Wann sind die Prüfverfahren TOFD und Phased Array ein Ersatz für die Durchstrahlungsprüfung?

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Hansi Flater
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1 Sector Cert, Köln, Kundentag Wann sind die Prüfverfahren TOFD und Phased Array ein Ersatz für die Durchstrahlungsprüfung? Dr.-Ing. Werner Roye Karl Deutsch Prüf- und Messgerätebau GmbH + Co KG 1

2 Inhalt Firmenportrait Grundlagen der Röntgenprüfung Grundlagen der TOFD-Methode Grundlagen der Phased-Array-Methode Vergleich der 3 Prüfmethoden 2

Produkte & Prüfmethoden @ KARL DEUTSCH Zerstörungsfreie

Schichtdicke Risstiefen-Messung Nondestructive Material Testing:

3 Produkte & KARL DEUTSCH Zerstörungsfreie Material-Prüfung: Ultraschall Magnetpulver Eindring-Prüfung Wand- & Schichtdicke Risstiefen-Messung Nondestructive Material Testing: Ultrasonics Magnetic Particles Penetrant Testing Wall & Coating Thickness Crack Depth Measurement 3

4 Werk in Wuppertal Works in Wuppertal since

5 KD-Mitarbeiter KD staff 140 Mitarbeiter in Wuppertal 160 Mitarbeiter weltweit 140 employees in Wuppertal 160 employees worldwide 5

Prüfmethoden & Warenzeichen Test Methods & Trademarks ECHOGRAPH ECHOMETER

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6 Prüfmethoden & Warenzeichen Test Methods & Trademarks ECHOGRAPH ECHOMETER LEPTOSKOP DEUTROPULS DEUTROFLUX DEUTROMAT RMG KD-Check-Systems FLUXA KD-Check Ultraschall Ultrasonics Schichtdicke Coating Thickness Oberflächen-Rissprüfung Surface Crack Testing Rissprüfmittel Test Liquids Vom kompakten Handgerät bis zur komplexen Prüfanlage für die Verfahren UT MT und PT! Compact portable testing instruments and complex testing machines for UT MT and PT! 6

7 Vertretungen & Tochterfirmen Distributors & KD-Owned Offices für aktuelle Kontaktdaten siehe for current contact data refer to 7

8 Frage des Vortrags: Sind PA und TOFD ein Ersatz für die Röntgenprüfung? Radioskopie an Leichtmetallgußteilen nein Tomografie nein Gepäckprüfung an Flughäfen nein Radiografie an Schweißverbindungen Thema dieses Vortrags 8

9 Die Röntgenprüfung Film Schwächung = Streuung + Absorption 9

10 Röntgenfilm von einer Schweißnaht 10

11 Die TOFD-Prüfung Sender Lateralwelle Empfänger Beugungswellen + LW - OS + US 180 Phasendrehung Diffraktion, Beugung Rückwandecho RWE - 11

12 TOFD-Scan RWE (long) Fehleranzeigen Lateralwelle RWE (trans) 12

13 TOFD, Stand der Technik (1) Um einen möglichst großen Wanddickenbereich zu erfassen, ist eine große Schallfelddivergenz erforderlich Große Divergenz erfordert einen kleinen Wandler Aber, ein kleiner Wandler ist unempfindlich und führt zu einem schlechten Signal-Rausch- Verhältnis Genereller Nachteil von TOFD: Unempfindlich für den Nachweis von oberflächennahen Reflektoren 13

14 TOFD, Stand der Technik (2) ASTM E 2373: größere Wanddicken müssen mit mehreren Prüfkopfpaaren geprüft werden Tiefenzone [mm] Frequenz [MHz] Wandler-Ø [mm] Einschallwinkel [ ] zu klein! 14

- Überdeckt Dicken von 0 bis 300 mm Große Wandlerfläche (z.b. 20 x 20 mm) - Hoher

