Mo.4.B - Poster mit Kurzpräsentation / 17.09.2012F. Ahrens |
P4
17:00
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Einsatz der Phased-Array-Technik mit Matrix-Sensoren bei stark schallschwächenden Werkstoffen
A. Dillhöfer, Stutensee
M. Spies, Baker Hughes, Process & Pipeline Services, Stutensee
H. Rieder, Fraunhofer IZFP, Saarbrücken
P. Kreier, Innotest, Eschlikon, Schweiz
Kurzfassung:
Die Ultraschallprüfung zählt zu den wichtigen Querschnittstechnologien in vielen industriellen Bere...
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Die Ultraschallprüfung zählt zu den wichtigen Querschnittstechnologien in vielen industriellen Bereichen. Besondere Herausforderungen stellen moderne Gusswerkstoffe mit guten Korrosions- oder Hochtemperatureigenschaften. Im Hinblick auf eine quantitative Bewertung der Fehler nach Form, Größe, Ort und Orientierung hat sich die Synthetische Apertur Fokus Technik (SAFT) bewährt. Der Einsatz ist bei der Prüfung von stark schallschwächenden Materialien, z.B. CuNiAl-Bronzen, Duplex-Stählen und Nickel-Legierungen (Inconel 625), von großem Interesse. Diese quasi-tomographische Rekonstruktionsmethode führt mit Standard-Prüfköpfen zu einem verbesserten Signal-Rausch-Abstand bei der Fehlerrekonstruktion. Eine andere Möglichkeit, den ungünstigen Schalleigenschaften dieser Materialien zu begegnen, bietet der Einsatz der Phased-Array-Technik. Hier führt die gesteuerte Schallfeldfokussierung zu einer deutlichen Erhöhung der Schallenergie in den ausgewählten Tiefenbereichen bei gleichzeitiger Reduktion des Streuquerschnitts.
Bei dem Einsatz der Phased-Array-Technik mit Matrix-Sensoren können neben dem standardisierten Einsatz auch weitergehende Ansätze wie z.B. die Total Focusing Method (TFM), bei welcher die Matrix-Elemente sowohl im Sende- als auch im Empfangsfall frei steuerbar sind, eingesetzt werden. Dieser Beitrag vergleicht Ergebnisse und Fortschritte bei der Inspektion schwer prüfbarer Werkstoffe, die durch die drei Prüfmethoden SAFT, Phased-Array und TFM mittels Matrix-Sensoren gewonnen wurden. Der Vortrag beschreibt außerdem die verfahrenstechnische Umsetzung und die Evaluation der Prüftechniken am Beispiel des Schiffspropellerwerkstoffs CU3 und des Hochtemperaturwerkstoffs Alloy 625.
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P5
17:05
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Das Verständnis von Risiko und dessen Einschätzung
K. Osterloh,
N. Pfeil, N. Wrobel, BAM, Berlin
I. Sudy, TU Hamburg-Harburg
Kurzfassung:
Der Begriff „Risiko“ wird in unterschiedlichen Zusammenhängen gebraucht, sei es in wirtschaftlichen...
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Der Begriff „Risiko“ wird in unterschiedlichen Zusammenhängen gebraucht, sei es in wirtschaftlichen, gesellschaftlichen oder wissenschaftlich-technischen Bereichen. Betroffen davon ist auch die zerstörungsfreie Prüfung mit dem Ziel, Risiken zu mindern. Dadurch offenbart sich die Notwendigkeit, über alle Bereiche hinweg zu einem gemeinsamen Verständnis dieses Begriffes zu kommen, welches aus eigener Sicht auch und gerade die technischen Belange berücksichtigt. Selbst in den international geltenden Normen findet sich eine Vielfalt von Formulierungen, die sich mitunter nach Neubearbeitungen ändern können. Hinzu kommen sprachliche Feinheiten bei der Übertragung von internationalen Standards ins nationale Regelwerk, z.B. vom Englischen ins Deutsche. Die BAM empfiehlt eine Definition des Risikos aus der, inzwischen zurückgezogenen, DIN VDE 31000 Teil 2, richtet sich aber im Prinzip nach der DIN 820-120:2008-09, die auf dem ISO/IEC Guide 51:1999 beruht. In beiden werden die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens einerseits und das Ausmaß eines möglichen Schadens andererseits berücksichtigt. Dieses Prinzip zieht sich durch sehr viele Definitionen, spiegelt also ein verbreitetes Verständnis von Risiko wieder.
