DGZfP-Jahrestagung 2017 More info about this article: http://www.ndt.net/?id=21492 Kombinierte Ultraschallprüfung von Rundund Sechskant-Stangen Sebastian STANDOP 1, Elzbieta SZAFARSKA 1, Daniel KOERS 1, Jörn BOLTEN 1 1 GE Sensing & Inspection Technologies GmbH, Hürth Kurzfassung Kontakt E-Mail: sebastian.standop@ge.com Die Anforderungen an die Güte von Stangenmaterial vor allem in der Luftfahrt- und Automobilbranche steigen stetig an und somit auch der Bedarf nach automatisierter Ultraschallprüfung in der Fertigung. Rund- und Sechskant-Stangen bilden dabei die häufigste Form des Halbzeugs. Aufgrund ähnlicher Durchmesser- und Längenbereiche finden sich in vielen Werken gemeinsame Produktionslinien. Entsprechend gibt es ein Bestreben die entsprechenden Prüflinien zu vereinen, um das gesamte Produktsortiment mit geringem Aufwand und hohem Durchsatz zu prüfen. Die Prüfaufgabe unterscheidet sich jedoch wesentlich zwischen Rund- und Sechskant-Material, da bei letzterem die exponierten Kanten einer erhöhten Beanspruchung im Endprodukt ausgesetzt sind. Neben der möglichst vollständigen Volumenprüfung ist damit die Prüfung der Oberfläche bis in die Ecken von besonderem Interesse. GE Inspection Technologies bedient diese erweiterten Anforderungen durch Erweiterung bewährter Phased-Array-Prüfsysteme in Tauchtechnik (ROWA). Mittels Software-gesteuerter, adaptiver Delay-Berechnung und Blendenwahl kann das Schallfeld an die neue Geometrie des Prüfkörpers angepasst werden. Gleichzeitig bleiben die bewährte Flexibilität hinsichtlich des Durchmesserbereichs und die Auflösung auch bei Sechskant- Stangen erhalten, wobei Prüfgeschwindigkeiten von bis zu 1,5m/s erreicht werden können. Das modulare Konzept der Anlagen erlaubt schnellste Umrüstzeiten, ohne wiederkehrende Anpassungen an Hard- und Software vornehmen zu müssen, und bietet die Möglichkeit zur Nachrüstung bestehender Prüfsysteme. Lizenz: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/de/ 1
Kombinierte Ultraschallprüfung von Rund- und Sechskant-Stangen 22. Mai 2017 Sebastian Standop, Elzbieta Szafarska, Daniel Koers, Jörn Bolten ROWA-Bar: Leistungsdaten Ultraschall-Prüfung durch über den vollen Umfang angeordnete Phased-Array-Prüfköpfe Keine bewegten mechanischen Komponenten geringer Wartungsaufwand Keine mechanischen Einstellungsarbeiten Prüfkopfeinstellung erfolgt rein elektronisch schneller Dimensionswechsel Durchmesserbereich: 10mm 260mm Prüfgeschwindigkeit: bis 2m/s 2
ROWA-Bar: Leistungsdaten Etabliertes System zur Ultraschallprüfung von Stabmaterial weltweit eingesetzt mehr als 130 Anlagen in Betrieb Gestiegene Anforderungen an die Güte des Materials sowie erweiterte Produktvielfalt erfordern kontinuierliche Weiterentwicklung diverse Systemverbesserungen: 1) Prüfung von Sechskant-Stangen 2) Erhöhung des Prüfdurchsatzes 3) Automatisierte Einstellung des Prüfbetriebs nachrüstbar 3 Prüfung von Sechskant-Stangen
Prüfung von Sechskant-Stangen Viele Gemeinsamkeiten zu Rundmaterial: ähnliche Dimensionsbereiche gemeinsame Produktionslinien in vielen Werken Bestreben, Prüflinien zu vereinen Aber: Prüfaufgabe unterscheidet sich wesentlich exponierten Kanten sind erhöhter Beanspruchung ausgesetzt 1. Klassische Kernfehlerprüfung 2. Prüfung der Oberfläche bis in die Ecken 5 Prüfung von Sechskant-Stangen Kernfehlerprüfung Einschallwinkel um 0 variable Fokustiefe elektronischer Scan entlang Rückwand Oberflächenprüfung Einschallwinkel im Bereich 20-70 2 Prüfmodi elektronischer Scan entlang Seitenfläche Prüfkopf 6 ROWA R72-T 36-60 7,5 Z pitch = 0,77mm Frequenz = 7,5MHz Testkörper 6kant-Stange Schlüsselweite = 19mm 6
