Ultraschallprüfung
UT Prüfung mobil oder stationär
Ultraschallprüfung Durchführung
Die Ultraschallprüfung ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren bei schallleitfähigen Werkstoffen und wird umgangssprachlich auch konventionelle Ultraschallprüfung genannt. Bei dieser Art der Materialanalyse wird nach inneren und äußeren Fehlern gesucht. Häufige Anwendungen sind die Untersuchungen bei Schweißnähten, Schmiedestücken, Guss, Halbzeugen oder Rohren. Das Auffinden von äußeren Fehlern ist vor allem bei Teilen wichtig, an denen die innere Oberfläche nicht zugänglich ist.
Bei der Zeros GmbH führen wir diese Prüfung stationär oder mobil durch. Wir bieten manuelle und digitale Ultraschallprüfung an. Gerne prüfen wir direkt bei Ihnen vor Ort für Einzel- oder Serienaufträge. Phased Array und TOFD Verfahrenstechnik können wir Ihnen ebenfalls anbieten.
Ultraschallprüfung
kurz erklärt
Wie alle zerstörungsfreien Prüfverfahren ist auch diese Prüfung genormt und wird nach bestimmten Richtlinien durchgeführt. Vor der Durchführung wird auf der Oberfläche des Werkstückes ein Koppelmittel aufgetragen.
Mittels eines Prüfkopfes, welcher Ultraschall von 0,2 bis 50 MHz aussendet und empfängt, wird die zu prüfende Oberfläche abgefahren. Dies kann manuell, mechanisiert oder automatisch erfolgen. Bei letzterem wird zwecks Übertragung des Schallsignals das Prüfstück oft in eine geeignete Flüssigkeit getaucht oder definiert benetzt.
Das Ultraschallprüfgerät zeigt auf einem Display die Schallechokurve (Amplitude) an. Bei Veränderungen des Materials ändert sich auch die Echokurve (Amplitude) auf dem Display. Anhand dieser Veränderungen kann erkannt werden, wie die Qualität des Werkstoffes bzw. der Schweißnaht ist. Sehr leicht und schnell kann mit Ultraschall auch die Wandstärke einzelner Komponenten und Bauteile ermittelt werden, um beispielsweise den Ist-Zustand bestehender Verschleißteile zu messen.
Ergänzende Verfahren:
Häufig gestellte Fragen zum Thema
Wie wird die Ultraschallprüfung durchgeführt?
Welche Verfahren gibt es?
Was macht ein Ultraschallprüfer?
Was ist eine UT Prüfung?
Warum Ultraschall?
Welche Bauteile werden mit Ultraschall geprüft?
Die Bauteile unterscheiden sich durch den Schallwellenwiderstand und Ihre Schallhärte.
Bei Guss- oder Schmiedebauteilen können damit herstellungsbedingte Inhomogenitäten nach dem Herstellungsprozess direkt festgestellt werden.
Das gleiche gilt für Schweißnähte, ab einer Wanddicke von 8mm für das konventionelle Ultraschallverfahren und einer Wanddicke ab 6mm für das phased array Verfahren.
Die Zeros GmbH hat auch Erfahrungen für projektbezogene Validierungen beim phased array Verfahren für Prüfungen unter 6mm Wanddicke.
Ist eine Ultraschallprüfung zerstörungsfrei?
Akkreditiert und Zertifiziert
Physikalische Grundlagen der Ultraschallprüfung
Die Schwingung und Wellen
Schwingungen und Wellen findet man überall. Eine vereinfachte Form einer Schwingung ist das Pendel. Hängt man eine Kugel an einem Faden auf und bewegt die Kugel leicht, so schwingt dieses Pendel ständig hin und her. Diese Bewegung über einen Ruhepol nennt man Schwingung.
Wird die Schwingungsenergie durch zum Beispiel Luftwiderstand verbraucht spricht man von einer gedämpften Schwingung. Wird die Schwingung sehr stark gedämpft spricht man von einem Impuls.
Führt man die verbrauchte Energie wieder zu spricht man von einer ungedämpften Schwingung. Die ungedämpfte Schwingung hat eine gleichbleibende Amplitude.
Auslenkung/Amplitude
Die Auslenkung gibt den Abstand von der Ruhelage zu einem beliebigen Zeitpunkt an. Die maximale Auslenkung von der Ruhelage bezeichnet man als Amplitude.
Schwingungsdauer/ Frequenz
Die Schwingungsdauer T(s) ist der Zeitabschnitt in der eine volle Schwingungsperiode abläuft. Aus der Schwingungsdauer leitet sich die Frequenz ab. Die Frequenz steht für die Anzahl an Schwingungsperioden pro Zeiteinheit ( zum Beispiel 4 Perioden pro Sekunde = 4 Hertz).
Bei der Werkstoffanalyse mit Ultraschall werden meistens Frequenzen im Megahertz – Bereich verwendet. Das heißt mehrere Millionen Schwingungen pro Sekunde. Bei der Prüfung mittels Kontakttechnik zwischen 1 bis 5 MHz und bei der Tauchtechnik sind es bis zu 25 MHz.