Wesentlich vielschichtiger noch ist die Frage, wonach man ein Risiko einschätzen kann. Besonders strittig ist die Frage, ob und in wie weit Risiko quantifizierbar ist. Zu gerne möchte man berechnen können, worauf man sich einlässt. Es lässt sich die ganze Bandbreite von einer quantitativen Größe (Knight) bis zu unmöglich (Taleb, der Schwarze Schwan) finden. Es ist daher absehbar, dass jeder formelhafte Ansatz umstritten sein wird. Dennoch wird für Entscheidungsfindungen eine Einschätzung möglicher Risiken unabdingbar sein, wenn es darum geht, auf diese einzugehen, sie einzudämmen wo möglich, irgendwie zu umgehen oder völlig zu vermeiden. Dies betrifft alle Lebensbereiche, im hohen Maße übergreifende öffentliche Infrastrukturen. Es ist also die gesamte Gesellschaft betroffen und gefragt. Gerade hier ist zum Dialog zwischen der Technik und den anderen gesellschaftlichen Bereichen ein gemeinsames Verständnis notwendig, wie Risiken einzuschätzen sind. Als wertvolle Grundlage dazu kann u. a. der internationale Standard IEC/ISO 31010 (2009) dienen, der das Risikomanagement zum Gegenstand hat. In dessen Anhang finden sich über dreißig Methoden zur Risikoeinschätzung.
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P11
17:10
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CT-Anwendungen aus dem Alltag eines Dienstleisters
M. Ziegler, H.W. Berg, R. Reinke, BMB, Bad Rappenau
Kurzfassung:
Oft wird die Computertomografie mit dem Ziel einer ganz bestimmten Anwendung in ein Unternehmen ein...
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Oft wird die Computertomografie mit dem Ziel einer ganz bestimmten Anwendung in ein Unternehmen eingeführt, ohne für weitere nützliche Anwendungen, z.B. der Qualitätssicherung, zum Einsatz zu kommen. Das volle Leistungsspektrum der CT kann meist nur von Dienstleistern ausgenutzt werden, die mit allen möglichen und unmöglichen Prüfanfragen konfrontiert sind. Dieser Beitrag hat das Ziel einen Überblick über das erfahrungsgemäße Anwendungsspektrum zu geben. Die Beispiele entstanden überwiegend an einer 2D-CT (450 kV). Die Prüfobjekte stammen vornehmlich aus der Automobilindustrie, aber auch aus dem Bereich der Luftfahrt. Oft unterstützt die CT im Vorfeld als zerstörungsfreies Prüfverfahren andere zerstörende Prüfmethoden. So dient sie z.B. zur Verbesserung der Gussqualität, zur Voruntersuchung und zum Ersatz bei der Schlifferstellung, zur Vor- und Nachuntersuchung von Dauerlauftests, zur Volumenporositätsbestimmung als Ergänzung zum Zugversuch, zur Erstellung eines Soll-Ist-Vergleichs, zur Untersuchung des Verschleißes von Gusswerkzeugen, zum Reverse-Engineering und zunehmend zur Untersuchung von Verbundwerkstoffen.
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P13
17:15
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Numerische Korrektur des Hinterleuchtens von Röntgendetektoren
B.R. Müller, A. Kupsch, A. Lange, BAM, Berlin
M.P. Hentschel, TU Berlin
Kurzfassung:
Eine neuartige Korrektur artefaktisch gemessener Intensitäten von Röntgenflachdetektoren wird vorge...
