Überblick

Pipelines spielen in der Weltwirtschaft eine wichtige Rolle: sie transportieren große Mengen von Gas, Erdöl, Wasser und verschiedene Chemikalien. Die Rohre werden vor Ort rundgeschweißt, üblicherweise mit automatisierten Schweißsystemen. Beim Bau von Pipelines sind Schweißnähte der "schwache Punkt", da hier die meisten Fehler auftreten. Die Schweißnähte werden zerstörungsfrei geprüft, beschichtet und vergraben oder auf dem Meeresboden ausgelegt. Im herausfordernden Bauzyklus der Pipelines ist es wichtig, Schweißfehler schnell zu erkennen und zu analysieren.

Automatisiertes Prüfen mit Ultraschall

In den letzten Jahren hat bei der Pipelineprüfung die automatisierte Ultraschallprüfung die Radiographie weltweit verdrängt, da letztere erhebliche Beschränkungen aufweist: schlechtes Erkennen von ebenen Defekten, keine Größenbestimmung von vertikal ausgerichteten Fehlern möglich, Sicherheits- und Umweltschutzmaßnahmen sind nötig.

Die Vorteile der automatisierten Ultraschallprüfung:

Keine Verstrahlungsgefahr, keine Chemikalien, kein Lizenzzwang
Sehr kurzer Prüfzyklus mit hoher Produktionsrate
Genaues Erkennen und Bestimmen der Größe, dadurch niedrigere Ausschussrate
Die Annahmekriterien der Schwachstellenanalyse (Messen der vertikalen Länge und der Tiefenlage von Anzeigen) führt zu erniedrigter Ausschussrate
Analyse in Echtzeit auf einem intelligenten Bildschirm
Prüfdaten und Prüfberichte auf digitalem Datenträger
Bessere Kontrolle des Schweißvorgangs, führt ebenfalls zu niedrigerer Ausschussrate.

Phased-Array-Technik

Frühere automatisierte Ultraschallprüfsysteme beruhten auf mehreren Prüfköpfen für konventionellen Ultraschall. Vor zehn Jahren wurden Gruppenstrahlersysteme eingeführt, bei denen die Form der Schallbündel elektronisch eingestellt wird. Jedes Element des Gruppenstrahlers hat seinen eigenen Impuls mit eigener Verzögerung, viele verschiedene Schallbündelwinkel und Fokusabstände können erstellt werden.

Die Gruppenstrahlertechnik bietet viele Vorteile gegenüber den mehrköpfigen Systemen mit konventionellem Ultraschall

In der Regel ersetzen zwei Gruppenstrahlersensoren mehr als 24 konventionelle Prüfköpfe.
Zum Einrichten der Gruppenstrahlersensoren wird lediglich eine Datei heruntergeladen, kein Einstellen der Prüfkopfpositionen ist nötig.
Winkel, Fokus, Laufweg und Breite der Schallbündel von Gruppenstrahlern werden softwareseitig eingestellt, die Genauigkeit der Größenbestimmung wird erhöht.
Gruppenstrahlersysteme besitzten etwa 80 % weniger bewegliche Teile als entsprechende mehrköpfige Systeme mit konventionellem Ultraschall, was die Zuverlässigkeit der Prüfung erhöht.
Ein Gruppenstrahler-Scanner ist wesentlich kleiner und leichter als ein Scanner für konventionelle Mehrkopfprüfung. Dadurch ist er leichter zu handhaben, weniger Beschichtung muss zum Prüfen entfernt werden.
Gruppenstrahlersysteme können nahezu alle Schweißnahtkonfigurationen prüfen, wohingegen bei Mehrkopfsystemen mit konventionellem Ultraschall der Bereich der Wanddicke und des Rohrdurchmesser beschränkt ist.
Elektronisch gesteuerte Abtastung ermöglicht anwendungsspezifische Schweißnahtprüfung, TOFD-Prüfung mit mehreren Winkeln, verbesserte Darstellung und detaillierte Prüfung.

