Aktiver Ultraschall vs. akustische Emission: zwei zerstörungsfreie Prüfverfahren im Vergleich
Max, unser Leiter für Inspektion und Wartung in einer Anlage, verwendet verschiedene NDT-Methoden zur Bewertung der Eigenschaften eines Materials oder einer Komponente. Unter diesen Methoden verwendet er aktiven Ultraschall (Ultraschallprüfung) und akustische Emissionsprüfung (AET) zur Erkennung von Fehlern und zur Überwachung des strukturellen Zustands. In diesem Artikel geben wir einen vereinfachten Überblick über diese beiden Techniken und präsentieren eine vergleichende Analyse ihrer wichtigsten Merkmale, Unterschiede und Anwendungen.
Werfen wir einen Blick darauf.
Aktiven Ultraschall (Ultraschallprüfung) verstehen:
Aktiver Ultraschall (oft auch Ultraschallprüfung genannt) nutzt eine externe Energiequelle, die typischerweise von einem piezoelektrischen Wandler erzeugt wird, um hochfrequente Ultraschallwellen zu erzeugen. Diese Ultraschallwellen werden gepulst in das Material eingestrahlt und bieten verschiedene Möglichkeiten zur Signalanalyse.
Durchschallung:
Zwei Wandler werden jeweils auf den gegenüberliegenden Seiten des zu prüfenden Materials platziert. Der eine erzeugt den Impuls, der andere empfängt ihn. Kommt es zu einer Störung, erkennen die Inspektoren, dass ein Defekt im Weg vorliegt.
Puls-Echo:
Derselbe Wandler pulsiert und empfängt. Es analysiert die vom Wandler empfangenen Echos/Reflexionen. Die Kenntnis der Geschwindigkeit, mit der sich Schall durch das Teil ausbreitet, sowie der Laufzeit, liefert wertvolle Informationen für das Wartungspersonal und ermöglicht die Erkennung und Meldung von Materialfehlern, die zu einem Anlagenausfall führen können.
Aktiver Ultraschall wird häufig, aber nicht beschränkt, zur Messung der Materialdicke, aber auch zur Erkennung von Rissen, Hohlräumen und Delamination eingesetzt. Mithilfe der Ultraschallprüfung suchen Prüfer nach bereits vorhandenen Mängeln.
akustische Emission verstehen:
Im Gegensatz dazu handelt es sich bei der akustische Emissionsprüfung um eine passive Prüfmethode. Anstatt dem zu untersuchenden Objekt Energie zuzuführen, „lauscht“ die akustische Emissionsprüfung auf die vom Objekt selbst freigesetzte Energie. Wenn ein Material mechanischer Belastung oder Belastung ausgesetzt wird, setzt es Energie frei. Diese Energie breitet sich in Form hochfrequenter Spannungswellen aus.
Die Wellen breiten sich durch den Festkörper bis zur Oberfläche aus und werden dort von einem Sensor aufgezeichnet. Auch hier ist der Sensor typischerweise ein piezoelektrischer Wandler, der die mechanische Welle in ein elektrisches Signal umwandelt.
Die akustischen Emissionssignale können wertvolle Einblicke in den Beginn, die Ausbreitung und den Ort von Diskontinuitäten innerhalb einer Struktur liefern. akustische Emission wird häufig, aber nicht beschränkt, zur Überwachung des strukturellen Zustands in Industrien wie Öl und Gas, Bauingenieurwesen und Energieerzeugung, zur Erkennung von Fehlern, zur Prüfung auf Lecks und zur Überwachung der Schweißqualität eingesetzt.
