Ultraschallprüfung großer Kupferbauteile

Mit der Prüfaufgabe beginnen

Bei der Ultraschallprüfung (UT) werden Schallwellen in ein Bauteil eingekoppelt und reflektierte oder durchgelassene Signale ausgewertet. Bei einem großen Kupfer- oder Kupferlegierungsbauteil lautet die erste Frage nicht nur "Ist es mit UT prüfbar?", sondern welches Volumen, welche Fehlerorientierung, welcher Größenbereich, welche Lage, welcher Fertigungszustand und welche Entscheidung durch die Prüfung abzudecken sind.

Festlegen, ob das Ziel darin besteht:

• ein umgeformtes, geschmiedetes, gegossenes, gewalztes, extrudiertes, geschweißtes oder anders hergestelltes Volumen zu prüfen;
• Ausgangsmaterial, einen Zwischenrohling, ein vorbearbeitetes Teil, eine gefügte Baugruppe oder ein Fertigteil zu bewerten;
• flächenhafte, volumetrische oder laminare Ungänzen, Lunker, Einschlüsse, Bindefehler, rissartige oder andere festgelegte Ungänzen zu finden;
• die Dicke zu messen oder die Restwand zu kartieren;
• Prozessüberwachung, Abnahme durch den Käufer, Untersuchung oder Zustandsbewertung zu unterstützen.

Prüfbarkeit und Empfindlichkeit hängen vom tatsächlichen Werkstoff, der Produktform, dem Zustand, der Geometrie, Oberfläche, Zugänglichkeit, Ausrüstung, Prüfanweisung und Bezugsgrundlage ab.

1. Werkstoff und Produktform charakterisieren

Die genaue Kupfer- oder Kupferlegierungsbezeichnung, Produktform, Fertigungsroute, Zustand, Wärmebehandlung, Querschnittsbereich, Kornstruktur, Fügeverbindungen und Prüfstufe dokumentieren.

Grobes oder richtungsabhängiges Korn, Gussgefüge, Übergänge der Produktform, Wärmeeinflusszonen und große Querschnitte können Streuung, Dämpfung, Gefügerauschen oder Schwankungen der akustischen Antwort erhöhen. Hohe Leitfähigkeit allein sagt nichts Sicheres über die Ultraschallprüfbarkeit aus. Eine an feinkörnigem Knetmaterial nachgewiesene Prüfanweisung darf nicht automatisch auf einen großen Guss, eine Mischverbindung oder ein anders verarbeitetes Schmiedeteil übertragen werden.

Bei unsicherer Werkstoffantwort Vorversuche durchführen. Sie müssen Produktform, Querschnitt, Oberfläche, Schallweg und geforderte Detektionsaufgabe repräsentieren.

2. Geometrie, Zugang und Oberflächen erfassen

• Prüf- und Gegenflächen, Krümmungen, Konen, Stufen, Bohrungen, Nuten, Kanäle, Rippen, Schweißnähte, Stopfen, Grenzflächen und Querschnittsänderungen.
• Verfügbare Scanrichtungen, Prüfkopfaufstandsfläche, Koppelmittelzugang, Randabstand, Oberflächentemperatur, Rauheit, Beschichtung, Zunder und Bearbeitungszustand.
• Geometrisch abgeschattete Volumen, Nah- und Fernoberflächen-Totzonen, Schallbündelaufweitung, Modenumwandlung, Rückwandecho und Bereiche für andere Verfahren oder Stufen.
• Bezugs- und Rastersystem zur Dokumentation von Abdeckung und Anzeigenlage.

Vorbearbeitung kann den Zugang verbessern, Aufmaß erhalten und das Prüfvolumen freilegen. Endbearbeitung kann die Oberfläche verbessern, aber Zugang beseitigen oder zu wenig Material für die Befundentscheidung belassen. Die Prüfstufe ist vor dem Einfrieren des Fertigungsplans festzulegen.

3. Schriftliche Prüftechnik festlegen

Bestellanforderung oder freigegebene Prüfanweisung müssen festlegen:

• anwendbare Produktnorm, Regelwerk, Vertragsdokument oder projektspezifische Prüfanweisung;
• konventionelle, Phased-Array-, Tauchtechnik-, Durchschallungs-, Senkrecht-, Winkel- oder andere freigegebene Technik;
• Prüfkopftyp, Nennfrequenz, Größe, Winkel, Wellenart, Gerät, Koppelmittel, Scanindex, Überdeckung, Richtung und gegebenenfalls Geschwindigkeit;
• Bereich, Schallgeschwindigkeit, Bezugspegel, Empfindlichkeit, Transfer- und Abstand-Amplituden-Korrektur, zeitabhängige Verstärkung, Blenden, Registrierschwelle und Kontrollprüfungen;
• Kalibrier- oder Referenzkörper, künstliche Reflektoren, Werkstoff- und Geometrieähnlichkeit, Rückverfolgbarkeit und zulässige Alternativen;
• Prüfvolumen, Scanplan, Abdeckung, Ausschlüsse, Grenzen und ergänzende Verfahren.

