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In den Normen zur Prüfdurchführung und den Betrachtungsbedingungen für die Eindring- und Magnetpulverprüfung wird auf die Kalibrierung von Geräten für diese Verfahren (Luxmeter, UV-Meter und Feldstärkemessgerät) verwiesen. Gelebte Praxis ist die Rückführung dieser Geräte über einen Werkskalibrierschein des Geräteherstellers. Diese Vorgehensweise ist aber nicht normkonform für Prüflabore, die nach DIN EN ISO/IEC17025 akkreditiert sind. Was ist nun für Prüflabore mit und ohne Akkreditierung zu beachten und wie stellt man sich auf die metrologische Rückführbarkeit von Geräten in der Eindring- und Magnetpulverprüfung ein? Hierzu wurde die Richtlinie MR 01 Metrologische Rückführbarkeit von Hilfsmitteln für die Eindring- und Magnetpulverprüfung im DGZfP-Unterausschuss Metrologische Rückführung beim Fachausschuss Oberflächenrissprüfung der DGZfP erarbeitet. In diesem Regelwerk werden Wege zur Erfüllung der Forderungen der Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS) aufgezeigt. Im Vordergrund stehen dabei allerdings die Eigenverantwortung der Prüflabor bezogen auf die Verifizierung ihrer Verfahren, die Kenntnis ihre spezifischen prüftechnischen Randbedingungen (Wertebereich für Messwerte und somit Kalibrierbereich der Messgeräte), die Auswahl von Firmen für Gerätekalibrierung/-überprüfung und die Kontrolle der Kalibrierscheine/Werkskalibrierscheine auf Plausibilität der Kalibrierungs-/Überprüfungsergebnisse. Abgeleitet aus dem Inhalt dieses Leitfadens soll der Vortrag auch den Blick auf das Vorgehen zu diesem Thema in den anderen zerstörungsfreien Prüfverfahren lenken. Hierbei geht es insbesondere um die Verwendung der Begriffe Messen, Prüfen, Kalibrieren, Überprüfen u.a. im fachlichen Sprachgebrauch, bei Festlegungen und im Regelwerk. Die daraus resultierende fachliche Umsetzung muss dann dabei beachtet werden.

Durch die umfassende Vernetzung industrieller Prozesse im Sinne Industrie 4.0 und die damit verbundene Erfassung und Verarbeitung von materialspezifischen und herstellungsrelevanten Daten entlang des gesamten Produktlebenszyklus ergeben sich auch in der zerstörungsfreien Prüfung neue Herausforderungen. Es muss eine Möglichkeit geschaffen werden, ermittelte Daten von Prüfobjekten entsprechend ihrer Relevanz zu klassifizieren und relevante Daten lückenlos zu dokumentieren. Insbesondere der Bereich der manuellen Prüfung im Zeichen der Digitalisierung steht vor großen Herausforderungen. Das Assistenzsystem IZFP-SmartInspect, ist eine Kombination von manueller Prüftechnik mit Sensorpositionstracking und intelligenter Datenauswertung und stellt eine mögliche Alternative dar, die dem Prüfpersonal erlaubt, Prüfdaten ortsbezogen zu visualisieren, zu speichern und zu bewerten. Neben einer Planung bietet es weiter die Möglichkeit über Remotezugriff auf momentane Prüfdaten zu zugreifen um den Prüfer bei kritischen Fragestellungen zu unterstützen. In diesem Beitrag zu IZFP-SmartInspect sollen erste Ergebnisse aus der praktischen Anwendung im Rahmen der Ausbildung von ZfP-Prüfpersonal nach DIN EN 9712 gezeigt werden. An Schmiedestücken sowie Schulungsstücken mit Schweißnähten sollen erste Erfahrungen und Vorteile im praktischen Prüfeinsatz und bei der Nutzung des Systems hinsichtlich der Prüfplanung und Auswertung von Prüfergebnissen vorgestellt werden. Dazu werden die Prüfergebnisse einer konventionellen Prüfung, mit denen durch den Einsatz von IZFP-SmartInspect an Prüfkörpern mit dokumentiertem Defektbild verglichen. Um einen möglichst großen Informationsgehalt zu schaffen, werden die Prüfungen jeweils von erfahrenem Prüfpersonal, als auch von Personen mit geringer Prüferfahrung durchgeführt, ausgewertet und miteinander verglichen. Die Prüfergebnisse sowie das Feedback des Prüfpersonals sollen einen ersten Überblick über die Vorteile der Assistenz-, Analyse- und Dokumentationsfunktionen gegenüber der etablierten, konventionellen Handprüfung geben.

