🔩 Ultraschallprüfung von Blechen und Flacherzeugnissen aus Stahl ab 6 mm — Echoverfahren nach EN 10160

Werkstoffe und ZfP PN-EN 10160

Übersicht

Das ist keine Norm, die beschreibt, „wie man allgemein mit Ultraschall prüft" — es ist eine ERZEUGNISNORM. Sie beschreibt das Verfahren der Ultraschallprüfung unbeschichteter Flacherzeugnisse aus Stahl auf innere Ungänzen und legt zugleich die Kriterien fest, nach denen das Erzeugnis angenommen oder zurückgewiesen wird. Sie wird auf Flacherzeugnisse mit einer Nenndicke von 6 mm bis 200 mm aus unlegiertem oder legiertem Stahl angewendet, unter Ausschluss der austenitischen und der austenitisch-ferritischen Stähle. Letztere dürfen nach dieser Norm geprüft werden, sofern der Unterschied zwischen der Amplitude des Rauschsignals und der Amplitude der Registrierschwelle für die festgelegte Grenze ausreicht. Die Prüfung von Erzeugnissen, die dünner als 6 mm sind, kann Gegenstand gesonderter Vereinbarungen zwischen den Parteien sein.

Das Herzstück der Norm sind die Güteklassen. Die Norm definiert vier Güteklassen für den Körper des Erzeugnisses — S0, S1, S2 und S3 — sowie fünf Güteklassen für die Ränder: E0, E1, E2, E3 und E4. Die Klassen sind kein „allgemeines Maß an Sorgfalt", sondern bestimmte Sätze von drei Zahlen: die unzulässige Fläche einer einzelnen Ungänze, der bei Anhäufungen berücksichtigte Flächenbereich und die größte zulässige Anzahl solcher Ungänzen im am dichtesten besetzten Quadrat von 1 m × 1 m. Die Klassen werden in der Bestellung ausgewählt, und — nach Vereinbarung — darf das Erzeugnis mit unterschiedlichen Klassen für den Körper und für die Ränder geliefert werden.

Die Klasse wirkt sich auch auf die Art der Prüfung aus. Für die Klassen S0 und S1 wird die Abtastung entlang der Linien eines Rasters mit 200 mm Seitenlänge parallel zum Rand des Erzeugnisses durchgeführt, für die Klassen S2 und S3 — entlang eines Rasters mit 100 mm Seitenlänge; anstelle dessen sind gleichmäßig verteilte parallele oder pendelnde Linien zulässig, die denselben Grad der Kontrolle ergeben. Die Randzonen werden dagegen vollständig geprüft, auf einer von der Dicke des Blechs abhängigen Breite. Die Prüfung des Körpers beruht auf statistischen Verfahren, sofern in der Bestellung nichts anderes festgelegt ist — nach Vereinbarung darf eine Abtastung mit einer bestimmten Abdeckung oder eine Abtastung der gesamten Fläche des Körpers bestellt werden.

Die Norm lässt andere Prüfverfahren (z. B. das Durchschallungsverfahren) oder andere Geräte nach dem Ermessen des Herstellers zu, sofern sie Ergebnisse liefern, die mit den unter den Bedingungen dieser Norm erhaltenen identisch sind. Im Streitfall entscheidet ausschließlich das in dieser Norm festgelegte Verfahren. Die Kontrolle wird gewöhnlich am Ort der Herstellung oder beim Lieferanten durchgeführt und, wenn dies in der Bestellung festgehalten wurde — in Anwesenheit des Käufers oder seines Vertreters.

Status: im PKN-Shop steht unter der Nummer PN-EN 10160 eine einzige Position, PN-EN 10160:2001 in der polnischen Fassung, die EN 10160:1999 einführt, ohne Vermerk über eine Zurückziehung — die Norm ist also nach wie vor eine gültige Polnische Norm, obwohl die europäische Ausgabe aus dem Jahr 1999 stammt. Die normativen Verweisungen in der Norm selbst sind entsprechend alt (EN 473 statt des heutigen ISO 9712, prEN 1330-4 für die Ultraschall-Terminologie).