Die Welle
Die Welle ist die räumliche Ausbreitung einer Schwingung. Während einer Schwingungsdauer T bewegt sich die Schwingung räumlich um eine Schwingungsperiode weiter. Diese Strecke nennt man Wellenlänge λ. Eine Wellenlänge pro Schwingungsdauer T ist somit die Schallgeschindigkeit c.
- λ = Wellenlänge Lamda (mm)
- c = Schallgeschwindigkeit (m/s)
- f = Frequenz
Formel: c = λ : T oder C = λ * f
Ultraschallwellen zählen zu den mechanischen Schwingungen und können nicht im Vakuum übertragen werden. In Metallen sind Atome fest gebunden. Aufgrund dieser Anziehungskräfte spricht man hier von einer elastischen Kopplung. Bei unterschiedlichen Metallen führt das zu unterschiedlichen für jeden Werkstoff typischen Schallgeschwindigkeiten. Die Schallgeschwindigkeit ist Materialkonstant. Die richtige Wahl der Frequenz kann entscheidend für eine erfolgreiche Ultraschallprüfung sein. Aus der Wellenlänge kann die Nachweisgrenze für die kleinste, noch erkennbare Reflektorgröße abgeschätz werden. Die Nachweisgrenze entspricht ungefähr einer halben Wellenlänge.
Schallgeschwindigkeiten in verschieden Werkstoffen
| Material | Longitudinalwelle | Transversalwelle |
|---|---|---|
| Wasser | 1,5 km/s | – |
| Blei | 2,2 km/s | 0,7 km/s |
| Plexiglas | 2,7 km/s | 1,1 km/s |
| Messing | 4,0 km/s | 2,0 km/s |
| Grauguss | 4,6 km/s | 2,6 km/s |
| Kupfer | 4,7 km/s | 2,3 km/s |
| Stahl | 6,0 km/s | 3,3 km/s |
| Titan | 6,1 km/s | 3,1 km/s |
| Aluminium | 6,3 km/s | 3,1 km/s |
Wellenarten
- Longitudinalwelle (Druck- oder Kompressionswelle)
- Transversalwelle (Scherwelle)
- Rayleighwelle (Oberflächenwelle)
- Lambwelle (Plattenwelle)
Reflexion und Brechung von Ultraschallwellen
Ultraschallwellen breiten sich in Werkstoffen ohne innere Grenzen ungehindert aus. Sie ändern weder Richtung noch Intensität. Treffen Sie jedoch auf eine Grenzfläche (zum Beispiel ein Fehler) ändern sie ihre Intensität (Schalldruck) und Richtung sofort. Man spricht von einer akustischen Grenzfläche. Akustische Grenzflächen können Begrenzungen (Oberfläche), Materialfehler (Fremdkörper oder Luft) oder ein Interface (Verbindung zweier Metalle, Beschichtungen) sein.
An einer akustischen Grenzfläche gibt es zwei Prozesse für die Ultraschallwelle. Reflexion und Durchlaß. Meistens passieren beide Prozesse gleichzeitig. Jedoch in sehr unterschiedlicher Ausprägung. An der Grenzfläche von Metall zu Luft wird die Welle fast vollständig reflektiert. An der Grenzfläche zwischen zwei Metallen teilen sich die Anteile des reflektierten und durchgelassenen Ultraschalls auf. Fällt der Schall senkrecht auf eine Grenzfläche wird er sehr gut reflektiert und kann so an seinem Ausgangspunkt wieder empfangen werden. Dies macht man sich unteranderem bei der Wanddickenmessung zu nutze.
Fällt der Schall schräg auf die Grenzfläche , so ändern die reflektierten Wellen ihre Richtung. Diese Richtungsänderung wird auch Brechung genannt. Im Prinzip können bei einer Grenzfläche 4 neue Schallwellen entstehen, wobei jede in einem anderen Winkel abstrahlt. Bei Reflexion und Brechung können Wellenumwandlungen stattfinden. Mit dem Gesetz von Snellius läßt sich die Richtung vorhersagen. Die wichtigste Kenngröße für die Richtungsänderung (Winkel) ist die Schallgeschwindigkeit. Je größer das Verhältnis der Schallgeschwindigkeiten der beteiligten Medien ist, desto größer ist die Richtungsänderung.
Impuls-Echo-Technik
Heutzutage wird in der Werkstoffprüfung meistens die Impuls-Echo-Technik verwendet. Hierbei wird ein Impuls in den Prüfgegenstand gesendet und ein reflektierter Impuls wieder empfangen.
Dabei kann man grob sagen das man mit der senkrechten Reflexion anstrebt Materialfehler im inneren des Werkstoffes zu finden. Mit der schrägen Einstrahlung versucht man Materialfehler an der Oberfläche zu finden. Natürliche Begrenzungen des Werkstoffes ergeben ähnliche Reflexionen wie Materialfehler. Damit man sicher alle Fehler identifizieren kann ist eine Ultraschallprüfung immer aus verschieden Posititionen bzw. Winkelrichtungen erforderlich.