Mittels Ground Penetrating Radar (GPR), Large Aperture UltraSound (LAUS) und ambienter Thermographie wurde die große Stützmauer (ca. 9 m hoch und 286 m lang) der ehemaligen Grubenanlage Fischbach-Camphausen der RAG (1. Abteufung 1871, Silllegung 1990) im Saarland untersucht. Die Mauer weist eine Oberfläche mit verschiedenen Frontmaterialien (Beton, Mauerstein, Ziegel usw.) auf. Daher wurden drei vertikale Linien in repräsentativen Bereichen der Wand für die Untersuchungen ausgewählt. Die drei genannten ZfP-Methoden wurden eingesetzt, um Informationen über den Zustand und die innere Struktur der Mauer zu gewinnen, und um die Eignung der Verfahren an diesen komplexen, heterogenen Mauerwerksstrukturen zu bewerten. Die Ergebnisse mit dem Ultraschallsystem LAUS zeigten am ersten Profil die Schichtstruktur, wo die Wand durch eine Betonschale bereits zur Absicherung verstärkt wurde, und unspezifische Reflexionen der inneren Struktur jenseits der ersten Schicht. Bedingt durch die Randbedingungen (Höhe der Mauer, Zugänglichkeit, Oberflächenstruktur, etc.) und der technischen Auslegung des LAUS war der Einsatz dieser Methode an der Mauer sehr zeitaufwendig. Die GPR Messungen (es wurde mit zwei Niederfrequenzantennen gemessen: 200 und 400 MHz) konnten schneller durchgeführt werden und zeigten ebenfalls Merkmale im Inneren der Struktur. Die Eindringtiefe war aufgrund der hohen Absorption im Material auf 2-3 m begrenzt. Um einen Tag-Nacht-Zyklus mittels ambienter Thermographie aufzuzeichnen, wurde eine Thermographie-Sequenz von 96 Stunden permanent aufgezeichnet. Die Phasenauswertung zeigte Auffälligkeiten in mehreren Bereichen der Mauer.

Für die zerstörungsfreie Prüfung mit Ultraschall sind seit Beginn der 2000er Jahre Ultraschallgeräte für die industrielle Anwendung verfügbar, welche die Phased-Array-Technik verwenden (im deutschsprachigen Raum auch als Gruppenstrahlertechnik bekannt). Die Phased-Array-Technik hat das Potential für eine flexible Anpassung der Ultraschallprüftechnik an ein breites Spektrum von Prüfaufgaben. Sie stellt damit eine Alternative zu herkömmlichen Prüftechniken mit verschiedenen konventionellen Prüfköpfen dar. Darüber hinaus ermöglichen elektronische Scantechniken quasi online das Erzeugen von bildhaften Darstellungen, die die Auswertung oftmals erheblich vereinfachen. Für die Anwendung der Phased-Array-Technik sind aber gegenüber den Kenntnissen, wie sie in der Ausbildung für die Prüferstufe 1, 2 und 3 (nach DIN EN ISO 9712:2012-2) vermittelt werden, zusätzliches Wissen und weitere Fertigkeiten notwendig. Der Unterausschuss Phased Array im DGZfP-Fachausschuss Ultraschallprüfung hat ein Handbuch mit dem Titel Handbuch für die Materialprüfung mit Ultraschall-Phased-Arrays erarbeitet, das in den folgenden Kapiteln Informationen für den Praktiker zur Verfügung stellt: Grundlagen, Prüfkopf und Prüfkopfauswahl, Gerätetechnik, Anwendung der Phased-Array-Technik und Beispiele aus der Prüfpraxis. Dieser Beitrag informiert über die Struktur und den Inhalt dieses Handbuchs, das Ende 2018 im UA Phased Array fertiggestellt wurde.

