EP2052246A1 - Verfahren zum prüfen der gefügestruktur einer schweissverbindung - Google Patents

Verfahren zum prüfen der gefügestruktur einer schweissverbindung

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EP2052246A1
EP2052246A1 EP07802466A EP07802466A EP2052246A1 EP 2052246 A1 EP2052246 A1 EP 2052246A1 EP 07802466 A EP07802466 A EP 07802466A EP 07802466 A EP07802466 A EP 07802466A EP 2052246 A1 EP2052246 A1 EP 2052246A1
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EP
European Patent Office
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microstructure
ultrasonic surface
surface wave
determining
probes
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07802466A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Korbinian Puchner
Michael Siegel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP07802466A priority Critical patent/EP2052246A1/de
Publication of EP2052246A1 publication Critical patent/EP2052246A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
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    • G—PHYSICS
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    • G01N2291/269—Various geometry objects
    • G01N2291/2693—Rotor or turbine parts

Definitions

  • the invention relates to a method for testing the microstructure of a welded joint on an inner or from the outer surface of a component extending to deeper cross-sections damage, for example due to material creep.
  • Creep operated live steam pipelines.
  • the method should be less labor-intensive and time-consuming and thus more cost-effective and reliable overall.
  • a method with the following steps is used for testing the microstructure of a welded joint for internal damage: generating at least one ultrasonic surface wave by means of a first test head, receiving the at least one ultrasonic surface wave by means of a second
  • Probe determining the acoustic properties, in particular the speed of sound, in the microstructure of the welded joint based on the relation between generated and received ultrasonic surface wave, determining the degree of damage of the internal
  • Microstructure of the welded joint on the basis of the determined acoustic properties.
  • the invention for testing the microstructure of a weld test probes are set, which allow a highly accurate measurement of the acoustic properties, in particular the speed of sound of ultrasonic waves.
  • the ultrasonic waves are emitted from the surface into the depth of the welded joint and move in particular as ultrasonic waves of different penetration depth (Rayleigh surface wave) within the microstructure.
  • the measurement of the acoustic Properties do not take place as conventionally usual with sound impulses, but with the help of a continuous surface wave.
  • the method according to the invention also advantageously comprises the steps of determining the phase shift between the at least one transmitted and the at least one received ultrasonic surface wave and determining the acoustic properties, in particular the speed of sound, in the microstructure on the basis of the determined phase shift.
  • broadband piezoelectric probes with a corresponding feed wedge are preferably used, which are fed by a function generator with a sinusoidal voltage signal.
  • the transmit signal as well as a pre-amplified receive signal are simultaneously applied to separate channels of an oscilloscope, whereby the phase shift between the two signals can be determined.
  • the two probes are preferably moved relative to one another.
  • This movement of the probes can be carried out by means of mechanized manipulators, which in particular comprise a high-precision displacement measuring system. In this way, a backlash-free and exactly reproducible displacement of the two probes is possible.
  • mechanized manipulators which in particular comprise a high-precision displacement measuring system. In this way, a backlash-free and exactly reproducible displacement of the two probes is possible.
  • the probes are particularly preferably moved relative to one another over a distance of the length of a plurality of wavelengths, and the average wavelength of the ultrasonic surface wave in the microstructure is calculated therefrom.
  • Head of the test head could vary. This is circumvented by comparable signal acquisition conditions for two identically aligned probes acting as receivers.
  • FIG. 1 shows a cross section of a component tested by the method according to the invention
  • FIG. 4 shows a perspective view of a component tested according to the invention in a so-called coarse scanning
  • FIG. 5 shows a perspective view of a component tested according to the invention in a so-called fine scanning
  • FIG. 6 shows a perspective view of a component tested according to the invention with an illustrated position of measuring tracks
  • FIG. 7 shows a first embodiment of a measurement setup for the method according to the invention
  • FIG. 9 shows a third exemplary embodiment of a measurement setup for the method according to the invention
  • FIG. 10 shows a schematic representation of the development of measurement parameters determined according to the invention over the stress duration of a component subject to high temperature stress.
  • FIG. 1 illustrates a cross-section of a component 10 on which a first weld seam 12 and a second weld seam 14 are located.
  • a method for testing the microstructure for internal damage in particular for creep damage, such as due to material creep.
  • an ultrasonic surface wave is generated on a surface 16 of the component 10 in a test head, not shown in Fig. 1, which is received or recorded by means of a second test head, also not shown in FIG.
  • From a comparison of the received ultrasonic surface wave with the transmitted ultrasonic surface wave and a speed of sound calculated therefrom in the microstructure of the component 10 can, as explained in more detail below, the degree of damage of the microstructure are determined.
  • the method allows a depth-dependent testing of time-stressed or time-standing damaged welded joints. This test is possible even at a usually found in welded joints inhomogeneous structure structure with high local and depth-dependent differences in the material properties.
  • the method ensures that the result is based purely on physical quantities and objectively collected.
  • the speed of sound in the microstructure of the component 10 can be changed by changing the frequency of the transmitted ultrasonic surface waves whose penetration depth. With these so-called Rayleigh waves, a depth profile of the speed of sound in the microstructure of the component 10 can then be created. Through targeted integral detection of the acoustic properties at different penetration depths, a sonic velocity profile can be created with the ultrasonic surface waves in this way, the course of which is sensitively influenced by progress of damage to the component 10. This represents a significant gain in knowledge, especially in the assessment of cemetery damage.
  • FIG. 1 illustrates that, assuming a maximum pore concentration at the surface 16, an ultrasound surface wave 18 of low penetration first penetrates only a region 20 of the most damaged microstructure. Assuming a steady assumption of the damage with the depth of the component 10, the less damaged material fraction integrally detected by the ultrasonic surface wave 18 increases in proportion as the penetration depth increases (see FIG. 1).
  • FIG. 1 a variation of a frequency f from f 1 to f 2 is illustrated, which lies in a range from 400 kHz to 3 MHz.
  • the wavelength of the associated ultrasonic surface wave ⁇ changes from a value ⁇ i to a value of X 2 with penetration depths of approximately 1 mm to approximately 8 mm.
  • Fig. 2 it is illustrated that a near-surface creep damage thus leads to significantly different speed of sound between the surface 16 and a lower portion of the component 10 (see curve 22), while at a damage-free or undamaged material a nearly depth-constant course (see trace 24) is observed. From the curvature behavior of the measurement curves 22 and 24 or their curve gradient can thus be concluded that the damage progress in relation to the surface 16 as a reference region.
