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Schiffbau

VOGT Ultrasonics und Meyer Werft optimieren den Produktionsprozess im Schiffsbau durch Phased Array Ultraschalltechnik. Großflächige Absperrungen in den Produktionshallen und Arbeitsunterbrechungen an den angrenzenden Fertigungsinseln, die bei der Röntgenprüfung vorgeschrieben sind, gehören mit der Phased Array Ultraschallprüfung nun der Vergangenheit an.

Die Meyer Werft GmbH in Papenburg zählt zu den fortschrittlichsten und innovativsten Schiffswerften weltweit. In einem modernen Cruise Liner werden schätzungsweise 25.000 Tonnen Stahl unter anderem in Form von bis zu 50mm starken Blechen sowie zahlreichen Profilstählen verbaut und durch verschiedenste Schweißverfahren wie etwa dem Schutzgas- oder dem Laser Hybrid Schweißverfahren gefügt. An allen Stellen, wo die Schweißnahtverbindungen eine tragende Rolle für die Statik und damit die Sicherheit des Schiffes besitzen, ist eine sorgfältige Qualitätsüberprüfung unerlässlich. In der Vergangenheit sind die Nähte neben der Röntgenprüfung mit der konventionellen Ultraschall-Handprüfung auf fehlerhafte Stellen untersucht worden.

VOGT Ultrasonics GmbH und ihr Kunde Meyer Werft GmbH haben im Sommer 2010 erfolgreich die manuelle Schweißnahtprüfung in Kontakttechnik mit Phased Array Ultraschalltechnologie zum Einsatz gebracht und damit den Grundstein für eine schnellere und effizientere Qualitätskontrolle zur Fertigungsüberwachung gelegt. Die Prüfung erfolgt in Anlehnung an die Normen DIN EN 1712, 1713, 1714 und DIN EN 12062. Seit Ende 2010 ist dieses Verfahren für die Prüfung von Stumpfnähten für alle Tragstrukturen im Bereich des Schiffsrumpfes für Bleche aus normalem und hochfestem Stahl mit Wandstärken von 8-30 mm durch die drei großen Klassifikationsgesellschaften Det Norske Veritas, Lloyd’s Register EMEA und Germanischer Lloyd zugelassen und als Ersatz für die Röntgenfilmprüfung für den oben genannten Anwendungsbereich anerkannt worden. 

 

Prüfausrüstung

Die Vorteile der Phased Array Technologie eröffnen dem Ultraschallprüfer besonders bei der Schweißnahtprüfung neue Möglichkeiten. Über den Sektorscan können eine Vielzahl von Prüfwinkeln mit nur einem Prüfkopf und einer Konfigurationsdatei abgedeckt werden. Neben den gängigen Prüfwinkeln 45°, 60° und 70° erhält der Werkstoffprüfer durch zusätzliche Einschallwinkel einen noch globaleren Einblick in die Nahtqualität.

Voruntersuchungen mit der CIVA Simulationssoftware im Rahmen der Projektierung haben gezeigt, dass die Prüfung von 30 mm starken Blechen unter Berücksichtigung der Materialbeschaffenheit und der Anforderungen an die Fehlerauflösung bis zu 32 parallele Kanäle am Phased Array Gerät erfordert, so dass bis zu 32 Elemente des Phased Array Prüfkopfes zur aktiven Apertur (vereinfacht gesagt zur tatsächlichen Schallquelle) zusammengefasst und angesteuert werden können. Hinsichtlich der Prüfkopffrequenz haben sich 5-10 MHz in Verbindung mit 32 linear angeordneten Schwingerelementen als bester Kompromiss zwischen Materialdurchdringung, Schallbündelschwenkbarkeit und Fehlerauflösungsvermögen bewährt. Ein Vorlaufkeil aus Rexolite mit einem Anstellwinkel von ca. 40° ermöglicht einen Schallbündelschwenkbereich von 35° – 75° für Transversalwellen.

Eine Kabellänge von drei Metern erlaubt das Prüfen von größeren Nahtabschnitten. Am Prüfkopf selbst ist ein federnd gelagerter Rädchendrehgeber für die weggebundene Prüfdatenaufzeichnung angeschlossen. Die Konfiguration des Phased Array Gerätes sowie die Datenaufnahme und -auswertung erfolgen über einen industrietauglichen Laptop PC auf welchem die Prüfsoftware installiert ist. Die Scanauswertung kann direkt am Prüfort durchgeführt werden, da alle Daten nach der Aufnahme sofort digital auf dem PC vorliegen. Wege und Zeitaufwand werden auf ein Minimum reduziert. Die kompakte, batteriebetriebene Prüfausrüstung ist speziell auf die rauen Umgebungsbedingungen einer Schiffswerft angepasst und von einem Prüfer problemlos transportier- und bedienbar.

 

Phased Array

Die Phased Array Ultraschallprüfausrüstung besteht aus einem industrietauglichen Laptop PC, einem batteriebetriebenen Phased Array Ultraschallprüfgerät mit 32 parallelen Kanälen, einem Prüfkopf mit 32 linear angeordneten Elementen und einem passenden Vorlaufkeil zur Erzeugung von 35° – 75° Transversalwellen im Bauteil sowie einem federnd gelagertem Rädchendrehgeber zur Wegaufnahme.

 

 

Prüfergebnisdarstellung

Ein weiterer Vorteil der Phased Array Ultraschallprüfung im Vergleich zur konventionellen Hand- oder Röntgenfilmprüfung liegt in der Darstellung der gesteigerten Informationsmenge. Dem Werkstoffprüfer stehen während und nach der Datenaufnahme folgende Darstellungsoptionen zur Verfügung:

  1. A-Bild: Abbildung der Amplitudenhöhen des reflektierten Ultraschallsignals über der Laufzeit als Ultraschall- Hochfrequenzbild.

  2. B-Bild: Farbcodierte Darstellung der Amplitudenhöhen unter Berücksichtigung der Signallaufzeit für die konfigurierten Prüfwinkel. Das B-Bild entspricht einer Querschnittsansicht des geprüften Bauteils.

 

 

 

 

ZfP im Schiffbau

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