Die Lebensdauer von Komponenten in kerntechnischen Anlagen ist im Hinblick auf den sicheren Betrieb ein wichtiges Thema. Probabilistische Ansätze zur Bewertung der Integrität können hierbei quantitative Aussagen hinsichtlich des Einflusses der Streuung der Werkstoffparameter aber auch der Auffindbarkeit von Rissen auf die Versagenswahrscheinlichkeit von Komponenten. Als Eingangsgrößen dienen Werkstoffkennwerte, wie z.B. die Bruchzähigkeit, und die Größe von Fehlstellen, die über zerstörungsfreie Prüfverfahren, wie z.B. einer Ultraschallprüfung, ermittelt wurde. In verschiedenen Untersuchungen zeigte sich jedoch, dass sowohl die Werkstoffkennwerte als auch die Fehlergrößenbestimmungen mithilfe von Ultraschallprüfungen an austenitischen Schweißnähten und Mischschweißverbindungen zwischen austenitischen und ferritischen Stahl mit einem statistischen Fehler behaftet sind. Die Datenbasis der relevanten Werkstoffparameter ist für derartige Schweißverbindung gering. In einem kürzlich abgeschlossenen Forschungsvorhaben wurden an austenitischen und Mischschweißverbindungen bruchmechanische Werkstoffuntersuchungen durchgeführt und eine Datenbasis für die probabilistische Bewertung zusammengetragen. Zur Einbindung der Ultraschallprüfungen in die probabilistische Lebensdauerbewertung, ist es notwendig, die Fehlerauffindwahrscheinlichkeit für bestimmte Messkonfigurationen zu bestimmen. Die Fehlerauffindwahrscheinlichkeit wird in einer POD-Kurve (Probability of Detection) als Funktion der Fehlergröße beschrieben. Zur Erzeugung von realistischen POD-Kurven ist aus einer Vielzahl von Messungen mit verschiedenen Konfigurationen an unterschiedlichen Testkörpern ein statistischer Datensatz entstanden und durch simulierte Daten ergänzt worden. Hieraus konnten POD-Kurven für die untersuchten Werkstoffe und Messkonfigurationen erzeugt werden. Mithilfe der Kennwerte und der POD-Kurven konnte dann für realistische Werkstoffe und Fehlergrößen ein Bewertungsmodell entwickelt werden. Die Ermittlung der POD aus Messdaten und Simulationen wird in einem gesonderten Beitrag dargestellt. In diesem Beitrag wird die Einbindung der POD aus zerstörungsfreien Prüfungen in das Bewertungskonzept erläutert.

Erzeugnisse aus Stahlguss werden in nahezu allen Industriezweigen eingesetzt. Für viele dieser Bauteile führen die während der planmäßigen Nutzungsdauer auftretenden Betriebsbeanspruchungen zu einer maßgeblichen Werkstoffermüdung in hochbeanspruchten Bereichen und bei einer gewichtsoptimierten Auslegung zu einer Begrenzung der Lebensdauer. Bemessungsregeln für die ermüdungsgerechte Auslegung von Stahlgussbauteilen existieren jedoch nicht. Durch den Einsatz von zerstörungsfreien Prüfverfahren (ZfP) können innere Fehler und Anrisse detektiert und der Rissfortschritt aufgezeichnet werden, um entscheidenden Beitrag zur Entwicklung neuer Bemessungs- und Bewertungsvorschriften für ermüdungsbeanspruchte Verbindungen aus Stahlguss zu leisten. Die zerstörungsfreie Prüfung wird zur Qualitätssicherung von Großkomponenten bereits eingesetzt. Eine der aktuellen Herausforderungen besteht darin, lokalisierte, innenliegende Fehler zu bewerten und eine Abschätzung des unter Ermüdungsbeanspruchung auftretenden Risswachstums vorzunehmen. Hierzu gibt es bislang keine abgesicherte Methode. Daher wurden zunächst in Vorversuchen verschiedene zerstörungsfreie Prüfverfahren auf ihre Eignung hin getestet, das Risswachstum während Dauerschwingversuchen zu verfolgen. Entsprechend der Ergebnisse wurde in einem zweiten Schritt die Vielzahl an ZfP-Methoden auf elektromagnetisch angeregten Ultraschall (EMUS), Schallemission (AE) und magnetischen Streufluss (MFL) reduziert. Durch die Anwendung des elektromagnetischen Ultraschalls in Transmission und die magnetische Streuflussmessung wurde der Rissfortschritt detektiert. Durch die Schallemissions-Messung wurde darüber hinaus noch eine grobe Lokalisierung des Risses erzielt. Dieser Ansatz einer hybriden Verfahrenskombination kann zukünftig als Basis einer Monitoring-Lösung zur Rissentstehungs- und Rissfortschrittserkennung dienen.