  • frequencies are selected, resulting in a number of layers or support points which describe the course of the speed of sound in relation to the distance to the surface 16.
  • frequencies between about 400 kHz to about 3 MHz are selected, resulting in a penetration depth of up to 8 mm for the materials usually to be examined. The measuring depth with the method of this kind is therefore considerable.
  • the equation fulfills the requirements for a mathematical description model in a largely optimal way.
  • two characteristic quantities are sufficient for the description of all measurement curves, namely the specification of a surface acoustic velocity C 0 and of a gradient coefficient K.
  • the integral sound velocity at any point in the interior of the component can be calculated from the known curve.
  • the integral sound velocity at any point in the interior of the component can be calculated from the known curve.
  • FIGS. 4 to 6 illustrate the spatial procedure in the method according to the invention for testing the microstructure of a weld seam 12 on a component 10.
  • a so-called coarse scanning (FIG. 4) is carried out for an overview evaluation, whereby individual ones
  • Measuring tracks 26 transverse to the longitudinal extent of the weld 12th are directed. These measuring tracks 26 represent the path between two test heads (illustrated below in FIGS. 7 to 9), which are moved individually or optionally together along these measuring tracks 26. With the coarse scanning illustrated in FIG. 4, defects in the microstructure of the weld 12 as well as the immediately surrounding component are detected. In a second method step, so-called fine scanning, illustrated in FIG. 5, individual measuring tracks 26 are subsequently aligned parallel to the longitudinal extent of the weld seam 12. In this way, a detailed assessment of the material volume takes place. From the individual measurements oriented in this way, both a sound velocity profile and a gradient profile of measurement curves, as illustrated in FIGS. 2 and 3, are obtained. From the change of these measurement curves during the life of the associated component can be concluded that a progressively developing damage to the weld 12.
  • FIG. 6 again illustrates that, according to the procedure according to the invention, a complete characterization of a weld 12 in its spatial extent is possible, this spatial extent being the length of the measurement tracks 26, the number and the spacing of the individual measurements and the penetration depth of the ultrasound - Surface waves results.
  • FIG. 7 illustrates a first exemplary embodiment of a measurement setup 28 for carrying out the method according to the invention. It is a first, acting as a transmitter for ultrasonic surface wave probe 30 and a second, acting as a receiver of the ultrasonic surface wave probe 32 is provided.
  • the two probes 30 and 32 are arranged on a manipulator 34, by means of which a virtually backlash-free and exactly reproducible displacement of the two probes 30 and 32 on the component 10 to be tested along a straight line is ensured.
  • the relative Traversing position of the two probes 30 and 32 is recorded via a high-precision displacement measuring system 36.
  • the acting as a transmitter probe 30, which is designed as a broadband piezoelectric probe with a corresponding Vorlaufkeil is fed by a function generator 38 with a sinusoidal voltage signal and thereby generates a continuous ultrasonic surface wave.
  • This ultrasonic surface wave propagates on the surface 16 of the component 10 along an axis of the test head 30 and is received by the test head 32 arranged in the opposite direction.
  • the transmitter signal as well as the preamplified signal received by the probe 32 are simultaneously applied to separate channels of an oscilloscope 40, whereby a phase shift between the two signals can be determined.
  • the displacement during a measuring operation is approximately 50 mm to approximately 100 mm, depending on the dimensions of the component 10 to be tested and the size of the probes 30 and 32 used, the change in the phase shift being recorded as a function of the measuring length.
  • the thus determined data allow due to taking into account the number of swept phase shifts and the length of the measuring section, the calculation of a mean wavelength of the ultrasonic surface wave in the component 10.
  • the speed of sound c in the component 10 is then based on the wavelength ⁇ and the frequency f, which by the frequency generator 38 is predetermined, calculated. By averaging the wavelength over the travel of the probes 30 and 32 in this way a very high measurement accuracy can be achieved.
  • a damage of the microstructure of a weld seam 12 or 14 on the component 10 that is near the surface leads to a depth-dependent gradient of the ascertained sound velocity c and through an evaluation of the
  • Velocity profiles across the cross-section of the weld 12 or 14 allow conclusions to be drawn as to their degree of damage.
  • the above-explained coarse scanning (FIG. 4) makes it possible to detect defects within a short time, with conspicuous measuring points subsequently being subjected to a detailed fine scanning (FIG. 5) in a refined testing process (using a plurality of measurement frequencies).
  • Fig. 8 is an alternative embodiment of a
  • Measurement setup 28 illustrated in which two probes 30 and 32 are each arranged in a fixed horrovipfan onion. These probes 30 and 32 are each connected to a function generator 38 and an oscilloscope 40 again. In contrast to the measuring structure 28 shown in FIG. 7, a displacement of the probes 30 and 32 by means of a manipulator is not provided here, but the probes 30 and 32 are arranged stationary and the measuring frequency is varied as a variable variable. Due to this procedure, the costs for the manipulator and the displacement measuring system are eliminated. The measurement can also be fully automatic.
  • the arrangement according to FIG. 8 can also be used to change the phase position between the two signals relative to one another at constant test head spacing
  • Reference value eg base material
  • the rigid arrangement of the probes 30 and 32 is moved across the weld and evaluated the local changes in the phase position in response to material changes. This can be done electronically (Comparator circuit). The frequency range and thus the depth effect of the method remain unaffected.
  • FIG. 9 illustrates an embodiment of a measurement setup 28 in which a total of three stationary probes 30, 32 and 42 are provided, of which the test head 30 is connected to a function generator 38 and the probes 32 and 42 are connected to an oscilloscope 40 as a receiver ,
  • the signals of the two acting as a receiver probes 32 and 42 are adjusted to the phase equality.
  • the precision of the measurement can be further increased, since in a head-to-head arrangement of the metrologically relevant fürmaschinepfabstand could vary by a variable with the measurement frequency exit point from the Vorlaufkeil the associated test head, but this by the presently provided comparable conditions for the Signal recording at the two acting as a receiver probes 32 and 42 can be bypassed with identical orientation.
  • FIG. 10 illustrates an evaluation of progressions of the speed of sound over the cross section of one of the weld seams 12 or 14.
  • FIG. 10 illustrates that a description of the damage state of the microstructure on a weld seam is possible by the sound velocity profile.
