Mo.3.B - Ultraschallprüfung II / 06.05.2013A. Erhard, H. Rieder |
Mo.3.B.1
15:20
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Ultraschallprüfung mit Ankopplung über Luft: Prüfsystem, Praxiseinsatz und Forschungsbedarf
W. Hillger, Hillger NDT, Braunschweig
D. Schmidt, DLR, Braunschweig
F. Raddatz, DLR, Hamburg
L. Bühling, D. Ilse, A. Szewieczek, Hillger NDT, Braunschweig
Kurzfassung:
Die Ankopplung über Luft vermeidet die Nachteile der konventionellen Prüftechnik mit Koppelmittel w...
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Die Ankopplung über Luft vermeidet die Nachteile der konventionellen Prüftechnik mit Koppelmittel wie ungleichmäßige Ankopplung, Korrosion der Mechanik durch Wasser und Kalkablagerungen. Die Vorteile werden jedoch mit einer akustischen Fehlanpassung zwischen den Festkörpern und der koppelnden Luft erkauft. Daher kann die berührungslose Prüfung nur mit einem speziellen System durchgeführt werden, das im Vortrag beschrieben wird. Um eine robuste Prüfung für den Praxiseinsatz zu gewährleisten, erfolgt die Prüfung in Transmission mit getrennten Sende- und Empfangsprüfköpfen an gegenüberliegenden Bauteilseiten. Dadurch wird die Mechanik bei der Prüfung gekrümmter Bauteile sehr komplex. Ein Beispiel hierzu ist die Eurocopter-Anlage in Donauwörth, die den Heckausleger der Hubschraubers EC 145 prüft.
Da eine einseitige Prüfung mit Impuls-Echo-Technik bisher nicht möglich ist, lassen nicht alle Prüfaufgaben mit berührungsloser Technik durchführen. Soll mit einem einseitigem Zugang geprüft werden (pitch and catch), so ist eine Wellenumwandlung durch Schrägeinschallung erforderlich, die meist nur im Labor und bei günstiger Bauteilgeometrie möglich ist. Der Frequenzbereich bei Ankopplung über Luft ist außerdem auf einige hundert kHz beschränkt.
Der Vortrag beschreibt Anwendungen in der Praxis und auch die Defizite des Ankoppelverfahrens, die teils physikalisch bedingt sind, sich zum Teil aber auch durch gezielte Forschung und Entwicklung beheben lassen.
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Mo.3.B.2
15:40
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Fehlernachweis und -größenbestimmung von Kupferdeckel-EB-Schweißnähten mit Hilfe von PA-SAFT
R. Boehm, D. Brackrock, G. Brekow, H.-J. Montag, BAM, Berlin
J. Pitkänen, Posiva, Eurajoki, Finnland
A. Lipponen, VTT, Espoo, Finnland
Kurzfassung:
Für die Vorbereitung der sicheren Endlagerung von ausgebrannten Kernbrennstäben aus finnischen Reak...
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Für die Vorbereitung der sicheren Endlagerung von ausgebrannten Kernbrennstäben aus finnischen Reaktoranlagen sind umfangreiche Ultraschalluntersuchungen an Kupfer-Schweißnähten durchgeführt worden. Diese mit einem Elektronenstrahl erzeugten Schweißnähte bilden den sicheren Verschluss zwischen dem rohrförmigen Kupferbehälter und dem Kupferdeckel. Für die Größenbestimmung der möglicherweise auftretenden Schweißnahtfehler sind an Referenzfehlern und an natürlichen Schweißnahtfehlern PA Ultraschallmessungen mit anschließender SAFT Rekonstruktion der Messdaten vorgenommen worden. Die Referenzfehler bestanden aus funkenerosiv eingebrachten Nuten und Querbohrungen mit unterschiedlicher Größe und Orientierung.
Die aus den Messergebnissen erstellten SAFT Rekonstruktionen werden mit Röntgenaufnahmen verglichen und gestatten eine Fehlergrößenbestimmung in radialer sowie in axialer Richtung. Die dabei erreichten Signal-Rausch-Abstände lassen auch kleinste Fehlerabmessungen bis hin zu 0,4 mm sicher erkennen.
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Mo.3.B.3
16:00
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EMUS-Phased-Array-Anwendungen in Kombination mit dem Adaptersystem "EMUS-VG"
F. Niese, N. Both, R. Rick, Fraunhofer IZFP, Saarbrücken
Kurzfassung:
Phased-Array Anwendungen in der Ultraschalltechnik sind seit langem bekannt und werden für die unte...