Die Zustandserfassung digitaler Produktinformationen ist essentiell für die Einbettung einer fortschrittlichen und produktionsbegleitenden Qualitätssicherung. Ein Beispiel ist die berührungslose Erfassung von Oberflächenrissen an Bahnrädern von Hochgeschwindigkeitszügen, mithilfe der bildgebenden, vollautomatisierbaren Induktions-Thermografie. Dieses Verfahren ermöglicht mittels intelligenter Signal- und Bildauswertung sowohl einen zuverlässigen und objektiven Nachweis von Oberflächenfehlern, als auch die Erstellung einer digitalen Ergebnisdokumentation. Perspektivisches Ziel ist die Weiterentwicklung der induktiven Anregung durch die Einführung einer Mehrfrequenz-Spulen-Array-Technik. Hierfür müssen sowohl die Ansteuerung des Induktors, als auch die Bauform der Spule optimiert werden. Eine Spulen-Array-Anordnung erlaubt die Induktion eines rotierenden Wirbelstromfeldes in das zu prüfende (leitfähige) Material und damit die richtungsunabhängige Erfassung von Oberflächenrissen. Um das Potential der gewonnenen Mehrinformationen zu nutzen, werden darüber hinaus neue Algorithmen zur automatisierten Signal- und Bildauswertung inklusive Segmentierung, Klassifizierung und Fehlererkennung benötigt. Die Verwendung unterschiedlicher Anregungsfrequenzen und der Einsatz intelligenter Auswertealgorithmen ermöglicht eine verbesserte Detektion von Oberflächenfehlern. Die so gewonnenen Informationen fließen abschließend als A Priori Wissen in die anschließenden Verarbeitungsschritte ein und können zur weiteren Optimierung des Produktionsprozesses genutzt werden. In dieser Arbeit werden erste Erkenntnisse und Ergebnisse der Forschungsarbeit auch unter Zuhilfenahme von Simulationsmodellen vorgestellt.

Die Rekonstruktion der Lage und Größe von inneren Fehlern und Strukturen in Werkstoffen aus zeitaufgelösten Thermografiedaten der Oberfläche ist eine Aufgabe, die im Vergleich zu anderen zerstörungsfreien Prüfverfahren bisher nur ansatzweise gelungen ist. Im höherdimensionalen Fall beschränken sich Rekonstruktionsversuche meist auf die gleichzeitige Bestimmung von Tiefenlage und Durchmesser von Flachbodenbohrungen bei bekannten Materialeigenschaften. In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz für eine verbesserte Rekonstruktion von unbekannten Fehlern vorgestellt. Durch Einführung der self-referencing relative contrast" Methode, kann auf das erste a-priori Wissen des Referenzbereiches verzichtet werden. Weiterhin wurde ein einfaches neuronales Netzwerk zur Material Klassifizierung trainiert und erprobt. Ein wesentlicher Vorteil der Verfahren besteht darin, dass eine Reduzierung der zur Rekonstruktion benötigten a-priori Parameter durch die ergänzende Verwendung der angewandten Rekonstruktionsmethoden erreicht wird. Im Experiment wird die Blitzthermografie eingesetzt. Anwendungsperspektiven ergeben sich in der Rekonstruktion von unbekannten Fehlerarten vom Typ Risse, Korrosion und Pore/Lunker in zu prüfenden Bauteilen.