  • Fig. 10 shows a total of four curves 44, 46, 48 and 50, each of which illustrate the course of the gradient of the speed of sound over a position transverse to a longitudinal extent of a weld.
  • the line 44 shows a weld in new condition
  • the line 46 an operationally stressed weld
  • the line 48 an advanced operationally stressed weld
  • line 50 finally, a weld with damaged microstructure.
  • the line 44 basically has an M-shape, which extends with its two maxima in the region of melting lines 52 and 54, respectively. These melting lines form the respective Boundary region between one side of the weld and the adjacent component.
  • the basically M-shaped line 44 thus flattens out over the increasing service life of the associated component (see lines 46 and 48 in FIG. 10).
  • this change of the gradient K from an M-shape in the new state via a flattening in the operational state to a W-shape in the damaged state clearly the qualitative development course at the associated Weld seam shows.
  • the microstructure In the initial state of a weld, the microstructure has a very inhomogeneous distribution, in particular in the area of the melting lines (solidification structure) different states. This manifests itself within the measurement curves or lines 44 to 50 by locally limited to these areas gradient coefficient K high degree. If a leveling in the course of the gradient coefficient K over the weld cross-section is to be determined, the metrological proof of a long-term operating stress on high
  • Material volume in the area of the melting line 52 and 54 extends is to detect a camber of the center of gravity in the direction of the heat fusion lines 52 and 54 after a crosstalk damage occurs.
  • the material structure or the material structure within the melting lines 52 and 54 (fine grain zone) thus reacts particularly sensitively to a time-dependent material change and thus represents the function of an early indicator

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Abstract

Ein Verfahren zum Prüfen der Gefügestruktur einer Schweißverbindung (10, 12, 14) auf eine innenliegende Schädigung, beispielsweise bedingt durch Werkstoffkriechen, umfasst die Schritte: Erzeugen mindestens einer Ultraschall- Oberflächenwelle mittels eines ersten Prüfkopfes (30), Empfangen der mindestens einen Ultraschall-Oberflächenwelle mittels eines zweiten Prüfkopfes (32, 42), Bestimmen der akustischen Eigenschaften in der Gefügestruktur auf der Grundlage der Relation zwischen erzeugter und empfangener Ultraschall-Oberflächenwelle und Bestimmen des Schädigungsgrades der innenliegenden Gefügestruktur auf der Grundlage der ermittelten akustischen Eigenschaften.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Prüfen der Gefügestruktur einer Schweißverbindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Gefügestruktur einer Schweißverbindung auf eine innenliegende bzw. von der Außenoberfläche eines Bauteils sich bis in tieferliegende Querschnitte erstreckende Schädigung, beispielsweise bedingt durch Werkstoffkriechen .
Insbesondere in der Energietechnik werden an Schweißverbindungen, beispielsweise an Turbinenkomponenten wie Frischdampfrohrleitungen von einem Kessel zur eigentlichen Turbine oder turbineninternen Rohrleitungen, sehr hohe Anforderungen hinsichtlich der Qualität der Gefügestruktur gestellt. Zugleich unterliegen diese Schweißverbindungen sehr hohen Belastungen. Im Gegensatz zu nur im Streckgrenzen- oder Warmstreckgrenzenbereich beanspruchten Anlagen haben Bauteile, welche unter sehr hohen Betriebstemperaturen arbeiten, eine durch Werkstoffkriechen bedingte begrenzte Lebensdauer. Um die Sicherheit und Verfügbarkeit solcher durch Werkstoffkriechen beanspruchter Bauteile zu gewährleisten, sind zuverlässige Prüfungen, insbesondere an den zugehörigen Schweißverbindungen durchzuführen. Dies gilt insbesondere für die im
Zeitstandbereich betriebenen Frischdampfrohrleitungen .
Zur Prüfung derartiger Schweißverbindungen sind bislang nur konventionelle Gefügeabdrucktechniken (metallografische Untersuchungen) an der unmittelbaren Bauteiloberfläche bekannt. Dabei können aufgrund des hohen Aufwandes für solche Prüfungen nur begrenzte und im Voraus definierte Bereiche untersucht werden. Andere Bereiche bleiben hingegen ungeprüft . Zudem erfordert diese arbeits- und zeitintensive Prüftechnik sehr gut ausgebildetes und erfahrenes Personal. Die Ergebnisse müssen vom Prüfpersonal schließlich noch subjektiv beurteilt werden, so dass es zu stark unterschiedlichen Bewertungen kommen kann.
Es ist eine Aufgabe, der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Prüfen der Gefügestruktur einer Schweißverbindung anzugeben, bei dem die oben genannten Nachteile zumindest verringert sind. Das Verfahren soll insbesondere weniger arbeits- und zeitintensiv und dadurch insgesamt kostengünstiger und zuverlässiger sein.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Prüfen der Gefügestruktur einer Schweißverbindung auf eine innenliegende Schädigung, beispielsweise bedingt durch Werkstoffkriechen mit den im Anspruch 1 genannten Schritten gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen genannt .
Erfindungsgemäß wird zum Prüfen der Gefügestruktur einer Schweißverbindung auf eine innenliegende Schädigung ein Verfahren mit folgenden Schritten verwendet: Erzeugen mindestens einer Ultraschall-Oberflächenwelle mittels eines ersten Prüfkopfes, Empfangen der mindestens einen Ultraschall-Oberflächenwelle mittels eines zweiten
Prüfkopfes, Bestimmen der akustischen Eigenschaften, insbesondere der Schallgeschwindigkeit, in der Gefügestruktur der Schweißverbindung auf der Grundlage der Relation zwischen erzeugter und empfangener Ultraschall-Oberflächenwelle, Bestimmen des Schädigungsgrades der innenliegenden
Gefügestruktur der Schweißverbindung auf der Grundlage der ermittelten akustischen Eigenschaften.