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Eine neuartige Korrektur artefaktisch gemessener Intensitäten von Röntgenflachdetektoren wird vorgeschlagen. Die betrachteten Artefakte betreffen eine diffuse Umverteilung der Intensität und führen zu beträchtlichen Verfälschungen der wahren Schwächung und verletzen mithin das Lambert-Beer’sche Gesetz.
Sie werden sowohl in Laborexperimenten mit Röntgenröhren (polychromatische Einstrahlung) als auch mit monochromatischer Synchrotronstrahlung bei Einsatz indirekt konvertierender Detektionssysteme (Fluoreszenzschirm, Optik, CCD-Chip) beobachtet.
Dieser Effekt wird als Hinterleuchten bezeichnet.
In der vorgestellten Studie werden mittels wohldefinierter Randbedingungen Gesetzmäßigkeiten des Hinterleuchtens untersucht: durch Einsatz monochromatischer Strahlung können Aufhärtungseffekte als Ursache ausgeschlossen werden. Das Hinterleuchten ist umso stärker ausgeprägt, je weniger Detektorfläche vom Objekt abdeckt wird und je stärker das Objekt schwächt. Mit Blick auf Tomographien ergibt sich eine Modulation der „Dichte“ als Funktion des Projektionswinkels, deren Amplitude mit dem Objektumfang steigt (Dynamik).
Der isotrope und homogene Ansatz zur numerischen Korrektur macht lediglich Gebrauch von Intensitätsmittelwerten und stellt die Gültigkeit des Schwächungsgesetzes in modifizierter Form wieder her.
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P16
17:20
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aRTist – Radiographien interaktiv simuliert
C. Bellon, A. Deresch, C. Gollwitzer, G.-R. Jaenisch, BAM, Berlin
Kurzfassung:
Vorgestellt wird aRTist, ein von der BAM entwickeltes Softwarewerkzeug zur Simulation von Radiograp...
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Vorgestellt wird aRTist, ein von der BAM entwickeltes Softwarewerkzeug zur Simulation von Radiographien, das sich bei einer Vielzahl interner Projekte bewährt hat. Aktuelle Zielstellung ist die Bereitstellung einer Simulationssoftware, die den praktischen Erfordernissen der Industrie entspricht. Wesentliches Merkmal der aktuellen Programmversion ist die Geschwindigkeit, mit der Radiographien simuliert werden. Während der interaktiven Manipulation wird ein Live-Vorschaubild gezeigt, das die Einrichtung der virtuellen Durchstrahlungsszene erleichtert. Das radiographische Modell verbindet analytische Modellansätze zur Beschreibung der Strahlenquelle, der Schwächung von Strahlung beim Durchgang durch ein Prüfobjekt und deren Detektion mittels Röntgenfilm oder digitaler Detektorsysteme mit einer CAD-orientierten Objektbeschreibung. Dabei kann der Nutzer den Durchstrahlungsaufbau durch direkte Manipulation in der virtuellen 3D-Szene interaktiv beeinflussen. Alle erforderlichen Benutzereingaben haben eine unmittelbare Entsprechung zum realen Durchstrahlungsaufbau. Zum Beispiel wird das Material eines virtuellen Bauteils aus einer internen Liste ausgewählt oder durch seine stoffliche Zusammensetzung neu definiert.
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P17
17:25
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Anwendungsspezifische Durchstrahlungstechnik für komplexe Strukturen
B. Redmer, M. Föllner, K.-U. Thiessenhusen, BAM, Berlin
K. Bavendiek, KOWOTEST, Langenfeld
U. Ewert, Teltow
Kurzfassung:
Die BAM hat in den letzten Jahren mehrere tomografische Anlagen zur mobilen und portablen tomografi...
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Die BAM hat in den letzten Jahren mehrere tomografische Anlagen zur mobilen und portablen tomografischen Prüfung entwickelt und den Einsatz vor Ort bei mehreren Industriepartnern begleitet.
