Ultraschallprüfung (UT)

Definition

Die Ultraschallprüfung (UT – Ultrasonic Testing) ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren (ZfP) nach DIN EN ISO 16810, bei dem hochfrequente Schallwellen (typisch 0,5–25 MHz) in das Prüfobjekt eingekoppelt werden. An Grenzflächen, Materialfehlern oder Inhomogenitäten werden die Schallwellen reflektiert oder gestreut und können so zur Fehlerdetektion und -charakterisierung genutzt werden.

Messprinzip

Ein piezoelektrischer Wandler (Prüfkopf) erzeugt durch den inversen piezoelektrischen Effekt Ultraschallimpulse, die über ein Koppelmedium (Gel, Wasser, Öl) in das Werkstück übertragen werden. Die Schallwellen breiten sich im Material aus und werden an akustischen Grenzflächen reflektiert. Der zurückkehrende Schall wird vom selben (Impuls-Echo-Verfahren) oder einem separaten Prüfkopf (Durchschallungsverfahren) empfangen und in elektrische Signale umgewandelt.

Verfahrensvarianten

• Impuls-Echo-Verfahren: Sender und Empfänger im selben Prüfkopf, Messung der Laufzeit und Amplitude
• Durchschallungsverfahren: Sender und Empfänger gegenüberliegend, Detektion durch Schallschwächung
• Phased-Array-Technik: Elektronische Strahlsteuerung durch phasenverschobene Anregung mehrerer Elemente
• TOFD (Time of Flight Diffraction): Nutzung von Beugungssignalen für präzise Fehlergrößenbestimmung nach DIN EN ISO 10863

Detektierbare Fehler

• Risse, Lunker, Poren
• Dopplungen und Delaminationen
• Bindefehler in Schweißnähten
• Einschlüsse (Schlacke, Oxide)
• Wanddickenminderung durch Korrosion oder Erosion

Normen und Regelwerke

• DIN EN ISO 16810: Allgemeine Grundlagen der Ultraschallprüfung
• DIN EN ISO 16811: Einstellung der Empfindlichkeit und Entfernungsjustierung
• DIN EN ISO 17640: Schweißnahtprüfung
• DIN EN ISO 10863: TOFD-Technik
• DIN EN ISO 13588: Phased-Array-Prüfung

Anwendungsgebiete

• Schweißnahtprüfung in Druckbehältern und Rohrleitungen
• Wanddickenmessung an Tanks und Pipelines
• Prüfung von Schmiedeteilen und Gussstücken
• Verbundwerkstoffprüfung (CFK/GFK)
• Qualitätssicherung in der Automobil- und Luftfahrtindustrie

Vorteile und Grenzen

Vorteile:

• Hohe Eindringtiefe (mehrere Meter bei Stahl möglich)
• Genaue Tiefenlokalisierung von Fehlern
• Einseitige Zugänglichkeit oft ausreichend
• Keine Strahlenbelastung
• Echtzeitdarstellung möglich

Grenzen:

• Koppelmedium erforderlich
• Oberflächennahe Bereiche schwer prüfbar (Totzonen)
• Stark dämpfende Werkstoffe eingeschränkt prüfbar
• Komplexe Geometrien erfordern angepasste Prüfkonzepte