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🔩 Ultraschallprüfung (UT) von Schweißverbindungen — Winkelprüfköpfe 2–5 MHz, vier Prüfklassen

Werkstoffe und ZfP PN-EN ISO 17640

Kurz gefasst

Manuelle Ultraschallprüfung von Schweißverbindungen ab 8 mm Dicke in schwach schallschwächenden Werkstoffen bei einer Objekttemperatur von 0 °C bis 60 °C. Die Prüfung erfolgt nach PN-EN ISO 17640:2019-01; Anwendungsbereich: Schmelzschweißverbindungen ab 8 mm Dicke, schwach schallschwächender Werkstoff, Objekttemperatur 0 °C bis 60 °C, vor allem ferritische voll durchgeschweißte Verbindungen. Das Verfahren umfasst 8 Schritte; eingesetzt wird sie unter anderem für: Abnahmeprüfung voll durchgeschweißter Stumpfnähte in Stahlkonstruktionen, Prüfung von Rohrleitungen, Behältern und Maschinenbaugruppen, Nachweis von Längs- und Querrissen, Bindefehlern, ungenügender Durchschweißung, Einschlüssen und Einbrandkerben.

Auf einen Blick

  • Norm: PN-EN ISO 17640:2019-01
  • Kategorie: Werkstoffe und ZfP
  • Verfahrensschritte: 8
  • Anwendungsbereich: Schmelzschweißverbindungen ab 8 mm Dicke, schwach schallschwächender Werkstoff, Objekttemperatur 0 °C bis 60 °C, vor allem ferritische voll durchgeschweißte Verbindungen
  • Bezugsgeschwindigkeiten: Stahl: Longitudinalwellen (5920 ± 50) m/s, Transversalwellen (3255 ± 30) m/s
  • Prüfklassen: A, B, C und D — jede entspricht einer anderen Auffindwahrscheinlichkeit; Klasse D nur, wenn in der Spezifikation definiert

Übersicht

Die Norm legt Techniken der manuellen Ultraschallprüfung von Schmelzschweißverbindungen in metallischen Werkstoffen mit einer Dicke von mindestens 8 mm fest, die eine geringe Schallschwächung aufweisen, insbesondere durch Streuung, bei Objekttemperaturen von 0 °C bis 60 °C. Sie ist vor allem für voll durchgeschweißte Verbindungen bestimmt, bei denen sowohl Schweißgut als auch Grundwerkstoff ferritisch sind. Die in der Norm angegebenen werkstoffabhängigen Werte beruhen auf Stählen mit einer Longitudinalwellengeschwindigkeit von (5920 ± 50) m/s und einer Transversalwellengeschwindigkeit von (3255 ± 30) m/s.

Die Norm legt vier Prüfklassen fest, von denen jede einer anderen Auffindwahrscheinlichkeit für Unregelmäßigkeiten entspricht; Hinweise zur Wahl der Klassen A, B und C enthält Anhang A. Klasse D ist für besondere Anwendungen bestimmt und darf nur angewendet werden, wenn sie in der Spezifikation definiert ist; sie umfasst die Prüfung anderer Metalle als ferritischer Stahl, die Prüfung nicht durchgeschweißter Verbindungen, Prüfungen mit automatisierten Einrichtungen sowie Prüfungen bei Objekttemperaturen außerhalb des Bereichs von 0 °C bis 60 °C.

Die Bewertung von Ungänzen für Abnahmezwecke kann auf einer von zwei Techniken beruhen: auf Länge und Echoamplitude der Ungänze oder auf der Charakterisierung und Größenbestimmung der Ungänze mit Prüfkopfbewegungstechniken. Die in der Norm festgelegten Parameter, insbesondere die Prüfkopfparameter, stimmen mit den Anforderungen von ISO 11666 (Zulässigkeitsgrenzen) und ISO 23279 (Charakterisierung von Ungänzen) überein.

Prinzip der Methode

In den Werkstoff wird eine Ultraschallwelle eingeleitet, d. h. mechanische Schwingungen mit einer Frequenz über 20 kHz, und die reflektierten Signale werden aufgezeichnet. Reflexion tritt an der Grenze von Medien mit unterschiedlicher akustischer Impedanz auf: an der Objektoberfläche, an einer Ungänze oder an einem Einschluss eines anderen Werkstoffs. Beim Impuls-Echo-Verfahren hängt die Höhe des Impulses von der Größe des Reflektors ab und seine Lage auf der Zeitachse vom Abstand zum Prüfkopf, was die Ortung des Fehlers ermöglicht; am Anfang des Bildes steht der Sendeimpuls, der eine Totzone bildet, in der keine Beobachtung möglich ist. Winkelprüfköpfe haben einen eingebauten Keil, der an der Grenzfläche eine Wellenumwandlung in Transversalwellen bewirkt, die unter einem Winkel eingeschallt werden, meist 45°, 60° oder 70°. Anzeigen werden je nach Richtung ihrer größten Ausdehnung zur Nahtachse Längs- oder Querungänzen zugeordnet. Das Prüfvolumen umfasst die Naht, den Grundwerkstoff und die Breite der Wärmeeinflusszone auf jeder Seite der Naht, und wenn diese Breite nicht bekannt ist — mindestens 10 mm.

