Ultraschall-Tauchtechnik

In Verbindung mit automatisierten Scanbewegungen lassen sich Bauteile systematisch untersuchen und Prüfergebnisse positionsgenau dokumentieren. A-, B- und C-Scans machen Anzeigen und Materialinhomogenitäten nachvollziehbar und unterstützen eine zuverlässige Bewertung.
Die Ultraschallprüfung in Tauchtechnik eignet sich insbesondere für Serienbauteile, Flacherzeugnisse, Rohre, Stäbe, Schmiedeteile, rotationssymmetrische Komponenten, Verbundwerkstoffe und Klebeverbindungen.

Was ist Ultraschall-Tauchtechnik?

Bei der Ultraschall-Tauchtechnik befindet sich zwischen Prüfkopf und Prüfobjekt eine definierte Wasservorlaufstrecke. Der Prüfkopf sendet Ultraschallwellen durch das Wasser in das Bauteil.
Treffen die Schallwellen auf Grenzflächen oder Inhomogenitäten im Material, werden Teile des Signals reflektiert. Aus Laufzeit, Amplitude, Einschallrichtung und Prüfkopfposition lassen sich relevante Anzeigen lokalisieren und bewerten.

Je nach Prüfaufgabe kommen unter anderem folgende Verfahren zum Einsatz:

• Impuls-Echo-Technik
• Durchschallung
• fokussierte Ultraschallprüfköpfe
• automatisierte Rasterprüfungen
• Phased-Array-Ultraschallprüfung
• mechanisierte Mehrkanalprüfungen

Die konkrete Prüftechnik wird auf Werkstoff, Geometrie, Fehlerart und anzuwendende Prüfvorschrift abgestimmt.

Wie funktioniert die Ultraschallprüfung im Wasserbad?

Eine automatisierte Tauchtechnik-Prüfung erfolgt typischerweise in mehreren Schritten:

1. Prüfaufgabe definieren
   Werkstoff, Bauteilgeometrie, Prüfbereich und gesuchte Fehlerarten werden festgelegt.
2. Prüftechnik konfigurieren
   Prüfkopf, Frequenz, Fokus, Wasservorlaufstrecke und Einschallrichtung werden auf die Prüfaufgabe abgestimmt.
3. Prüfsystem justieren
   Die Einstellung erfolgt anhand geeigneter Referenzkörper und definierter Prüfparameter.
4. Bauteil automatisiert scannen
   Ein Manipulator führt den Prüfkopf entlang eines festgelegten Scanrasters über das Prüfobjekt.
5. Ultraschalldaten erfassen
   Encoder verknüpfen die Ultraschallsignale mit der jeweiligen Position des Prüfkopfs.
6. Prüfergebnisse auswerten
   Die Daten können beispielsweise als A-, B- oder C-Scan dargestellt und dokumentiert werden.

A-Scan, B-Scan und C-Scan: Was ist der Unterschied?

A-Scan
Der A-Scan stellt die Echoamplitude in Abhängigkeit von der Laufzeit dar. Er bildet die Grundlage für die Analyse einzelner Ultraschallsignale und ermöglicht Rückschlüsse auf die Position von Reflektoren im Bauteil.

B-Scan
Der B-Scan erzeugt eine Schnittdarstellung entlang einer Scanlinie. Dadurch lassen sich Anzeigen in Bezug auf ihre Position und Tiefe visualisieren.

C-Scan
Der C-Scan stellt Prüfdaten flächenbezogen dar. Je nach Prüfkonfiguration können beispielsweise Echoamplituden oder Laufzeiten als Farbkarte visualisiert werden.

Damit eignet sich der C-Scan besonders für die systematische Dokumentation grösserer Prüfbereiche und Serienbauteile.

Welche Fehler können mit Ultraschall-Tauchtechnik erkannt werden?

Abhängig von Werkstoff, Bauteilgeometrie, Prüfkopf, Frequenz und Fehlerorientierung kann die Ultraschall-Tauchtechnik unter anderem Hinweise auf folgende Inhomogenitäten liefern:

• Risse
• Poren
• Lunker
• Einschlüsse
• Dopplungen
• Delaminationen
• Disbonding
• Hohlräume
• Materialinhomogenitäten
• Wanddickenabweichungen

Welche Fehler zuverlässig nachgewiesen werden können, muss für die jeweilige Prüfaufgabe definiert und gegebenenfalls über Referenzkörper oder eine Verfahrensqualifikation nachgewiesen werden.

Welche Bauteile und Werkstoffe können geprüft werden?

Die Tauchtechnik eignet sich insbesondere für Bauteile, die automatisiert und mit einem definierten Scanraster untersucht werden sollen.

