Zum Inhalt springen 
Ultraschallprüfung (UT)
Wir übernehmen die zerstörungsfreie Einzel- und Serien- Ultraschallprüfung Ihrer Bauteile in Dienstleistung in unserem Prüfzentrum oder bei Ihnen vor Ort.
Stand der Technik
Wie leistungsfähig ist die Ultraschallprüfung?
Risse, Poren, Lunker, Seigerungen, Einschlüsse, Dopplungen, Schlackenzeilen, Inhomogenitäten und Bindefehler, Wanddickenschwankungen
- Ab 0,5 mm unterhalb der Oberfläche (Senkrechtprüfung)
- Ab 0,1 mm unter- halb der Oberfläche (Winkelprüfung)
- Ab ca. 0,05 mm Fehlerausdehnung (Hochfrequenzprüfung)
- Ab ca. 0,2 mm Fehlerausdehnung (Konventionelle Prüfung)
der Blick ins Innere
Zerstörungsfreie Prüfung mit Ultraschall (UT)
Die Ultraschallprüfung ist die Methode der Wahl, wenn ein Bauteil 100% auf innliegende Materialfehler, Oberflächenrisse oder Wanddickenmessung geprüft werden soll. Mit Ultraschall lassen sich Bauteile bereits im Produktionsprozess (z.B. Karossen in der Automobilproduktion) sowie auch im eingebauten Zustand (z.B. verbaute Rohre) prüfen.
Geprüft werden können Bauteile aus schalleitfähigen Materialien wie Metall oder Kunststoff. Denn diese Eigenschaft macht sich die zerstörungsfreie Prüfung für die Fehlerdetektion und -verortung zu nutze. Hierbei kommt der für Menschen nicht hörbare Schall, der sog. Ultraschall, im Frequenzbereich von ca. 0,5 bis 50 MHz zum Einsatz. Schall bezeichnet die Schwingung von Molekülen und ist im Gegensatz zu Lichtwellen etc. an Materie gebunden. Ultraschall wird also in Form von mechanischen Schallwellen transportiert. Fehler im Material erzeugen eine Änderung dieser Wellen (Reflektion, Brechung, Absorption), welche von einem sogenannten Ultraschallprüfgerät aufgezeichnet werden. Dadurch werden Fehler im Inneren sichtbar gemacht.
WIR für SIE
VOGT Ultrasonics ist Ihr Dienstleister für Ultraschallprüfung mit umfassender Erfahrung
Wir detektieren zuverlässig innere und äußere Fehler, z.B. bei Schweißnähten, Schweißpunkten, Guss- und Schmiedeteilen, Halbzeugen, Rohren, Stangen, Wellen, Zahnrädern, Differentialen, Turbinenscheiben, Blechen, CFK Felgen, Druckflaschen oder Lagerringen. Ein weiterer Anwendungsfall ist die Wanddickenmessungen an Druckbehältern, Rohrleitungen, z.B. Chemie und Petrochemieanlagen.
In unserem VOGT Prüfzentrum übernehmen wir im 3-Schicht-Betrieb mit unserem großen Ultraschallanlagenpark die Einzel- und Serienprüfung Ihrer Bauteile. Wir haben uns hierbei insbesondere auf die mechanisierte Ultraschallprüfung spezialisiert. Hierbei können wir komplexe, rotationssymmetrische oder flächige Bauteile sicher und schnell prüfen. Durch die Möglichkeit, Prüfparameter kundenspezifisch abzuspeichern, ist eine kostengünstige und schnelle zeitversetzte Serienprüfung in Losen problemlos möglich.
Wir sind als unabhängiges Prüflaboratorium nach DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditiert, nach EN 9100 für die Luftfahrt und nach ISO 9001 für die Industrie zertifiziert. Auch verfügen wir über eine MTU und eine Rolls-Royce Zulassung. Unser Prüfpersonal ist nach international anerkannten Zertifizierungs-Systemen ausgebildet. Dabei erfüllen wir Ihre Prüfaufgabe nach Norm sowie Kundenanweisung.
Wie wird Ultraschall erzeugt?
Bei der Ultraschallprüfung werden zwei grundsätzliche Verfahren angewandt:
-
- Das Reflexionsschallverfahren (auch Puls-Echo-Verfahren): Bei diesem Verfahren wird der Ultraschallimpuls von einem Prüfkopf gesendet und auch wieder aufgenommen. In der Regel wird dieses Verfahren bei der zerstörungsfreien Materialprüfung genutzt.
