DGZfP-Jahrestagung 2018 More info about this article: http://www.ndt.net/?id=23102 Das Prüfverfahren Phased Array wurde neu in die DIN EN ISO 17635:2017-04 aufgenommen - Anwendungsmöglichkeiten und Beispiele für die Schweißnahtprüfung Henry SCHNEIDER 1, Steffen KEITEL 1 1 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH, Halle (Saale) Kontakt E-Mail: henry.schneider@slv-halle.de Kurzfassung. Für die bildgebenden ultraschallbasierten Prüfverfahren Phased Array und TOFD sind seit einigen Jahren sogenannte Kombigeräte auf dem Markt vorhanden. Obwohl diese Prüfverfahren gegenüber der klassischen Ultraschallprüfung viele Vorteile bieten und seit Jahren erfolgreich intern eingesetzt werden, fand der Eingang in die Normen doch sehr zögerlich statt. Im Jahre 2010 wurde das TOFD-Prüfverfahren in die DIN EN ISO 17635 ZfP von Schweißverbindungen - Allgemeine Regeln für metallische Werkstoffe aufgenommen und hierfür sind die Durchführungs- und Bewertungsnormen für dieses Verfahren vorhanden. In der letzten Aktualisierung der DIN EN ISO 17635 im April 2017 erfolgte die Aufnahme des Prüfverfahrens Phased Array. Für die Phased Array-Prüfung existiert seit 2013 eine Durchführungsnorm. Seit fast einem Jahrzehnt wurde darauf verwiesen, dass die Norm - der die Zulässigkeitsgrenzen zu entnehmen sind - in Kürze erscheinen werde. Nun ist die DIN EN ISO 19285 erschienen und liegt in der deutschen Übersetzung seit Dezember 2017 als endgültige Version vor. Im Vortrag sollen die Möglichkeiten der Datenaufnahme der Phased Array Prüfung an Schweißnähten aufgezeigt werden. Ein großer Vorteil dieses Prüfverfahrens ist die Anpassung des Schallfeldes - natürlich in gewissen Grenzen - an die Prüfaufgabe. Hierbei ist entweder eine elektronische Sektorabtastung in einem gewissen Winkelbereich oder eine lineare elektronische Abtastung im festen Einschallwinkel möglich. Abhängig davon kann der Phased Array-Prüfkopf im festen Abstand oder mäandernd zur Schweißnaht verschoben werden. Es soll beispielhaft die Bewertung der aufgenommenen Prüfdaten gemäß der DIN EN ISO 19285 gezeigt werden. Der Vorteil der TOFD-Technik liegt darin, dass innenliegende Fehler nahezu unabhängig von der Fehlerlage durch eine Musterstörung nachgewiesen werden können. Das Ausmessen der Anzeige kann millimetergenau erfolgen. Allerdings ist diese Technik nur bei ferritischen Stählen und Aluminium anwendbar. Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de 1
Das Prüfverfahren Phased Array wurde neu in die DIN EN ISO 17635:2017-04 aufgenommen - Anwendungsmöglichkeiten und Beispiele für die Schweißnahtprüfung Dipl.-Ing. (FH) Henry Schneider, SLV Halle GmbH Prof. Dr.-Ing. Keitel, SLV Halle GmbH Vorstellung der Phased Array-Prüfung Phased Array auch genannt: Gruppenstrahlerprüftechnik (PAUT) Sektoreinschallung B-Bild (Seitenansicht) 2
Zugelassene ultraschallbasierte Prüfverfahren Normenentwicklung: DIN EN 12062:2002-09 Nur für die klassische Ultraschallprüfung (UT) wurde die Durchführungs- und Bewertungsnorm genannt. DIN EN ISO 17635:2010-08 Erstmals wurde als ultraschallbasiertes Verfahren das TOFD- Prüfverfahren (Beugungs-Laufzeit-Technik) in der Norm als zulässiges Schweißnahtprüfverfahren hinzugefügt. DIN EN ISO 17635:2017-04 In dieser Normenausgabe wurde das ultraschallbasierte Phased Array-Prüfverfahren (PAUT, Gruppenstrahlertechnik) als zulässiges Schweißnahtprüfverfahren erstmals aufgenommen. Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 3 PA und TOFD-Prüfverfahren: geltende Normen Bewertungsgruppen nach Prüftechniken und -klassen Zulässigkeitsgrenzen nach ISO 5817 nach ISO 10863 ISO 15626 B C 1 C mindestens B 2 D mindestens A 3 Tabelle 1: Ultraschallprüfung mit TOFD (Normen sind seit 2010 benannt) Auszug aus der DIN EN ISO 17635:2017-04 Bewertungsgruppen nach Prüftechniken und -klassen Zulässigkeitsgrenzen nach ISO 5817 nach ISO 13588 ISO 19285 B B 2 C A 3 D A 3 Hierfür wird die PAUT- Prüfung beispielhaft durchgeführt. Tabelle 2: Ultraschallprüfung mit phasengesteuerten Arrays (PAUT, Normen sind seit 2017 benannt) Auszug aus der DIN EN ISO 17635:2017-04 4
