DE102017222186B4 - Verbesserte Ultraschallprüfung von Druckbehältern - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur zerstörungsfreien Detektion von technisch kritischen Materialdefekten an metallischen Druckbehältern mit zylindrischem Mantel, enthaltend die Schritte:(a) Lokale kontaktlose elektromagnetische Ultraschallanregung an der Oberfläche des zylindrischen Mantels des Druckbehälters mit einer EMAT-Sonde, wobei die EMAT-Sonde in mehreren nebeneinanderliegenden Bahnen in Längsrichtung und/oder in Umfangsrichtung des Zylindermantels bewegt wird, Erfassen der elektromagnetischen Emissionen nach lokaler Anregung mit der EMAT-Sonde, und(b) Auswerten des erfassten EMAT-Sensorsignals durch Vergleich der Signalamplitude mit einer Vergleichsamplitude einer bei denselben Messbedingungen mit dieser EMAT-Sonde erfassten definierten Fehlstelle eines zylindrischen metallischen Vergleichskörpers vergleichbarer Größe mit der Maßgabe, dass(A) Amplituden kleiner als 75% der Vergleichsamplitude unkritische Fehler oder Materialabweichungen an dem Druckbehälter anzeigen (Klasse A),(B) Amplituden von 75% bis 100% der Vergleichsamplitude kritische Fehler oder Materialabweichungen an dem Druckbehälter anzeigen (Klasse B), und(C) Amplituden größer als 100% der Vergleichsamplitude überkritische Fehler oder Materialabweichungen an dem Druckbehälter anzeigen (Klasse C); wobei bei der Klassifizierung des EMAT-Sensorsignals in Klasse B eine zusätzliche Ultraschallprüfung mit mechanisch gekoppelter UT-Sonde im Bereich des zylindrischen Mantels des Druckbehälters durchgeführt wird, wobei eine ergänzende Klassifizierung der gefundenen Fehler oder Materialabweichungen erfolgt, wobei die zusätzliche Ultraschallprüfung mit UT-Sonde die Schritte enthält:(c) lokale mechanische Ultraschallanregung an der Oberfläche des zylindrischen Mantels des Druckbehälters mit der UT-Sonde, wobei die UT-Sonde in mehreren nebeneinanderliegenden Bahnen in Längsrichtung und/oder in Umfangsrichtung des Zylindermantels bewegt wird, Erfassen der akustischen Emissionen nach lokaler Anregung mit der UT-Sonde, und(d) Auswerten des erfassten UT-Sensorsignals durch Vergleich der Signalamplitude mit einer Vergleichsamplitude einer bei denselben Messbedingungen mit dieser UT-Sonde erfassten definierten Fehlstelle eines zylindrischen metallischen Vergleichskörpers vergleichbarer Größe mit der Maßgabe, dass(A) Amplituden kleiner als 75% der Vergleichsamplitude die gefundenen Fehler oder Materialabweichungen an dem Druckbehälter als unkritisch klassifizieren (Klasse A),(B) Amplituden von 75% bis 100% der Vergleichsamplitude die gefundenen Fehler oder Materialabweichungen an dem Druckbehälter als kritisch bestätigen (Klasse B), und(C) Amplituden größer als 100% der Vergleichsamplitude die gefundenen Fehler oder Materialabweichungen an dem Druckbehälter überkritisch klassifizieren (Klasse C).

Description

  • Die Erfindung betrifft die zerstörungsfreie technische Prüfung von metallischen Druckbehältern, insbesondere von Druckbehältern zur Speicherung von Flüssiggas, sowie von druckleitenden metallischen zylindrischen Rohren.
  • Die zerstörungsfreie Prüfung von Druckbehältern und Rohrleitungen bei der insbesondere wiederkehrenden technischen Prüfung und Beurteilung der Betriebssicherheit verlangt standardisierbare und gut wiederholbare Prüfverfahren, die mit objektivierbaren Bewertungskriterien eine sichere Beurteilung des aktuellen Betriebszustandes und damit der Sicherheit des Druckbehälters oder der Rohrleitung erlauben. An metallischen Druckbehältern können intrinsisch aufgrund von Materialermüdung des Werkstoffs, aber auch durch unmittelbare mechanische Schädigung so genannte Fehlstellen wie Risse oder Inhomogenitäten auftreten, welche die mechanische Stabilität des Behälters merklich schwächen. An wachsenden Fehlstellen wie Rissen kann es mit der Zeit zu Undichtigkeit kommen; schlimmstenfalls kommt es zum Bersten des Druckbehälters. Die mechanische Integrität solcher Druckbehälter und Rohre muss daher regelmäßig überprüft werden.
