Innovatives halbflexibles Sonden-Design
Für kleinere Turbinenrotoren und -scheiben werden herkömmliche UT-Sonden (typischerweise 2 MHz, Ø 24 mm oder 0,9 Zoll) für die Geradstrahlprüfung verwendet. Mit zunehmender Prüfpfadlänge erfüllen diese Standardsonden jedoch aufgrund ihres unzureichenden Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) nicht mehr die gesetzlichen Anforderungen. Dies ist hauptsächlich auf die relativ kleine aktive Oberfläche der Sonde zurückzuführen, die die in das geprüfte Teil übertragene Schallenergie begrenzt und zu einer größeren Divergenz des Schallstrahls führt.
Durch Vergrößerung der aktiven Apertur der UT-Sonde kann mehr Schallenergie mit dem Reflektor interagieren. Dies liegt daran, dass eine größere Apertur die Divergenz des UT-Strahls verringert, so dass mehr Energie durch die geprüfte Probe übertragen werden kann .
Die Verwendung der Phased-Array-UT-Technologie anstelle eines herkömmlichen UT-Prüfkopfes hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Schallenergie in verschiedenen Tiefen fokussiert und der Schallstrahl gelenkt werden kann. Dies ist ein wesentlicher Vorteil, da Turbinenrotoren in der Regel Abschnitte oder Stufen unterschiedlicher Größe aufweisen. Ein einziger Phased-Array-Prüfkopf kann für die gesamte Rotorlänge verwendet werden, und die Fokustiefe kann für jeden Abschnitt optimiert werden. Außerdem verlangen die geltenden Normen eine Prüfung unter verschiedenen Winkeln, um die Wahrscheinlichkeit einer "perfekten" Spiegelreflexion auf einem bestimmten Fehler zu erhöhen. Ein einziger Phased-Array-UT-Prüfkopf kann verwendet werden, um diese verschiedenen Winkel zu erzeugen, anstatt mehrere konventionelle, auf Keilen montierte Prüfköpfe.
Abbildung 1: Halbflexibler QUAD-Prüfkopfaufbau
Auf der Grundlage der obigen Überlegungen entwickelte Eddyfi Technologies ein neues Konzept, den semiflexiblen 2D-Array-Prüfkopf, der aus vier einzelnen Matrix-Arrays mit 8 x 4 Elementen und einer Öffnung von 16 mm x 64 mm besteht. Die vier Matrizen sind mechanisch miteinander verbunden und werden als ein einziges Array verwendet (siehe Abbildung 1). Aufgrund der mechanischen Verbindung ermöglicht die Sondenbaugruppe 2M8x4E16-64-QUAD eine adäquate direkte Kopplung bei Durchmessern von 250 mm und mehr, wodurch eine effiziente Prüfung eines kompletten Rotors mit mehreren Stufen möglich ist. Ein weiterer Vorteil ist die mechanische Fokussierung der Schallenergie auf den Krümmungsmittelpunkt der geprüften Proben.
Abbildung 2 zeigt die 64 mm x 64 mm große aktive Fläche der QUAD-Sonde, die etwa neunmal größer ist als die typische konventionelle UT-Sonde, die für diese Anwendung verwendet wird. Der -6-dB-Querschnitt des Schallstrahls bei einem Schallweg von 2.000 mm wurde für die QUAD-Sonde bei etwa 60 mm gemessen, verglichen mit 190 mm für die herkömmliche UT-Sonde, was die hervorragende Fokussierung der Schallenergie auf die Reflektoren verdeutlicht.
Abbildung 2: QUAD-Sonde vs. Standard-UT-Sonde:Vergleich der aktiven Apertur und des akustischen Strahlquerschnitts
Das Design wurde an mehreren repräsentativen Prüfkörpern experimentell validiert. Abbildung 3 vergleicht die Signale, die mit der 2M8x4E16-64-QUAD-Sondenbaugruppe und der herkömmlichen Standard-UT-Sonde an einer Probe mit einem Flachbodenloch (FBH) von 1,6 mm Durchmesser bei einem Schallweg von ca. 1800 mm erhalten wurden. Es ist eine erhebliche Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses (15 dB) zugunsten der neuen semiflexiblen Sondenkonstruktion zu beobachten.
Abbildung 3: Antwort der halbflexiblen QUAD-Sonde (links) und der Standard-UT-Sonde (rechts) auf einem Reflektor mit 1,6 mm Durchmesser in 1 800 mm Tiefe in einem repräsentativen Prüfkörper
Selbst mit der sehr großen aktiven Apertur wurde bestätigt, dass die Elementgröße der halbflexiblen QUAD-Sonde immer noch eine Lenkung des Schallstrahls von 0 bis 35°LW auf Proben mit einem Außendurchmesser von 250 mm bis hin zu flachen Proben ermöglicht. Abbildung 4 veranschaulicht die Lenkfähigkeit der halbflexiblen QUAD-Sonde (insgesamt 128 Elemente) und der halbflexiblen TRI-Sonde (insgesamt 63 Elemente), die für kleinere Rotorgrößen ausgelegt ist.