Typische Prüfobjekte sind:

• Bleche und Platten
• Stäbe
• Rohre
• Wellen und Achsen
• Scheiben
• Schmiedeteile
• rotationssymmetrische Bauteile
• Serienbauteile
• Verbundwerkstoffe
• Sandwichstrukturen
• Klebeverbindungen

Anwendungen finden sich beispielsweise im Maschinen- und Anlagenbau, in der Energiebranche, im Transportwesen, in der Luftfahrtindustrie sowie bei Druckgeräten und anspruchsvollen Industriekomponenten.

Vorteile der Ultraschall-Tauchtechnik

Reproduzierbare Ankopplung
Das Wasser bildet ein kontrolliertes Koppelmedium zwischen Prüfkopf und Bauteil. Schwankungen, wie sie bei einer manuellen Kontaktprüfung durch Koppelmittelauftrag oder Anpressdruck entstehen können, werden reduziert.

Automatisierte Prüfung
Mehrachsige Manipulatoren ermöglichen definierte und wiederholbare Scanbewegungen. Dies ist insbesondere bei Serienprüfungen und grossen Prüfbereichen relevant.

Positionsgenaue Prüfdaten
Encoder verknüpfen Ultraschallsignale mit der jeweiligen Prüfkopfposition. Dadurch können Anzeigen räumlich zugeordnet und dokumentiert werden.

Flächenbezogene Darstellung
Mit C-Scans lassen sich Prüfergebnisse übersichtlich als Flächenkarten darstellen. Dies erleichtert die Analyse und Dokumentation komplexer Prüfbereiche.

Digitale Rückverfolgbarkeit
Prüfdaten können gespeichert und für Dokumentationen, Wiederholungsprüfungen oder weiterführende Analysen verwendet werden.

Wo liegen die Grenzen der Tauchtechnik?

Die Ultraschall-Tauchtechnik ist nicht für jede Prüfaufgabe die geeignete Lösung.
Zu berücksichtigen sind insbesondere:

• Wasserverträglichkeit des Prüfobjekts
• Bauteilgrösse und Anlagenabmessungen
• Werkstoffgefüge und Schalldämpfung
• Oberflächenbeschaffenheit
• Bauteilgeometrie
• Zugänglichkeit
• Orientierung möglicher Fehler
• erforderliche Auflösung und Eindringtiefe
• Scanraster und Prüfgeschwindigkeit

Bei grobkörnigen oder stark schalldämpfenden Werkstoffen kann beispielsweise die Eindringtiefe begrenzt sein. Komplexe Geometrien können zusätzliche Einschallrichtungen oder alternative Ultraschallverfahren erforderlich machen.
Deshalb sollte die Prüftechnik immer anhand der konkreten Prüfaufgabe ausgewählt werden.

Tauchtechnik oder konventionelle Ultraschallprüfung?

Die Wahl hängt wesentlich von Bauteil, Prüfziel und Einsatzort ab.

Für mobile Prüfungen an Anlagen und Konstruktionen kann die konventionelle Ultraschallprüfung geeigneter sein. Bei wiederkehrenden Bauteilen, automatisierten Prüfabläufen und flächenbezogener Dokumentation bietet die Tauchtechnik dagegen spezifische Vorteile.

Normen für die Ultraschall-Tauchtechnik

Welche Norm anzuwenden ist, hängt von Prüfobjekt, Werkstoff, Branche und Prüfaufgabe ab.
Relevante Regelwerke können unter anderem sein:

• SN EN ISO 16810 – allgemeine Grundsätze der Ultraschallprüfung
• SN EN ISO 16823 – Durchschallungstechnik
• SN EN ISO 16827 – Beschreibung und Grössenbestimmung von Inhomogenitäten
• SN EN ISO 22232-2 – Charakterisierung von Ultraschallprüfköpfen
• SN EN ISO 22232-3 – Verifizierung kompletter Ultraschallprüfsysteme
• SN EN ISO 9712 – Qualifizierung und Zertifizierung von ZfP-Personal
• produktspezifische Normen für beispielsweise Schmiedeteile, Rohre oder Gasflaschen

Wichtig: Eine allgemeine Ultraschallnorm definiert nicht automatisch Prüfplan und Zulässigkeitskriterien für jedes Bauteil. Massgebend sind die jeweils gültigen Produktnormen, Spezifikationen und Prüfanweisungen.

Ultraschall-Tauchtechnik für Ihre Prüfaufgabe

Ob Einzelbauteil, Serie oder anspruchsvolle Werkstoffprüfung: Entscheidend ist, dass Prüfverfahren, Prüfkopf, Scanstrategie und Auswertung auf die konkrete Prüfaufgabe abgestimmt werden.
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