Methodische Bewertung eines bildgebenden Ultraschallverfahrens zur Prüfung von Stahlbrammen

Abstract

Nach dem Urformprozess von flüssigem Stahl zu Brammen sind diese Ausgangspunkt für fast jedes Stahlumformprodukt. Daher stellt die Qualitätsbewertung zu diesem frühen Zeitpunkt der Fertigung einen wesentlichen Beitrag für die gesamte Wertschöpfungskette dar. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem zerstörungsfreien Nachweis von Innenrissen und Porositäten in Brammen unter Verwendung des Ultraschallprüfverfahrens Sampling Phased Array (SPA) mit einer Compound-Bildgebung. Es werden werkstoffliche Besonderheiten von Brammen, wie deren akustische Anisotropie oder die Struktur der in Brammen enthaltenen Ungänzen, in Bezug auf deren Nachweis durch die Ultraschallprüfung erfasst. Zudem werden Methoden zur Reduzierung des Datenvolumens für die Bildrekonstruktion bei gleichzeitigem Erhalt des bestehenden Fehlernachweises für einen verbesserten industriellen Einsatz erarbeitet. Die Untersuchungen erfolgen anhand von Testkörpern oder Brammen mit natürlichen Ungänzen. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Werkstoffeigenschaften der Brammen auf die Ultraschallausbreitung auswirken, jedoch die Prüfaussage nicht entscheidend beeinflussen. Aus den Untersuchungen bzgl. der Reduktion des Datenvolumens geht hervor, dass mit einer synthetisch verkleinerten Apertur während der Datenaufnahme bis zu 75 % der Ultraschall (US)-Informationen reduzierbar sind, ohne den Fehlernachweis negativ zu beeinflussen. Gleichzeitig kann die Geschwindigkeit einer Prüfung durch eine Sendetaktreduzierung erhöht werden.

After casting of steel, slabs are the source for the most steel forming products. Due to this reason, the quality testing at this early point is essential for the complete manufacturing chain. This thesis is focused on the non-destructive detection of cracks and porosities within slabs by using ultrasonic. The used ultrasonic procedure is called Sampling Phased Array (SPA) and is used combined with a compound-imaging to reveal the test results. In this thesis material characteristics of steel slabs like acoustic anisotropy are analyzed as well as the detection capability of natural reflectors within slabs by ultrasonic testing in dependence on their structure. Additional, for an increase of the testing volume several methods to reduce the considered information for the ultrasonic imaging without affecting the existing detection capability are elaborated. The investigations are conducted on test specimens and steel slabs with natural reflectors. The results reveal that the material characteristics of slabs are influencing the propagation of ultrasonic waves, but the influences do not lead to critical effects on the detection capability. The results about the reduction of the considered information obtain that a reduction of the ultrasonic information up to 75 % is possible without affecting the detection capability, if a synthetic reduction of the aperture during the data acquisition is applied. This approach allows further an increase of the testing velocity.