Da der Marktdruck Rohrhersteller zwingt, ihre Produktivität zu steigern und gleichzeitig strenge Qualitätsstandards einzuhalten, ist die Wahl der besten Prüfmethode und des passenden Unterstützungssystems wichtiger denn je. Viele Rohrhersteller verlassen sich zwar auf die Endkontrolle, doch in vielen Fällen nutzen Hersteller Prüfungen bereits in vorgelagerten Produktionsschritten, um fehlerhafte Materialien oder Prozesse frühzeitig zu erkennen. Dies reduziert nicht nur Ausschuss, sondern auch die Kosten für die Handhabung fehlerhafter Materialien. Dieser Ansatz führt letztendlich zu höherer Rentabilität. Aus diesen Gründen ist die Einführung eines zerstörungsfreien Prüfsystems (ZfP) in einem Werk wirtschaftlich sinnvoll.
Viele Faktoren – Materialart, Durchmesser, Wandstärke, Prozessgeschwindigkeit und Schweiß- oder Umformverfahren des Rohrs – bestimmen den besten Test. Diese Faktoren beeinflussen auch die Auswahl der Merkmale im verwendeten Prüfverfahren.
Die Wirbelstromprüfung (ET) findet in vielen Rohrleitungsanwendungen Verwendung. Es handelt sich um ein relativ kostengünstiges Prüfverfahren, das sich für dünnwandige Rohre mit typischerweise bis zu einer Wandstärke von 0,250 Zoll eignet. Es ist sowohl für magnetische als auch für nichtmagnetische Werkstoffe geeignet.
Sensoren oder Prüfspulen lassen sich in zwei Grundkategorien einteilen: umlaufende und tangentiale Spulen. Umlaufende Spulen untersuchen den gesamten Querschnitt des Rohrs, während tangentiale Spulen nur den Schweißbereich untersuchen.
Umwickelte Spulen erkennen Fehler im gesamten Eingangsband, nicht nur in der Schweißzone, und sind besonders effektiv bei Durchmessern unter 2 Zoll. Sie sind zudem unempfindlich gegenüber Abweichungen der Auflagefläche. Ein wesentlicher Nachteil besteht darin, dass das Durchführen des Eingangsbandes durch das Walzwerk zusätzliche Arbeitsschritte und besondere Sorgfalt erfordert, um es durch die Prüfspule zu führen. Sitzt die Prüfspule eng am Durchmesser, kann eine fehlerhafte Schweißnaht zum Aufplatzen des Rohrs und damit zur Beschädigung der Prüfspule führen.
Tangentialspulen untersuchen einen kleinen Abschnitt des Rohrumfangs. Bei Anwendungen mit großem Durchmesser erzielen Tangentialspulen im Vergleich zu Wickelspulen in der Regel ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis (ein Maß für die Stärke des Prüfsignals im Verhältnis zu einem statischen Hintergrundsignal). Tangentialspulen benötigen zudem kein Gewinde und lassen sich außerhalb des Walzwerks einfacher kalibrieren. Der Nachteil besteht darin, dass sie nur die Schweißnaht prüfen. Sie eignen sich für Rohre mit großem Durchmesser und können auch für kleinere Durchmesser verwendet werden, sofern die Schweißnahtposition gut kontrolliert wird.
Beide Spulentypen eignen sich zur Prüfung auf intermittierende Fehlstellen. Die Fehlerprüfung, auch bekannt als Lunker- oder Abweichungsprüfung, vergleicht die Schweißnaht kontinuierlich mit einem angrenzenden Bereich des Grundwerkstoffs und reagiert empfindlich auf kleinste Veränderungen, die durch Fehlstellen verursacht werden. Sie ist ideal zur Erkennung kurzer Fehler wie Poren oder Sprungschweißungen und wird in den meisten Walzwerken primär angewendet.
Der zweite Test, die absolute Methode, deckte zahlreiche Fehler auf. Diese einfachste Form der elektronischen Werkstoffprüfung (ET) erfordert, dass der Bediener das System elektronisch auf einwandfreien Materialien ausbalanciert. Neben der Erkennung allgemeiner, kontinuierlicher Veränderungen werden auch Wanddickenänderungen erfasst.
Die Anwendung dieser beiden ET-Methoden muss nicht besonders aufwendig sein. Wenn das Gerät entsprechend ausgestattet ist, können sie gleichzeitig mit einer einzigen Testspule verwendet werden.
Schließlich ist der Standort des Prüfgeräts entscheidend. Eigenschaften wie Umgebungstemperatur und Walzenschwingungen (die auf das Rohr übertragen werden) können die Platzierung beeinflussen. Eine Platzierung der Prüfspule nahe der Lötbox liefert dem Bediener sofortige Informationen über den Lötprozess. Allerdings können temperaturbeständige Sensoren oder zusätzliche Kühlung erforderlich sein. Eine Platzierung der Prüfspule nahe dem Walzenende kann durch den Kalibrier- oder Formgebungsprozess entstandene Fehler erkennen; allerdings ist die Wahrscheinlichkeit falsch-positiver Ergebnisse höher, da sich der Sensor an dieser Stelle näher am Abschaltmechanismus befindet, wo er eher Schwingungen während des Sägens oder Scherens erfasst.
