Zu den Problemen bei der TOFD-Prüfung von Schweißnähten
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Kann TOFD Ecknahtverbindungen erkennen? Wie funktioniert das?
Dieser Beitrag wurde zuletzt von Menschen aus der Zentralregion am 3.12.2016 um 20:32 bearbeitet. Der Anwendungsbereich für TOFD liegt bei einer Dicke von ≥13 mm. Funktionsprinzip von TOFD: Die TOFD-Technologie verwendet zwei breitbandige, schmale Impulsgeber – einen zum Senden und einen zum Empfangen – zur Detektion. Die Impulsgeber sind symmetrisch zur Mittellinie der Naht angeordnet. Die Sendespitze erzeugt nicht fokussierte Longitudinalwellenstrahlen, die unter einem bestimmten Winkel in das zu prüfende Bauteil eingeführt werden. Ein Teil der Wellenstrahlen breitet sich entlang der Oberfläche aus und wird von der Empfangsspitze aufgenommen; ein anderer Teil der Wellenstrahlen wird durch die Unterseite reflektiert und anschließend von der Spitze aufgenommen. Die Empfangssonde bestimmt die Position und die Höhe des Defekts anhand der durch die Spitze des Defekts erzeugten Diffractionsignale sowie deren Zeitverschiebungen. Vorteile: a) Eine einzige Überprüfung reicht aus, um fast den gesamten Schweißbereich abzudecken – mit Ausnahme der blinden Zonen an den Ober- und Unterflächen. Dadurch wird eine sehr hohe Prüfgeschwindigkeit erreicht ； b) Die Zuverlässigkeit muss hoch sein; die Fehlererkennungsrate in der Mitte der Schweißnaht ist sehr gut ； c) Es ist möglich, verschiedene Arten von Defekten zu erkennen; dabei ist man nicht empfindlich gegenüber der Ausrichtung der Defekte ； d) Es ist möglich, Defekte zu erkennen, die bis zur Oberfläche reichen ； e) Durch D-Scan-Bildgebung wird die Bewertung von Defekten übersichtlicher ； f) Die Quantifizierung und Lokalisierung in der senkrecht zur Defektrichtung liegenden Ebene ist äußerst präzise – der Genauigkeitsfehler beträgt weniger als 1 mm ； g) In Kombination mit der Impulsreflexionsmethode ist die Erkennungseffizienz besser, die Abdeckung beträgt 100 % ； Einschränkungen der TOFD-Technologie: a) In der Nähe der Oberfläche gibt es „Blindzonen“ – die Zuverlässigkeit der Detektion in diesen Bereichen ist gering. b) Es ist schwierig, Defekte zu klassifizieren. c) Für die Interpretation der Bilder ist umfangreiche Erfahrung erforderlich. d) Die Erkennung von Querdefekten ist schwierig. e) Bei Materialien mit groben Körnern ist die Erkennung schwierig. f) Bei Werkstücken mit komplexen Geometrien ist eine genaue Messung schwierig.
Detektionsmethode: TOFD-Ultraschallbildgebungssystem. 1) Die Zuverlässigkeit der TOFD-Technologie ist hoch. Da sie hauptsächlich Diffraktionswellen zur Erkennung verwendet und die Diffraktionssignale nicht vom Schallstrahl beeinflusst werden, können Defekte in jeder Richtung effektiv erkannt werden. Dadurch weist diese Technik eine sehr hohe Fehlererkennungsrate auf. Die Bewertung der Fehlererkennungsrate in Tests durch ausländische Forschungseinrichtungen lautet: Manuelle UT, 50–70% ； TOFD, 70–90% ； Mechanische Scanning-Methoden UT+TOFD, 80–95 %. Daraus geht hervor, dass die TOFD-Prüftechnik eine weitaus höhere Zuverlässigkeit aufweist als die herkömmliche manuelle UT-Prüfung. 2) Die quantitative Genauigkeit der TOFD-Technologie ist hoch. Die Quantifizierung von Defekten mittels der Diffraktionszeitdifferenztechnik bietet eine weitaus höhere Genauigkeit als die herkömmliche manuelle Ultraschallprüfung. Es wird allgemein angenommen, dass bei linearen oder flächenbasierten Defekten der quantitative Fehler des TOFD-Werts unter 1 mm liegt. Die Messfehler für die Höhe von Rissen und Nichtverschweißungsfehlern betragen in der Regel nur ein paar Hundertstel Millimeter. 3) Die TOFD-Prüfung ist einfach und schnell. Bei der am häufigsten verwendeten nicht-parallelen Scannmethode reicht es aus, wenn eine Person die Prüfung durchführt. Der Prüfkopf muss lediglich entlang beider Seiten der Naht bewegt werden – es ist kein gezackter Scan notwendig. Dadurch wird eine hohe Prüfeffizienz erreicht, und die Betriebskosten sind gering.
