Reis. 1. Prüfmethode für die Herstellung von Edelstahlschweißnähten: Doppelte 2D-Matrixmontage im TRL-Modus.

Codes, Standards und Methoden haben sich weiterentwickelt und ermöglichen den Einsatz der Phased-Array-Ultraschallprüfung (PAUT) anstelle der RT zur Prüfung austenitischer Schweißnähte. Die vor fast 15 Jahren erstmals in Kernkraftwerken eingesetzte Dual-Array-Sensoranordnung hat sich mittlerweile auch in der Öl- und Gasindustrie sowie anderen Branchen durchgesetzt, in denen eine schnelle, zuverlässige und sichere Prüfung hochdämpfender austenitischer Schweißnähte erforderlich ist.
Die neuesten tragbaren Phased-Array-Geräte sind mit leistungsstarker integrierter Software ausgestattet, mit der Sie 2D-Matrix-Array-Scans schnell und effizient einrichten, bereitstellen und interpretieren können, ohne Fokusgesetzdateien importieren zu müssen, die mit externen Rechnern oder Fernsteuerungssystemen mithilfe fortschrittlicher Software erstellt wurden. Software für PC.
Moderne Prüftechnologien mit 2D-Array-Sensoren bieten hervorragende Möglichkeiten zur Erkennung von Umfangs- und Axialfehlern in Edelstahl- und ungleichen Metallschweißnähten. Die standardisierte 2D-Dual-Matrix-Konfiguration deckt das Prüfvolumen von Edelstahlschweißnähten effektiv ab und erkennt Flach- und Volumenfehler.
Ultraschallprüfverfahren umfassen typischerweise zweidimensionale Matrizenanordnungen auf austauschbaren keilförmigen Komponenten, deren Kontur dem Außendurchmesser der jeweiligen Komponente entspricht. Verwenden Sie niedrige Frequenzen – 1,5 MHz für Schweißnähte unterschiedlicher Metalle und andere dämpfungsreduzierende Materialien, 2 bis 3,5 MHz für gleichmäßig geschmiedete Edelstahlsubstrate und Schweißnähte.
Die duale T/R-Konfiguration (Senden/Empfangen) bietet die folgenden Vorteile: keine „tote Zone“ in Oberflächennähe, Beseitigung von „Phantomechos“, die durch interne Reflexionen im Keil verursacht werden, und letztendlich eine bessere Empfindlichkeit und ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis (Signal-Rausch-Verhältnis). Rauschzahl) aufgrund der Faltung der T- und R-Strahlen.
Werfen wir einen Blick auf die PA-UT-Methode zur Steuerung der Herstellung von Schweißnähten aus austenitischem Edelstahl.
Bei der Produktionskontrolle sollte anstelle der RT das Schweißvolumen und die gesamte Wandstärke der Wärmeeinflusszone kontrolliert werden. In den meisten Fällen ist die Lötkappe vorhanden. Bei Kohlenstoffstahlschweißnähten empfiehlt sich die Verwendung von Scherwellen, um das kontrollierte Volumen beidseitig zu beschallen. Die letzte Halbwelle dient üblicherweise dazu, spiegelnde Reflexionen von Defekten an der Schweißnahtfase zu erfassen.
Bei niedrigeren Frequenzen kann ein ähnliches Scherwellenverfahren zum Prüfen der proximalen Fase von Edelstahlschweißnähten verwendet werden, ist jedoch für die Prüfung durch austenitisches Schweißmaterial nicht zuverlässig. Darüber hinaus befindet sich bei den sogenannten CRA-Schweißnähten eine korrosionsbeständige Legierungsbeschichtung auf dem Innendurchmesser des Kohlenstoffstahlrohrs, und die letzte Hälfte der Drahtbrücke des Querträgers kann nicht effektiv genutzt werden.
Sehen wir uns die Methoden zur Probenerkennung mit einem tragbaren UT-Instrument und entsprechender Software an, wie in Abbildung 1 dargestellt.
Duale 2D-Array-Wandler erzeugen 30 bis 85 Grad P-Wellen-Brechungsstrahlen, die zur vollständigen Volumenabdeckung eingesetzt werden können. Für Wandstärken von 15 bis 50 mm eignen sich Frequenzen von 1,5 bis 2,25 MHz, abhängig von der Dämpfung des Substrats.
Durch Optimierung des Keilwinkels und der Anordnung der Array-Sondenelemente können vielfältige refraktive Winkelscans effizient und ohne Nebenkeulen erzeugt werden (Abb. 2). Der Platzbedarf des Keilknotens in der Einfallsebene wird minimiert, sodass der Strahlaustrittspunkt möglichst nah an der Schweißnaht platziert werden kann.