Mit anderen Worten werden erfindungsgemäß zum Prüfen der Gefügestruktur einer Schweißverbindung Prüfköpfe angesetzt, welche eine hochgenaue Messung der akustischen Eigenschaften, insbesondere der Schallgeschwindigkeit von Ultraschallwellen ermöglichen. Die Ultraschallwellen werden dabei von der Oberfläche aus in die Tiefe der Schweißverbindung ausgesendet und bewegen sich insbesondere als Ultraschallwellen unterschiedlicher Eindringtiefe (Rayleigh-Oberflächenwelle) innerhalb der Gefügestruktur. Die Messung der akustischen Eigenschaften erfolgt nicht, wie konventionell üblich mit Schallimpulsen, sondern mit Hilfe einer kontinuierlichen Oberflächenwelle. Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren können Schädigungen der Schweißverbindung insbesondere an zeitstandgeschädigten Kraftwerkskomponenten bereits im
Frühstadium auf sehr kostengünstige Weise erkannt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner vorteilhaft die Schritte: Bestimmen der Phasenverschiebung zwischen der mindestens einen gesendeten und der mindestens einen empfangenen Ultraschall-Oberflächenwelle und Bestimmen der akustischen Eigenschaften, insbesondere der Schallgeschwindigkeit, in der Gefügestruktur auf der Grundlage der ermittelten Phasenverschiebung. Zum Bestimmen der Phasenverschiebung zwischen der mindestens einen gesendeten und der mindestens einen empfangenen Ultraschall- Oberflächenwelle werden bevorzugt breitbandige piezoelektrische Prüfköpfe mit einem entsprechenden Vorlaufkeil verwendet, die von einem Funktionsgenerator mit einem sinusförmigen Spannungssignal gespeist werden. Das Sendesignal sowie ein vorverstärktes Empfangssignal werden simultan auf getrennte Kanäle eines Oszilloskops gegeben, wodurch die Phasenverschiebung zwischen beiden Signalen bestimmt werden kann.
Zum Bestimmen der Phasenverschiebung zwischen der mindestens einen gesendeten und der mindestens einen empfangenen Ultraschall-Oberflächenwelle werden ferner die beiden Prüfköpfe bevorzugt relativ zueinander bewegt. Diese Bewegung der Prüfköpfe kann mittels mechanisierter Manipulatoren durchgeführt werden, welche insbesondere ein hochpräzises Wegmesssystem umfassen. Auf diese Weise ist ein spielfreies und exakt reproduzierbares Verschieben der beiden Prüfköpfe möglich. Beim Verschieben des empfangenden Prüfköpfes relativ zum sendenden Prüfkopf ändert sich die Phasenverschiebung der oben genannten Schwingungen von Sender- und Empfängersignal relativ zueinander. Die Phasenlage ist nicht nur durch
Verschieben der Prüfköpfe zu ermitteln, sondern auch auf elektronischem Weg insbesondere über den Einsatz einer Hochfrequenz-Komparatorschaltung . Dabei entfällt jegliche Manipulation der Prüfköpfe und auch das Wegmesssystem kann entfallen. Eine Änderung der Phasenverschiebung um einen kompletten Phasenumlauf von 2π entspricht einem Verfahrweg von exakt einer Wellenlänge.
Besonders bevorzugt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Prüfköpfe relativ zueinander über eine Entfernung von der Länge mehrerer Wellenlängen bewegt und daraus die Wellenlänge der Ultraschall-Oberflächenwelle in der Gefügestruktur gemittelt errechnet. Durch die Mittelung der Wellenlänge über den Verfahrweg der Prüfköpfe ist eine sehr hohe Messgenauigkeit erreichbar.
Zum genauen Bestimmen von innenliegenden Schädigungen der Gefügestruktur einer Schweißverbindung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sind ferner die folgenden
Schritte vorgesehen: Verändern der Frequenz der mindestens einen gesendeten Ultraschall-Oberflächenwelle und Bestimmen der akustischen Eigenschaften in der Gefügestruktur auf der Grundlage des Gradienten der entsprechenden Veränderung der Wellenlänge der mindestens einen empfangenen Ultraschall- Oberflächenwelle. Über das derart ermittelte Geschwindigkeitsprofil von Ultraschallwellen innerhalb der Gefügestruktur können über den zugehörigen Werkstoffquerschnitt hinweg die notwendigen Rückschlüsse auf eine Schädigung der Schweißverbindung gezogen werden. Als Bewertungskriterium dienen dabei wie genannt zum Einen die absolute Höhe der Schallgeschwindigkeit und zum Anderen der Gradient des Geschwindigkeitsprofils. Es können auch Relativmessungen durchgeführt werden. Dabei wird die Änderung der Phasenlage bei einer konstanten Prüffrequenz über den Schweißnahtquerschnitt ausgewertet. Zusätzlich können Vergleichsmessungen an weniger beanspruchten Stellen desselben Bauteils durchgeführt werden.
Darüber hinaus ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt zum Bestimmen der Phasenverschiebung zwei als
Empfänger wirkende Prüfköpfe auf Phasengleichheit der von ihnen empfangenen Ultraschall-Oberflächenwellen einzuregeln. Auf diese Weise ist eine weitere Erhöhung der Messqualität möglich, da bei einer solchen Kopf-an-Kopf-Anordnung der messtechnisch relevante Prüfköpfabstand durch einen mit der Messfrequenz veränderlichen Wellenaustrittspunkt aus dem
Vorlaufkeil des Prüfköpfes variieren könnte. Dies wird durch vergleichbare Bedingungen für die Signalaufnahme bei zwei als Empfänger wirkenden Prüfköpfen mit identischer Ausrichtung umgangen .
Um eine schichtweise Abtastung der erfindungsgemäß zu prüfenden Schweißverbindung zu ermöglichen, ist es von Vorteil aufeinander folgende Ultraschall-Oberflächenwellen zu erzeugen und zu empfangen, welche verschiedene Wellenlängen aufweisen, und auf diese Weise eine geschichtete Prüfung der Schweißverbindung von der Oberfläche in die Tiefe zu generieren .
Schließlich ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren noch bevorzugt vorgesehen, zunächst ein grob gerastertes Abtasten der Schweißverbindung, insbesondere in deren Querrichtung, und nachfolgend ein feingerastertes Abtasten einer ermittelten innenliegenden Schädigung der Gefügestruktur durchzuführen. Das feingerasterte Abtasten erfolgt dabei insbesondere bevorzugt in Längsrichtung der jeweiligen Schweißverbindung .
