Der Marktdruck zwingt die Rohrhersteller dazu, nach Wegen zu suchen, ihre Produktivität zu steigern und gleichzeitig strenge Qualitätsstandards einzuhalten. Daher ist die Wahl der besten Prüfmethode und des besten Unterstützungssystems wichtiger denn je. Während sich viele Rohrproduzenten auf die Endkontrolle verlassen, setzen Hersteller in vielen Fällen Tests weiter oben im Herstellungsprozess ein, um fehlerhafte Materialien oder Prozesse frühzeitig zu erkennen. Dadurch wird nicht nur der Ausschuss reduziert, sondern auch die Kosten für die Handhabung fehlerhafter Materialien werden gesenkt. Dieser Ansatz führt letztendlich zu einer höheren Rentabilität. Aus diesen Gründen ist die Anschaffung eines zerstörungsfreien Prüfsystems (NDT) für eine Fabrik wirtschaftlich sinnvoll.
Viele Faktoren – Materialart, Durchmesser, Wandstärke, Prozessgeschwindigkeit und Methode des Schweißens oder Formens des Rohrs – bestimmen den besten Test. Diese Faktoren beeinflussen auch die Auswahl der Merkmale in der verwendeten Prüfmethode.
Die Wirbelstromprüfung (ET) wird in vielen Rohranwendungen eingesetzt. Dies ist ein relativ kostengünstiger Test und kann bei dünnwandigen Rohranwendungen, typischerweise bis zu einer Wandstärke von 0,250 Zoll, verwendet werden. Er ist für magnetische und nicht magnetische Materialien geeignet.
Sensoren oder Prüfspulen lassen sich in zwei grundlegende Kategorien einteilen: Rundum- und Tangentialspulen. Rundum-Spulen prüfen den gesamten Querschnitt des Rohrs, während Tangential-Spulen nur den geschweißten Bereich prüfen.
Wickelspulen erkennen Defekte im gesamten eingehenden Streifen, nicht nur in der Schweißzone, und sie sind tendenziell effektiver beim Prüfen von Größen mit einem Durchmesser von weniger als 2 Zoll. Sie sind außerdem tolerant gegenüber Pad-Drift. Ein großer Nachteil besteht darin, dass das Durchführen des eingehenden Streifens durch die Walzstraße zusätzliche Schritte und besondere Sorgfalt erfordert, um ihn durch die Prüfspule zu führen. Wenn die Prüfspule zudem eng an den Durchmesser angepasst ist, kann eine fehlerhafte Schweißnaht dazu führen, dass das Rohr aufspringt und die Prüfspule beschädigt wird.
Tangentialspulen prüfen einen kleinen Teil des Rohrumfangs. Bei Anwendungen mit großem Durchmesser führt die Verwendung von Tangentialspulen anstelle von Wickelspulen im Allgemeinen zu einem besseren Signal-Rausch-Verhältnis (ein Maß für die Stärke des Testsignals im Verhältnis zu einem statischen Signal im Hintergrund). Tangentialspulen benötigen außerdem keine Gewinde und sind außerhalb des Werks leichter zu kalibrieren. Der Nachteil besteht darin, dass sie nur die Schweißzone prüfen. Sie eignen sich für Rohre mit großem Durchmesser und können auch für kleine Größen verwendet werden, wenn die Schweißposition gut kontrolliert wird.
Beide Spulentypen können auf intermittierende Diskontinuitäten prüfen. Bei der Defektprüfung, auch als Hohlraum- oder Diskrepanzprüfung bezeichnet, wird die Schweißnaht kontinuierlich mit einem angrenzenden Teil des Grundmetalls verglichen und reagiert empfindlich auf kleine, durch Diskontinuitäten verursachte Änderungen. Ideal zum Erkennen kurzer Defekte wie Nadellöcher oder Sprungschweißnähte, die primäre Methode, die in den meisten Walzwerkanwendungen verwendet wird.
Der zweite Test, die absolute Methode, ergab ausführliche Mängel. Diese einfachste Form der ET erfordert, dass der Bediener das System auf guten Materialien elektronisch ausbalanciert. Neben der Feststellung allgemeiner, kontinuierlicher Änderungen werden auch Änderungen der Wandstärke erkannt.
Die Verwendung dieser beiden ET-Methoden muss nicht besonders umständlich sein. Wenn das Gerät entsprechend ausgestattet ist, können sie gleichzeitig mit einer einzigen Prüfspule verwendet werden.
Schließlich ist der physische Standort des Testers entscheidend. Eigenschaften wie Umgebungstemperatur und Walzwerkvibrationen (die auf das Rohr übertragen werden) können die Platzierung beeinflussen. Durch die Platzierung der Prüfspule in der Nähe der Lötbox erhält der Bediener sofortige Informationen über den Lötvorgang. Allerdings können temperaturbeständige Sensoren oder zusätzliche Kühlung erforderlich sein. Durch die Platzierung der Prüfspule in der Nähe des Walzwerkendes können durch den Kalibrier- oder Formgebungsprozess verursachte Defekte erkannt werden. Allerdings besteht ein größeres Risiko für falsch positive Ergebnisse, da sich der Sensor an dieser Stelle näher am Trennsystem befindet und dort eher Vibrationen beim Sägen oder Scheren erkennt.