  • Idealerweise wird eine zerstörungsfreie Prüfung zur Beurteilung von Materialfehlern und Fehlstellen an dem metallischen Druckbehälter in (wiederkehrenden) Intervallen durchgeführt. Dabei soll möglichst unmittelbar schon bei der Durchführung der Prüfung erkennbar sein, ob der Druckbehälter aufgrund gefundener Fehlstellen oder Materialfehler weiter betrieben werden darf oder unmittelbar ausgewechselt, das heißt stillgelegt oder repariert werden muss. Gut objektivierbare Prüfkriterien sind erforderlich, insbesondere auch um Fehlstellenbildung und -wachstum oder Materialermüdung bei der wiederkehrenden Prüfung desselben Druckbehälters im zeitlichen Verlauf objektiv verfolgen und gegebenenfalls rechtzeitig entsprechende Maßnahmen einleiten zu können.
  • Die Ultraschallprüfung ist in der zerstörungsfreien Materialprüfung etabliert. Die Ultraschallprüfung wird über Ultraschallsonden (UT-Sonden) durchgeführt, welche die Oberfläche des Prüfstücks mechanisch lokal mit Ultraschallwellen anregen und dann, vorzugsweise an demselben Ort, die von dem Prüfstück emittierten Ultraschallwellen aufnehmen und registrieren können. Für UT-Sonden ist es erforderlich, dass diese mit dem Prüfstück, das heißt besonders mit deren Oberfläche, mechanisch direkt oder über ein festes oder gelförmiges Koppelmittel in Kontakt stehen, um eine wirksame akustische Koppelung der Sonde mit dem Prüfstück zu erreichen.
  • Daneben sind elektroakustische Methoden der Ultraschallprüfung bekannt, die eine kontaktlose Ultraschallanregung des Prüfstücks mittels elektromagnetischer Wandler (EMAT-Sonden) vorsehen. Diese EMAT-Sonden erzeugen, insbesondere kontaktlos, durch elektromagnetischer Anregung lokal an der Oberfläche des Prüfstücks eine Ultraschallwelle, welche dann je nach Materialbeschaffenheit und -ausprägung Ultraschallschwingungen erzeugt, die, vorzugsweise mittels derselben EMAT-Sonde, aufgenommen und registriert werden können. Die Auswertung der so gewonnenen Ultraschallsignale erlaubt Rückschlüsse über Beschaffenheit der Materialabweichung beziehungsweise der Dimension einer Fehlstelle in dem Prüfstück.
  • Die Zielstellung ist es, anhand der Aufzeichnung und Auswertung von Ultraschallsignalen, die Fertigungsqualität oder den Schadenszustand von Druckgeräten einfacher Bauart, insbesondere aus Stahl, besonders nach der ehemaligen deutschen Druckbehälterverordnung sowie nach den europäischen Richtlinien, 97/23/EG bzw. 2014/68/EU (z.B. so genannte Blasenspeicher) und Richtlinie 2010/35/EU, als Ersatzprüfung für wiederkehrende Prüfungen nach der Verordnung über Sicherheit und Gesundheitsschutz bei der Verwendung von Arbeitsmitteln (BetrSichV), in Anlehnung an DIN-EN 1968, im eingebauten Zustand durchzuführen. Gemäß BetrSichV Anhang 2, Nr. 6.10-1 müssen bei Druckbehältern mit Gaspolster in Druckflüssigkeitsanlagen nach BetrSichV Anhang 2, Nr. 5.9, Tabelle 3 und 4 wiederkehrende innere Prüfungen nach zehn Jahren durchgeführt werden, sofern die verwendeten Flüssigkeiten und Gase auf die Behälterwandung keine korrodierende Wirkung haben.
  • Die bekannten technischen Prüfungen sind aufwändig und kostenintensiv. Es soll ein Weg gefunden werden, dass die wiederkehrenden Prüfungen nur dort in verkürzten Prüfintervallen, das heißt häufiger, durchgeführt werden, wo Druckbehälter bereits erste kritische Fehlerstellen oder Materialabweichungen zeigen. Können hingegen objektiv unkritische Fehler erkannt werden, kann das Prüfintervall bis zur nächsten wiederkehrenden Prüfung verlängert werden. Die Häufigkeit der Prüfung soll also an den aktuell bestehenden Fehlerzustand des zu prüfenden Druckbehälters oder Rohrs angepasst werden.