Anwendungen

Schlüsselparameter

ParameterWert
AnwendungsbereichSchmelzschweißverbindungen ab 8 mm Dicke, schwach schallschwächender Werkstoff, Objekttemperatur 0 °C bis 60 °C, vor allem ferritische voll durchgeschweißte Verbindungen
BezugsgeschwindigkeitenStahl: Longitudinalwellen (5920 ± 50) m/s, Transversalwellen (3255 ± 30) m/s
PrüfklassenA, B, C und D — jede entspricht einer anderen Auffindwahrscheinlichkeit; Klasse D nur, wenn in der Spezifikation definiert
Frequenz2 MHz bis 5 MHz; höher zur Verbesserung der Auflösung, niedriger bei langen Schallwegen oder hoher Schallschwächung
WinkelWinkel zwischen Schallbündel und Normale zur gegenüberliegenden reflektierenden Fläche von 35° bis 70°; bei zwei oder mehr Winkeln Unterschied der Nennwinkel mindestens 10°
Schwingergröße6–12 mm bei kurzen Schallwegen; 12–24 mm bei Schallwegen über 100 mm (Normalprüfköpfe) und über 200 mm (Winkelprüfköpfe)
Spalt unter dem PrüfkopfNicht größer als 0,5 mm; örtliche Abweichungen bis 1 mm nur zulässig, wenn von dieser Seite ein zusätzlicher Einschallwinkel verwendet wird
Justierung von Bereich und EmpfindlichkeitÜberprüfung mindestens alle 4 h und nach Abschluss der Prüfung; Temperaturunterschied zwischen Justierung und Prüfung innerhalb ±15 °C
EmpfindlichkeitsbezügeDAC-Kurve für Querbohrungen mit 3 mm Durchmesser; AVG-System mit Kreisscheibenreflektoren; Nut 1 mm × 1 mm (nur 8 ≤ t < 15 mm und Winkel ≥ 70°); Kreisscheibenreflektor 6 mm für die Tandemtechnik (Winkel 45°, t ≥ 40 mm)

Norm

Normnummer
PN-EN ISO 17640:2019-01
Titel (PL)
Badania nieniszczące spoin — Badania ultradźwiękowe — Techniki, poziomy badania i ocena
Title (EN)
Non-destructive testing of welds — Ultrasonic testing — Techniques, testing levels, and assessment

Schritt-für-Schritt-Verfahren

  1. Festlegungen vor der Prüfung

    Verfahren zur Einstellung des Bezugspegels, Art der Bewertung von Ungänzen, Zulässigkeitsgrenzen, Prüfklasse, Fertigungs- oder Betriebsstufe, Qualifikation des Personals, Umfang der Prüfung auf Querungänzen, gegebenenfalls Tandemprüfung nach ISO 16826, Prüfung des Grundwerkstoffs vor oder nach dem Schweißen sowie die Frage festlegen, ob eine schriftliche Prüfanweisung gefordert ist.

  2. Angaben für den Prüfer

    Der Prüfer muss Zugang haben zu Art des Grundwerkstoffs und Erzeugnisform (Guss-, Schmiede-, Walzerzeugnis), Fertigungsstufe und Wärmebehandlung, Nahtvorbereitung und -maßen, Anforderungen an den Oberflächenzustand, Schweißverfahren, Anforderungen an die Berichterstattung, Zulässigkeitsgrenzen, Prüfumfang, Prüfklasse, erforderlicher Qualifikationsstufe sowie zum Vorgehen bei Nachweis unzulässiger Ungänzen.

  3. Vorbereitung der Abtastflächen

    Die Abtastflächen müssen breit genug sein, um das gesamte Prüfvolumen abzudecken, eben und frei von Rost, losem Zunder, Spritzern, Kerben und Riefen, die die Ankopplung behindern. Die Welligkeit der Oberfläche darf keinen Spalt unter dem Prüfkopf von mehr als 0,5 mm ergeben; die Oberfläche bei Bedarf bearbeiten. Flächen, an denen das Schallbündel reflektiert wird, müssen eine ungestörte Reflexion ermöglichen.