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Prüfen der Gefügestruktur einer Schweißverbindung auf eine innenliegende Schädigung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt : Fig. 1 einen Querschnitt eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geprüften Bauteils,
Fig. 2 den Verlauf von Messkurven an einem erfindungsgemäß geprüften, geschädigten Bauteil und einem erfindungsgemäß geprüften, ungeschädigten Bauteil, Fig. 3 weitere Verläufe von Messkurven an derartigen Bauteilen,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß geprüften Bauteils bei einem so genannten Grob-Scanning,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß geprüften Bauteils bei einem so genannten Fein-Scanning,
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß geprüften Bauteils mit dargestellter Lage von Messspuren,
Fig. 7 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Messaufbaus für das erfindungsgemäße Verfahren,
Fig. 8 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Messaufbaus für das erfindungsgemäße Verfahren,
Fig. 9 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Messaufbaus für das erfindungsgemäße Verfahren und Fig. 10 eine schematische Darstellung der Entwicklung von erfindungsgemäß ermittelten Messparametern über die Beanspruchungsdauer eines hochtemperaturbeanspruchten Bauteils hinweg.
In Fig. 1 ist ein Querschnitt eines Bauteils 10 veranschaulicht, an dem sich eine erste Schweißnaht 12 und eine zweite Schweißnaht 14 befindet. Diese beiden Schweißnähte 12 und 14 werden mit einem Verfahren zum Prüfen der Gefügestruktur auf eine innenliegende Schädigung, insbesondere auf eine Zeitstandschädigung, wie beispielsweise bedingt durch Werkstoffkriechen, untersucht. Dabei wird an einer Oberfläche 16 des Bauteils 10 in einem in Fig. 1 nicht dargestellten Prüfkopf eine Ultraschall-Oberflächenwelle erzeugt, welche mittels eines in Fig. 1 ebenfalls nicht dargestellten zweiten Prüfkopfes empfangen bzw. aufgenommen wird. Aus einem Vergleich der empfangenen Ultraschall- Oberflächenwelle mit der gesendeten Ultraschall- Oberflächenwelle und einer daraus errechneten Schallgeschwindigkeit in der Gefügestruktur des Bauteils 10 kann, wie nachfolgend näher erläutert wird, der Schädigungsgrad der Gefügestruktur bestimmt werden. Das Verfahren ermöglicht dabei eine tiefenabhängige Prüfung von zeitstandbeanspruchten bzw. zeitstandgeschädigten Schweißverbindungen. Diese Prüfung ist selbst an einem bei Schweißverbindungen in der Regel vorzufindenden inhomogenen Gefügeaufbau mit hohen örtlichen und auch tiefenabhängigen Unterschieden in den Werkstoffeigenschaften möglich.
Darüber hinaus ist mit dem Verfahren sichergestellt, dass das Ergebnis rein auf physikalischen Größen basiert und objektiv erhoben wird.
Neben einer Erfassung der absoluten Höhe der
Schallgeschwindigkeit in der Gefügestruktur des Bauteils 10 lässt sich durch eine Veränderung der Frequenz der gesendeten Ultraschall-Oberflächenwellen deren Eindringtiefe verändern. Mit diesen so genannten Rayleigh-Wellen kann dann ein Tiefenprofil der Schallgeschwindigkeit in der Gefügestruktur des Bauteils 10 erstellt werden. Durch gezieltes integrales Erfassen der akustischen Eigenschaften bei unterschiedlichen Eindringtiefen kann mit den Ultraschall-Oberflächenwellen auf diese Weise ein Schallgeschwindigkeitsprofil erstellt werden, dessen Verlauf durch einen Fortschritt einer Schädigung an dem Bauteil 10 empfindlich beeinflusst wird. Dies stellt einen erheblichen Erkenntnisgewinn insbesondere bei der Beurteilung von Zeitstandschäden dar.
In Fig. 1 ist veranschaulicht, dass unter Annahme einer maximalen Porenkonzentration an der Oberfläche 16 eine Ultraschall-Oberflächenwelle 18 geringer Eindringtiefe zunächst nur einen Bereich 20 der am stärksten geschädigten Gefügestruktur durchdringt. Setzt man eine stetige Annahme der Schädigung mit der Tiefe des Bauteils 10 voraus, nimmt der von der Ultraschall-Oberflächenwelle 18 integral erfasste, weniger geschädigte Werkstoffanteil mit zunehmender Eindringtiefe anteilmäßig zu (siehe Fig. 1) .
An der Oberfläche 16 wird deshalb als dem Ort der stärksten Schädigung ein Schallgeschwindigkeitsminimum gemessen, während durch die mit zunehmender Eindringtiefe geringer werdende Porenkonzentration eine Zunahme der
Schallgeschwindigkeit zu verzeichnen ist. In Fig. 1 ist dabei eine Variation einer Frequenz f von f1 hin zu f2 veranschaulicht, welche in einem Bereich von 400 KHz bis 3 MHz liegt. Im Gegenzug verändert sich die Wellenlänge der zugehörigen Ultraschall-Oberflächenwelle λ von einem Wert λi hin zu einem Wert von X2 mit Eindringtiefen von zirka 1 mm bis zirka 8 mm.
In Fig. 2 ist veranschaulicht, dass eine oberflächennahe Kriechschädigung folglich zu deutlich unterschiedlichen Schallgeschwindigkeit zwischen der Oberfläche 16 und einem tiefer gelegenen Bereich des Bauteils 10 führt (siehe Messkurve 22), während bei einem schädigungsfreien bzw. ungeschädigten Werkstoff ein nahezu tiefenkonstanter Verlauf (siehe Messkurve 24) zu beobachten ist. Aus dem Krümmungsverhalten der Messkurven 22 und 24 bzw. deren Kurvengradient kann somit auf den Schädigungsfortschritt in Bezug auf die Oberfläche 16 als Referenzbereich geschlossen werden.
Es werden dabei mehrere Frequenzen gewählt, so dass sich eine Anzahl Schichten bzw. Stützstellen ergeben, die den Verlauf der Schallgeschwindigkeit im Verhältnis zum Abstand zur Oberfläche 16 beschreiben. Dabei werden, wie erwähnt, Frequenzen zwischen zirka 400 KHz bis zirka 3 MHz gewählt, woraus sich bei den üblicherweise zu untersuchenden Werkstoffen eine Eindringtiefe von bis zu 8 mm ergibt. Die Messtiefe mit dem derartigen Verfahren ist also erheblich.
Zur Durchführung einer vergleichenden Bewertung der Verläufe der Messdaten bzw. der in Fig. 2 veranschaulichten Messkurven 22 und 24 wird deren Verlauf erfindungsgemäß mathematisch beschrieben. Ein beispielhafter Vergleich verschiedener realer Messdaten ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei variieren die Tiefenverläufe der Schallgeschwindigkeiten hinsichtlich der Parameter absolute Höhe der Schallgeschwindigkeit, Tiefenverlauf der Schallgeschwindigkeit und Messbereich (minimale/maximale Eindringtiefe) teilweise beachtlich.