  • Problematisch ist dabei zum einen, dass die bisher bekannten Prüfverfahren und Messmethoden aus sich heraus in der Durchführung aufwändig sind und vor allem eine lange Messzeit verlangen, dies ist besonders problematisch bei großen Druckbehältern mit langen zylindrischen Abschnitten wie Druckgasflaschen oder bei Rohrleitungen. Dabei ist auch problematisch, dass Druckbehälter nicht oder nicht ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen während des laufenden Betriebs geprüft werden können, besonders wenn der Betrieb eine maßgeblich erhöhte oder erniedrigte Betriebstemperatur vorsieht, Besonders problematisch ist dabei eine durchweg kontaktvermittelte Messung unmittelbar an der Oberfläche des gesamten Druckbehälters, die bei besonders heißen oder kalten Oberflächen nicht zufriedenstellend durchgeführt werden kann.
  • Problematisch ist außerdem, dass, wie bereits erwähnt, zurzeit objektivierbare Kriterien zur Klassifizierung der zu prüfenden Druckbehälter fehlen, die eine eindeutige und verlässliche Aussage zum Betriebszustand und damit zur Betriebssicherheit des Druckbehälters, aktuell und innerhalb des kommenden Prüfintervalls, zulassen.
  • Dabei ist aus der US 6 125 703 A ein Verfahren zur zerstörungsfreien Detektion technisch kritischen Materialdefekten an metallischen Druckbehältern mittels lokaler, kontaktloser elektromagnetischer Ultraschallanregung an der Oberfläche bekannt. Aus der US 2011/0023610 A1 ist die Anwendung dieses EMAT-Verfahrens zur Klassifizierung der Art und Schwere von Defekten in Schweißnähten bekannt. Aus der DE 10 2008 063 948 A1 ist ein Ultraschallverfahren zur Prüfung von Flüssiggasbehältern (Schallemissionsprüfung) bekannt. Ein Ultraschallprüfverfahren ist ebenfalls aus der US 3 857 052 A bekannt.
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, Verfahren zur zerstörungsfreien Erkennung von Materialdefekten an metallischen Druckbehältern mit zylindrischem Mantel so weiterzuentwickeln, dass eine einfache und objektive Beurteilung der Betriebssicherheit von, insbesondere zylindrischen, Druckbehältern und Rohrleitungen ermöglicht wird.
  • Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren zur zerstörungsfreien Detektion von technisch kritischen Materialdefekten an metallischen Druckbehältern mit zylindrischem Mantel, insbesondere Druckgasflaschen oder Druckleitungen, bevorzugt einem Druckgasbehälter zur Speicherung von Flüssiggas nach Anspruch 1, insbesondere mit den folgenden Schritten:
    • In Schritt (a) wird an der Oberfläche zumindest oder ausschließlich des zylindrischen Mantels des zu prüfenden Druckbehälters mit einer EMAT-Sonde, lokal und insbesondere kontaktlos, elektromagnetisch eine Ultraschallanregung des Werkstoffs des Druckbehälters ausgelöst. Dabei wird die EMAT-Sonde in mehreren nebeneinanderliegenden Bahnen in Längsrichtung oder in Umfangsrichtung des Zylindermantels, und bevorzugt in beide Richtungen, bewegt, und es werden mit der EMAT-Sonde die nach der lokalen Anregung auftretenden elektromagnetischen Emissionen erfasst.
    • In Schritt b) wird das in Schritt a) erfasste EMAT-Sensorsignal ausgewertet, und zwar durch Vergleich der EMAT-Signalamplitude des EMAT-Sensorsignals mit einer Vergleichsamplitude. Diese Vergleichsamplitude wird bei denselben Messbedingungen mit dieser EMAT-Sonde bei einem zylindrischen metallischen Vergleichskörper vergleichbarer Größe an einer definierten Fehlstelle erfasst. Die Beurteilung erfolgt erfindungsgemäß mit der Maßgabe, dass
      1. (A) Amplituden kleiner als 75%, bevorzugt kleiner als 60%, der Vergleichsamplitude unkritische Fehler oder Materialabweichungen an dem Druckbehälter anzeigen (Klasse A),
      2. (B) Amplituden von 75% bis 100%, bevorzugt von 60% bis 80%, der Vergleichsamplitude kritische Fehler oder Materialabweichungen an dem Druckbehälter anzeigen (Klasse B), und
      3. (C) Amplituden größer als 100%, bevorzugt größer als 80%, der Vergleichsamplitude überkritische Fehler oder Materialabweichungen an dem Druckbehälter anzeigen (Klasse C).
  • Bei einer Klassifizierung in Klasse C kann der Druckbehälter als überkritisch fehlerhaft ausgesondert werden. Das Prüfverfahren wäre damit bereits abgeschlossen.
  • Das EMAT-Verfahren kann so unmittelbar als Ersatz für die wiederkehrende innere oder Festigkeitsprüfung auch nach BetrSichV Anhang 2, Nr. 6.10-1 (Druckbehälter mit Gaspolster in Druckflüssigkeitsanlagen) eingesetzt werden.