  4. Wahl der Prüfköpfe

    Frequenz 2–5 MHz und Schwingergröße passend zum Schallweg wählen. Einen Winkel zwischen Schallbündel und Normale zur gegenüberliegenden Fläche im Bereich 35–70° sicherstellen und einen der Winkel so wählen, dass die Flanken der Naht möglichst senkrecht geprüft werden. Bei gekrümmten Oberflächen den Spalt nach der Formel g = a²/4D prüfen; überschreitet er 0,5 mm, den Prüfkopf an die Oberfläche anpassen und Empfindlichkeit und Bereich neu justieren.

  5. Prüfung des Grundwerkstoffs

    Den Grundwerkstoff im Abtastbereich vor oder nach dem Schweißen mit einem Normalprüfkopf prüfen, es sei denn, es kann nachgewiesen werden, dass Unregelmäßigkeiten oder hohe Schallschwächung die Winkelprüfung nicht beeinflussen. Werden Unregelmäßigkeiten nachgewiesen, ihren Einfluss bewerten und bei Bedarf die Technik ändern; bei erheblich eingeschränkter Abdeckung ein anderes Verfahren in Betracht ziehen, z. B. die Durchstrahlungsprüfung.

  6. Justierung von Bereich und Empfindlichkeit

    Die Justierung vor jeder Prüfung nach ISO 16811 durchführen und dabei den Temperatureinfluss berücksichtigen; Temperaturunterschied zwischen Justierung und Prüfung innerhalb ±15 °C. Den Bezugspegel mit einer der Techniken einstellen: DAC-Kurve für 3-mm-Querbohrungen, AVG-System, Nut 1 mm × 1 mm für Dicken von 8 bis unter 15 mm und Winkel von mindestens 70° oder Kreisscheibenreflektor 6 mm für die Tandemtechnik bei 45° Winkel und Dicken ab 40 mm.

  7. Abtasten des Prüfvolumens

    Die Abtastung muss das gesamte Prüfvolumen umfassen: Naht, Grundwerkstoff und Wärmeeinflusszone beiderseits, und wenn deren Breite nicht bekannt ist — mindestens 10 mm. Kann ein Teil des Volumens nicht in mindestens einer Abtastrichtung abgedeckt werden oder erfüllen die Einfallswinkel die Anforderungen nicht, Ersatz- oder Ergänzungstechniken vereinbaren: SE-Winkelprüfköpfe, Kriechwellenprüfköpfe, andere Ultraschalltechniken oder ein anderes Verfahren, z. B. Eindringprüfung, Magnetpulverprüfung oder Durchstrahlungsprüfung; mitunter ist das Abarbeiten der Nahtüberhöhung erforderlich.

  8. Überprüfungen während der Prüfung und Bewertung

    Die Justierungen mindestens alle 4 h und nach Abschluss der Prüfung sowie nach jeder Änderung eines Systemparameters überprüfen. Bei einer Empfindlichkeitsabweichung über 2 dB die Justierung vor der weiteren Prüfung korrigieren, bei einer Abnahme über 4 dB die Prüfungen des vorangegangenen Zeitraums wiederholen, bei einer Zunahme über 4 dB die aufgezeichneten Anzeigen neu bewerten; für den Bereich gelten Grenzen von 1 % und 2 % des Bereichs. Die Anzeigen anhand der Zulässigkeitsgrenzen nach ISO 11666 bewerten oder nach ISO 23279 charakterisieren und im Prüfbericht mit ihrer Lage im Koordinatensystem x, y, z angeben.