Amplitude / db Amplitude / db Prüfung von Sechskant-Stangen: Kernfehlerprüfung Fokus auf Rückwand Einschallrichtung 7 Takte, je 30 Elemente Schussabstand 1mm -6dB Breite = 6mm 0 + -2dB Breite = 5mm 0 kumulatives Schallfeld (CIVA) KSR Ø0,8mm, 3mm vor der Rückwand -5-10 -15-20 Einzeltakt kumulativ -25-6 -5-4 -3-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 Versatz entlang Rückwand / mm Abdeckung -2dB: 46% Abdeckung -6dB: 55% (rechnerisch) 7 Prüfung von Sechskant-Stangen: Kernfehlerprüfung Fokus auf Stangenmitte Einschallrichtung 7 Takte, je 30 Elemente Schussabstand 1mm -6dB Breite = 10,5mm 0 + -2dB Breite = 8mm 0-2 kumulatives Schallfeld (CIVA) KSR Ø0,8mm, 3mm vor der Rückwand -4-6 -8-10 Einzeltakt kumulativ -12-6 -5-4 -3-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 Versatz entlang Rückwand / mm Abdeckung -2dB: 73% Abdeckung -6dB: 96% (rechnerisch) 8
Amplitude / db Prüfung von Sechskant-Stangen: Oberflächenprüfung Prüfung gegenüberliegender Seiten: SFo Einschallwinkel: β = 20-40, α = 9-17 Transversal- und Longitudinal-Wellen im Material L T Prüfung benachbarter Seiten: SFn Einschallwinkel: β = 50-70, α = 20-25 kurze Schalllaufzeit hohe Bandbreite und Auflösungsvermögen benötigt 9 Prüfung von Sechskant-Stangen: Oberflächenprüfung Prüfmodus SFn Einschallrichtung 11 Takte, je 16 Elemente, = 68 Schussabstand 1mm + 0 - -6dB Breite > 11mm -2dB Breite > 11mm 0 kumulatives Schallfeld (CIVA) -4-8 -12-16 Einzeltakt kumulativ -20-3 -2-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Versatz entlang Oberfläche / mm vollständige Abdeckung der Seitenfläche (rechnerisch) 10
Prüfung von Sechskant-Stangen: Oberflächenprüfung Referenzreflektor: Nut 0,5mm 1mm 12mm ~1mm neben der Kante 1mm neben vorderer Kante 1mm neben hinterer Kante erreicht größtmögliche Abdeckung in Kanten 11 Erhöhung des Prüfdurchsatzes
Erhöhung des Prüfdurchsatzes Prüfgeschwindigkeit der ROWA-Bar bestimmt durch Kernfehlerprüfung: senkrechte Einschallung fördert Mehrfachreflektion verringerter Störeinfluss durch Absenken der PRF reduzierte Prüfgeschwindigkeit Aber: Winkelschüsse erlauben höhere Pulsfolgefrequenz (PRF) als Kernfehlerschüsse Höhere PRF durch Taktschema-Optimierung am Kernfehler möglich 1. zeitliche Streckung zwischen 2 Kernfehlerschüssen 2. Beruhigung des Ultraschalls im Material für Kernfehlerprüfung 3. gleichzeitig Oberflächenprüfung mit erhöhter PRF 13 Erhöhung des Prüfdurchsatzes Beispiel: ROWA-B6/75, 75mm Teststange mit KSR Ø0,8mm und Nut 0,3mm ohne Taktmix PRF = 2120Hz mit Taktmix PRF = 4030Hz Taktmix ermöglicht deutliche Erhöhung der PRF und damit auch der Prüfgeschwindigkeit durchschnittlich 45% für alle ROWA-Bar Typen! 14
Automatisierte Einstellung Automatisierte Einstellung des Prüfbetriebs Separate Parametersätze für jeden Durchmesserbereich Funktionstest und Empfindlichkeitsabgleich z.t. sehr zeitaufwändig Automatisierung: Reference Standard Manipulator Verifizierung der Prüftauglichkeit Reduzierung von Fehlerquellen erleichterte Einstellung bei großen Durchmessern nachrüstbar vollautomatischer Abgleich aller Kanäle in <15min genügt Anforderungen der DIN EN ISO 18563-3 weitere Informationen in Session Mi.3.A Verkehrswesen Luftfahrt J. Maier et al., Fortgeschrittene Automatisierung bei der Prüfung von Blankstahl für Luftfahrtanwendungen 16
Automatisierte Einstellung des Prüfbetriebs Key Features 1) Drehachse zum Abgleich im vollen Umfang der Prüfkopfmechanik 2) Pin-Lock-Mechanismus zur einfachen Arretierung der Teststangen 3) Passgenaue Führung hohe Präzision 4) X-Achse vollständig eingehaust 5) Angepasste Benutzeroberfläche Speicherung mehrerer Konfigurationen 17