  • Das kontaktlose EMAT-Verfahren benötigt vorteilhafterweise kein Koppelmittel, um im Prüfstück Ultraschallwellen zu erzeugen, die Prüfung von heißen oder sehr kalten Prüfstücken möglich, die Prüfung wird nicht durch die Oberflächenbedingungen, insbesondere Beschichtungen, gebildete Oxide oder Rauigkeiten, beeinträchtigt. Weiter kann bei der Verwendung des EMAT-Verfahrens auf Vorlaufkeile oder Winkelprüfköpfe verzichtet werden. Mit dem EMAT-Verfahren bist besonders die Volumenprüfung von dünnen Wandstärken möglich, insbesondere von 8 mm bis etwa 13 mm.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei, insbesondere ausschließlich bei, einer Klassifizierung des EMAT-Sensorsignals in Klasse B, im Bereich des zylindrischen Mantels des Druckbehälters noch zusätzlich eine (klassische) Ultraschallprüfung mit mechanisch gekoppelter UT-Sonde durchgeführt wird, wobei eine ergänzende Klassifizierung (Nachprüfung) der bereits gefundenen Fehler oder Materialabweichungen erfolgt. Diese ergänzende Ultraschallprüfung enthält die Schritte c) und d):
    • In Schritt (c) wird mit einer UT-Sonde an der Oberfläche des zylindrischen Mantels des Druckbehälters eine lokale mechanische Ultraschallanregung ausgelöst, wobei die UT-Sonde in mehreren nebeneinanderliegenden Bahnen in Längsrichtung oder in Umfangsrichtung des Zylindermantels, und bevorzugt in beide Richtungen, bewegt wird und nach lokaler Anregung die akustischen Emissionen mit der UT-Sonde erfasst werden, und
    • In Schritt d) wird das in Schritt c) erfasste UT-Sensorsignal ausgewertet, und zwar durch Vergleich der UT-Signalamplitude mit einer Vergleichsamplitude einer bei denselben Messbedingungen mit dieser UT-Sonde erfassten definierten Fehlstelle eines zylindrischen metallischen Vergleichskörpers vergleichbarer Größe, und zwar mit der Maßgabe, dass
      1. (A) Amplituden kleiner als 75%, bevorzugt kleiner als 60%, der Vergleichsamplitude die gefundenen Fehler oder Materialabweichungen an dem Druckbehälter als unkritisch klassifizieren (Klasse A),
      2. (B) Amplituden von 75% bis 100%, bevorzugt von 60% bis 80%, der Vergleichsamplitude die gefundenen Fehler oder Materialabweichungen an dem Druckbehälter als kritisch bestätigen (Klasse B), und
      3. (C) Amplituden größer als 100%, bevorzugt größer als 80%, der Vergleichsamplitude die gefundenen Fehler oder Materialabweichungen an dem Druckbehälter überkritisch klassifizieren (Klasse C).
  • Bei einer Klassifizierung in Klasse C kann der Druckbehälter als überkritisch fehlerhaft ausgesondert werden. Das Prüfverfahren wäre damit abgeschlossen.
  • Daneben ist generell bevorzugt zusätzlich vorgesehen, dass in einem Schritt e), besonders im Falle der Klassifizierung in die Klassen A oder B, eine Ultraschallprüfung mit mechanisch gekoppelter UT-Sonde im Bereich des nicht-zylindrischen Kopf- und Halsabschnitt des Druckbehälters durchgeführt wird, wobei eine vorgenannte erfindungsgemäße Klassifizierung der dort zusätzlich gefundenen Fehler oder Materialabweichungen anhand eines kalottenförmigen Vergleichskörpers erfolgt. Bei einer Klassifizierung in Klasse C kann der Druckbehälter als überkritisch fehlerhaft ausgesondert werden. Das Prüfverfahren wäre damit abgeschlossen. Bei einer Klassifizierung in Klasse B kann der Druckbehälter als kritisch eingestuft werden.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Klassifizierung jeweils bereits während der Registrierung des Sensorsignals und automatisch erfolgt.
  • Besonders ist vorgesehen, dass der Vergleichskörper ein Metallhohlzylinder ist, worin gezielt en Fehlstellen in Form genormter Rechtecknuten eingebracht sind. Die Tiefe (D) der Nuten beträgt dabei 4,25 % bis 5,75% der Mindestwanddicke des zu prüfenden Druckbehälters. Die Breite (W) der Nuten beträgt dabei bevorzugt ca. 2-fach die Tiefe (D); die Länge (L) der Nuten beträgt bevorzugt jeweils ca. 50 mm. Der Vergleichskörper trägt diese Rechtecknuten bevorzugt in Längsrichtung und in Umfangsrichtung, und zwar bevorzugt jeweils auf der Innenseite und auf der Außenseite.