Phased-Array: komplette Abdeckung des Prüfbereichs mit zwei Sensoren

Konventioneller Ultraschall: komplette Abdeckung des Prüfbereichs mit über 24 Prüfköpfen

Diese Abbildung zeigt die Prüfung einer Zone. Mit der Gruppenstrahlertechnik können alle Zonen gleichzeitig mit demselben Sensor geprüft werden.
Die gesamte Schweißnaht wird mit einem Sensor auf jeder Seite gedeckt.

Diese Abbildung zeigt die Prüfung einer Zone. Mit der konventionellen Ultraschalltechnik braucht man viele Prüfköpfe um alle Zonen zu prüfen.

Normen

1998 (und 2003 in Neuauflage) wurde von ASTM die Norm ASTM E-1961-98 veröffentlicht, die die wichtigsten Merkmale der automatischen Ultraschallprüfung von Rundschweißnähten enthält: Aufteilung in Schweißzonen, schnelle Prüfdatenanalyse, spezifische Justierkörper und Konfigurationsverfahren. Die Norm E-1961 ist für die Schwachstellenanalyse (Engineering Critical Analysis oder ECA) bestimmt. 1999 veröffentlichte das American Petroleum Institute (API) die 19. Version der Norm API 1104, die die mechanische Prüfung von Rundschweißnähten mit Ultraschall und Radiographie regelt.

Mit PipeWIZARD kann nach der Norm ASTM E-1961 und folglich auch nach der Norm API 1104 geprüft werden. Mit PipeWIZARD können auch der Norm DNV2000 OS-F101, einer Norm für automatische Ultraschallprüfung offshore entsprechende Prüfungen ausgeführt werden.

Firmenspezifische Anforderungen können diese Normen übersteigen, meist weil genauere Größenbestimmung oder höhere Prüfauflösung verlangt wird.

Erfahrungen mit PipeWIZARD

PipeWIZARD ist speziell für extremes Klima gebaut, für sibirische Kälte oder die kochende Hitze der Wüsten im Mittleren Osten, ob heiße, salzhaltige oder trockene Umgebung. PipeWIZARD wurde darüberhinaus ausführlich auf seine Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationen, Schlag und Stoß und elektromagnetische Störungen getestet.

PipeWIZARD passt sich allen Arten von Rundschweißnähten an:

Alle Schweißnahtprofile: CRC-Evans, Tulpe, V-Naht, V-Naht mit Gegenlage, X-Naht usw.
Rohrwanddicke: von 6 mm bis über 35 mm
Für dickere Rohrwände gibt es spezielle Optionen
Rohrdurchmesser: von 6 in. (152 mm) bis über 56 in. (1422 mm)
Für dünnere Rohre gibt es spezielle Optionen
Werkstoff der Rohre: von normalem Hartstahl bis zu komplexen Stahlsorten wie Inconel, verkleideten Rohren, nahtlosen Rohren mit variierender Wanddicke usw.

Zu den erkannten Defekten gehören ungenügende Durchschweißung, unvollständige Durchdringung, Porosität, verbrannte Schweißung, Einbrandkerben, vertikaler Versatz, Risse, Kaltschweisse, Einschlüsse usw.

Ein Prüfzyklus dauert von 2 min bis 6 min, je nach Schweißnahtart, Rohrdurchmesser, Lage und Umwelt.

Einsatz des PipeWIZARD weltweit

PipeWIZARD Gruppenstrahlersysteme werden weltweit in den größten Pipeline-Bauprojekten onshore und offshore eingesetzt.
Über eine Million Schweißnähte wurden bereits mit dem PipeWIZARD-System geprüft.
Folgende bedeutende Erdöl- und Erdgasfirmen haben schon das PipeWIZARD-System für ihre Pipeline-Bauprojekte ausgewählt:
- Exxon Mobil
- Shell
- TOTAL
- BP
- Chevron
- Eni
- Petrobras
- Gazprom
Hunderte von Prüfern weltweit wurden für PipeWIZARD ausgebildet.

Prüftechnik mit Aufteilung in Schweißzonen

Die hauptsächlich mit PipeWIZARD eingesetzte Prüftechnik ist die Aufteilung in Schweißzonen, bei der jede Schweißzone mit einem eigenen Ultraschallbündel geprüft wird. Die Höhe einer Zone entspricht etwa einer Schweißlage.

