Als eine Weiterentwicklung des konventionellen Ultraschalls (Abb. 1) basiert die Phased-Array-Technologie auf den gleichen physikalischen Prinzipien: Konventioneller Ultraschall entsteht durch den umgekehrten piezoelektrischen Effekt, bei demsicheinKörper (Schwinger) durchdasAnlegen einer Spannung verformt. Dieser sorgt für die Einleitung der Schallwellen in den Werkstoff. Durch das Aufsetzen des Schwingers auf einen Vorlaufkeil wird eine Einschallung unter einem (durch den Winkel des Vorlaufkeils definierten) Einschallwinkel ermöglicht, welcher in der Regel entweder 45 °, 60 ° oder 70 ° beträgt. Nach der Reflexion des transversalen Schalls an Ungänzen (Reflektoren) erreicht die Schallwellewieder den Schwinger unddurchdenpiezoelektrischen Effekt wird eine Spannung erzeugt, welche durch Messtechnik erfasst wird. Diese Funktionsweise beschreibt die ImpulsEcho-Technik. DieDarstellung erfolgt in einemsogenannten A-Bild (Abb. 4 links), welches die Echointensität gegenüber der Laufzeit des Schalls abbildet.DieseDarstellung ermöglicht es unter Zuhilfenahme von trigonometrischen Funktionen, entsprechende Reflektoren zu lokalisieren und zu bewerten. Funktionsweise der Phased-Array-Technologie Die Besonderheit der Phased-Array-Prüfung (Abb. 2) besteht darin, dass das Schallfeld, welches in den Werkstoff eingeleitet wird, modelliert werden kann. Durch diese technische Weiterentwicklung ergeben sich eine Vielzahl von neuen Möglichkeiten: Die sogenannte Schallfeldmodellierungwird durch die Verwendung von bis zu 128 Schwingern ermöglicht, wobei jeder Schwinger einzeln sowohl elektrisch steuerbar als auch akustisch isoliert ist. Die Anordnung erfolgt dabei innerhalb eines einzigen Prüfkopfes bei möglichst geringemAbstand der jeweiligen Schwinger zueinander. Die für das Prüfvorhaben verwendete Schallfeldmodellierung wird durch das zeitverzögerte Anregen der einzelnen Schwinger innerhalb des Prüfkopfes erreicht und ermöglicht in der Folge die Einschallung unter verschiedenen Winkeln. Anwendungsmöglichkeiten und -beispiele Unter Zuhilfenahme eines Scansystems, inwelchemdie Prüfköpfe fest montiert sind (Abb. 3), kann eine Schweißnahtprüfung durch eine Rotation des Scanners um das Rohr erfolgen. Zur Einleitung des Schalls in den Werkstoff ist ein Koppelmittel erforderlich. In diesem Fall wird Wasser verwendet, um Umweltverschmutzungen zu vermeiden. In dem Anwendungsbeispiel der Schweißnahtprüfung an Rohren wird ein vordefinierter Winkelbereich (Sektorscan) automatisch abgescannt. Als Ergebnis wird ein Scanbild der gesamten Schweißnaht (C-Bild) (Abb. 4 unten rechts) ausgegeben, wobei die Echointensität durch eine Farbskala analog zumA-Bild dargestellt wird. Die Lokalisierung des Fehlers entlang der Schweißnaht erfolgt durch einen amScansystem Phased-Array-Ultraschalltechnik – die Zukunft der zerstörungsfreien Prüfung von Schweißverbindungen an dünnwandigen Rohren Die Phased-Array-Ultraschalltechnik (PAUT) gewinnt im Bereich der zerstörungsfreien Prüfverfahren im Rohrleitungs- und Behälterbau immer mehr an Bedeutung und bietet gegenüber der Durchstrahlungsprüfung zahlreiche Vorteile – insbesondere bei der Prüfung von Schweißverbindungen an dünnwandigen Rohren (Wanddicke < 8 mm). Im Rahmen einer Kooperation zwischen der Westnetz GmbH und der GSI SLV Duisburg wird eine Machbarkeitsstudie durchgeführt, die Unregelmäßigkeiten in Schweißverbindungen von dünnwandigen Rohren mittels PAUT zuverlässig und sicher auffinden soll. Der vorliegende Fachbeitrag gibt zunächst einen Überblick über die Funktionsweise der Technologie und beschreibt dann die Ergebnisse der Studie. von: Hendrik Schoppen (Westnetz GmbH) & Marco Stausberg (GSI SLV Duisburg) Abb. 2: Schematische Darstellung der Phased-Array-Technologie Abb. 1: Schematische Darstellung der konventionellen Ultraschalltechnologie Quelle (beide): GSI SLV Duisburg 56 energie | wasser-praxis 05/2022 T E C H N I K
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