Um insbesondere eine rechnergestützte Beurteilung der Messdaten zu ermöglichen, wird daher eine mathematische Beschreibung der Daten angestrebt, ohne jedoch wichtige Informationen aus deren Verlauf zu unterdrücken. Eine umfangreiche Regressionsanalyse einer Vielzahl von Messdaten hat ergeben, dass der Tiefenverlauf der Messdaten durch einen logarithmischen Regressionsansatz der Form cint = K * ln(t) + C0 beschrieben werden kann. Dabei ist t die Tiefenkoordinate, cirit ein integraler Messwert der Schallgeschwindigkeit, C0 der Wert der absoluten Schallgeschwindigkeit bei t = 0 (Oberfläche 16) und K ein Gradientenkoeffizient bzw. eine Gradientenzahl .
Die Gleichung erfüllt die Anforderungen an ein mathematisches Beschreibungsmodel in weitgehend optimaler Weise. Zur Beschreibung sämtlicher Messkurven sind somit zwei charakteristische Größen hinreichend, nämlich die Angabe einer Oberflächenschallgeschwindigkeit C0 sowie eines Gradientenkoeffizienten K.
Neben der Bestimmung der Schallgeschwindigkeit C0 als Bestimmungsgröße für die absoluten Höhen von Schallgeschwindigkeiten innerhalb der Gefügestruktur des Bauteils 10 kann aus dem bekannten Kurvenverlauf die integrale Schallgeschwindigkeit an einer beliebigen Stelle im Inneren des Bauteils errechnet werden. Bei der Anwendung dieses Vorgehens auf Schweißverbindungen bzw. die in Fig. 1 dargestellten Schweißnähte 12 und 14 können so gemessene und errechnete Schallgeschwindigkeiten in tieferen Gefügestrukturen gegenüber gestellt werden.
In den Fig. 4 bis 6 ist die räumliche Vorgehensweise bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Prüfen der Gefügestruktur einer Schweißnaht 12 an einem Bauteil 10 veranschaulicht. Zunächst wird für eine Übersichtsbeurteilung ein so genanntes Grob-Scanning (Fig. 4) durchgeführt, wobei einzelne
Messspuren 26 quer zur Längserstreckung der Schweißnaht 12 gerichtet sind. Diese Messspuren 26 stellen den Weg zwischen zwei (nachfolgend in den Fig. 7 bis 9 veranschaulichten) Prüfköpfen dar, welche einzeln oder gegebenenfalls zusammen längs dieser Messspuren 26 verschoben werden. Mit dem in Fig. 4 veranschaulichten Grob-Scanning werden Fehlstellen in der Gefügestruktur der Schweißnaht 12 sowie dem unmittelbar umliegenden Bauteil aufgespürt. In einem zweiten, in Fig. 5 veranschaulichten Verfahrensschritt, dem so genannten Fein- Scanning, werden nachfolgend einzelne Messspuren 26 parallel zur Längserstreckung der Schweißnaht 12 ausgerichtet. Auf diese Weise erfolgt eine detaillierte Beurteilung des Werkstoffvolumens . Aus den derart ausgerichteten Einzelmessungen erhält man sowohl ein Schallgeschwindigkeitsprofil als auch ein Gradientenprofil von Messkurven, wie sie in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht sind. Aus der Veränderung dieser Messkurven während der Lebensdauer des zugehörigen Bauteils kann auf eine sich fortentwickelnde Schädigung der Schweißnaht 12 geschlossen werden .
In Fig. 6 ist nochmals veranschaulicht, dass gemäß der erfindungsgemäßen Vorgehensweise eine vollständige Charakterisierung einer Schweißnaht 12 in deren räumlicher Ausdehnung möglich ist, wobei sich diese räumliche Ausdehnung aus der Länge der Messspuren 26, der Anzahl und dem Abstand der Einzelmessungen sowie der Eindringtiefe der Ultraschall- Oberflächenwellen ergibt.
In Fig. 7 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Messaufbaus 28 zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht. Es ist ein erster, als Sender für Ultraschall-Oberflächenwellen wirkender Prüfkopf 30 sowie ein zweiter, als Empfänger der Ultraschall-Oberflächenwellen wirkender Prüfköpf 32 vorgesehen. Die beiden Prüfköpfe 30 und 32 sind an einem Manipulator 34 angeordnet, mittels dem ein nahezu spielfreies und exakt reproduzierbares Verschieben der beiden Prüfköpfe 30 und 32 auf dem zu prüfenden Bauteil 10 entlang einer Geraden gewährleistet ist. Die relative Verfahrposition der beiden Prüfköpfe 30 und 32 wird über ein hochpräzises Wegmesssystem 36 aufgezeichnet.
Der als Sender wirkende Prüfkopf 30, welcher als ein breitbandiger piezoelektrischer Prüfkopf mit entsprechendem Vorlaufkeil gestaltet ist, wird von einem Funktionsgenerator 38 mit einem sinusförmigen Spannungssignal gespeist und erzeugt dabei eine kontinuierliche Ultraschall- Oberflächenwelle. Diese Ultraschall-Oberflächenwelle breitet sich an der Oberfläche 16 des Bauteils 10 entlang einer Achse des Prüfkopfes 30 aus und wird durch den vorliegend entgegengerichtet angeordneten Prüfköpf 32 aufgenommen. Das Sendersignal sowie das vorverstärkte, vom Prüfkopf 32 empfangene Signal werden simultan auf getrennte Kanäle eines Oszilloskops 40 gegeben, wodurch eine Phasenverschiebung zwischen beiden Signalen bestimmt werden kann.
Zugleich wird der als Empfänger wirkende Prüfkopf 32 relativ zum als Sender wirkenden Prüfkopf 30 verschoben, wodurch sich eine Phasenverschiebung der Senderschwingung relativ zur Empfängerschwingung ergibt. Eine Änderung der Phasenverschiebung um einen kompletten Phasenumlauf von 2π entspricht einem Verfahrweg von exakt einer Wellenlänge.