Bei der Ultraschallprüfung (UT) werden elektrische Energieimpulse in hochfrequente Schallenergie umgewandelt. Diese Schallwellen werden über Medien wie Wasser oder Mühlenkühlmittel auf das zu prüfende Material übertragen. Der Schall ist gerichtet; die Ausrichtung des Sensors bestimmt, ob das System nach Defekten sucht oder die Wandstärke misst. Ein Satz von Wandlern kann den Umriss der Schweißzone erzeugen. Die UT-Methode ist nicht durch die Rohrwandstärke beschränkt.
Um das UT-Verfahren als Messinstrument zu verwenden, muss der Bediener den Wandler so ausrichten, dass er senkrecht zum Rohr steht. Schallwellen dringen in den Außendurchmesser des Rohrs ein, prallen vom Innendurchmesser ab und kehren zum Wandler zurück. Das System misst die Laufzeit – die Zeit, die eine Schallwelle benötigt, um vom Außendurchmesser zum Innendurchmesser zu gelangen – und wandelt die Zeit in eine Dickenmessung um. Abhängig von den Walzwerksbedingungen kann diese Einrichtung die Wanddicke mit einer Genauigkeit von ± 0,001 Zoll messen.
Um Materialfehler zu erkennen, positioniert der Bediener den Wandler in einem schrägen Winkel. Schallwellen treten vom Außendurchmesser ein, wandern zum Innendurchmesser, werden zum Außendurchmesser zurück reflektiert und wandern auf diesem Weg an der Wand entlang. Durch die Schweißunterbrechung werden die Schallwellen reflektiert und nehmen denselben Weg zurück zum Sensor, der sie wieder in elektrische Energie umwandelt und eine visuelle Anzeige erzeugt, die die Stelle des Fehlers angibt. Das Signal passiert auch das Fehlertor, das entweder einen Alarm auslöst, um den Bediener zu benachrichtigen, oder ein Farbsystem aktiviert, das die Stelle des Fehlers markiert.
UT-Systeme können einen einzelnen Wandler (oder mehrere Einkristallwandler) oder Phased-Array-Wandler verwenden.
Herkömmliche UTs verwenden einen oder mehrere Einkristall-Wandler. Die Anzahl der Sensoren hängt von der erwarteten Defektlänge, der Leitungsgeschwindigkeit und anderen Testanforderungen ab.
Phased-Array-Ultraschallgeräte verwenden mehrere Wandlerelemente in einem Körper. Das Steuersystem steuert die Schallwellen elektronisch, ohne dass die Wandlerelemente neu positioniert werden müssen, um den Schweißbereich abzutasten. Das System kann eine Vielzahl von Aktivitäten ausführen, z. B. Defekte erkennen, Wandstärken messen und Änderungen bei der Reinigung der Schweißzone überwachen. Diese Inspektions- und Messmodi können im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden. Wichtig ist, dass das Phased-Array-Verfahren eine gewisse Schweißdrift tolerieren kann, da das Array einen größeren Bereich abdecken kann als herkömmliche Sensoren mit fester Position.
Eine dritte NDT-Methode, die magnetische Leckage (MFL), wird zur Prüfung von magnetischen Rohren mit großem Durchmesser und dicken Wänden verwendet. Sie ist ideal für Öl- und Gasanwendungen.
MFLs verwenden ein starkes Gleichstrommagnetfeld, das durch ein Rohr oder eine Rohrwand verläuft. Die magnetische Feldstärke nähert sich der vollständigen Sättigung oder dem Punkt, an dem eine Erhöhung der Magnetisierungskraft nicht zu einer signifikanten Erhöhung der magnetischen Flussdichte führt. Wenn magnetische Feldlinien auf einen Defekt im Material treffen, kann die daraus resultierende Verzerrung des magnetischen Flusses dazu führen, dass dieser von der Oberfläche ausgeht oder Blasen bildet.
Eine einfache drahtgewickelte Sonde, die durch ein Magnetfeld geführt wird, kann solche Blasen erkennen. Wie bei anderen Anwendungen der magnetischen Induktion erfordert das System eine Relativbewegung zwischen dem zu prüfenden Material und der Sonde. Diese Bewegung wird durch die Drehung der Magnet- und Sondenbaugruppe um den Umfang des Rohrs oder der Leitung erreicht. Um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen, werden bei diesem Aufbau zusätzliche Sonden (wiederum ein Array) oder mehrere Arrays verwendet.
Die rotierende MFL-Einheit kann Längs- oder Querfehler erkennen. Die Unterschiede liegen in der Ausrichtung der Magnetisierungsstrukturen und dem Sondendesign. In beiden Fällen übernimmt der Signalfilter den Prozess der Fehlererkennung und Unterscheidung zwischen ID- und OD-Positionen.
MFL ähnelt ET und die beiden ergänzen sich gegenseitig. ET eignet sich für Produkte mit Wandstärken von weniger als 0,250 Zoll, während MFL für Produkte mit größeren Wandstärken verwendet wird.
Ein Vorteil von MFL gegenüber UT besteht in der Fähigkeit, nicht ideale Defekte zu erkennen. Beispielsweise kann MFL spiralförmige Defekte problemlos erkennen. Defekte in solchen schrägen Richtungen können durch UT erkannt werden, erfordern jedoch spezielle Einstellungen für den erwarteten Winkel.
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