Klaus Matthies u.a. Ultraschallprüfung von austenitischen Werkstoffen

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1 Klaus Matthies u.a. Ultraschallprüfung von austenitischen Werkstoffen

2 9 Inhaltsverzeichnishnis 1 Einführung Gefügeausbildung und Fehlerarten in austenitischen Schweißnähten und Plattierungen sowie in Mischver- bindungen mit Schweißgut aus Nickellegierungen Einleitung Eigenschaften austenitischer Werkstoffe Fehlerarten in austenitischen Schweißnähten und Plattierungen sowie in Mischverbindungen mit Schweißgut aus Nickellegierungen Herstellungsbedingte Fehler Betriebsbedingte Fehler Schallausbreitung im austenitischen Schweißgut hweißgut Einleitung Ultraschallausbreitung Allgemeines Phänomene Wellenarten im anisotropen Material Schallgeschwindigkeiten im anisotropen Material Allgemeines Phasengeschwindigkeit Gruppengeschwindigkeit Schallbündelablenkung Strahlenfläche Spreizungsfaktor Reflexion und Brechung Echodurchlässigkeit der Schweißnahtflanke Reflexion an Fehlstellen Inverse Normalenfläche - das Slowness-Diagramm... 65

3 10 Ultrasch aschallprüfung von austenitisch enitischen Werkstoffen 4 Überblick über mögliche Lösungen bei der Ultraschall-l- prüfung von austenitischen Schweißverbindungen Einleitung Prinzipien problemangepasster Prüftechnik Eingrenzung des Empfindlichkeitsbereiches des Prüfkopfes Verwendung von Longitudinal- und horizontal polarisierten Transversalwellen Verwendung kurzer (breitbandiger) Ultraschall-Impulse Signalmittelungsverfahren Problemangepasste Prüfköpfe Transversalwellen-Prüfköpfe Piezoelektrische Prüfköpfe Elektromagnetisch angeregte Prüfköpfe Longitudinalwellen-Prüfköpfe Einschwinger-Winkelprüfköpfe Fokussierende Prüfköpfe Longitudinalwellen-Sende-Empfangs(SEL)-Prüfköpfe Besonderheiten bei der Prüfung mit Longitudinalwellen Längsfehlerprüfung Querfehlerprüfung Oberflächennahe Prüfbereiche Prüfung von Bauteilen mit gekrümmten Prüfflächen Prüfköpfe Einleitung Piezoelektrischer Effekt Piezoelektrische Prüfköpfe Aufbau Prüfkopf-Bauarten Phased Array-(Gruppenstrahler-) Prüfkopfe Allgemeines Array-Typen Prinzipien der elektronischen Schallbündelsteuerung Prüffunktionen

4 Inhaltsverzeichnis Elektromagnetische Ultraschall-(EMUS-) Wandler (Prüfköpfe) zur Erzeugung horizontal polarisierter Transversalwellen Einleitung Grundlagen der SH-Wellen-Anregung Anregungsprinzipien Einschallwinkel Prüfkopfaufbau EMUS-Prüfkopf für ferromagnetisches Material EMUS-Prüfkopf für nicht-ferromagnetisches Material Prüfkopfeigenschaften Richtdiagramm in Einschallebene Axiale Empfindlichkeit ("Fokuslänge" SE-Prüfkopf) Richtdiagramm senkrecht zur Einschallebene Auswahl und Handhabung von Longitudinalwellen-Prüfköpfen Einleitung Handhabung von SEL-Prüfköpfen Vorbereitung der Prüfung Regelwerke Anforderungen an den Prüfgegenstand Festlegungen zu Ultraschallprüfungen (UT) im Regelwerk Resümee Anhang Hinweise zur Erstellung einer Prüfanweisung Einleitung Allgemeines Inhalt von Prüfspezifikationen Allgemeines Verfahrenstechnische Anforderungen Objektbezogene Angaben

5 12 Ultrasch aschallprüfung von austenitisch enitischen Werkstoffen Hinweise auf Vorschriften, Regeln, Normen etc Inhalt von Prüfanweisungen Hinweise für anisotrope austenitische Werkstoffe Anhang Bewertung von Befundanzeigen ZfP- Anzeigenkategorien und Zuordnung zu Fehlern Standardverfahren der zerstörungsfreien Prüfung Analyseverfahren zur Fehlergrößenbestimmung Zusammenfassung Prüfgerechte Gestaltungtung Allgemeines Anforderungen an die Konstruktion Wanddicke Anforderungen an die Oberflächen Prüflängen Anordnung und Anzahl de Schweißnähte Anforderungen an den Grundwerkstoff Anforderungen an die Schweißnahtvorbereitung Allgemeines Kantenversatz und Counterbore Lagenaufbau und Ablenkung des Schallfeldes Einfluss des Schweißverfahrens Allgemeines Lichtbogenhandschweißen mit ummantelten Stabelektroden Unterpulverschweißen (UP) Metall-Schutzgasschweißen (MIG, MAG) Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) Schlussfolgerungen Kornverfeinerung des Schweißgutes