Abbildung 4: Semiflexible 2-MHz-QUAD- und TRI-Sonden ermöglichen eine Strahlsteuerung bis zu mehr als 35°LW
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Software-Innovation
Die UltraVision Classic Software von Eddyfi Technologies ist ein komplettes Prüfpaket, das alle Phasen des Prüfprozesses verwaltet, angefangen von der Prüfkopfkonstruktion und -validierung über die Ultraschallsignalerfassung mit Echtzeitdarstellung der Signale bis hin zur Online- und Offline-Datenanalyse, Auswertung und Berichterstellung. In Anbetracht der Datenmengen, die bei der Durchführung einer effizienten Prüfung großer Rotoren und Scheiben aufgezeichnet werden, ist die Tatsache, dass die Software Datendateien unbegrenzter Größe verarbeiten kann, die perfekte Lösung für diese Art von Arbeit.
Mit UltraVision können wir benutzerdefinierte Arrays mit mehreren Teilungen wie die halbflexiblen Sonden QUAD und TRI entwerfen, Schallstrahlsimulationen durchführen und kontrollieren. Das DGS-Diagramm-Simulationstool ermöglicht die Erstellung und Speicherung von DGS-Kurven für herkömmliche UT-Prüfköpfe sowie für starre und semiflexible Phased-Array-UT-Prüfköpfe. Sobald der entsprechende Satz von Fokalgesetzen vorbereitet ist, ermöglicht die Benutzeroberfläche dem Bediener, die Parameter der DGS-Kurvensimulation zu definieren: erforderliche FBH-Durchmesser, Schallwegbereich und Anzahl der Punkte entlang der Schallwegachse. Der simulierte Satz von DGS-Kurven kann im Advanced Calculator visualisiert werden (siehe Abbildung 5).
Abbildung 5: 2D- und 3D-Ansichten der Ergebnisse der Schallstrahlsimulation (links) und der DGS-Kurvensimulation (rechts)für semiflexible TRI-Sonde auf Rotortisch mit OD = 1.000mm
Während der Kalibrierung und Prüfung können die DGS-Kurven für jedes Brennpunktgesetz in den entsprechenden A-Scan-Ansichten angezeigt werden, und es kann ein spezieller Satz von Informationsfeldern für eine bestimmte Ultraschallanzeige visualisiert werden, um die Prüfergebnisse gemäß der Methode der äquivalenten Reflektorgröße (ERS) zu quantifizieren und zu bewerten (siehe Abbildung 6).
Abbildung 6: UT-Signale von Ø 6mm FBH in 300mm Tiefe mit DGS-Kurven und ERS-Auswertung
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Im Juni 2025 stellte Eddyfi Technologies den Cypher vor, eine bahnbrechende tragbare Ultraschallprüfplattform, die bereits jetzt neue Industriestandards setzt. Entwickelt für die schnellste Total Focusing Method (TFM) Bildgebung auf dem Markt, bietet Cypher unübertroffene Klarheit, Geschwindigkeit und Vertrauen - egal in welcher Umgebung.
Sein intuitiver, sonnenlichttauglicher 12,1-Zoll (307 mm) Touchscreen ermöglicht eine geführte Einrichtung - auch mit Handschuhen - während die automatische Sonden- und Scannererkennung Einrichtungsfehler drastisch reduziert und die Betriebszeit maximiert.. Der robuste Cypher mit IP65-Schutz und MIL-STD-810G-Fallschutz sowie im laufenden Betrieb austauschbaren Batterien ist für anspruchsvolle Einsatzbedingungen ausgelegt - von Raffinerie-Stillständen und Offshore-Betrieb bis hin zu Montagelinien in der Luft- und Raumfahrt..
Darüber hinaus unterstützt die Cloud-fähige Datensynchronisation die Berichterstattung, Zusammenarbeit und Analyse in Echtzeit - unterstützt durch das robuste Customer Success Program (CSP) von Eddyfi, das Teams in die Lage versetzt, auch unter Druck prüfbereit zu bleiben.
Fazit
Die Vorteile der innovativen Lösung von Eddyfi Technologies für die Fertigungsinspektion von schweren Rotoren lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- Große halbflexible 2D-Array-Sonden bieten im Vergleich zu herkömmlichen UT-Sonden und starren PAUT-Sonden eine überlegene Leistung bei der Inspektion von großen Rotorschmiedeteilen. Dies liegt an der höheren Schallenergie, die in die Probe übertragen wird (aktive Apertur), an der besseren Fokussierung und an der effizienteren Kopplung.
- Es wurde experimentell validiert, dass eine einzige PAUT-Sonde so eingerichtet werden kann, dass sie die Nachweisbarkeitsanforderungen der geltenden Vorschriften sowohl für die Geradstrahl- als auch für die Schrägstrahlprüfung erfüllt; dies führt zu einer drastischen Verringerung der Anzahl der erforderlichen Abtastsequenzen und damit der Gesamtprüfzeit.
- Die leistungsstarke Phased-Array-Hardware von Eddyfi Technologies, die von UltraVision Classic gesteuert wird, ermöglicht eine effiziente Anwendung dieser verbesserten Prüftechnik unter industriellen Bedingungen.
- UltraVision Classic ermöglicht das Design und die Steuerung der semiflexiblen PAUT-Prüfköpfe, die Generierung der DGS-Kurven für alle Brennpunktgesetze, die Aufzeichnung der Ultraschalldaten und schließlich die Analyse der Prüfergebnisse gemäß den Anforderungen der Normen.
Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an unser freundliches Expertenteam, das Sie bei Ihrer nächsten Prüfkampagne berät. Und abonnieren Sie unseren Blog, um auf dem Laufenden zu bleiben !