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Phased-Array Anwendungen in der Ultraschalltechnik sind seit langem bekannt und werden für die unterschiedlichsten Prüfaufgaben eingesetzt. Auch mit elektromagnetischen Ultraschall (EMUS) Prüfköpfen kann und wird diese Technik seit Jahren insbesondere bei der Prüfung von austenitischen und bimetallischen Schweißnähten dickwandiger Komponenten erfolgreich eingesetzt.
Zusätzlich können mit der EMUS-Technik auch besonders gut modenreine Ultraschallplattenwellen angeregt und empfangen werden, wodurch diese Technik auch für den Einsatz in der langreichweitigen Ultraschallprüfung sehr interessant wird.
Aufgrund der insgesamt niedrigeren Wandlungseffizienz der EMUS-Technik gegenüber der konventionellen piezoelektrischen Ultraschalltechnik war bisher eine aufwendige und damit sehr teure Gerätetechnik notwendig, um die EMUS-Phased-Array-Technik anwenden zu können. Am Fraunhofer IZFP wurde das Adaptersystem "EMUS-VG" entwickelt, das es erlaubt EMUS-Prüfköpfe mit einem konventionellen US-Gerät zu betreiben. Dadurch kann die EMUS-Technik mit deutlich geringeren Kosten für verschiedenste Prüfaufgaben eingesetzt werden.
In diesen Beitrag werden EMUS-PA Anwendungen vorgestellt, die in Kombination mit dem oben genannten "EMUS-VG" und einem konventionellen Ultraschall-Phased-Array-Gerät erzielt wurden. Die Schwerpunkte liegen dabei auf der Übertragung des Phased-Array-Ansatzes auf die gerichtete Anregung und den Empfang von US-Plattenwellenmoden in unterschiedlichen Schwenkwinkeln sowie der Schweißnahtprüfung.
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Mo.3.B.4
16:20
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Schwingverhalten des Ferroelektret-Senders für Luftultraschall
M. Gaal, J. Bartusch, M. Daschewski, E. Dohse, E. Köppe, M. Weise, BAM, Berlin
W. Hillger, Hillger NDT, Braunschweig
M. Kreutzbruck, Universität Stuttgart
Kurzfassung:
Beim Bau von Ultraschallwandlern für luftgekoppelte Prüfung ist auf die Anpassung der akustischen I...
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Beim Bau von Ultraschallwandlern für luftgekoppelte Prüfung ist auf die Anpassung der akustischen Impedanz des Wandlers besonders zu achten. Die herkömmlichen Ultraschallwandler für luftgekoppelte Prüfung bestehen aus einer piezoelektrischen Keramik und mehreren Anpassschichten. Ihre Herstellung ist allerdings sehr anspruchsvoll. Daher wurden Ferroelektrete als piezoaktive Materialien für Wandler erprobt. Ferroelektrete sind zelluläre polarisierte Polymere, die ferroelektrische und piezoelektrische Eigenschaften aufweisen. Insbesondere polarisiertes zelluläres Polypropylen hat sich als gutes Wandlermaterial erwiesen. Durch seine außergewöhnlich niedrige akustische Impedanz von 0,028 MRayl lässt sich der Einbau einer Anpassschicht vermeiden.
Wegen eines außergewöhnlich niedrigen Elastizitätsmoduls im MPa-Bereich kommt es zu einer erheblichen Dickenänderung des Ferroelektret-Senders durch die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den Elektroden. Dieser Beitrag zur Dickenänderung wird als elektrostriktiver Effekt bezeichnet. Er wächst mit dem Quadrat der Anregungsspannung, so dass er für Spannungen über 1kV sogar größer ist als der piezoelektrische Effekt.
Es wurden Luftultraschall-Sender und -Empfänger aus zellulärem Polypropylen entwickelt. In diesem Beitrag werden die Schwingungen des Senders vorgestellt. Sie wurden mittels Laser-Doppler-Vibrometrie in der Abhängigkeit von dem Anregungsimpuls mit Spannungen bis 2kV vermessen. Die Messergebnisse wurden mit einem einfachen physikalischen Model ausgewertet, mit dessen Hilfe die piezoelektrischen und elektrostriktiven Effekte auseinander gehalten werden. Es wurde ein effektiver Schalldruck über 140 dB direkt am Wandler gemessen.
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