Dabei sichern zwei Gruppenstrahlersensoren, einer auf jeder Seite der Schweißnaht, die vollständige Deckung von Schweißfase und Schweißvolumen. Je nach Zone wird mit Impuls-Echo- oder mit Sender-Empfängerkonfiguration geprüft. Diese Gruppenstrahlerkanäle werden in einer Zeit/Amplitudendarstellung angezeigt.

Zusätzlich wird mit der Laufzeit-Beugungsmethode (TOFD) das Erkennen von kleinen oder ungünstig ausgerichteten Anzeigen verbessert. Diese Methode dient auch der Bestätigung der in der Zeit/Amplitudendarstellung erkannten Anzeigen. TOFD-Daten können von Gruppenstrahlersensoren oder von dafür bestimmten Prüfköpfen für konventionellen Ultraschall erfasst werden.

Mit einem als Option erhältlichen Transversalmodul mit 4 speziellen Prüfköpfen (konventioneller Ultraschall) können Anzeigen in der Schweißnaht mit Transversalwellen erkannt werden.

Spezifische Kanäle werden zur Überprüfung der Ankoppelung aller Phased-Array-Sensoren während der Prüfung der Schweißnaht und des Justierkörpers angezeigt.

Für jede Schweißnahtkonfiguration ist ein besonderer Justierkörper notwendig, mit demselben Durchmesser, derselben Dicke und aus demselbem Material wie die vor Ort zu prüfenden Rohre. Die Justierkörper besitzen spezifische Reflektoren die typische, oft auftretende Defekte darstellen. Alle Schallbündel werden entsprechend dem Prüfverfahren justiert.

Perfektionierte benutzerfreundliche Software

Die PipeWIZARD-Software Version 4 beruht auf der robusten und praxiserprobten TomoView Prüf- und Analyse-Software. Diese weist sich aus durch einfaches, automatisches Erstellen von Konfigurationen, zahlreiche Datenanalysehilfen (inklusive 2D-Ansicht), leichte Berichterstattung und verbesserte Schweißnahtprüfung. Die Software PipeWIZARD V4 ist einfach, anpassungsfähig und für komplexere Prüfkonfigurationen skalierbar. Die Benutzeroberfläche ermöglicht schnelle Einführung und zügige Arbeit vor Ort; Bediener von automatisierten Systemen können die PWZ V4 mit minimaler Anlernzeit bedienen.

Die Software PipeWIZARD V4 beruht auf der TomoView-Pattform, die ständig überprüft und verbessert wird. Das bedeutet unter anderem, dass die Software sogar vor Ort leicht aktualisiert werden kann.

Automatisches Erstellen von Konfigurationen

Konfigurationen können offline, also unabhängig vom PipeWizard-System erstellt werden. In wenigen Minuten kann eine Konfigurationsdatei gespeichert und per E-Mail zu jeder beliebigen Arbeitsstelle gesendet werden. Der Prüfer vor Ort braucht dann nur noch das System zu justieren.

Außer den normalen Zeit/Amplitudenkanälen und B-Bildansichten einer einzelnen Sendemodulierung (TOFD, Volumen- und Schweißwurzelabbildung) können Konfigurationen jetzt auch Kanäle für Sektor- und Linear-Scans enthalten. Mit dieser neuen Funktion werden Fehlererkennung und Größenbestimmung verbessert, weit über die Anforderungen der Zonenaufteilungsnormen hinaus.

Justierung und Prüfung

Die erfassten Daten werden in Echtzeit während der Prüfsequenz angezeigt. Die Benennung der Prüfdatendateien erfolgt automatisch.

Die Datengeschwindigkeit des im PipeWIZARD V4-System inbegriffenen Prüfgeräts TomoScan FOCUS LT ist gegenüber älteren Version wesentlich schneller (4 MB/s statt 0,7 MB/s). Dadurch werden Daten von verdichteten A-Bildern komplett erfasst; darüberhinaus können mehrere Setups gleichzeitig laufen während mit einer Prüfgeschwindigkeit bis 100 mm/s gescannt wird.