Erforderliche Geräte und Apparatur

GerätBeispielRichtpreis
Ultraschall-PrüfgerätNach der Reihe EN 12668; in den Übungen der Technischen Universität Lublin ein Prüfgerät vom Typ EPOCH 600, früher analoge Geräte mit Oszilloskopröhre—
WinkelprüfköpfeTransversalwellen unter einem Winkel eingeschallt, meist 45°, 60° oder 70°; Schwinger 6–24 mm je nach Schallweg—
NormalprüfköpfeLongitudinalwellen — zur Prüfung des Grundwerkstoffs im Abtastbereich und für Dickenmessungen—
SE-Prüfköpfe (Sender-Empfänger)Zwei Schwinger beseitigen die Totzone und ermöglichen den Nachweis oberflächennaher Ungänzen; nur Impuls-Echo-Verfahren—
Kontrollkörper Nr. 1 und Nr. 2Kontrollkörper Nr. 1 nach PN-EN ISO 2400; Kontrollkörper Nr. 2 (nur mit Winkelprüfköpfen) — aktuelle Grundlage ist PN-EN ISO 7963:2023-05, während die in älteren Unterlagen angeführte PN-EN 27963 durch PN-EN ISO 7963:2010 ersetzt wurde, die am 12. Mai 2023 zurückgezogen wurde. Sie dienen zur Kontrolle der Geräte, zur Justierung der Zeitbasis sowie zur Bestimmung von Schallaustrittspunkt und Einschallwinkel—
VergleichskörperMit 3-mm-Querbohrungen, Kreisscheibenreflektoren oder Nuten — zur Empfindlichkeitsjustierung nach der gewählten Technik—
KoppelmittelNach ISO 16810; dasselbe bei der Justierung von Bereich und Empfindlichkeit und während der Prüfung. In der Praxis: Maschinen- oder Speiseöle, Tapetenkleister, Schmierfette, Vaseline, Silikoncremes, Epoxidharze—

Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien

ReagenzCASDetails
Koppelmittel—Stellt eine durchgehende akustische Ankopplung zwischen Prüfkopf und Objekt sicher; auf den Oberflächenzustand abgestimmt, dasselbe bei Justierung und Prüfung

Arbeitsschutz und Sicherheit

Häufige Fragen

Welche Norm beschreibt diese Prüfung?

Die Prüfung erfolgt nach PN-EN ISO 17640:2019-01 — „Non-destructive testing of welds — Ultrasonic testing — Techniques, testing levels, and assessment“.

Wie funktioniert diese Methode?

In den Werkstoff wird eine Ultraschallwelle eingeleitet, d. h.

Wie groß sind Messbereich und Genauigkeit?

Anwendungsbereich: Schmelzschweißverbindungen ab 8 mm Dicke, schwach schallschwächender Werkstoff, Objekttemperatur 0 °C bis 60 °C, vor allem ferritische voll durchgeschweißte Verbindungen; Bezugsgeschwindigkeiten: Stahl: Longitudinalwellen (5920 ± 50) m/s, Transversalwellen (3255 ± 30) m/s; Prüfklassen: A, B, C und D — jede entspricht einer anderen Auffindwahrscheinlichkeit; Klasse D nur, wenn in der Spezifikation definiert; Frequenz: 2 MHz bis 5 MHz; höher zur Verbesserung der Auflösung, niedriger bei langen Schallwegen oder hoher Schallschwächung.

Wie lange dauert die Prüfung?

Das Verfahren umfasst 8 Schritte. Die Norm gibt nicht für jeden Schritt eine Dauer an — maßgeblich ist das Verfahren des Labors.

Welche Geräte werden benötigt?

Ultraschall-Prüfgerät, Winkelprüfköpfe, Normalprüfköpfe, SE-Prüfköpfe (Sender-Empfänger), Kontrollkörper Nr. 1 und Nr. 2, Vergleichskörper, Koppelmittel.

Wo wird diese Prüfung eingesetzt?

Abnahmeprüfung voll durchgeschweißter Stumpfnähte in Stahlkonstruktionen; Prüfung von Rohrleitungen, Behältern und Maschinenbaugruppen; Nachweis von Längs- und Querrissen, Bindefehlern, ungenügender Durchschweißung, Einschlüssen und Einbrandkerben; Prüfung von Verbindungen dort, wo Durchstrahlung aus Strahlenschutz- oder Zugangsgründen nicht möglich ist; Prüfung des Grundwerkstoffs im Abtastbereich mit einem Normalprüfkopf vor oder nach dem Schweißen.

Welche Sicherheitsmaßnahmen gelten?

Koppelmittel auf Ölbasis — Rutschgefahr, Hautreizung und Verschmutzung der Oberfläche; Handschuhe und Entfernen von Rückständen nach der Prüfung; Prüfungen in der Höhe, in engen Räumen und an in Betrieb befindlichen Anlagen — Sicherung, Lüftung, Arbeitserlaubnis; Objekte mit Temperaturen bis 60 °C — Verbrennungsgefahr für die Hände, wärmebeständige Handschuhe; Kabel und Stromversorgung des Prüfgeräts unter Feldbedingungen — Kontrolle des Isolationszustands, Versorgung mit Fehlerstromschutz; Scharfe Kanten und Spritzer auf den Abtastflächen — Handschuhe, vorherige Oberflächenvorbereitung.

Welches Labor führt diese Prüfung durch?

Die Prüfung führen nach ISO/IEC 17025 akkreditierte Labore durch. Auf LabCoda finden Sie sie über die Normnummer PN-EN ISO 17640.

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