Im CEN läuft eine Überarbeitung dieser Norm (Entwurf prEN 10160, Stadium der Umfrage), die den Anwendungsbereich auf kleinere Dicken erweitert und eine neue Güteklasse hinzufügt; bis zu ihrer Verabschiedung gilt PN-EN 10160:2001. Den Entwurf hatten wir nicht in der Hand — seinen Inhalt beschreiben wir hier nicht.

Prinzip der Methode

Das Verfahren beruht auf der Reflexion von Ultraschallwellen, gewöhnlich Longitudinalwellen, deren mittlere Richtung senkrecht zur Oberfläche des Erzeugnisses verläuft. Die Prüfung besteht aus zwei Schritten. Zuerst wird die Ungänze geortet, indem die Amplitude ihres Echos mit der Amplitude des Echos einer Flachbodenbohrung mit gegebenem Durchmesser verglichen wird, die in derselben Tiefe wie die Ungänze liegt; berücksichtigt werden nur diejenigen Ungänzen, deren Echo eine Amplitude hat, die mindestens dem Echo aus der Vergleichsbohrung gleich ist. Danach wird die Fläche der Ungänze bestimmt: ihre Kontur wird durch diejenigen Stellungen der Prüfkopfmitte festgelegt, die einer Echoamplitude gleich der Hälfte der größten Amplitude dieser Ungänze entsprechen (das 6-dB-Verfahren). Die Prüfung wird beim ersten Durchgang des Prüfkopfes, für alle Dicken des Erzeugnisses und nur von einer Seite durchgeführt. Der Durchmesser der Vergleichsbohrung hängt von der Güteklasse ab: 11 mm für die Klassen S0, S1, E0 und E1, 8 mm für die Klassen S2, E2 und E3, 5 mm für die Klassen S3 und E4. Bei der Prüfung mit einem Doppelschwingerprüfkopf wird für alle Güteklassen ausschließlich die Bohrung mit 5 mm Durchmesser verwendet, weil die charakteristischen Kurven für die Bohrungen von 8 mm und 11 mm mit der Kurve des Rückwandechos zusammenfallen.

Anwendungen

• Abnahme von Grobblechen und anderen Flacherzeugnissen aus unlegiertem und legiertem Stahl mit einer Dicke von 6–200 mm
• Kontrolle von Blechen, die für Behälter und geschweißte Konstruktionen bestimmt sind — Auffinden von Dopplungen und Einschlusszeilen vor dem Schneiden und Schweißen
• Prüfung der Randzonen von Blechen, einschließlich der zum Schweißen vorgesehenen Bereiche (die Norm lässt die Prüfung der zu schweißenden Bereiche nach Skizzen zu)
• Beilegung von Streitigkeiten über die innere Güte eines Flacherzeugnisses — im Streitfall gilt ausschließlich das Verfahren aus dieser Norm
• Festlegung der geforderten Güteklasse des Körpers und der Ränder in der Bestellung, auch unterschiedlich für den Körper und für die Ränder

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

PN-EN 10160:2001

Titel (PL)

Badanie ultradźwiękowe wyrobów stalowych płaskich grubości równej lub większej niż 6 mm (metoda echa)

Title (EN)

Ultrasonic testing of steel flat product of thickness equal or greater than 6 mm (reflection method)

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Festlegung der Güteklassen und des Prüfplans

   Aus der Bestellung die geforderte Güteklasse des Körpers (S0–S3) und der Ränder (E0–E4) ablesen. Die Prüfung des Körpers beruht auf statistischen Verfahren, sofern in der Bestellung nichts anderes festgelegt wurde; nach Vereinbarung bei der Bestellung darf eine Abtastung mit einer bestimmten Abdeckung oder eine Abtastung des gesamten Körpers vorgesehen werden, mit den in der Vereinbarung festgehaltenen Bedingungen.

2. Kontrolle des Oberflächenzustands und der Ankopplung

   Das Koppelmittel soll den richtigen Kontakt des Prüfkopfes mit der Oberfläche des Erzeugnisses sicherstellen. Der Zustand der Oberfläche muss es erlauben, mindestens zwei aufeinanderfolgende Rückwandechos zu unterscheiden, wenn der Prüfkopf in einem von inneren Ungänzen freien Bereich aufgesetzt wird. Flacherzeugnisse werden gewöhnlich ohne besondere Vorbereitung der Oberfläche geprüft.