15 Großer, defokussierender Wandler Neu! Gekrümmter Wandler - Defokussiert in Tiefenrichtung (z.b. von 30 bis 90 )! - Überdeckt Dicken von 0 bis 300 mm Große Wandlerfläche (z.b. 20 x 20 mm) - Hoher Schalldruck, verbessertes S/R-Verhältnis Große Wandlerbreite (20 mm) - Kleine Divergenz in Schweißnahtlängsrichtung - hohe laterale Auflösung im TOFD-Bild! 15

TOFD Vergleichskörper 102 mm 1 2 3 Funkenerodierte Nuten

Position Fehlertyp Länge Tiefe Tiefenausdehnung [mm]

16 TOFD Vergleichskörper 102 mm Funkenerodierte Nuten zur Simulation von Flanken- und Wurzel-Bindefehlern Position Fehlertyp Länge Tiefe Tiefenausdehnung [mm] [mm] [mm] 1 Flanke Flanke W urzel

17 Ergebnisse vom Vergleichskörper LW Flanke 2 Flanke 1 Länge 20 mm Tiefe 30 mm t 4 mm Länge 40 mm Tiefe 70 mm t 4 mm Wurzel 3 RWE Länge 10 mm t 5 mm Scanzeit für 170 mm: 1,5 Sekunden 17

18 Flanke 2 vergrößert Präzise Fehlergrößenvermessung! 74 mm 78 mm 7 mm 47 mm 18

19 Die Phased Array-Prüfung Linear-Scan Winkel-Scan Fokus-Scan 19

20 PA-Prüfanordnung 20 Scan-Linie

21 PA: Top-, Side-, End-View (Schema) Draufsicht (C-Bild) Seitenansicht (B-Bild) Vorderansícht (Sektor-Bild) 21

22 PA: Top-, Side-, End-Views PA-Rohrlängsnahtprüfung (M2M, 128 Kanäle) 22

23 Auffindwahrscheinlichkeit & Falschalarmrate Quelle: Sonovation 23

24 Vergleich der Prüfverfahren 1 RT-Film UT-TOFD UT-PA Bilddokument ja ja ja Max. WD 110mm (450kV) > 300 mm > 300 mm C-Bild (Top) B-Bild (Side) S-Bild (End) Volumenfehler Flankenbindefehler +/- + + Lagenbindefehler

25 Vergleich der Prüfverfahren 2 RT-Film UT-TOFD UT-PA Längs- und Querfehler gleichzeitig Extrascan Extrascan Kleinster Fehler 2 % von WD λ / 2 λ / 2 Fehlerlokalisierung L + B L + T + (B) L + B + T Bestimmung Fehlergröße L + B L + T + (B) L + B + T *) *) wenn Fehler kleiner als Schallbündel, muss die Bestimmung (noch) konventionell mit AVG oder DAC erfolgen. Strahlenschutz ja nein nein Dunkelkammer ja nein nein Erforderl. Zugänglichkeit 2 Seiten 1 Seite 1 Seite Regelwerke

26 Phased Array Normen priso/dis 13588: Non-destructive testing of welds - Ultrasonic testing - Use of (semi-) automated phased array technology pren 16018: Non destructive testing - Terminology - Terms used in ultrasonic testing with phased arrays ASTM E2491:2006 Standard Guide for Evaluating Performance Characteristics of Phased-Array Ultrasonic Examination Instruments and Systems 26

27 Zusammenfassung Unter folgenden Aspekten kann die kombinierte Phased Arrayund TOFD-Prüfung die radiografische Prüfung von Schweißnähten ersetzen: Bilddokumentation Prüfsicherheit (Auffindwahrscheinlichkeit, Falschalarmrate) Fehlerlokalisierung Wanddickenbereich Besondere Vorteile: Kosten, Prüfgeschwindigkeit, kein Strahlenschutz, keine Dunkelkammer 27

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