Die Frequenz ist ein Kompromiss aus Eindringtiefe, Dämpfung, Auflösung, Kornrauschen, Querschnitt und Ungänzenantwort. Sie ist für die Aufgabe nachzuweisen und nicht aus einem universellen Kupferwert abzuleiten.

4. Kalibrierung, Detektion, Bewertung und Abnahme trennen

Ein Referenzreflektor erzeugt unter einer definierten Einstellung eine definierte Antwort. Er entspricht nicht automatisch einer natürlichen Ungänze und weist allein keine Gebrauchstauglichkeit nach.

Diese Entscheidungen getrennt halten:

1. Kalibrierung und Systemprüfung: bestätigen Prüfeinstellung und Bezugsantwort.
2. Detektion und Registrierung: erfassen Signale nach den Registrierregeln.
3. Bewertung und Charakterisierung: berücksichtigen Lage, Amplitude, Ausdehnung, Orientierung, Wiederholbarkeit, Geometrie und ergänzende Prüfungen.
4. Abnahme: wendet die im Vertrag, in der Produktnorm, im Regelwerk oder durch den verantwortlichen Ingenieur festgelegten Kriterien an.

Eine Ultraschallanzeige ist nicht automatisch ein unzulässiger Fehler. Umgekehrt beweist das Fehlen registrierbarer Anzeigen kein vollständig fehlerfreies Volumen. ISO 16810:2024 beschreibt allgemeine Grundsätze für ultraschalldurchlässige Industrieprodukte, legt aber weder Prüfumfang, Scanplan noch Abnahmekriterien fest.

5. Anforderungen an Personal und Prüfanweisung festlegen

Festlegen, ob Personalqualifikation und -zertifizierung nach ISO 9712, einem arbeitgeberbasierten System, einem Regelwerk oder einem anderen freigegebenen System erforderlich sind. ISO 9712 behandelt die Qualifizierung und Zertifizierung von Personal für zerstörungsfreie Prüfung (ZfP); ihre Nennung erstellt keine bauteilspezifische Prüfanweisung, keinen Scanplan, keine Abnahmekriterien und keinen produktspezifischen Nachweis.

Qualifizierung der Prüfanweisung, Techniknachweis, Geräteprüfung, Referenzkörper und Käuferfreigabe sind festzulegen, wenn Bauteil, Werkstoffantwort, Geometrie oder Folgen dies erfordern. Personalzertifizierung und Eignung der Prüfanweisung sind verwandte Kontrollen, ersetzen einander aber nicht.

6. Abdeckung und Grenzen berichten

Der UT-Prüfbericht muss ausweisen:

• Bauteil, Entity oder Zeichnung, Revision, Serien- oder Schmelzenrückverfolgbarkeit, Werkstoff, Produktform, Zustand und Prüfstufe;
• Prüfanweisung und Revision, Gerät, Prüfköpfe, Kalibrier- und Referenzkörper, Einstellungen, Datum, Prüfer und Qualifikationsgrundlage;
• Flächen, Richtungen, Raster, Prüfvolumen, Scanplan, Abdeckung, ausgeschlossene Bereiche, Totzonen, Zugangs- sowie Werkstoff- und Geometriegrenzen;
• registrierte Anzeigen, Lage, Tiefe oder Schallweg, Amplitude oder Bezugsantwort, scheinbare Ausdehnung, Bewertung und Entscheidung;
• Abnahmedokument und Revision, Ergebnisse, Abweichungen, Bezeugung oder Freigabe und Begleitdateien.

Kann das geforderte Volumen nicht zuverlässig abgedeckt werden, ist die Grenze zu melden und eine andere Stufe, Fläche, Technik, Bezugsgrundlage, ein Ergänzungsverfahren oder eine konstruktive Entscheidung zu vereinbaren. Ein unzugänglicher Bereich darf nicht in der pauschalen Aussage verborgen werden, das Teil habe die "UT bestanden".