Die folgende Tabelle fasst die Hauptunterschiede zwischen aktivem Ultraschall und akustischer Emission zusammen:
Merkmal | Aktiver Ultraschall | akustische Emission |
Energiequelle | Externe Energie (z. B. piezoelektrischer Wandler) | Energie, die das Material unter Spannung oder durch eine Leckageströmung infolge einer Druckdifferenz freisetzt |
Messansatz | Analyse von Reflexionen/Transmissionen von Schallwellen | Erkennung und Analyse hochfrequenter Spannungswellen, die vom Material ausgehen |
Anwendungsgebiete | Wird verwendet, um die Materialdicke zu messen und Risse und Fehlfunktionen im Material zu erkennen. Es kann Oberflächen- und Untergrundfehler erkennen. UT sucht nach bereits vorhandenen Mängeln. | Strukturelle Gesundheitsüberwachung, Öl und Gas, Stromerzeugung. Ideal zum Erkennen und Lokalisieren von Rissen, Leckagen, Korrosion und Fehlern. Es kann Aufschluss über den Ursprung und die Bedeutung von Diskontinuitäten in einem Material geben. AET ist in der Lage, die Entstehung und Ausbreitung eines Fehlers zu identifizieren. |
Welche Art von Fehlern/Mängeln können also mit den verschiedenen Methoden identifiziert werden? Schauen wir uns einige Beispiele aus der Ventilinspektion an (Liste ist nicht vollständig):
Fehler/Defekt | Aktiver Ultraschall | akustische Emissionsprüfung |
Risse | ✔︎ Die Ultraschallprüfung ist eine geeignete Methode, um bereits entstandene innere Risse zu erkennen, da diese zu einer zusätzlichen Reflexion des Ultraschalls führen. | ✔︎ AE kann interne Risse in Ventilen erkennen, indem es die hochfrequenten Spannungswellen erfasst, die während der Rissbildung und -ausbreitung entstehen |
Innere Erosion | ✔︎ Ultraschallprüfungen können Erosion erkennen, indem sie Veränderungen in den Ultraschallreflexionen analysieren, die durch unebene Oberflächenprofile infolge der Erosion verursacht werden. Es kann Messungen der verbleibenden Materialdicke liefern und Erosionsmuster identifizieren. | ✔︎ akustische Emission kann innere Erosion in Ventilen erkennen, indem es die Spannungswellen erfasst, die durch Partikeleinschläge auf die Innenflächen entstehen und auf Erosionsschäden hinweisen. Es kann das Fortschreiten der Erosion überwachen und deren Schwere beurteilen. |
Interne Leckage | X Wird üblicherweise nicht zur Erkennung interner Lecks in Ventilen verwendet | ✔︎ Mit der akustischen Emission können Lecks in Ventilen erkannt werden, indem die akustischen Wellen erfasst werden, die durch Leckströme aufgrund von Druckunterschieden erzeugt werden. Es kann das Vorhandensein und die Position von Lecks selbst in komplexen Ventilsystemen identifizieren. |
Dickenmessung | ✔︎ Ultraschallprüfungen zeichnen sich durch die Messung der Materialdicke aus, indem sie die Flugzeit von Ultraschallwellen analysieren und so genaue Dickenwerte für Ventilkomponenten liefern | X Die akustische Emission eignet sich nicht für direkte Dickenmessungen, da sie sich hauptsächlich auf die Erfassung von Spannungswellen im Zusammenhang mit dem dynamischen Verhalten des Materials konzentriert. |
Mikrorisse und mikrostrukturelle Veränderungen | X Mikrorisse sind nicht erkennbar, da sie möglicherweise (noch) nicht zu einer zusätzlichen Reflexion des Ultraschalls führen. | ✔︎ AE kann Mikrorisse und mikrostrukturelle Veränderungen in Ventilen erkennen, indem es hochfrequente Spannungswellen erfasst, die während der Rissentstehung und -ausbreitung auf mikroskopischer Ebene entstehen. Es kann Schäden im Frühstadium identifizieren, die mit UT möglicherweise nicht sichtbar oder für die Erkennung zugänglich sind. |
Abschluss:
Wie wir oben gezeigt haben, handelt es sich bei beiden Methoden zwar um Ultraschall/Wellen im Ultraschallspektrum, es handelt sich jedoch um unterschiedliche Prüfmethoden.
Bei beiden handelt es sich um wertvolle NDT-Techniken, die in verschiedenen Branchen zur Bewertung des Zustands von Materialien und Strukturen eingesetzt werden. Während der aktiver Ultraschall zur Analyse auf extern erzeugte Schallwellen angewiesen ist, konzentriert sich die akustische Emission auf die Erfassung von Spannungswellen, die vom Material selbst ausgesendet werden. Das Verständnis der Merkmale und Anwendungen dieser Methoden hilft Fachleuten bei der Auswahl des am besten geeigneten Ansatzes für ihre spezifischen NDT-Anforderungen und gewährleistet so eine effiziente und genaue Bewertung der strukturellen Integrität.
Zur Lecksuche in Ventilen nutzt Max das intelligente und mobile Inspektionssystem von Senseven, das auf akustische Emission basiert. Das System hilft ihm, seine Messungen der akustischen Emission einfach zu erfassen, zu interpretieren und zu speichern und unterstützt ihn dabei, undichte Ventile zu erkennen, bevor diese Schäden an seiner Anlage verursachen können.
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