3. Auswahl des Prüfkopfes

   Die Art des Prüfkopfes nach Tabelle 1 der Norm auswählen: für eine Nenndicke des Erzeugnisses (oder eine Tiefe der Ungänzenzone) von 6 ≤ e < 60 mm — ein Doppelschwingerprüfkopf; für 60 ≤ e ≤ 200 mm — ein Einzelschwinger- oder ein Doppelschwingerprüfkopf. Die Hauptabmessungen der Prüfköpfe sind 10–25 mm Durchmesser, Nennfrequenz 2–5 MHz; bei der automatischen oder halbautomatischen Prüfung oder bei starker Schallschwächung des Erzeugnisses sind größere Prüfköpfe und Frequenzen außerhalb dieses Bereichs zulässig, sofern die grundsätzlichen Anforderungen der Norm erfüllt sind.

4. Einstellung des Gerätes

   Die Zeitbasis so einstellen, dass der Abstand auf dem Bildschirm zwischen dem Sendeecho und dem Rückwandecho erlaubt, ein Fehlerecho zwischen ihnen deutlich zu erkennen; es sollten mindestens zwei Rückwandechos sichtbar sein. Leistung und Verstärkung gemeinsam in einem von Ungänzen freien Bereich einstellen: das erste Rückwandecho auf die größte Amplitude bringen, die mit der Höhe des Bildschirms im Bereich der Linearität des Gerätes vereinbar ist, gewöhnlich 80–100 % der Bildschirmhöhe.

5. Einstellung der Empfindlichkeit und des Bereichs an den Kurven

   Für jede Art von Prüfkopf die Kurven heranziehen: der Änderung der Rückwandechoamplitude in Abhängigkeit von der Dicke des Erzeugnisses sowie der Änderung der Amplitude des Echos einer Flachbodenbohrung in Abhängigkeit von ihrer Tiefe — für die Durchmesser 11 mm (Klassen S0, S1, E0, E1), 8 mm (S2, E2, E3) und 5 mm (S3, E4). Für ein Erzeugnis gegebener Dicke wird die Rückwandechoamplitude auf den Wert aus der Rückwandechokurve gebracht, und die Amplitude des Echos einer Ungänze wird mit der charakteristischen Kurve verglichen, die der gewählten Klasse entspricht. Berücksichtigt werden ausschließlich Ungänzen, deren Echo die charakteristische Kurve übersteigt. Der Boden der Bohrung soll möglichst eben sein, parallel zur Einschallfläche und frei von Narben und Riefen, die die Reflexion verschlechtern; Durchmessertoleranz +5 %.

6. Abtastung des Körpers

   Für die Klassen S0 und S1 eine durchgehende Prüfung entlang der Linien eines Rasters mit 200 mm Seitenlänge parallel zum Rand des Erzeugnisses durchführen; für die Klassen S2 und S3 — entlang eines Rasters mit 100 mm Seitenlänge. Zulässig sind stattdessen gleichmäßig über die Fläche verteilte parallele oder pendelnde Linien, die denselben Grad der Kontrolle ergeben.

7. Abtastung der Randzonen

   Die Zone entlang aller vier Ränder des Erzeugnisses vollständig prüfen, mit einer Breite nach Tabelle 2: 50 mm für Dicken 6 ≤ e < 50 mm, 75 mm für 50 ≤ e < 100 mm, 100 mm für 100 ≤ e ≤ 200 mm. Abgetastet wird die gesamte Fläche der Zonen (oder die zum Schweißen vorgesehenen Bereiche nach Skizzen), unter denselben Bedingungen wie der Körper.

8. Bestimmung der Fläche einer Ungänze nach dem 6-dB-Verfahren

   Für Ungänzen, die die charakteristische Kurve übersteigen, die Kontur als diejenigen Stellungen der Prüfkopfmitte bestimmen, bei denen die Antwort gleich der Hälfte der größten Amplitude ist. Die Ungänze durch ein Rechteck beschreiben, das sie vollständig umfasst: die größere Abmessung ist die Länge, die kleinere — die Breite, und die Fläche des Rechtecks ist die Fläche S der Ungänze. Zwei nahe beieinander liegende Ungänzen werden wie eine einzige mit einer Fläche gleich der Summe beider behandelt, wenn der Abstand zwischen ihnen kleiner oder gleich der Länge der kleineren von ihnen ist. Bei der Prüfung mit Einzelschwingerprüfköpfen in den Klassen S2 und S3 werden statt der Bestimmung der Fläche die Ungänzen gegenüber den Kurven für die Bohrungen von 5, 8 und 11 mm gezählt.