Der Verschiebeweg während eines Messvorgangs beträgt je nach den Abmessungen des zu prüfenden Bauteils 10 und der Größe der verwendeten Prüfköpfe 30 und 32 zirka 50 mm bis zirka 100 mm, wobei die Änderung der Phasenverschiebung als eine Funktion der Messlänge aufgezeichnet wird. Die derart ermittelten Daten ermöglichen aufgrund einer Berücksichtigung der Anzahl der überstrichenen Phasenverschiebungen und der Länge der Messtrecke die Berechnung einer mittleren Wellenlänge der Ultraschall-Oberflächenwelle im Bauteil 10. Die Schallgeschwindigkeit c im Bauteil 10 wird dann anhand der Wellenlänge λ und der Frequenz f, welche durch den Frequenzgenerator 38 vorgegeben ist, berechnet. Durch die Mittelung der Wellenlänge über den Verfahrweg der Prüfköpfe 30 und 32 ist auf diese Weise eine sehr hohe Messgenauigkeit erreichbar . Wie oben erläutert, führt bei dem derartigen Messverfahren eine oberflächennah vorliegende Schädigung der Gefügestruktur einer Schweißnaht 12 oder 14 am Bauteil 10 zu einem tiefenabhängigen Gradienten der ermittelten Schallgeschwindigkeit c und durch eine Auswertung des
Geschwindigkeitsprofils über den Querschnitt der Schweißnaht 12 oder 14 sind Rückschlüsse auf deren Schädigungsgrad möglich .
Durch das oben erläuterte Grob-Scanning (Fig. 4) ist ein Aufspüren von Fehlstellen innerhalb kurzer Zeit möglich, wobei anschließend auffällige Messstellen in einem verfeinerten Prüfvorgang (unter Anwendung mehrerer Messfrequenzen) einem detaillieren Fein-Scanning (Fig. 5) unterzogen werden.
In Fig. 8 ist eine alternative Ausführungsform eines
Messaufbaus 28 veranschaulicht, bei dem zwei Prüfköpfe 30 und 32 jeweils in einer festen Prüfköpfanordnung angeordnet sind. Diese Prüfköpfe 30 und 32 sind jeweils wieder an einen Funktionsgenerator 38 und ein Oszilloskop 40 angeschlossen. Im Unterschied zum in Fig. 7 dargestellten Messaufbau 28 ist vorliegend nicht ein Verschieben der Prüfköpfe 30 und 32 mittels eines Manipulators vorgesehen, sondern die Prüfköpfe 30 und 32 sind ortsfest angeordnet und es wird an ihnen als veränderlich Größe die Messfrequenz variiert. Aufgrund dieser Vorgehensweise entfallen die Kosten für den Manipulator und das Wegmesssystem. Die Messung kann ferner voll automatisch ablaufen .
Die Anordnung gemäß Fig. 8 kann auch dazu verwendet werden, um bei konstantem Prüfköpfabstand eine Änderung der Phasenlage zwischen beiden Signalen relativ zu einer
Bezugsgröße (z.B. Grundwerkstoff) auszuwerten. Dazu wird die starre Anordnung der Prüfköpfe 30 und 32 über die Schweißnaht hinweg bewegt und die örtlichen Änderungen der Phasenlage als Reaktion auf Werkstoffveränderungen ausgewertet. Dies kann elektronisch geschehen (Komparatorschaltung) . Der Frequenzbereich und damit die Tiefenwirkung des Verfahrens bleiben davon unberührt.
In Fig. 9 ist eine Ausführungsform eines Messaufbaus 28 veranschaulicht, bei dem insgesamt drei ortsfeste Prüfköpfe 30, 32 und 42 vorgesehen sind, von denen der Prüfkopf 30 an einen Funktionsgenerator 38 und die Prüfköpfe 32 und 42 als Empfänger wirkend an ein Oszilloskop 40 angeschlossen sind. Die Signale der beiden als Empfänger wirkenden Prüfköpfe 32 und 42 werden auf Phasengleichheit eingeregelt. Dadurch kann die Präzision der Messung weiter erhöht werden, da bei einer Kopf-an-Kopf-Anordnung der messtechnisch relevante Prüfköpfabstand durch einen mit der Messfrequenz veränderlichen Austrittspunkt aus dem Vorlaufkeil des zugehörigen Prüfkopfes variieren könnte, dies aber durch die vorliegend bereitgestellten vergleichbaren Bedingungen für die Signalaufnahme an den beiden als Empfänger wirkenden Prüfköpfen 32 und 42 mit identischer Ausrichtung umgangen werden kann.
In Fig. 10 ist eine Auswertung von Verläufen der Höhe der Schallgeschwindigkeit über den Querschnitt einer der Schweißnähte 12 oder 14 veranschaulicht. Die Fig. 10 veranschaulicht, dass durch das Schallgeschwindigkeitsprofil eine Beschreibung des Schädigungszustandes der Gefügestruktur an einer Schweißnaht möglich ist.
Fig. 10 zeigt insgesamt vier Kurven 44, 46, 48 und 50, welche jeweils den Verlauf des Gradienten der Schallgeschwindigkeit über eine Position quer zu einer Längserstreckung einer Schweißnaht veranschaulichen. Dabei zeigt die Linie 44 eine Schweißnaht im Neuzustand, die Linie 46 eine betriebsbeanspruchte Schweißnaht, die Linie 48 eine fortgeschritten betriebsbeanspruchte Schweißnaht und Linie 50 schließlich eine Schweißnaht mit geschädigter Gefügestruktur.
Die Linie 44 weist grundsätzlich eine M-Form auf, welche sich mit ihren beiden Maxima jeweils im Bereich von Schmelzlinien 52 und 54 erstreckt. Diese Schmelzlinien bilden jeweils den Grenzbereich zwischen einer Seite der Schweißnaht und dem angrenzenden Bauteil.
Neben dem Schallgeschwindigkeitmaxima im Bereich der Schmelzlinien 52 und 54 erfolgt nach einer Phase der Homogenisierung ein massiver Schallgeschwindigkeitseinbruch an den Wärmeeinflusszonen der Schweißnaht. Eine abnehmende Tendenz der Schallgeschwindigkeit ist zudem sowohl im Schweißgut der Schweißnaht als auch im Grundwerkstoff des zugehörigen Bauteils zu verzeichnen.
Die derartig grundsätzlich M-förmige Linie 44 flacht über die zunehmende Betriebsdauer des zugehörigen Bauteils hinweg zunehmen ab (siehe die Linien 46 und 48 in Fig. 10) . Im geschädigten Zustand der Schweißnaht ergibt sich schließlich eine grundsätzlich W-förmige Linie 50, wobei diese Änderung des Gradientenkoeffizienten K von einer M-Form im Neuzustand über eine Abflachung im betriebsbeanspruchten Zustand zu einer W-Form im geschädigten Zustand deutlich den qualitativen Entwicklungsverlauf an der zugehörigen Schweißnaht zeigt.