Die Leistung eines standardmäßigen 2,25 MHz 10 x 3 Dual-Array-Arrays im TRL-Modus wurde an einer Schweißnaht aus Edelstahl 304 mit 25 mm Wandstärke bewertet. Die Prüflinge wiesen eine typische V-förmige Neigung und einen Oberflächenzustand im Schweißzustand auf und wiesen echte und gut dokumentierte Schweißfehler parallel zur Schweißnaht auf.
Reis. 3. Kombinierte Phased-Array-Daten für ein standardmäßiges 2,25 MHz 10 x 3 Dual Array (TRL)-Array auf einer Schweißnaht aus Edelstahlplatte 304.
Abb. 3 zeigt Bilder der kombinierten PAR-Daten für alle Brechungswinkel (von 30° bis 85° LW) entlang der gesamten Schweißnahtlänge. Die Datenerfassung erfolgte mit geringer Verstärkung, um eine Sättigung stark reflektierender Defekte zu vermeiden. Die 16-Bit-Datenauflösung ermöglicht eine angepasste, sanfte Verstärkungseinstellung für verschiedene Defektarten. Die korrekte Positionierung des Projektionsverschlusses erleichtert die Dateninterpretation.
Abbildung 4 zeigt ein Bild eines einzelnen Defekts, das mit demselben zusammengeführten Datensatz erstellt wurde. Überprüfen Sie das Ergebnis:
Wenn Sie den Stopfen vor der Inspektion nicht entfernen möchten, kann eine andere Inspektionsmethode verwendet werden, um axiale (quer verlaufende) Risse in Rohrschweißnähten zu erkennen: Mit einer einzelnen Array-Array-Sonde kann im Impuls-Echo-Modus der Schweißstopfen „gekippt“ werden. Schallstrahl von unten: Da sich der Schallstrahl hauptsächlich im Substrat ausbreitet, können Scherwellen Defekte auf der nahen Seite der Schweißnaht zuverlässig erkennen.
Idealerweise sollten Schweißnähte aus vier Strahlrichtungen geprüft werden (Abbildung 5). Dazu sind zwei symmetrische Keile erforderlich, die aus entgegengesetzten Richtungen, im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn, geprüft werden. Abhängig von der Frequenz und Größe der einzelnen Elemente des Arrays kann die Keilanordnung optimiert werden, um Brechungswinkel von 40° bis 65° relativ zur Richtung der Scanachse zu erreichen. Mehr als 50 Strahlen treffen auf jede Suchzelle. Ein hochentwickeltes US-PA-Gerät mit integriertem Rechner kann die Definition von Fokussierungsgesetzen mit unterschiedlichen Schräglagen problemlos bewältigen, wie in Abbildung 6 dargestellt.
Üblicherweise wird eine zweizeilige Prüfsequenz verwendet, um den gesamten Prüfumfang abzudecken. Die axialen Positionen der beiden Scanlinien werden anhand der Rohrdicke und der Breite der Schweißnahtspitze bestimmt. Die erste Scanlinie verläuft möglichst nah am Rand der Schweißnaht und deckt Defekte an der Schweißnahtwurzel auf. Die zweite Scanlinie vervollständigt die Abdeckung der Wärmeeinflusszone (WEZ). Die Grundfläche des Prüfknotens wird so optimiert, dass der Strahlaustrittspunkt möglichst nah an der Spitze der Schweißnaht liegt, ohne dass es zu nennenswerten internen Reflexionen im Keil kommt.
Diese Prüfmethode hat sich als sehr effektiv bei der Erkennung fehlgeleiteter axialer Defekte erwiesen. Abb. 7 zeigt ein Phased-Array-Bild eines axialen Risses in einer Edelstahlschweißnaht: Defekte wurden in verschiedenen Neigungswinkeln gefunden, und es konnte ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) beobachtet werden.
Abbildung 7: Kombinierte Phased-Array-Daten für axiale Risse beim Schweißen von Edelstahl (verschiedene SW-Winkel und Neigungen): konventionelle Projektion (links) und Polarprojektion (rechts).
Die Vorteile der modernen PA-UT als Alternative zur Radiographie gewinnen in der Öl- und Gasindustrie, der Energieerzeugung, der Fertigung und anderen Branchen, die auf eine zuverlässige Prüfung austenitischer Schweißnähte angewiesen sind, zunehmend an Bedeutung. Vollständig integrierte PA-UT-Geräte, leistungsstarke Firmware und 2D-Array-Sonden machen diese Prüfungen zudem kostengünstiger und effizienter.
Guy Maes ist Zetecs Vertriebsleiter für UT. Er verfügt über mehr als 25 Jahre Erfahrung in der Entwicklung und Implementierung fortschrittlicher Ultraschallmethoden, Kompetenzbewertung und Softwareentwicklung. Weitere Informationen erhalten Sie telefonisch unter (425) 974-2700 oder auf www.zetec.com.
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