Die Ultraschallprüfung (UT) nutzt elektrische Energieimpulse, die in hochfrequente Schallenergie umgewandelt werden. Diese Schallwellen werden über Medien wie Wasser oder Kühlschmierstoff an das Prüfmaterial übertragen. Schall ist gerichtet; die Ausrichtung des Sensors bestimmt, ob das System nach Fehlern sucht oder die Wandstärke misst. Ein Satz von Wandlern kann die Kontur der Schweißzone erfassen. Die UT-Methode ist nicht durch die Rohrwandstärke begrenzt.
Um das Ultraschallprüfverfahren als Messinstrument zu nutzen, muss der Bediener den Schallkopf senkrecht zum Rohr ausrichten. Schallwellen treten durch den Außendurchmesser (OD) in das Rohr ein, werden an der Innenwand (ID) reflektiert und kehren zum Schallkopf zurück. Das System misst die Laufzeit – die Zeit, die eine Schallwelle benötigt, um vom Außendurchmesser zum Innendurchmesser zu gelangen – und wandelt diese in einen Dickenmesswert um. Abhängig von den Bedingungen im Walzwerk kann diese Anordnung die Wandstärke mit einer Genauigkeit von ± 0,025 mm (± 0,001 Zoll) messen.
Um Materialfehler zu erkennen, positioniert der Bediener den Schallwandler schräg. Schallwellen treten von außen ein, breiten sich zur Innenseite aus, werden zur Außenseite reflektiert und wandern so entlang der Wand. Die Schweißnahtfehler führen zur Reflexion der Schallwelle; sie nimmt denselben Weg zurück zum Sensor, der sie in elektrische Energie umwandelt und ein visuelles Signal erzeugt, das die Fehlerstelle anzeigt. Das Signal durchläuft außerdem die Fehlererkennungseinrichtung, die entweder einen Alarm auslöst, um den Bediener zu benachrichtigen, oder ein Markierungssystem aktiviert, das die Fehlerstelle markiert.
UT-Systeme können einen einzelnen Wandler (oder mehrere Einkristallwandler) oder Phased-Array-Wandler verwenden.
Herkömmliche Ultraschallprüfgeräte verwenden einen oder mehrere Einkristallwandler. Die Anzahl der Sensoren hängt von der erwarteten Fehlerlänge, der Liniengeschwindigkeit und anderen Testanforderungen ab.
Phased-Array-Ultraschallprüfgeräte verwenden mehrere Wandlerelemente in einem Gehäuse. Das Steuerungssystem regelt die Schallwellen elektronisch, ohne die Wandlerelemente neu zu positionieren, um den Schweißbereich abzutasten. Das System kann verschiedene Aufgaben ausführen, wie z. B. die Fehlererkennung, die Wanddickenmessung und die Überwachung von Veränderungen der Schweißzonenreinigung. Diese Prüf- und Messmodi können nahezu gleichzeitig durchgeführt werden. Ein wichtiger Vorteil des Phased-Array-Verfahrens ist seine Unempfindlichkeit gegenüber Schweißabweichungen, da das Array einen größeren Bereich abdeckt als herkömmliche Sensoren mit fester Position.
Ein drittes zerstörungsfreies Prüfverfahren, die Magnetleckprüfung (MFL), wird zur Inspektion von dickwandigen, magnetisch dichten Rohrleitungen mit großem Durchmesser eingesetzt. Es eignet sich ideal für Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie.
MFLs nutzen ein starkes Gleichfeld, das durch ein Rohr oder dessen Wand hindurchtritt. Die Magnetfeldstärke nähert sich der Sättigung, d. h. dem Punkt, an dem eine weitere Erhöhung der Magnetisierungskraft keine signifikante Steigerung der magnetischen Flussdichte mehr bewirkt. Treffen Magnetfeldlinien auf einen Materialfehler, kann die resultierende Verzerrung des magnetischen Flusses dazu führen, dass dieser von der Oberfläche austritt oder Blasen bildet.
Eine einfache, drahtgewickelte Sonde, die durch ein Magnetfeld geführt wird, kann solche Blasen detektieren. Wie bei anderen Anwendungen magnetischer Induktion erfordert das System eine Relativbewegung zwischen dem Prüfmaterial und der Sonde. Diese Bewegung wird durch Drehen der Magnet-Sonden-Einheit um den Umfang des Rohrs oder der Leitung erreicht. Um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen, verwendet diese Anordnung zusätzliche Sonden (wiederum ein Array) oder mehrere Arrays.
Die rotierende MFL-Einheit kann Längs- oder Querfehler erkennen. Die Unterschiede liegen in der Ausrichtung der Magnetisierungsstrukturen und der Sondenkonstruktion. In beiden Fällen übernimmt der Signalfilter die Fehlererkennung und die Unterscheidung zwischen Innen- und Außenfehlern.
MFL ist ähnlich wie ET, und die beiden ergänzen sich. ET eignet sich für Produkte mit Wandstärken unter 0,250 Zoll, während MFL für Produkte mit größeren Wandstärken verwendet wird.
Ein Vorteil der Multifluoreszenzprüfung (MFL) gegenüber der Ultraschallprüfung (UT) ist ihre Fähigkeit, auch nicht ideale Defekte zu erkennen. So kann die MFL beispielsweise spiralförmige Defekte problemlos detektieren. Defekte in solch schrägen Richtungen lassen sich zwar auch mit der UT erkennen, erfordern jedoch spezifische Einstellungen für den erwarteten Winkel.
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