9. Bewertung nach den Annahmekriterien

   Die Tabellen 3 und 4 für den Körper (je nach der Art des verwendeten Prüfkopfes) sowie die Tabelle 5 für die Ränder anwenden. Die nachstehend angegebenen Werte stammen aus Tabelle 3 (Doppelschwingerprüfköpfe, Dicken unter 60 mm); die Kriterien der Tabelle 4, die Einzelschwingerprüfköpfe betreffen, FÜHREN WIR HIER NICHT AN. Für Doppelschwingerprüfköpfe und Dicken unter 60 mm ist eine einzelne Ungänze unzulässig, wenn: S > 5000 mm² (S0), S > 1000 mm² (S1), S > 100 mm² (S2), S > 50 mm² (S3). Anhäufungen werden im am dichtesten besetzten Quadrat von 1 m × 1 m bewertet: für S0 nicht mehr als 20 Ungänzen mit einer Fläche von 1000 < S < 5000 mm², für S1 nicht mehr als 15 mit einer Fläche von 100 < S < 1000 mm², für S2 nicht mehr als 10 mit einer Fläche von 50 < S < 100 mm², für S3 nicht mehr als 10 mit einer Fläche von 20 < S < 50 mm². Für die Randzonen (Tabelle 5) betragen die zulässigen Abmessungen und Anzahlen je 1 m Länge: E0 — Lmax 100 mm, Smax 2000 mm², Lmin 50 mm, 6 Stück; E1 — 50 mm, 1000 mm², 25 mm, 5 Stück; E2 — 40 mm, 500 mm², 20 mm, 4 Stück; E3 — 30 mm, 100 mm², 15 mm, 3 Stück; E4 — 20 mm, 50 mm², 10 mm, 2 Stück.

10. Prüfbericht

    Auf Verlangen legt der Hersteller einen Bericht vor, der mindestens enthält: die Bezugnahme auf diese Europäische Norm; die Angaben zum Erzeugnis (Stahlsorte, Zustand der Wärmebehandlung, Zustand der Oberfläche, Abmessungen); die Kennwerte des Prüfkopfes (Art, Abmessungen, Frequenz) und des Gerätes; die Bedingungen der Durchführung (Koppelmittel, Abtastung, das angewendete Verfahren zur Bestimmung der Fläche, die Einstellung des Gerätes); die Ergebnisse der Prüfung; ein Verzeichnis der besonderen Punkte, die Gegenstand gesonderter Vereinbarungen sind; das Datum des Berichts.

Erforderliche Geräte und Apparatur

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Die Prüfung wird von qualifiziertem Personal unter der Verantwortung einer nach EN 473 auf Stufe 3 zertifizierten Person durchgeführt (die Norm beruft sich auf EN 473; heute erfolgt die Qualifizierung und Zertifizierung von ZfP-Personal nach ISO 9712).
• Die Überprüfung des Gerätes wird nach den entsprechenden nationalen Normen ausgeführt, und die Einstellung des Messsystems wird mindestens einmal alle 8 Stunden kontrolliert — das Auslassen dieser Kontrolle macht die Ergebnisse der gesamten Schicht ungültig (das ist unsere Folgerung aus der Anforderung der Norm und nicht ihr wörtlicher Wortlaut).
• Das Verfahren ist für den Bedienenden sicher (keine ionisierende Strahlung), es wird aber gewöhnlich in der Fertigungsabteilung oder beim Lieferanten durchgeführt — dort gelten die Sicherheitsregeln des Betriebsablaufs, auch beim Bewegen schwerer Bleche.
• Bei der Prüfung mit Wasserankopplung und bei Tauchverfahren ist mit elektrischen Gefährdungen und mit einer rutschigen Oberfläche des Arbeitsplatzes zu rechnen.
• Wenn die Prüfung in Anwesenheit des Käufers oder seines Vertreters stattfinden soll, sind alle Schritte zu unternehmen, um den Fertigungsablauf nicht zu stören.

Häufige Fragen