Die industrielle Computertomographie (ICT) ist ein universelles zerstörungsfreies Prüfverfahren, das die dreidimensionale Darstellung von Objekten unterschiedlicher Werkstoffstrukturen und die Vermessung im Bereich von wenigen Mikrometern bis zu einigen Metern ermöglicht. Die Anordnung von Strahler-Objekt-Detektor in stationären CT- Anlagen ist fest vorgegeben, wobei die Größe des zu prüfenden Objektes meist begrenzt ist.
Für die tomografische Prüfung von großformatigen Objekten sowie an fest eingebauten Objekten in Industrieanlagen werden mobile oder portable CT- Anlagen eingesetzt. Das Anlagenkonzept basiert auf der computer-gestützten Laminographie. Hierbei ist die Position des zu prüfenden Objektes unverändert und Strahler und Detektor bewegen sich auf definierten Translations- bzw. Rotationsbahnen entlang des Objektes. Es werden Einzelprojektionen aus einem eingeschränktem Winkelbereich erfasst. Angepasste Rekonstruktionsalgorithmen berechnen ein Schichtenmodell des geprüften Objektbereiches, welches als 3D-Bild ausgewertet werden kann.
Der Beitrag stellt mobile und portable Anlagenkonzepte im Vergleich zur stationären CT-Anlage vor und gibt einen Überblick über praktische Anwendungen.
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P33
17:30
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Untersuchungen zur 2D- und 3D-Rekonstruktion von Rückwandgeometrien in der Impuls-Thermografie
R. Richter, C. Maierhofer, BAM, Berlin
M. Kreutzbruck, Universität Stuttgart
Kurzfassung:
Die aktive Thermografie kommt zunehmend in der zerstörungsfreien Prüfung zum Einsatz. Hierin steckt...
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Die aktive Thermografie kommt zunehmend in der zerstörungsfreien Prüfung zum Einsatz. Hierin steckt allerdings der Bereich der Defektklassifizierung und die quantitative Defektcharakterisierung noch in den Kinderschuhen. In diesem Beitrag werden die Möglichkeiten untersucht anhand einer inverser Rekonstruktion von thermografischen Daten die Rückwandgeometrien in 2D und 3D zu ermitteln.
Die Datensätze wurden bei der Prüfung von 2 cm dicken PVC-Platten mit rückseitiger Nutfräsung bzw. Flachbodenbohrungen von unterschiedlichen Restwandstärken und Durchmessern gewonnen. Die thermische Anregung erfolgt mit Blitzlampen, die zeit- und ortsaufgelöste Erfassung der Oberflächentemperatur mit einer Infrarotkamera. Sowohl die Anregung als auch die Temperaturmessung werden von der defektfreien Vorderseite aus durchgeführt. Die Unregelmäßigkeiten in der Abkühlung weisen auf unterschiedliche Materialdicken hin, die unter Verwendung eines iterativen Vergleiches mit simulierten Daten an die realen Wandstärken angenähert werden. Mittels simulierter Daten, die in 2D bzw. 3D durch eine Finite-Elemente-Methode berechnet werden, rekonstruieren wir die Geometrie des Probekörpers in 2D bzw. 3D mit einer optimierten und zuverlässigeren Version der iterativen echo defect shape method. Diese zeiteffiziente Methode berechnet den Startwert und seine iterative Verbesserung anhand des relativen Kontrastes. Wanddicken können innerhalb der Iteration zu- und abnehmen, bei der optimierten Version aber nicht kleiner als der Startwert werden. Dies bietet eine größere Zuverlässigkeit, da die Wanddicke vor der Iteration, d.h. der Startwert, grundsätzlich unterschätzt wird. Für einen geeigneten Startwert und geeignetes Abbruchkriterium kann die Restwand an minimalen Wanddicken im Mittel auf ca. 1 mm genau bestimmt werden (bei 3D Rekonstruktion der Flachbodenbohrungen). Speziell an scharfen Defektkanten verliert das Verfahren durch laterale Wärmeflüsse an Qualität.