6 Inhaltsverzeichnis Beugungslaufzeit-Technik (TOFD) Allgemeines Grundlagen Einleitung Fehlergrößenbestimmung Prüfkopfauswahl Prüftechnik Allgemeines Prüfung von anisotropen Werkstoffen Fazit Synthetic Aperture Focussing Technique (SAFT) Allgemeines Einordnung in konventionelle Ultraschallprüfverfahren Grundlagen zur Datenaufnahme Grundlagen zur Rekonstruktion Leistungsvermögen von SAFT Allgemeines Auflösungsvermögen Genauigkeit der Fehlergrößenbestimmung Nachweisvermögen Bestimmung des Fehlerortes Pseudo 3D-SAFT und 3D-SAFT Besonderheiten für die Ultraschallprüfung von austenitischen Werkstoffen Prüfung plattierter Komponenten mittels eines Mehrschichten-SAFT-Algorithmus Gruppenstrahlertechnik (Phased Array) Einleitung Prinzip des Gruppenstrahlers Physikalische Grenzen der Gruppenstrahlertechnik Anwendungen Zusammenfassung

7 14 Ultrasch aschallprüfung von austenitisch enitischen Werkstoffen 14 Durchstrahlungsprüfung von austenitischen Schweißnähten Einleitung Prüftechnik zum Nachweis von Fertigungsfehlern in Schweißnähten Optimierung der Prüftechnik zum Nachweis betrieblich entstandener Fehler in Schweißnähten Auswertung von Durchstrahlungsaufnahmen Scheinanzeigen in grobkristallinem Gefüge (Mottling) Mechanisierte Durchstrahlungsprüfung mit radiometrischen digitalen Detektoren Wirbelstromprüf rüfung austenitischer Bauteile eile Wirkungsweise des Prüfverfahrens Prüfung von nahtlosen und von geschweißten Rohren Prüfung von Wärmetauscherrohren Plattierungsprüfung Prüfung von Schweißnähten Qualifizierungizierung von Ultraschallprüftechniken Vorgehensweise bei der Qualifizierung Nachweis der Eignung von Prüfverfahren Allgemeines Verfahren zur Fehlersuche Analyseverfahren zur Bestimmung der Fehlergröße Prüfbeispiele Prüfung von Schweißverbindungen an austenitischenischen Stählen Einleitung Generelle Gesichtspunkte Nachweis der Eignung der Prüftechnik Allgemeines Vergleichskörper

8 Inhaltsverzeichnis Auswahl der Prüftechnik Vorbereitung der Prüfung Prüfbeispiele Allgemeines Dünnwandige Schweißnaht Dickwandige Schweißnaht Befundanalyse Dokumentation der Prüfung Prüfung von Schweißverbindungen zwischen ferritischen und austenitischen Stählen (Mischnähte) Einleitung Mischnahtausführungen Gefügestruktur von Mischnähten Generelle Gesichtspunkte, Nachweis der Eignung der Prüftechnik und Vorbereitung der Prüfung Prüfbeispiele Prüfung des Wurzelbereiches auf Längsfehler Prüfung des Wurzelbereiches auf Querfehler Prüfung des Volumens Befundanalyse und Dokumentation Fazit Verbesserung der Mischnahtprüfung durch modellgestützte Prüfsystem-Optimierung Einleitung Optimierung der Prüftechnik Testkörper mit Mischschweißnähten Modellierung der Prüftechnik Gegenüberstellung Modellierung und Messung Fazit Prüfbeispiele mit horizontal polarisierten Transversalwellen ellen (EMUS-Prüfköpfe) Prüfung plattierter ter Oberflächenbereiche mit Ultraschall Einleitung

9 16 Ultrasch aschallprüfung von austenitisch enitischen Werkstoffen Plattierungsarten und deren Gefügeausbildung Wechselwirkung der Schallwelle mit der Plattierung Fehlerarten Prüfung des plattierten Oberflächenbereichs Schlussfolgerungen für die Prüfung plattierter Oberflächenbereiche von kerntechnischen Komponenten Literatur Stichwortverzeichnis