Ultraschall-Tauchbad-Technik

Ultraschall-Tauchbad-Technik

Prinzip der passiven Tauchbad-Technik

Die Ultraschall-Tauchtechnik, bei der Tauchbad-Technik ein Spezialfall ist, kann mit unterschiedlichen Ausführungsvarianten betrieben werden (siehe: Ultraschall-Tauchbad-Prüfköpfe):

• Tauchbad-Technik,
• Fließwasserkopplung,
• Pfützentechnik,
• geführte Squirter-Technik und
• freie Squirter-Technik [1].

Zur zerstörungsfreien Ultraschallprüfung mittels Tauchbad-Technik werden ein Tauchbad, dessen Größe und Tiefe von den Dimensionen des Prüfobjekts abhängt, ein Scan-System bzw. Manipulator (3-Achsen-Scanner oder Industrie-Roboter), eine Ultraschall Sende- und Empfangseinheit und passende Tauchtechnik-Prüfköpfe sowie eine geeignete Rechentechnik zur Programmierung, Auswertung und Visualisierung der Mess- und Empfangsdaten benötigt [2, 3]. Diese Prüfsysteme sind speziell für Werkstoffe mit hoher Schallschwächung und/oder Streuung als auch sehr dünne Strukturen geeignet. Durch die Ankopplung des Ultraschalls mit Wasser als Vorlaufstrecke sind sehr niedrige (Betone) als auch hohe (Faserverbunde) Prüffrequenzen bis 200 MHz möglich, wobei auch zusätzlich fokussierende und breitbandige Prüfköpfe als auch Prüfkopf-Arrays (Gruppenstrahler-Technik) eingesetzt werden. Die Amplituden-Zeit-Signale A (t) werden in der Regel mittels Digitaltechnik erfasst, verarbeitet und z. B. als HF-Bilder, A-Bilder sowie B-, C-, D- und F-Bilder dargestellt. In der Praxis werden zwei Applikationen bevorzugt angewendet, die als aktive oder passive Tauchbad-Technik bekannt sind [4, 5].

Bild 1:

Schematische Darstellung der passiven Ultraschall-Tauchbad-Technik

Bei der passiven Anordnung durchläuft ein Prüfobjekt (z. B. Platte oder Rohr) kontinuierlich ein stationäres Tauchbecken, was gleichzeitig zur Kühlung dienen kann, und fixierte Prüfköpfe oder ein Prüfkopffeld detektieren auftretende Fehler online in der Produktion (Bild 1).

Prinzip der aktiven Tauchbad-Technik

Die aktive Anordnung nutzt ebenfalls ein an das jeweilige Prüfobjekt angepasstes Tauchbecken, allerdings ist dieses im Wasserbad fixiert und der oder die Ultraschall-Prüfköpfe werden durch den Manipulator bewegt (Bild 2). Beim Scannen des Prüfobjekts werden an definierten Positionen in der y-Richtung die A(t)-Signale registriert und nach Abfahren des Prüfobjekts wird der Manipulator um einen festgelegten Abstand Δx weiterbewegt (Bild 2a). Bei gekrümmten Prüfobjekten wird zunächst die Kontur der Oberfläche ermittelt, bevor der Scanvorgang gestartet wird. Im Beispiel einer Normal- oder Senkrechteinschallung wird dann der Prüfkopf so gedreht, dass seine Schallfeldachse immer senkrecht zur Prüfobjektoberfläche (Bild 2b) steht.

Bild 2:

Schematische Darstellung der aktiven Ultraschall-Tauchbad-Technik für (a) plane und (b) gekrümmte Prüfobjekte

Gerätesystem zur Ultraschall-Tauchbad-Technik

Die registrierten Amplituden und Laufzeiten können nachfolgend grafisch dargestellt werden oder zu A-, B-, C-, D- oder F-Bildern weiterverarbeitet werden, wodurch der Prüfer die Möglichkeit zur Beurteilung der Laufzeiten, der Dämpfung und des Frequenzverhaltens der Ultraschallsignale hat. Mit dieser Prüfmethodik können nicht nur Wanddicken oder flächige Fehler sehr genau detektiert werden, sondern auch die Geometrie z. B. von Rohren (Ovalität und Exzentrizität) [6] oder die Güte von Beschichtungen.
Unter Nutzung von Prüfkopffeldern lassen sich zudem im Online-Betrieb hohe Prüfgeschwindigkeiten bei der Fehler- und Geometriekontrolle realisieren, wodurch für die Qualitätssicherung entscheidende Vorteile bestehen. In Bild 3 ist eine Tauchbad-Technik-Anlage der Fa. Dr. Hillger, Braunschweig, dargestellt.

Bild 3:

Ultraschall-Tauchbad-System HFUS 2000 der Fa. Dr. Hillger, Braunschweig

Literaturhinweise

[1]	Deutsch, V., Platte, M., Vogt, M.: Ultraschallprüfung – Grundlagen und industrielle Anwendungen. Springer Verlag, Berlin (2012), (ISBN 978-3-642-63864-0)
[2]	Hillger, W., Bühling, L., Ilse, D.: Neue Entwicklungen aus dem Ingenieurbüro Dr. Hillger. DGZfP-Jahrestagung Bremen, (2011), Berichtsband A 3
[3]	Hillger, W., Bühling, L., Ilse, D.: Optimale Erzeugung und Auswertung von Ultraschallimpulsen – vor 25 Jahren und die heutigen Möglichkeiten. DGZfP-Jahrestagung Münster, (2009), Berichtsband A 7
[4]	Kreier, P., Schwenimann, M., Rieder, H.: Adaptive Ultraschallprüfung aus dem Block gewalzter Stahlknüppel. DGZfP-Jahrestagung St. Gallen, (2008), Berichts-band B 2
[5]	Deutsch, W. A. K., Schuster, V.: Automatisierte Ultraschallprüfanlagen – Überlegungen zu Durchsatz, Überdeckung und Sensorik. Seminar des FA Ultraschall der DGZfP, (2003), Berichtsband 87-CD
[6]	Matthies, K. u. a.: Dickenmessung mit Ultraschall. DVS-Verlag GmbH, Berlin, 2. Auflage, (1998), (ISBN 3-87155-940-7)