Präzise Ultraschallmessungen in der ZfP mit synthetischer Apertur erfordern Positioniertechnik mit Submillimeter-Genauigkeit. Dabei sollte der Positionierer möglichst flexibel für verschiedene Messaufgaben einsetzbar sein. Für das Szenario eines in einer Flüssigkeit lagernden Prüfkörpers wird eine Lösung vorgestellt, die auf einen Behälter aufgesetzt werden kann und einen Scanbereich von 300 x 300 x 200 mm (X x Y x Z) bietet. Die Ultraschallsonde wird dabei über das aus dem 3D-Drucker-Umfeld bekannte Delta-Prinzip bewegt. Zusätzlich ist eine programmierbare Neigung der Sonde in zwei Achsen mit bis zu +-30° möglich. Dies ermöglicht es, einer variablen Oberflächenkrümmung des Prüflings adaptiv zu folgen. Angelehnt an einen Delta-3D-Drucker wurden für das Design des Positionierers hochwertige Materialien und Komponenten ausgewählt und zu einer neuartigen und besonders stabilen Konstruktion zusammengeführt: Die bei 3D-Druckern üblicherweise unten befindlichen Komponenten (Antriebe, Elektronik) wurden in den oberen Bereich verlagert. Unten wird die Konstruktion von einem massiven Aluminiumring getragen, durch den der Effektor mit der Messsonde in den Flüssigkeitsbehälter hineinbewegt werden kann. Die Ansteuerung des Positionierers erfolgt mittels G-Code über eine USB-Schnittstelle. Durch Einlegen eines Druckbetts in den unteren Ring und Austausch der Ultraschallsonde gegen einen 3D-Druckkopf kann der Positionierer leicht in einen 3D-Drucker umkonfiguriert werden. Die entsprechenden Komponenten sind vorhanden. Mit 82 Zentimeter Durchmesser und etwa 1 Meter Höhe sowie Materialkosten von unter 2000 Euro bietet das vorgestellte Positioniersystem eine portable, preiswerte Lösung für Ultraschallmessungen mit synthetischer Apertur und Submillimeter-Genauigkeitsanforderungen.

Im Leichtbau kommen zunehmend Hybridbauweisen aus Faserverbundwerkstoffen und Leichtmetallen zum Einsatz, welche Vorteile beider Werkstoffgruppen im Hybridmaterial vereinigen. Die Verbindungen werden meist geklebt oder genietet. Am Fraunhofer IFAM wurde in den letzten Jahren eine neuartige Fügetechnologie für verschiedene hybride Verbindungsarten im Druckguss bis zur Produktionsreife entwickelt. Die Kombination von Druckgusslegierungen und Fasermaterialien oder Drähten eröffnet neue Potenziale für Bauteile in Leichtbauweise, wie sie Anwendungen in verschiedensten Branchen insbesondere Automotive sowie Luft- und Raumfahrt zunehmend erfordern. Bisher existierte jedoch noch kein Verfahren, das die zerstörungsfreie Qualitätsprüfung solcher Hybridbauteile zulässt was wiederum Voraussetzung für eine industrielle Umsetzung ist. Im Rahmen des Projektes »HyQuality Hybridguss-Fertigung mit standardisierter Qualitätssicherung« haben die Fraunhofer-Institute IIS/EZRT, IZFP und IFAM ihre jeweiligen Fachkompetenzen eingebracht, um gemeinsam entsprechende Methoden hierfür zu entwickeln. Ziel war es dabei eine produktionsintegrierte und zerstörungsfreie Inline-Prüfung zu erarbeiten, die sämtliche Fehlerarten in hybriden Bauteilen sichtbar und somit überprüfbar macht. Die Prüfverfahren müssen nicht nur zerstörungsfrei, sondern auch prozessbegleitend, d.h. fertigungsintegriert, einsetzbar sein. Um die Kontaktfläche zwischen Faser-, Draht- oder Blechverstärkung und Gussmatrix genau zu erkennen und deren Qualität bewerten zu können, ist zudem eine hochauflösende Technologie erforderlich. Die beiden auf der Röntgentechnik basierenden Verfahren digitale Radioskopie und Computertomographie sowie Ultraschall, Thermographie und Wirbelstromprüfung sind Technologien, die in diesem Zusammenhang untersucht wurden. Um die Eignung der zerstörungsfreien Prüfmethoden zu bestimmen, wurden die im Projekt hergestellten Proben und Bauteile im Nachgang zerstört. Die Ergebnisse der zerstörenden Prüfung dienten dabei als Referenzergebnisse und wurden zum Vergleich mit den Ergebnissen der zerstörungsfreien Prüfung herangezogen.