  • Die erfindungsgemäßen Klassifizierungs- und Bewertungskriterien (Klassen A, B oder C) sind besonders auf bestimmte Druckbehälterbauarten und Druckbehälterwerkstoffe anwendbar, werden bevorzugt auf diese angewendet und sind in einer Variante auf diese beschränkt:
    1. a) Spezifizierung nach der Bauart: einfache Geometrie: (i) zylindrischer Mantel mit zwei gewölbten Böden , besonders Klöpper-, Korbbogen- bzw. Kugelboden oder (ii) Kugelform; und/oder
    2. b) Spezifizierung nach den Behälterwerkstoffen: gemäß Werkstoffgruppe Nr. 1.1 bis 1.3 nach DIN-EN 13445-2, das heißt besonders WSTE / P355NL1 nach DIN 17102 / DIN EN 10028-3 und St 52-3 nach DIN 17100, insbesondere solche Stähle mit einer Streckgrenze Re = 260 bis 275 N/mm2, besonders HII / P265GH nach DIN 17100 / DIN EN 10028-2, und/oder
    3. c) Spezifizierung nach der Wanddicke: 1,0 bis 15 mm, besonders bevorzugt von 8 bis 13 mm.
  • Besonders bevorzugt sind in einer Variante Behälter mit einer Wanddicke von 1,0 bis 15 mm, besonders bevorzugt von 8 bis 13 mm, in der Bauart: zylindrischer Mantel mit zwei gewölbten Böden, und aus einem Werkstoff der Werkstoffgruppe Nr. 1.1 bis 1.3 nach DIN-EN 13445-2.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch eine Messapparatur zur zerstörungsfreien Detektion von (technisch kritischen) Materialdefekten an metallischen Druckbehältern mit zylindrischem Mantel oder Rohrleitungen gemäß Anspruch 8. Diese weißt erfindungsgemäß zumindest die folgenden Merkmale auf: zumindest eine, bevorzugt genau eine, EMAT-Sonde zur lokalen kontaktlosen elektromagnetischen Ultraschallanregung der Oberfläche des zylindrischen Mantels des Druckbehälters und zur Erfassung der elektromagnetischen Emissionen nach der lokalen Anregung mit der EMAT-Sonde; und zumindest eine, bevorzugt genau eine, Rechen- und Steuereinheit, die mit der EMAT-Sonde in Signalverbindung steht, wobei die Rechen- und Steuereinheit programmiert ist zur Durchführung der Schritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens .
  • Erfindungsgemäß enthält diese Messapparatur außerdem zumindest eine, bevorzugt genau eine, UT-Sonde zur lokalen mechanischen Ultraschallanregung an der Oberfläche des zylindrischen Mantels des Druckbehälters und zur Erfassung der akustischen Emissionen nach der lokalen Anregung mit der UT-Sonde, wobei die Rechen- und Steuereinheit, auch mit der UT-Sonde in Signalverbindung steht.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein Kit oder Prüfset zur Prüfung von metallischen Druckbehältern mit zylindrischem Mantel, enthaltend: die vorstehend genannte Messapparatur; einen entsprechen dimensionierten Vergleichskörper wie vorstehend beschrieben. Offenbart ist auch ein Kit oder Prüfset zur Prüfung von metallischen Druckbehältern mit zylindrischem Mantel, enthaltend: die vorstehend genannte Messapparatur; einen entsprechen dimensionierten Vergleichskörper wie vorstehend beschrieben und eine Gebrauchsanleitung (Prüfanweisung) zur Durchführung der Prüfung gemäß dem vorstehend skizzierten erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher beschrieben:
  • Beispiel: EMAT-Verfahren bei der Prüfung von Blasenspeichern
  • Anhand von Ultraschallsignalen soll die Fertigungsqualität oder der Schadenszustand von Druckgeräten einfacher Bauart aus Stahl gemäß Druckbehälterverordnung, 97/23/EG oder 2014/68/EU als Ersatzprüfung für die wiederkehrenden Prüfungen nach BetrSichV, in Anlehnung an DIN-EN 1968, beurteilt werden. Das EMAT-Verfahren soll als Ersatz für die wiederkehrende innere oder Festigkeitsprüfung nach BetrSichV Nr. 6.10.1 eingesetzt werden.