-
- Das Durchschallungsverfahren:
Bei diesem Verfahren kommen zwei Prüfköpfe zum Einsatz, welche an das selbe Ultraschallgerät angeschlossen sind. Ein Prüfkopf sendet den Impuls, der andere empfängt den Impuls an der genau gegenüberliegenden Seite des Prüfstücks. Diese Methode ist sehr speziell. Sie wird z.B. für die Prüfung von CFK Platten auf Delaminationen oder Stahlbauteilen auf Dopplungen genutzt. Ein weiterer Anwendungsfall ist die Schweißpunktprüfung während des Schweißprozesses (Ein Beispiel hierfür ist SPOTline).
- Das Durchschallungsverfahren:
Ultraschall wird mit Hilfe des piezoelektrischen Effekts erzeugt. Es gibt Kristalle, die sich bei Zug oder Druckbeanspruchung an den Oberflächen elektrisch positiv oder negativ aufladen. Wird der Kristall nacheinander mit Zug und Druck belastet, entsteht eine Wechselspannung – der piezoelektrische Effekt.
In einem Ultraschallprüfkopf ist ein solcher piezoelektrischer Kristall eingebaut. Dieser hat meist die Form einer Scheibe. Ihre Ober- und Unterseite ist mit einer Metallschicht (z.B. Gold) bedampft. Von dieser Metallschicht aus laufen elektrische Leitungen zur Anschlussbuchse. Piezoelektrische Effekte bieten auch Keramikschwinger, PVDF-Kunststoffolien-Schwinger als auch Piezocomposite Materialien.
Durch den Anschluss eines Ultraschallprüfgerätes an die Anschlussbuchse des Prüfkopfes kann eine hochfrequente Hochspannung an dem piezoelektrischen Kristall erzeugt werden. Im Takt der Hochspannung dehnt sich die Scheibe aus und zieht sich wieder zusammen. Die Scheibe wandelt also elektronische Energie in mechanische Energie (Ultraschallvibrationen) um, und andersherum. Die erzeugte Ultraschallwelle wird über die Schutzschicht des Prüfkopfes in den Werkstoff gesendet.
Wie wird Ultraschall empfangen?
Nachdem der Prüfkopf das Ultraschallsignal versendet hat, schaltet er sofort in den Empfängermodus, um reflektierte Schallwellen, Echos aufzunehmen. Wird die Ultraschallwelle also vom Werkstoff reflektiert (z.B. an der Rückwand oder einem Fehler im Bauteil), wird die piezoelektrische Scheibe im Takt der Schallwelle zusammengedrückt. Hierdurch entsteht eine Spannung an den Metallschichten, welche an der Anschlussbuchse mit dem Prüfsystem gemessen und aufgezeichnet werden kann. Es wird ein sogenanntes A-Bild erzeugt. Auf dem Bildschirm des Ultraschallgeräts wird das A-Bild so eingestellt, dass die x-Achse die Zeit (respektive der Schallweg) und die y-Achse die Intensität des Schallsignals darstellt. So lassen sich leicht Fehler erkennen und vermessen. Anhand dieser Aufzeichnungen können Wanddicken und Fehler im Material sichtbar gemacht werden.
Automatisierte & manuelle Prüfung im VOGT Prüfzentrum
Fehlererkennung
Erkennbare Fehler mit Hilfe der Ultraschallprüfung
- Risse entstehen durch äußere Krafteinwirkung oder Spannung im Material entstanden sind. Durch Ultraschall können Risse an der Oberfläche als auch innerhalb des Materials detektiert werden.
- Poren entstehen, wenn sich Gase während des Erstarrens noch in der Schmelze befinden.
- Lunker sind Hohlräume im Material, die bei der Fertigung entstanden sind. Meist sind Lunker größer als Poren und können hervorragend mit Ultraschall gefunden werden.
- Dopplungen sind Fehler, welche durch eine Aufspaltung des Materials (z.B. durch Lunker) in Walzstahl entstehen können. Diese Fehler werden durch ihre waagerechte Lage mit einer einfachen senkrechten Einschallung in das Material sehr gut detektiert.
- Seigerungen sind Entmischungen einer Schmelze bei der Metallherstellung. Im A-Bild werden diese Fehler durch einzelne Echos und/oder Echoberge und/oder auch durch eine starke Dämpfung des Rückwandsignals sichtbar.
- Einschlüsse im Material können aufgefunden werden, wenn der Schallwellenwiderstand des eingeschlossenen Materials sich eindeutig von dem umgebenen Material abgrenzt.
- Schlackenzeilen sind nichtmetallische Einschlüsse, welche beim Gießprozess entstehen können.
- Wanddickenschwankungen können bei der Fertigung oder nachträglich durch Verschleiß z.B. Korrosion oder Erosion entstehen. Die Wanddicke kann mit Ultraschall durch die Vermessung der Entfernung zur Rückwand gemessen werden.
