Obwohl Phased Array viele Vorteile gegenüber anderen ZfP-Methoden für die Schweißnahtprüfung hat, unterliegt es bei anisotropen Werkstoffen ähnlichen Einschränkungen wie die herkömmliche Ultraschallprüfung. Materialien wie rostfreier Stahl können für Ultraschallverfahren problematisch sein, da das Korngefüge nicht homogen ist und auch recht grob sein kann. Diese Merkmale können sich auf die Dämpfung auswirken und Probleme wie Streuung und Strahlführung verursachen.
Abbildung 1: Gestreuter Schallstrahl
Die Strahlablenkung und Streuung ist am auffälligsten, wenn eine Sonde im Scherwellenmodus verwendet wird, dem häufigsten Wellenmodus für die Prüfung von Kohlenstoffstahlschweißnähten. Obwohl auch Scherwellen mit niedrigeren Frequenzen in Betracht gezogen werden können, ist es sehr wahrscheinlich, dass bei der Phased-Array-Technik für Schweißnähte aus nichtrostendem Stahl gewinkelte Kompressionswellen verwendet werden. Kompressionswellen haben eine günstigere Wellenausbreitung und werden bei doppelter Wellenlänge weniger von der grobkörnigen Struktur der Schweißnähte beeinflusst.
Abbildung 2: Vergleich von Scherwellen (links) und abgewinkelter Kompression (rechts)
Leider ist die Geschichte damit noch nicht zu Ende. Die schräge Kompression stellt eine erhebliche Verbesserung der Schallausbreitung dar, hat aber eine entscheidende Einschränkung. Bei einem Scherwellenstrahl kann der Schall von der Innenfläche eines Rohrs überspringen und zur Abfrage in die Schweißnaht aufspringen. Diese Art des Überspringens wird in der Regel verwendet, um eine 100-prozentige Erfassung der Schweißnaht zu erreichen.
Mit abgewinkelten Kompressionswellen ist es nicht möglich, die Oberfläche zu überspringen, da der Strahl beim Auftreffen auf eine Begrenzung eine Modenumwandlung und unerwünschte Signale verursacht. Daher muss beim Scannen mit abgewinkelter Kompression die gesamte Prüfung im ersten Durchgang abgeschlossen werden, und die Schweißnaht wird direkt geprüft.
Abbildung 4: Einrichtung der abgewinkelten Kompression beim ersten Durchgang (kein Überspringen)
Wie in Abbildung 4 zu sehen ist, muss der Prüfkopf beim ersten Durchgang viel näher an die Schweißnaht herangeführt werden, was zu einer potenziellen Totzone an der Oberfläche führt. Diese tote Zone kann entweder durch das Scannen beider Oberflächen abgedeckt werden, was bei großen Strukturen wie Tanks oft möglich ist, oder durch die Einführung einer Kriechwellenanordnung in den Scan, die sehr empfindlich auf Oberflächenfehler reagiert und die obere tote Zone abdecken kann.
Abbildung 5: Kriechwellenaufbau
Um all dies zu erreichen, bietet die Industrie jetzt eine einzigartige Reihe von Phased-Array-Prüfköpfen an, die speziell für die Prüfung von rostfreiem Stahl entwickelt wurden. Diese Prüfköpfe, die üblicherweise als Dual Matrix Array (DMA) Prüfköpfe bezeichnet werden, verwenden zwei Reihen von Elementen auf einem speziellen Keil, wobei eine Reihe von Elementen den Schall sendet und die andere Reihe empfängt. Die Elementreihen in diesen Sonden sind nicht linear, sondern in zwei Richtungen gewürfelt. Dieses Design ermöglicht nicht nur ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) durch das Schweißmaterial, sondern bietet auch die Möglichkeit, sich auf zahlreiche Ausrichtungen zu konzentrieren.
Abbildung 6: Phased-Array-Elementanordnungen für ein Dual-Matrix-Array (links) und ein Standard-Linear-Array (rechts)
Der nächste Teil enthält einige interessante Beispiele für die Daten, die mit DMA-Prüfköpfen in Schweißnähten aus unterschiedlichen Metallen gewonnen wurden. Um die Erkennbarkeit und den Erfassungsbereich bestimmen zu können, ist es wichtig, Kalibrier- und Referenzblöcke aus genau demselben Material wie die Schweißnähte vor Ort herzustellen. Diese Referenzblöcke werden dann in Coupons geschnitten und mit Kalibrierreflektoren wie seitlichen Bohrungen und Oberflächenkerben versehen. Diese Kupons werden dann zur Bestimmung des technischen Aufbaus verwendet, aber auch im Projekt für die tägliche Prüfung der Sonde und die Kalibrierung der Empfindlichkeit eingesetzt.
Abbildung 7: Abgewinkelte Drucksonde auf einem Kalibrierblock aus Edelstahl mit ausgezeichnetem SNR und Erkennung der Referenzreflektoren
Der letzte Punkt bei dieser Art von Prüfung ist der mechanische Scanner. Leider sind die meisten Schweißnaht-Scanner für die Verwendung auf Kohlenstoffstahl mit einem magnetischen Radsystem ausgelegt. Da nichtrostender Stahl nicht magnetisch ist, ist ein fortschrittlicher modularer Ultraschallprüfscanner erforderlich, der für die Korrosionsabbildung mittels Phased Array (PAUT) und PAUT/Time-of-Flight-Diffraction (TOFD) ausgelegt ist. Das System ermöglicht es dem Bediener, schnell zwischen Schweißnahtprüfung und fortschrittlicher Korrosionskartierung zu wechseln.
In diesem Fall und bei Rohrschweißnähten empfehlen wir die Verwendung des Kettenscanners, der alle Vorteile der Schweißnahtprüfungskonfiguration bietet und beim Scannen nichtmagnetischer Materialien stabil ist.
Neben Edelstahl ist die Inspektionslösung auch für Rohrleitungen aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE) geeignet. In Kombination mit tragbaren PAUT-Geräten der Spitzenklasse, die wie Cypher® die Total Focusing Method (TFM) und Plane Wave Imaging (PWI) bieten, können Betreiber ihre HDPE-Ultraschallprüfungen wirklich optimieren.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Phased Array mit Sicherheit die Methode der Wahl für die Schweißnahtfertigung wird und die Radiographie bei vielen Prüfprojekten ersetzt hat (lesen Sie einfach diesen Blog über 3 Herausforderungen bei der Schweißnahtprüfung, die durch fortschrittliche UT anstelle der Radiographie gelöst wurden). Obwohl die Bewertung von nicht homogenen Materialien möglich ist, muss der Bediener die Sonden sorgfältig auswählen, Erfahrung mit den Kalibrierungsanforderungen haben und einen Scanner wählen, der Stabilität und Sondengenauigkeit bietet, wenn die Oberfläche nicht magnetisch ist.
Eddyfi Technologies ist bestrebt, das Beste aus allen Welten zu bieten, um sicherzustellen, dass die Prüfer die Daten sammeln können, die für verwertbare Erkenntnisse erforderlich sind. Wenden Sie sich an unser Expertenteam, um Ihre nächste Inspektionskampagne zu besprechen und zu erfahren, wie Sie über den aktuellen Stand der Technik hinausgehen können.