  • exemplarische Prüfstücke:
    • - Blasenspeicher (ca. 168 mm Durchmesser, Länge ca. 320 cm), Wanddicke: 9 mm, zylindrischer Mantel mit zwei gewölbten Böden, Stahl aus Werkstoffgruppe Nr. 1.1 bis 1.3 nach DIN-EN 13445-2
    • - Rohrleitung (ca. 265 mm Durchmesser, Länge ca. 500 cm) Wanddicke: 9 mm, Stahl aus Werkstoffgruppe Nr. 1.1 bis 1.3 nach DIN-EN 13445-2
  • Gerätebezogene Qualifizierung:
    • - Messapparatur: Powerbox H Ver. 2016 (Innerspec Technologies, Inc. USA);
    • - Tuningmodule: PE-012-LF 205T0012-LF, PE-011-205T0011, PE-013-LF-205T0013-LF (Innerspec Technologies, Inc. USA);
    • - Messsonden: R-L-M 0.500x2-1.000-CL, R-L-M 0.400x2-1.000-CL, R-L-M 0.300x3-1.000-CL, R-L-M 0.250x4-1.000-CL, R-L-M 0.200x4-1.000-CL, R-L-M 0.160x5-1.000-CL
  • Komponentenbezogene Qualifizierung:
    • - Vergleichskörper EMAT 1 (Blasenspeicher 320 × Ø168 × 8 mm) mit Rechtecknuten (D = 4 mm; W= 8 mm; L= 50 cm) nach EN 1968: außenliegende Rechtecknut in Längsrichtung, außenliegende Rechtecknut in Querrichtung, innenliegende Rechtecknut in Längsrichtung, innenliegende Rechtecknut in Querrichtung;
    • - Vergleichskörper EMAT 2 (Rohr 500 × Ø265 × 9 mm) mit Rechtecknuten (D = 4,5 mm; W= 9 mm; L= 50 cm) nach EN 1968: außenliegende Rechtecknut in Längsrichtung, außenliegende Rechtecknut in Querrichtung, innenliegende Rechtecknut in Längsrichtung, innenliegende Rechtecknut in Querrichtung
  • Verfahren EMAT (geführte Welle):
  • EMAT (elektromagnetische akustische Wandler) ist eine Ultraschalltechnik, die den Schall statt im Wandler direkt im zu prüfenden Teil erzeugt; EMAT induziert die Ultraschallwelle im Testobjekt mit zwei zusammenwirkenden Magnetfeldern.
  • Eine durch elektrische Spulen erzeugte hohe Frequenz bewirkt mit einem niederfrequenten oder statischen Magnetfeld eine Lorentzkraft. Dieser Kraftimpuls wird auf das Gitter des Materials übertragen und hat elastische Wellen im Körper des Prüfgegenstandes zur Folge. Umgekehrt induziert die elastische Welle in Gegenwart eines Magnetfeldes Ströme in der EMAT Spule. Es können verschiedene Wellen mit verschiedenen Kombinationen von HF-Spule und Magneten erzeugt werden.
  • Merkmale von EMAT sind insbesondere: Ausbreitungsrichtung parallel zur Eintrittswand und über das gesamte Volumen; verfügbare Wellenmodi bei 50kHz bis 10 MHz: horizontale Querwelle (90°), Lamb-Welle, Rayleigh-Welle
  • Vorbereiten der Prüfung EMAT:
    • - Messkette: Powerbox H“: Prüfkopf mit Spule RLM-0300x3-1000, Messmodul P011, Programm: corrosion detection CD-S1-T07-0300-727 kHz
    • - Empfindlichkeitsjustierung EMAT:
      • Einstellen der Bildbreite, entsprechend des Prüfbereiches, auf Grundlage der Länge des Blasenspeichers (min. 3 Prüfbereiche längs und quer); Messblende auf 80% Bildschirmhöhe stellen; Aktivierung der Pulsfrequenz; Anschalten der Rechtecknut (Vergleichskörper EMAT 1 bzw. 2) längs / quer; Optimierung des Fehlerechos auf 80% Bildschirmhöhe, über den Verstärkungsregler.
  • Vorbereiten der Prüfung UT:
    • - Messkette: „USM 35 XS“, Prüfkopf: MWB 70-4E,
    • - Entfernungsjustierung an Kontrollkörper (Radius: 25 mm)
    • - Empfindlichkeitsjustierung UT:
  • Einstellen der Bildbreite entsprechend des Prüfbereiches; Messblende auf 80% Bildschirmhöhe stellen; Anschalten der Rechtecknut (Vergleichskörper 1 bzw. 2) längs / quer; Optimierung des Fehlerechos auf 80% Bildschirmhöhe, über den Verstärkungsregler, Verstärkungszugabe + 6dB
  • Diese Einstellungen (EMAT und UT) werden vor jeder Prüfung durchgeführt und werden mindestens alle vier Stunden und nach Ende der Prüfung überprüft und gegebenenfalls justiert. Überprüfungen müssen auch durchgeführt werden, wenn Systemeinstellungen verändert oder Veränderungen im System vermutet werden (vergleiche DIN-EN ISO 17640).