PRO & CONTRA
Was sind die Vorteile der Ultraschallprüfung?
Mit Hilfe der Ultraschalltechnologie können zerstörungsfrei oberflächen- und innenliegende Fehlstellen detektiert werden. Die Ultraschallprüfung funktioniert bei fast allen Materialien. Die einzige Voraussetzung ist, dass dieses den Schall leitet.
Hierbei können sehr gute Fehlerauflösungen erzielt werden. Im Extrem werden Fehler ab ca. 0,1 mm bis zu 10 m unter der Oberfläche gefunden. Dabei können mit Hilfe der konventionellen Prüfung Fehler ab ca. 0,2 mm sichtbar gemacht werden. Bei der Nutzung von hochfrequentem Ultraschall sind sogar Ungänzen ab einer Fehlerausdehnung von 0,05 mm möglich.
Insbesondere rotationssymmetrische Bauteile können durch Ultraschall kostengünstig geprüft werden. Hierfür werden mechanisierte bis hin zu vollautomatisierte Ultraschallprüfsysteme genutzt, welche anhand voreingestellter Parameter Prüfergebnisse vorschlagen und Bauteile in der Produktion vor dem nächsten Produktionsschritt in gut und schlecht sortieren.
Ein großer Vorteil bei der Nutzung von modernen Ultraschallprüfsystemen ist die Iso-konforme, 100%ige und lückenlose Dokumentation der Prüfergebnisse.
- Zerstörungsfreie Prüfung
- erkennt innenliegende Fehlstellen
- erkennt Fehlerausdehnung ab 0,05 mm
- Iso-konforme, 100%ige und lückenlose Dokumentation
- Günstig bei rotationssymmetrischen Bauteilen
- funktioniert bei fast allen Materialien
soviel geht
Wo liegen die Grenzen der Ultraschallprüfung?
Grobkörniges Gefüge
Ein grobkörniges Gefüge erschwert die Prüfung erheblich: Bei der Ultraschallprüfung werden vom Prüfkopf Schallwellen ins Material geleitet und deren Reflexion wieder aufgenommen. Anhand der Reflexionen und dem dadurch erzeugten A-Bild, C-Bild und D-Bild kann der Prüfer Rückschlüsse auf die Qualiät und mögliche Fehlstellen sowie Wanddicken des Bauteils schließen. Hat ein Material ein sehr grobes Gefüge, werden die Schallwellen abgelenkt. Es wird ein sogenanntes Rauschen erzeugt. Dadurch gelangen weniger Schallwellen zurück zum Prüfkopf, so dass eine Auswertung schwieriger wird.
Die Fehlstellengröße ist kleiner als die halbe Wellenlänge
Fehlstellen, die kleiner als die halbe Wellenlänge sind, können nicht, bzw. nur sehr schwer erkannt werden: Ein Fehler kann nur sicher erkannt werden, wenn er im Verhältnis zur Wellenlänge eine Mindestgröße besitzen, um genügend Schall zu reflektieren. Fehler, die eine Ausdehnung kleiner als 25% der genutzten Wellenlänge haben, sind dadurch auch unter optimalen Bedingungen nicht nachweisbar. In der Praxis wird dadurch ein Mindestwert von einer halben oder ganzen Wellenlänge als Standard genutzt.
Senkrechte Anschallung für präzise Fehlermaße
Das genaue Fehlermaß wird nur bei senkrechter Anschallung des Fehlers erkannt: Tritt eine Ultraschallwelle senkrecht auf eine Grenzfläche, z.B. ein Riss, wird sie teilweise zum Prüfkopf zurück reflektiert, wodurch der Prüfer Informationen über dessen Art, Größe und Lage bekommt.
Trifft die Welle jedoch schräg auf einen Fehler, so wird die Ultraschallwelle abgelenkt und gelangt folglich nicht zurück zum Prüfkopf. Kann gleichzeitig auch eine Rückwand überwacht werden, würde an dieser Stelle durch den Fehler eine Abschattung des Rückwandsignals entstehen. Das Rückwandecho bricht ein, der Prüfer erkennt dadurch eine davor liegende Fehlstelle, die nicht reflektiert. Er kann jedoch nicht sagen, in welcher Tiefe diese sich befindet. Um mehr Informationen zu gewinnen kann der Prüfer anschließend mit Hilfe von sogenannten Winkelprüfköpfen oder einem Phased Array Prüfköpf unter verschiedenen Winkeln einschallen, um eine bestmögliche Reflektion des schräg liegenden Fehlers zu erhalten.