wurde hier ein gekrümmter Gruppenstrahler entwickelt. Die Krümmung fokussiert das Schallfeld in natürlicher Weise auf die Rotationsachse des Wandlers. Darüber hinaus kann die Fokustiefe durch gezielte Verzögerung der Schüsse der Einzelelemente variiert werden. Aufbauend auf EFIT-Rechnungen, wurden die optimale Krümmung der Wandlerfläche sowie Aufteilung der Einzelflächen dabei mit einem eigens für dieses Projekt entwickelten Simulationstool gefunden. Des Weiteren wurde ein Algorithmus implementiert, der durch die Anwendung eines Satzes an Verzögerungszeiten im Sendefall und mehrerer Focal Laws im Empfangsfall in verschiedene Tiefen fokussieren kann (Dynamic Depth Focusing) und somit eine verbesserte Tiefenauflösung und erhöhte Fehlerauffindwahrscheinlichkeit gegenüber konventioneller Prüfung bietet. Die entsprechenden Ergebnisse der Untersuchungen an Turbinenscheiben mit dem entwickelten Gruppenstrahler und der dynamischen Fokussierung werden hier dargestellt.


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