Wenn der Wind übers Wasser peitscht und sich meterhohe Wellen bilden, müssen Offshore-Windkraftanlagen hohen Belastungen standhalten. Hier ist die Qualität der Schweißnähte von essenzieller Bedeutung. Mit Hilfe eines mobilen Ultraschallprüfgeräts soll die Schweißnahtprüfung im Rahmen der Qualitätssicherung jetzt erheblich erleichtert werden.
Die Sockel- und Turm-Elemente von Offshore-Windkraftanlagen bestehen aus bis zu 70 Millimeter dicken, hochbelastbaren Stahlblechen. Die einzelnen Segmente werden mit Längs- und Rundnähten im Lichtbogenschweißverfahren miteinander verbunden. Dabei kommt es besonders auf die Qualität dieser Schweißnähte an, denn Offshore-Komponenten sind extremen Belastungen ausgesetzt. Wind und Wellen fordern ihre mechanische Stabilität heraus, während gleichzeitig das korrosive Meerwasser die Materialien angreift. Die gängigste Methode zur Qualitätssicherung ist hier die klassische Schweißnahtprüfung mit Ultraschall. Sie erkennt zuverlässig Poren, Schlacke-Einschlüsse, Bindefehler, Risse, ungenügende Durchschweißung und ähnliche qualitäts- und haltbarkeitsmindernde Faktoren.
Insbesondere bei großen und schweren Bauteilen ist die tragbare Ultraschallprüftechnik, mit der die Messung direkt vor Ort vorgenommen werden kann, äußerst praktisch. Dafür hat das Unternehmen Sonotec ein mobiles Prüfgerät entwickelt, das Sonoscreen ST10 - strikt nach ergonomischen und funktionalen Aspekten. Hauptaugenmerk der Entwicklung lag auf einer Bedienführung, die den Prüfungsvorgang beschleunigt und mögliche Fehlerquellen von Anfang an ausschließt.

Auswahl aller relevanten Parameter
Dabei bewegt sich der Anwender mittels Drehen und Drücken des linken Knopfes durch das Menü und bedient das Gerät intuitiv. Die Menüführung gibt sämtliche anzupassende Parameter in einer logischen Abfolge vor. So stellt Sonotec sicher, dass alle relevanten Konstanten bei Prüfbeginn gesetzt sind. Am Ende kann der Anwender seine Eingaben schnell kontrollieren - mittels einer Übersicht der Prüfkopfeinstellungen. Dabei werden alle Menüpunkte im Volltext und der gesamte Menü-Baum mit Unterpunkten angezeigt. Zur schnellen, manuellen Entfernungsjustierung sind die Kalibrierkörper K1 und K2 bereits hinterlegt. Material- und Prüfkopfdatenbanken erleichtern zusätzlich die Prüfvorbereitung und Konfiguration des Geräts.
Das Sonoscreen ST10 bietet neben den Verfahren AVG, DAC und TCG bei der Empfindlichkeitsjustierung auch die Bewertung nach AWS1.1 an. „Diese Verfahren sind erforderlich, um die Größe des Fehlers im tatsächlichen Werkstück auch korrekt bewerten zu können", erläutert Dipl.-Ing. Henning Korngiebel, Vertrieb zerstörungsfreie Materialprüfung bei Sonotec. Auf Basis dieser Vergleichswerte wird bei der Bewertung nach DAC Punkt für Punkt eine Vergleichskurve erstellt. „Manchmal liegt dabei ein Messpunkt nicht so präzise auf der Kurve, wie er sollte. Mit dem Sonoscreen ST10 kann dieser einzeln editiert werden. Mit herkömmlichen Geräten muss dagegen die gesamte Justierung ab dem fehlerhaft gemessenen Punkt wiederholt werden. Das ist sehr zeitaufwendig", so Korngiebel.

Winkelprüfköpfe für die Schweißnahtprüfung
Das Sonoscreen ST10 ist mit den gängigen Ultraschallprüfköpfen kompatibel - darunter auch die hauseigenen Senkrecht- und Winkel-Prüfköpfe. Letztere werden in der Regel für die Schweißnahtprüfung eingesetzt. In diesen Prüfköpfen gibt ein Schwinger über einen Vorlaufkeil die Ultraschall-Transversalwellen unter einem bestimmten Winkel an das Werkstück ab. Die Winkel betragen üblicherweise 45°, 60° und 70°. Durch Einschleifen der Prüfköpfe besteht zudem die Möglichkeit einer Anpassung an gekrümmte Oberflächen, wie beispielsweise an verschiedene Rohrbauformen. Dadurch lassen sich die DIN EN 1714-Vorgaben für die zerstörungsfreie Prüfung von Schweißverbindungen erfüllen.

Prüfung von Metallen, Kunststoffen und Keramiken
Mithilfe der Senkrechtprüfköpfe der Sonoscan-Reihe kann das Ultraschallprüfgerät zur zerstörungsfreien Materialprüfung an Metallen, Kunststoffen und Keramikmaterialien eingesetzt werden. Die Prüfköpfe, die auch kleine Risse und Poren erkennen, werden mit dem Sonoscreen ST10 unter anderem zur Fehlerprüfung bei Verbundwerkstoffen - beispielsweise zur Erkennung von Delaminationen - verwendet. Zur Produktreihe zählen SE-Prüfköpfe (SE = Sender/Empfänger) und Impuls-Echo-Senkrechtprüfköpfe - wahlweise als Protect- oder Hardface-Ausführung. Die Protect-Variante mit austauschbarer Schutzmembran eignet sich vor allem für die Prüfung rauer Oberflächen, da sich die Schutzfolie an die Unebenheiten anpasst. Das schützt den Prüfkopf und verlängert seine Lebensdauer deutlich. Die Hardface-Version zeichnet sich dagegen durch eine sehr harte, verschleißfeste Anpassschicht aus.

Weitere Anwendungen
Zu 70 Prozent wird das mobile Ultraschallgerät zur Schweißnahtprüfung eingesetzt, wofür es auch optimiert wurde. Doch das Gerät lässt sich auch für weitere Prüfungen nutzen. Ein Beispiel aus dem Bereich Kunststoffe ist die Dickenmessung. „Für herkömmliche Wanddickenmessgeräte ist bei einer Wandstärke von 10 bis 20 Millimeter Schluss. Denn bei größeren Wanddicken ist der Dämpfungseffekt von Kunststoff zu groß für die Sendeleistung dieser Geräte", erklärt Korngiebel. Der Sender des Sonoscreen ST10 dagegen kann auch Kunststoffwände mit Stärken bis zu 10 Zentimetern durchschallen. „Selbstverständlich ist das Gerät auch für die Wanddickenmessung von Metallbauteilen zu gebrauchen. Es jedoch nur für diesen Zweck anzuschaffen, ergibt kostentechnisch keinen Sinn - hierfür bieten wir das Prüfgerät Sonowall an. Doch wenn man das Sonoscreen ST10 bereits zur Schweißnahtprüfung im Haus hat, sollte man seine Möglichkeiten auch ausschöpfen", meint Korngiebel. Schließlich sei die Wanddickenmessfunktion im Gerät enthalten und dazu messe es präziser als herkömmliche Prüfeinrichtungen. Diese höhere Genauigkeit macht sich auch beim Aufspüren von Lunkern in Blechen oder der Detektion von Ermüdungsrissen in Wellen und Achsen von Eisenbahnen bemerkbar.