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P34
17:35
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Volumenstrombestimmung an gasdurchflossenen Düsen mit Thermografie
M. Doroshtnasir, R. Krankenhagen, C. Maierhofer, BAM, Berlin
P. Binder, N. Block, Block Materialprüfung, Berlin
Kurzfassung:
Gemäß aktuellem Stand der Technik ist an Turbinenschaufeln eine 100%-ige Qualitätskontrolle vorzune...
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Gemäß aktuellem Stand der Technik ist an Turbinenschaufeln eine 100%-ige Qualitätskontrolle vorzunehmen. In diesem Rahmen erfolgt eine Durchflussmessung, welche die Kühlgasströmung in einzelnen Bereichen der Schaufel summarisch erfasst. Ergänzend wird die Gasdurchlässigkeit von einzelnen Öffnungen untersucht. Neben der individuellen und rein mechanischen Einzellochprüfung hat sich ein thermografisches Verfahren etabliert, bei dem zunächst erhitzte Luft durch die Turbinenschaufel geleitet und die gesamte Schaufelfläche mit einer Thermografiekamera betrachtet wird. Hierdurch können alle Öffnungen auf der für die Kamera sichtbaren Fläche gleichzeitig überprüft werden. Jedoch wird dabei keine quantitative Bewertung des Durchflusses vorgenommen. Damit bleibt die Qualitätskontrolle ein mehrstufiges Verfahren, verbunden mit einem entsprechenden zeitlichen und apparativen Aufwand.
R. S. Bunker et. al. beschrieben bereits 2003 eine Möglichkeit, den Durchfluss durch eine Öffnung mittels Thermografie auch quantitativ zu bestimmen. Hierdurch wurde ein Weg aufgewiesen, die Qualitätsprüfung von Turbinenschaufeln auf eine einzelne thermografische Messung zu reduzieren. Allerdings existieren hierfür noch keinerlei Kriterien zur eigentlichen Bewertung der Qualität.
Deswegen schlagen die Autoren vor, durch sukzessive Bestimmung des aktuellen Durchflusses aller Öffnungen einer Turbinenschaufel den integralen Durchfluss zu ermitteln. Damit wäre ein Anschluss an bestehende Prüfvorschriften und –normen erreicht, und es könnten die bekannten Qualitätskriterien weiter genutzt werden. In diesem Beitrag wird gezeigt, dass mittels Thermografie der Volumenstrom einer Gruppe von Öffnungen in einem Prüfdurchgang quantitativ ermittelt werden kann.
Hierzu wurde zunächst ein Messplatz zur Bereitstellung definiert beheizter Druckluft aufgebaut. Die eigentlichen Messungen wurden an einem speziellen Prüfkörper mit verschiedenen Lochanordnungen und –Geometrien durchgeführt. Hieran lassen sich sowohl das Potenzial als auch typische Probleme des Verfahrens demonstrieren. Die Diskussion der Ergebnisse umfasst auch wesentliche Aspekte der Überführung in die industrielle Anwendung wie die Durchführung einer Kalibration oder den Einsatz einer automatisierten Locherkennung.
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P35
17:40
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Nachweis von lokalen Schädigungen an Hochleistungsbauteilen mit Hochfrequenz Wirbelstromtechniken und Induktions-Thermografie
W. Reimche, F.-W. Bach, V. Böhm, O. Bruchwald, W. Frackowiak, Leibniz Universität Hannover, Garbsen
Kurzfassung:
Die hohen Anforderungen, die am Hochleistungsbauteile gestellt werden, erfordern prozess- und einsa...
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Die hohen Anforderungen, die am Hochleistungsbauteile gestellt werden, erfordern prozess- und einsatzbegleitend zunehmend geeignete zerstörungsfreie Prüftechniken, um in der Fertigung und im Lebenszyklus der Bauteile eine Qualitätssicherung zu erreichen.
Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 871 „Produkt Regeneration“ werden im Teilprojekt A1 „Zerstörungsfreie Charakterisierung von Beschichtungen und Werkstoffzuständen hochbeanspruchter Triebwerksbauteile“ Hochfrequenz-Wirbelstrom-Scantechniken zum Nachweis von lokalen Defekten und Werkstoffzuständen sowie aktive und dynamische Induktions-Thermografieverfahren zur schnellen bildhaften Prüfung und Bewertung von profilierten Bauteilrandzonen und Schichtsystemen entwickelt und erprobt.
Neben Simulationsberechnungen zur Auslegung, Entwicklung und Funktionsweise der Prüftechniken werden experimentelle Ergebnisse zum Nachweis von Bauteilschädigungen aufgezeigt.
• Gefügetrennungen infolge mechanischer Bearbeitung in Buchsen aus Ms-Sonderlegierungen
• Beschichtungs- und Turbinenschaufelschäden infolge thermischer Überbeanspruchung
• Entwicklung von Eigenspannungsverteilungen, Härte- und Ermüdungsrissen infolge der Vergütung und Beanspruchung von Bauteilrandzonen und Verzahnungen
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P58
17:45
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ZfP in der maritimen Industrie – zwischen Ökonomie, Human Factor und Ökologie
H. Rieder, Fraunhofer IZFP, Saarbrücken
M. Spies, Baker Hughes, Process & Pipeline Services, Stutensee
A. Dillhöfer, Stutensee
Kurzfassung:
Die deutsche Schiffbauindustrie genießt weltweit hohes Ansehen. Kreuzfahrtschiffe, Fähren, Containe...
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Die deutsche Schiffbauindustrie genießt weltweit hohes Ansehen. Kreuzfahrtschiffe, Fähren, Containerfrachter, Marine- und Spezialschiffe sind ebenso gefragt wie innovative Antriebs- und Navigationssysteme. Nur durch kontinuierliche Forschung und Entwicklung kann die Marktposition im internationalen Wettbewerb verteidigt und gestärkt werden. Größere Wirtschaftlichkeit, höhere Sicherheit, risikobasierte Dimensionierung und optimierte Umweltverträglichkeit sind unter anderem die Herausforderungen, denen sich die deutsche Schiffbauindustrie angesichts der erstarkenden Konkurrenz aus Fernost stellen muss. Die ZfP mit ihren vielfältigen Verfahren leistet dabei ihren Beitrag, den es zukünftig noch stärker zu nutzen gilt.
Am Beispiel der Ultraschallprüfung von großdimensionierten Schiffsantriebskomponenten – Nabengehäuse und Schiffspropeller – beleuchten wir das Spannungsfeld, in dem die ZfP im Schiffbau agieren muss. Im Blickpunkt unseres Beitrages stehen einerseits die Fortschritte, die unter anderem im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Forschungsprojektes erarbeitet werden. Hier geht es um den sich ergänzenden Einsatz konventioneller und Phased-Array-Prüftechnik in Kombination mit bildgebenden Verfahren wie SAFT und TOFD. Verbesserte Fehlerdetektion und erhöhte Zuverlässigkeit durch innovative Prüfmethoden und mechanisierte Prüfung zur Reduktion des menschlichen Faktors führen zu geringerer Versagenswahrscheinlichkeit mit allen positiven Konsequenzen in ökologischer Hinsicht. Auf der anderen Seite stehen Zeit- und Kostendruck der Hersteller und Eigner im Vordergrund. Die daher gewünschte ‚Minimal-ZfP’ steht allerdings in Kontrast zu der nach aktuellem Stand der Technik erzielbaren Qualität und hat unter Umständen auch einen Einfluss auf den Prüfer und das Prüfergebnis – eine selten berücksichtigte Art des ‚Human Factor’.
Den Hintergrund dieses Beitrages bildet eine in Südostasien durchgeführte Ultraschallprüfung im Trockendock unter schwierigsten Randbedingungen.
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