4) Das TOFD-Prüfsystem verfügt über automatische oder halbautomatische Scannvorrichtungen, mit denen die relative Position der Defekte zum Prüfkopf bestimmt werden kann. Die Signale können anschließend verarbeitet werden, um TOFD-Bilder zu erzeugen. Die Informationsmenge der Bildanzeige ist bei der TOFD-Anzeige um ein Vielfaches größer als bei der A-Scan-Anzeige. Bei der A-Scan-Anzeige kann der Bildschirm nur ein einzelnes A-Scan-Signal anzeigen, während die TOFD-Bildanzeige eine Ansammlung vieler A-Scan-Signale zur Überprüfung der Naht zeigt. Im Vergleich zur Wellenformdarstellung von Typ-A-Signalen sind TOFD-Bilder, die umfangreiche Informationen enthalten, besser geeignet für die Erkennung und Analyse von Defekten. 5) Die heutzutage verwendeten TOFD-Prüfsysteme sind hochleistungsstarke digitale Geräte, die die Schwächen der analogen Ultraschallprüfgeräte sowie der einfachen digitalen Ultraschallprüfgeräte in Bezug auf die Signalaufzeichnung vollständig überwinden. Sie können nicht nur die Signale während des gesamten Prüfvorgangs aufzeichnen und die Daten langfristig speichern, sondern auch Signale in hoher Geschwindigkeit in großen Mengen verarbeiten. 6) Die TOFD-Technologie kann nicht nur zur Erkennung von Defekten eingesetzt werden, sondern auch zur Überwachung der Ausdehnung solcher Defekte. Es handelt sich dabei um eine effektive Methode, mit der das Wachstum von Rissen präzise gemessen werden kann. 7) TOFD ermöglicht eine präzise Bestimmung der Tiefe der Defekte sowie eine quantitative Erfassung der Höhe der Defekte selbst. 8) Da das Diffractionsignal der Defekte unabhängig vom Winkel ist, werden Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Detektion nicht durch den Winkel beeinflusst. 9) Die Position der Beugungspunkte wird anhand der Zeitverschiebung bei der Ausbreitung des Beugungssignals bestimmt; die quantitative Lokalisierung von Defekten erfolgt nicht auf der Grundlage der Signalamplitude.
Detektionsmethode: TOFD-Ultraschallbildgebungssystem. 1) Die Zuverlässigkeit der TOFD-Technologie ist hoch. Da sie hauptsächlich Diffraktionswellen zur Erkennung verwendet und die Diffraktionssignale nicht vom Schallstrahl beeinflusst werden, können Defekte in jeder Richtung effektiv erkannt werden. Dadurch weist diese Technik eine sehr hohe Fehlererkennungsrate auf. Die Bewertung der Fehlererkennungsrate in Tests durch ausländische Forschungseinrichtungen lautet: Manuelle UT, 50–70% ； TOFD, 70–90% ； Mechanische Scanning-Methoden UT+TOFD, 80–95 %. Daraus geht hervor, dass die TOFD-Prüftechnik eine weitaus höhere Zuverlässigkeit aufweist als die herkömmliche manuelle UT-Prüfung. 2) Die quantitative Genauigkeit der TOFD-Technologie ist hoch. Die Quantifizierung von Defekten mittels der Diffraktionszeitdifferenztechnik bietet eine weitaus höhere Genauigkeit als die herkömmliche manuelle Ultraschallprüfung. Es wird allgemein angenommen, dass bei linearen oder flächenbasierten Defekten der quantitative Fehler des TOFD-Werts unter 1 mm liegt. Die Messfehler für die Höhe von Rissen und Nichtverschweißungsfehlern betragen in der Regel nur ein paar Hundertstel Millimeter. 3) Die TOFD-Prüfung ist einfach und schnell. Bei der am häufigsten verwendeten nicht-parallelen Scannmethode reicht es aus, wenn eine Person die Prüfung durchführt. Der Prüfkopf muss lediglich entlang beider Seiten der Naht bewegt werden – es ist kein gezackter Scan notwendig. Dadurch wird eine hohe Prüfeffizienz erreicht, und die Betriebskosten sind gering.
4) Das TOFD-Prüfsystem verfügt über automatische oder halbautomatische Scannvorrichtungen, mit denen die relative Position der Defekte zum Prüfkopf bestimmt werden kann. Die Signale können anschließend verarbeitet werden, um TOFD-Bilder zu erzeugen. Die Informationsmenge der Bildanzeige ist bei der TOFD-Anzeige um ein Vielfaches größer als bei der A-Scan-Anzeige. Bei der A-Scan-Anzeige kann der Bildschirm nur ein einzelnes A-Scan-Signal anzeigen, während die TOFD-Bildanzeige eine Ansammlung vieler A-Scan-Signale zur Überprüfung der Naht zeigt. Im Vergleich zur Wellenformdarstellung von Typ-A-Signalen sind TOFD-Bilder, die umfangreiche Informationen enthalten, besser geeignet für die Erkennung und Analyse von Defekten. 5) Die heutzutage verwendeten TOFD-Prüfsysteme sind hochleistungsstarke digitale Geräte, die die Schwächen der analogen Ultraschallprüfgeräte sowie der einfachen digitalen Ultraschallprüfgeräte in Bezug auf die Signalaufzeichnung vollständig überwinden. Sie können nicht nur die Signale während des gesamten Prüfvorgangs aufzeichnen und die Daten langfristig speichern, sondern auch Signale in hoher Geschwindigkeit in großen Mengen verarbeiten. 6) Die TOFD-Technologie kann nicht nur zur Erkennung von Defekten eingesetzt werden, sondern auch zur Überwachung der Ausdehnung solcher Defekte. Es handelt sich dabei um eine effektive Methode, mit der das Wachstum von Rissen präzise gemessen werden kann. 7) TOFD ermöglicht eine präzise Bestimmung der Tiefe der Defekte sowie eine quantitative Erfassung der Höhe der Defekte selbst. 8) Da das Diffractionsignal der Defekte unabhängig vom Winkel ist, werden Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Detektion nicht durch den Winkel beeinflusst. 9) Die Position der Beugungspunkte wird anhand der Zeitverschiebung bei der Ausbreitung des Beugungssignals bestimmt; die quantitative Lokalisierung von Defekten erfolgt nicht auf der Grundlage der Signalamplitude.
Im Prinzip ist das nicht möglich. TOFD ist im Grunde eine Erweiterung der Ultraschalluntersuchung mit mehreren Probenköpfen und -chips; die Untersuchung von Verbindungsstellen ist dabei ihre Stärke.