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Helikale Prüfung

Bei der helikalen Prüfung rotiert der Bolzen, während eine oder mehrere Sonden über die Gesamtlänge fahren. Die Sonden untersuchen die Bolzen entlang einer spiralförmigen Bahn. Der Bediener der Prüfanlage kann den untersuchten Bereich während der Prüfung um 4 bis 15 mm pro Umdrehung anpassen. Entscheidend bei diesem Verfahren sind zum Beispiel Parameter wie Sonden-Geometrie, empfangener Rauschabstand, Bolzenoberflächenzustand, interne Gefüge-Struktur oder angestrebte Empfindlichkeitsklasse. Beim helikalen Prüfverfahren wird der gesamte Bolzen geprüft – bis auf eine äußere Hülle von etwa 5 mm Tiefe. Um diese Außenhülle zu testen, sind weitere Prüfungen mit Winkelprüfknöpfen notwendig. Im Vergleich zum linearen Verfahren erfordert das helikale Prüfverfahren erhebliche Anlageinvestitionen und mehr Zeitaufwand für die Prüfung jedes Bolzens. Deshalb wird es nur bei besonders peniblen Qualitätsmessstandards eingesetzt.

Bei der Produktion von hochfesten Extrusions- und Schmiedelegierungen greifen Hersteller bevorzugt auf das helikale Prüfverfahren zurück. Die Prüfstationen sind entweder in die Gießerei integriert, oder die Prüfung erfolgt in einem späteren Produktionsschritt. In der Abbildung ist eine helikale Ultraschallprüfstation zu sehen, die jährlich 70.000 Tonnen Bolzen prüfen kann. Die Station verfügt über neun Sonden, fünf Volumentestsonden und vier Winkelprüfknöpfe zur Detektion von Oberflächenrissen an den Bolzenköpfen und Schweißenden. Im ersten Schritt wird das Bolzenvolumen von senkrecht aufgestellten Sonden gescannt. Das System erkennt das Eingangsecho in einem Funktions-Check. Genauso wichtig sind Rückwand- und weitere Echos, die durch Beschädigungen entstehen. Die Echos werden permanent aufgezeichnet als Amplitude und Verzögerungszeit. Sonden werden am rotierenden Bolzen in Achsenrichtung entlanggeführt. Bestimmend für das Qualitätsergebnis sind Anzahl und Tonhöhen der Messsonden. Unsere Anlagen sind so konstruiert, dass die Sonden in exakt senkrechter Stellung zur Bolzenoberfläche bleiben –  sogar wenn die Bolzen gekrümmt sind. Die nicht getestete Außenhülle unterhalb der Oberfläche ergibt sich aus der Länge des Rückwandechos (üblicherweise bis 5 mm). Unsere Systeme testen diesen Bereich mit Winkelprüfknöpfen. Dabei werden zwei Winkelprüfknöpfe justiert, von denen jeweils einer die Bolzenoberfläche im und entgegen des Uhrzeigersinns auf axiale Risse scannt. Durch eine statistische Analyse des Rauschlevels werden Abweichungen in der Gefüge-Struktur aufgespürt.

Das Prüfsystem lässt sich anpassen auf die Detektion von Kernrissen, Materialeinschlüssen, Gasporosität, Abweichungen in der Materialgefüge-Struktur und Oberflächenrissen. Zur Test-Kalibrierung bieten wir Kalibrierbarren mit Flachbodenbohrung gemäß ASTM E127. Diese werden in einem in der Anlage integrierten Magazin gelagert. Mithilfe eines Krans oder drehbaren Tisches können sie leicht zu den Sonden transportiert werden. Um regelmäßige Anlagenfunktionstests sicher zu stellen, fragt die Software einen dynamischen Referenzbolzen in vorbestimmten Intervallen an. Dabei wird ein Bolzen mit bekannten Defekten überprüft. Das Ultraschallprüfsystem verifiziert, dass alle Beschädigungen innerhalb der vorbestimmten Begrenzungen gefunden wurden. Es kann so auf unterschiedliche Durchmesser in einem dynamischen Bolzen eingestellt werden. Kunden benötigen damit nur ein oder zwei dynamische Bolzen, um alle möglichen Variationen abzubilden. Die Kalibrierung der Sonden ist eine sehr zeitaufwändige Aufgabe. Deshalb sind viele Herstellungsrezepte an ein spezielles Kalibrierrezept gebunden. Die Anlagensoftware verwendet den verfügbaren Rauschabstand dynamisch, um die größtmögliche Tonhöhe anzuwenden. Das hat direkte Auswirkungen auf die Produktionsleistung. Ein speziell entwickelter Algorithmus verhindert, dass es zur Überbewertung kommt. Unsere Kunden erzielen eine um 20 bis 30 Prozent höhere Produktivität. Ebenfalls verfügbar sind Grafiken mit Übersichten der Intensität und der Tiefenlage der Beschädigungen in den Bolzen. Die Charts, relevante Setup-Daten und die Verarbeitungsergebnisse werden in einer Datenbank gesichert. Es ist möglich, einen Viewer auf jedem MS Windows PC innerhalb des Netzwerkes zu installieren. Dieser unterstützt leistungsfähige Suchfunktionen zur Analyse der Ultraschallergebnisse.  

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