Mittels einer Analyse der probenspezifischen Verläufe der Gradientenkoeffizienten K und einer Gegenüberstellung der Tiefenverläufe der Schallgeschwindigkeiten c an den jeweiligen Messstellen ist somit eine präzise Beurteilung von Schweißnähten möglich.
Der qualitativ ähnliche Verlauf des Gradientenkoeffizienten K und der Schallgeschwindigkeit c ist dabei rein zufällig. Den in den beiden Größen K und c zum Ausdruck gebrachten WerkstoffVeränderungen liegen vielmehr unterschiedliche Vorgänge zugrunde. Während die Schallgeschwindigkeit c den Gefügezustand bezüglich einer Lebensdauerkurve beschreibt, gibt der Gradientenkoeffizient K Auskunft über den tiefenabhängigen Verlauf der akustischen Eigenschaften.
Im Ausgangszustand einer Schweißnaht weist die Gefügestruktur insbesondere im Bereich der Schmelzlinien (Erstarrungsstruktur) eine sehr inhomogene Verteilung unterschiedlicher Zustände auf. Dies äußert sich innerhalb der Messkurven bzw. Linien 44 bis 50 durch lokal auf diese Bereiche begrenzte Gradientenkoeffizienten K hoher Ausprägung. Wenn eine Einebnung im Verlauf des Gradientenkoeffizienten K über den Schweißnahtquerschnitt festzustellen ist, erfolgt der messtechnische Nachweis einer langzeitigen Betriebsbeanspruchung auf hohem
Temperaturniveau. Eine derartige Beanspruchung führt nämlich über eine so genannte Erholungsglühung zum fortschreitenden Abbau dieser lokalen Inhomogenitäten und damit zu geringeren Unterschieden der akustischen Eigenschaften innerhalb der Schweißnaht. Eine derartige Entwicklung ist an zeitstandbeanspruchten Rohrbögen vielfach bestätigt worden und äußert sich dort durch einen Anstieg der Schallgeschwindigkeit während dieser "Homogenisierungsphase", bis schließlich mit Eintritt einer irreversiblen Schädigung ein Absinken der absoluten Werte der Schallgeschwindigkeit c zu beobachten ist.
An Schweißverbindungen führt eine Zeitstandschädigung offensichtlich zu einer tiefenunabhängigen Schädigung der
Bereiche an den Schmelzlinien 52 und 54, was sich durch die lokale Herabsetzung der Schallgeschwindigkeit c über die gesamte Eindringtiefe der zugehörigen Ultraschall- Oberflächenwelle belegen lässt. Während sich im Ausgangszustand dieser Messeffekt auf ein größeres
Werkstoffvolumen im Bereich der Schmelzlinie 52 und 54 erstreckt, ist nach einem Eintreten einer Zeitstandsschädigung sowohl eine Verschiebung des Schwerpunktes der Schädigung in Richtung der Wärmeschmelzlinien 52 und 54 festzustellen. Insbesondere das Werkstoffgefüge bzw. die Werkstoffstruktur innerhalb der Schmelzlinien 52 und 54 (Feinkornzone) reagiert somit besonders sensibel auf eine zeitabhängige Werkstoffveränderung und stellt somit die Funktion eines Frühindikators dar. Eine Gegenüberstellung der genannten
Parameter der Schallgeschwindigkeiten und deren Ausprägung vor allem quer über eine Schweißnaht hinweg stellt somit bereits im frühen Schädigungsstadium eine sensible Methode zur Zustandscharakterisierung von Schweißnähten dar.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Prüfen der Gefügestruktur einer Schweißverbindung (10, 12, 14) auf eine innenliegende
Schädigung, beispielsweise bedingt durch Werkstoffkriechen, mit den Schritten:
- Erzeugen mindestens einer Ultraschall-Oberflächenwelle mittels eines ersten Prüfkopfes (30), - Empfangen der mindestens einen Ultraschall-Oberflächenwelle mittels eines zweiten Prüfkopfes (32, 42),
- Bestimmen der akustischen Eigenschaften in der Gefügestruktur auf der Grundlage der Relation zwischen erzeugter und empfangener Ultraschall-Oberflächenwelle und - Bestimmen des Schädigungsgrades der innenliegenden
Gefügestruktur auf der Grundlage der ermittelten akustischen Eigenschaften .
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit den Schritten: - Bestimmen der Phasenverschiebung zwischen der mindestens einen gesendeten und der mindestens einen empfangenen Ultraschall-Oberflächenwelle,
- Bestimmen der akustischen Eigenschaften in der Gefügestruktur auf der Grundlage der ermittelten Phasenverschiebung.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem zum Bestimmen der Phasenverschiebung zwischen der mindestens einen gesendeten und der mindestens einen empfangenen Ultraschall- Oberflächenwelle die beiden Prüfköpfe (30, 32) relativ zueinander bewegt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Prüfköpfe (30, 32) relativ zueinander über eine Entfernung von der Länge mehrere Wellenlängen bewegt und daraus die Wellenlänge der
Ultraschall-Oberflächenwelle in der Gefügestruktur gemittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 mit den Schritten:
- Verändern der Frequenz der mindestens einen gesendeten Ultraschall-Oberflächenwelle und
- Bestimmen der akustischen Eigenschaften in der Gefügestruktur auf der Grundlage des Gradienten der entsprechenden Veränderung der Wellenlänge der mindestens einen empfangenen Ultraschall-Oberflächenwelle.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum Bestimmen der Phasenverschiebung zwei als Empfänger wirkende Prüfköpfe (32, 42) auf Phasengleichheit der von ihnen empfangenen Ultraschall-Oberflächenwellen eingeregelt werden .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem aufeinander folgende Ultraschall-Oberflächenwellen erzeugt und empfangen werden, welche verschiedene Wellenlängen aufweisen, und auf diese Weise eine geschichtete Prüfung der Schweißverbindung von der Oberfläche in die Tiefe erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zunächst ein grob gerastertes Abtasten der Schweißverbindung (10, 12, 14) und nachfolgend ein fein gerastertes Abtasten einer ermittelten innenliegenden Schädigung der Gefügestruktur erfolgt.
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