  • Durchführung der Fehlersuche am Blasenspeicher:
  • Fehlersuche in Längsrichtung (EMAT):
  • Aufsetzen des Prüfkopfes im gleichbleibenden Mantelbereich; Verschieben des Prüfkopfes in Längsrichtung auf 3 um 120° versetzten und sich überlappende Bahnen (vollständige Abtastung des Umfangs)
  • Fehlersuche in Querrichtung (EMAT):
  • Aufsetzen des Prüfkopfes im gleichbleibenden Mantelbereichs; Verschieben des Prüfkopfes in Querrichtung auf 3 um 120° versetzten und sich überlappende Bahnen
  • Fehlersuche im Bereich ungleicher Wandung (Halsbereich) mittels UT-Prüfung in Längs-und Querrichtung (vollständige Abtastung)
  • Bewertung der Messungen:
    • - Beobachtungsschwelle: 60% bis 80% Bildschirmhöhe (im Koordinatensystem registriert) = ergänzende Prüfung mittels UT-Prüfung mit erneuter Bestimmung der Anzeigenhöhe und auch der Tiefenlage der Fehlstelle
    • - Zulässigkeitsgrenze: größer als 80% Bildschirmhöhe = Behälter austauschen

Claims (9)

  1. Verfahren zur zerstörungsfreien Detektion von technisch kritischen Materialdefekten an metallischen Druckbehältern mit zylindrischem Mantel, enthaltend die Schritte: (a) Lokale kontaktlose elektromagnetische Ultraschallanregung an der Oberfläche des zylindrischen Mantels des Druckbehälters mit einer EMAT-Sonde, wobei die EMAT-Sonde in mehreren nebeneinanderliegenden Bahnen in Längsrichtung und/oder in Umfangsrichtung des Zylindermantels bewegt wird, Erfassen der elektromagnetischen Emissionen nach lokaler Anregung mit der EMAT-Sonde, und (b) Auswerten des erfassten EMAT-Sensorsignals durch Vergleich der Signalamplitude mit einer Vergleichsamplitude einer bei denselben Messbedingungen mit dieser EMAT-Sonde erfassten definierten Fehlstelle eines zylindrischen metallischen Vergleichskörpers vergleichbarer Größe mit der Maßgabe, dass (A) Amplituden kleiner als 75% der Vergleichsamplitude unkritische Fehler oder Materialabweichungen an dem Druckbehälter anzeigen (Klasse A), (B) Amplituden von 75% bis 100% der Vergleichsamplitude kritische Fehler oder Materialabweichungen an dem Druckbehälter anzeigen (Klasse B), und (C) Amplituden größer als 100% der Vergleichsamplitude überkritische Fehler oder Materialabweichungen an dem Druckbehälter anzeigen (Klasse C); wobei bei der Klassifizierung des EMAT-Sensorsignals in Klasse B eine zusätzliche Ultraschallprüfung mit mechanisch gekoppelter UT-Sonde im Bereich des zylindrischen Mantels des Druckbehälters durchgeführt wird, wobei eine ergänzende Klassifizierung der gefundenen Fehler oder Materialabweichungen erfolgt, wobei die zusätzliche Ultraschallprüfung mit UT-Sonde die Schritte enthält: (c) lokale mechanische Ultraschallanregung an der Oberfläche des zylindrischen Mantels des Druckbehälters mit der UT-Sonde, wobei die UT-Sonde in mehreren nebeneinanderliegenden Bahnen in Längsrichtung und/oder in Umfangsrichtung des Zylindermantels bewegt wird, Erfassen der akustischen Emissionen nach lokaler Anregung mit der UT-Sonde, und (d) Auswerten des erfassten UT-Sensorsignals durch Vergleich der Signalamplitude mit einer Vergleichsamplitude einer bei denselben Messbedingungen mit dieser UT-Sonde erfassten definierten Fehlstelle eines zylindrischen metallischen Vergleichskörpers vergleichbarer Größe mit der Maßgabe, dass (A) Amplituden kleiner als 75% der Vergleichsamplitude die gefundenen Fehler oder Materialabweichungen an dem Druckbehälter als unkritisch klassifizieren (Klasse A), (B) Amplituden von 75% bis 100% der Vergleichsamplitude die gefundenen Fehler oder Materialabweichungen an dem Druckbehälter als kritisch bestätigen (Klasse B), und (C) Amplituden größer als 100% der Vergleichsamplitude die gefundenen Fehler oder Materialabweichungen an dem Druckbehälter überkritisch klassifizieren (Klasse C).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter enthaltend den Schritt: (e) Ultraschallprüfung im Bereich eines nicht-zylindrischen Kopf- und Halsabschnitts des Druckbehälters mit mechanisch gekoppelter UT-Sonde, wobei eine Klassifizierung von dort zusätzlich gefundenen Fehlern oder Materialabweichungen anhand eines kalottenförmigen Vergleichskörpers erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei einer Klassifizierung in Klasse C der Druckbehälter als überkritisch fehlerhaft ausgesondert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Klassifizierung jeweils während der Registrierung des Sensorsignals und automatisch erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Druckbehälter ein Druckgasbehälter zur Speicherung von Flüssiggas ist.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Vergleichskörper ein Metallhohlzylinder mit eingebrachten Fehlstellen in Form genormter Rechtecknuten ist, wobei die Tiefe (D) der Nuten 4,25 % bis 5,75% der Mindestwanddicke des zu prüfenden Druckbehälters beträgt und die Breite (W) der Nuten 2-fach die Tiefe (D) beträgt und die Länge (L) der Nuten jeweils 50 mm beträgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Vergleichskörper die Rechtecknuten in Längsrichtung und in Umfangsrichtung, jeweils auf der Innenseite und auf der Außenseite trägt.