Bewertungsgru de beruhendauf GrößederInho rtatsächlichen mogenitäten ISO5 Schnitstelezw ischen ISO17635 Bewertungsgru penundzuläsig- Verfahrenskeitsgrenzen Übertragungsfunktion Prüfverfahren Ultraschalprüfung Prüfungstechnik Charakterisieru ngvonanzeigen Zuläsigkeitsgr pen, Norm enzen enzurschweißnahtqualität 817ISO1042 UT -PhasedAray Kooperationspartner der PA und TOFD-Prüfverfahren: geltende Normen Bewertungsgruppen, beruhend auf der tatsächlichen Größe der Inhomogenitäten Normen zur Schweißnahtqualität ISO 5817 ISO 10042 Schnittstelle zwischen ISO 17635 Bewertungsgruppen und Zulässig- Verfahrenskeitsgrenzen Übertragungsfunktion Prüfverfahren Ultraschallprüfung Prüfungstechnik UT - Impuls-Echo ISO 17640 UT - TOFD ISO 10863 UT - Phased Array ISO 13588 Charakterisierung von Anzeigen ISO 23279 Zulässigkeitsgrenzen ISO 11666 ISO 15626 ISO 19285 Graphische Darstellung des Normkontextes Auszug aus der DIN EN ISO 17635:2017-04 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 5 Statt Röntgen Phased Array und TOFD? Mit der gemeinsamen Anwendung der Phased Array-Prüfung und der TOFD-Prüfung kann häufig die Röntgenprüfung ersetzt werden. Voraussetzung: Alle bisherigen Fehler können erkannt werden. Vorteil: Damit entfällt der aufwändige Strahlenschutz. Die Fehlerauffindwahrscheinlichkeit ist beim Phased Array- und TOFD-Prüfverfahren höher als bei den klassischen Ultraschall- und Röntgenprüfverfahren. 6
Typische Phased Array- und TOFD-Bilder Schweißnahtprüfung des Volumens, Darstellung der Phased Array- Prüfergebnisse Schweißnahtprüfung des Volumens, Darstellung der TOFD- Prüfergebnisse Sektorbild, B-, C- und A-Bild A- und B-Bild Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 7 Zugelassene ultraschallbasierte Prüfverfahren Beschreibung der Prüfklassen, Einschallmöglichkeiten Auszug aus der DIN EN ISO 13588:2013-11 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 8 Kooperationspartner der
E-Scan (E-Bild) 1. Schuss Letzter Schuss Abtastquerschnitt Je mehr Elemente vorhanden sind umso größer der Abtastquerschnitt Verschiebung des Schallbündels bei linearer Einschallung (0 ) Lineare Einschallung im festen Winkel (30 ) Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 9 Schweißnahtprüfung, E-Scan, Teilerfassung A (fester Abstand) d Stahl ß E-Scan, Teilerfassung des Wurzelbereiches = Abstand: Schweißnaht bis Vorderkante Phased Array-Prüfkopf (mm) ß = Einschallwinkel ( ) d = Schweißnahthöhe (mm) 10
Schweißnahtprüfung mit Sektorscan (S-Bild) A (fester Abstand) Senkrechtes Auftreffen Fehlernachweis durch Reflexion Schräges Auftreffen Kein Fehlernachweis Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 11 Prüfung der Wurzel- und Decklage A (fester Abstand) ß ß = Abstand Schweißnaht bis Vorderkante Phased Array-Prüfkopf (mm) ß = Einschallwinkel ( ) Der Einschallwinkel beträgt zum Nachweis von Rissen und Bindefehler im Wurzel- und Decklagenbereich üblicherweise 45. Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 12 Kooperationspartner der
Phased Array-Prüfung, Datenaufnahme Demonstration: PAUT-Prüfung einer Schweißnaht, t=24 mm Die Datenaufnahme erfolgt mit einem Sektorscan, gemäß der DIN EN ISO 13588. Der Abstand des PA-Prüfkopfes zur Schweißnahtmitte ist konstant. Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 13 Phased Array-Prüfung, Aufgenommene Anzeigen Die Auswertung der aufgenommenen Daten erfolgt dann über die Anzeigenlänge und die Amplitudenhöhe nach DIN EN ISO 19285 14
Phased Array-Prüfung, Bewertung Durchführung der Phased Array-Prüfung an Schweißverbindungen nach DIN EN ISO 13588, Sektorscan Bewertung der detektierten Anzeigen: DIN EN ISO 19285, Technik 1, Dicke 15 bis 100 mm, ZG 2 Dicke des Grundwerkstoffs: 24 mm 80 % BSH DAC --> TCG-Kurve (aufgen. an 3 mm Querbohrungen) 40 % BSH H -4 db DAC Vergleichslinie H -6 db TCG Tiefenausgleich H -4 db H -10 db BSH Bildschirmhöhe (%) H Echohöhenunterschreitung (db) Zulässigkeitsgrenze Registriergrenze 0 mm l 12 mm 12 l 24 mm Anzeigenlänge l (mm) Stufendiagramm zur Bewertung der aufgenommenen Anzeigen mit Phased Array, gemäß DIN EN ISO 19285 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 15 Gleichzeitige Phased Array- und TOFD-Prüfung Die Phased Array- und die TOFD-Prüfung werden oftmals gleichzeitig durchgeführt. Bisher hat sich in der Praxis bewährt, dass: mit der TOFD-Prüfung das Schweißnahtvolumen erfasst wird und mit Phased Array-Prüfköpfen die Wurzel- und Decklagenseite. Es kann aber auch: mit der Phased Array-Prüfung das Schweißnahtvolumen erfasst wird und zusätzlich mit Phased Array-Prüfköpfen die Wurzel- und Decklagenseite. 16