  8. Messapparatur zur zerstörungsfreien Detektion von technisch kritischen Materialdefekten an metallischen Druckbehältern mit zylindrischem Mantel, enthaltend: - EMAT-Sonde zur lokalen kontaktlosen elektromagnetischen Ultraschallanregung der Oberfläche des zylindrischen Mantels des Druckbehälters und zur Erfassung der elektromagnetischen Emissionen nach der lokalen Anregung mit der EMAT-Sonde; - UT-Sonde zur lokalen mechanischen Ultraschallanregung an der Oberfläche des zylindrischen Mantels des Druckbehälters und zur Erfassung der akustischen Emissionen nach der lokalen Anregung mit der UT-Sonde; und - Rechen- und Steuereinheit, die mit der EMAT-Sonde und der UT-Sonde in Signalverbindung steht, wobei die Rechen- und Steuereinheit programmiert ist zur Durchführung der Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
  9. Kit zur Prüfung von metallischen Druckbehältern mit zylindrischem Mantel, enthaltend: - die Messapparatur nach Anspruch 8 und - Vergleichskörper, charakterisiert in Anspruch 6 oder 7.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022124440A1 (de) 2022-09-22 2024-03-28 OPTIMESS Engineering GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen eines eine metallische Mantelwand aufweisenden Hohlkörpers

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3857052A (en) * 1972-04-28 1974-12-24 Rockwell International Corp Inspection and analysis system
US5036707A (en) * 1990-03-12 1991-08-06 The Boc Group, Inc. Ultrasonic testing apparatus and method for rapidly inspecting a large number of gas cylinders of similar design for internal neck-shoulder defects
US6125703A (en) * 1998-06-26 2000-10-03 Mcdermott Technology, Inc. Detection of corrosion fatigue in boiler tubes using a spike EMAT pulser
DE102008063948A1 (de) * 2008-12-19 2010-07-08 Tsg Technische Service Gesellschaft Mbh Verbesserte Schallemissionsprüfung bei Flüssiggasbehältern
US20110023610A1 (en) * 2009-08-03 2011-02-03 Georgia Tech Research Corporation Methods and systems for classifying the type and severity of defects in welds

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3857052A (en) * 1972-04-28 1974-12-24 Rockwell International Corp Inspection and analysis system
US5036707A (en) * 1990-03-12 1991-08-06 The Boc Group, Inc. Ultrasonic testing apparatus and method for rapidly inspecting a large number of gas cylinders of similar design for internal neck-shoulder defects
US6125703A (en) * 1998-06-26 2000-10-03 Mcdermott Technology, Inc. Detection of corrosion fatigue in boiler tubes using a spike EMAT pulser
DE102008063948A1 (de) * 2008-12-19 2010-07-08 Tsg Technische Service Gesellschaft Mbh Verbesserte Schallemissionsprüfung bei Flüssiggasbehältern
US20110023610A1 (en) * 2009-08-03 2011-02-03 Georgia Tech Research Corporation Methods and systems for classifying the type and severity of defects in welds

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Norm DIN EN 1968 2005-12-00. Ortsbewegliche Gasflaschen - Wiederkehrende Prüfung von nahtlosen Gasflaschen aus Stahl; Deutsche Fassung EN 1968:2002 + A1:2005. S. 1-48. Bibliographieinformationen ermittelt über: http://perinorm/perinorm/document.aspx [abgerufen am 2018-04-11]. *

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