Schnelle, eingehende Analyse

Die PipeWIZARD-Software bietet eine schier unbegrenzte Anzahl von Kanälen in 10 verschiedenen Layouts. Mit dieser Software werden die Prüfdaten automatisch analysiert, wobei die Position des Fehlers auf der Schweißfase und auf dem Rohrumfang angezeigt wird.

Viele Analysemitttel helfen dem Prüfer die Größe und die Lage des Fehlers zu bestimmen:

Doppelblende für die Zeit/Amplitudendarstellung
Schweißnahtmaske für Sektor- und Linear-Scan (siehe unten)
Zoom
Verknüpfung von Ansichten
Anwendungsspezifische Ansichten
Automatisches Messen
Kumulative Fehlermessung
Zusammenfügen von C-Bildern
Kundenspezifische Farbpalette

Automatische Berichterstattung

Die PipeWIZARD-Software kann automatisch Berichte erstellen. Berichte können kundenspezifisch gestaltet werden und enthalten Projektnamen, Prüfdatum und -zeit, Schweißnahtnummer, Namen des Prüfers, volle Prüfansicht, Fasenabbildung mit Angaben über die geprüfte Zone, Fehlertabelle mit ID-Nummern, Länge, Höhe und Lage des Fehlers, Schweißnahtstatus, Prüferkommentar usw.

Einfaches Speichern von Prüfdaten

Alle Prüfdatendateien können auf allen Arten von externen Festspeichern gespeichert, oder auf CD/DVD archiviert werden. Für erhöhten Datenschutz werden die Daten automatisch gespiegelt. Prüfdatendateien können auch leicht über Internet einem Partner zugesendet werden.

PipeWIZARD VIEWER

PipeWIZARD VIEWER™ist eine kostenlose Darstellungs-Software für Gruppenstrahler- und Ultraschalldaten, die von PipeWIZARD V4 erstellte Prüfdatendateien hochlädt. Partner oder Kunden können mit ihr sehr praktisch Prüfdaten ansehen und überprüfen. Die Software PipeWIZARD VIEWER läuft unter Microsoft Windows XP Pro (SP2), Microsoft Windows Vista und Microsoft Windows 7.

Komplexe Anwendungsbereiche

Das PipeWIZARD-System ist vielseitig, mit ihm können auch spezielle Schweißnahtkonfigurationen und Applikationen geprüft werden.

Plattierte Rohre: Dank der leistungsstarken Fähigkeiten der Software ist PipeWIZARD bereits für das Prüfen von plattierten Rohren mit spezifischen Prüftechniken, unter Einsatz von Longitudinalwellen befähigt.

Nahtlose Rohre: Eine einzigartige Prüftechnik wurde mit der PipeWIZARD-Software zur Prüfung von Schweißnähten mit sehr starken Variationen der Rohrwanddicke entwickelt.

Dicke Rohre: Das PipeWIZARD-System kann für die Prüfung von Schweißnähten an sehr dicken Rohren durch verschiedene Sensoren, Vorlaufkeile und geringfügige mechnische Änderungen angepasst werden.

Applications

Complete Girth Weld Inspection System

The PipeWIZARD iX girth weld inspection system is built for demanding and extreme conditions, from cold subarctic regions to hot deserts. Detecting defects including lack of fusion, incomplete penetration, porosity, burn through, undercut, hi-low, crack, cold lap, inclusion, etc. the PipeWIZARD iX system adapts to all circumferential weld configurations:

Any weld profile type, including J-bevel, V-bevel, double V, X, etc.

Pipe wall thicknesses typically from 6 mm (0.25 in.) to more than 35 mm (1.4 in.); options are available for thicker pipes.

Pipe diameters from 168 mm (6.625 in.) to 1524 mm (60 in.).

Pipe materials from standard carbon-steel to more complex configurations, including Inconel, and cladded pipe.

Automated Ultrasonic Testing (AUT)

For pipeline girth weld inspection, automated ultrasonic testing (AUT) is the replacement of choice for traditional radiography.

Some clear advantages of AUT over radiography:

No radiation risks for personnel, no chemicals, or environmental concerns
Comparatively short inspection cycle time enabling high productivity
Better detection and sizing accuracy, leading to lower rejection rates
Satisfies Engineering Critical Assessment (ECA) acceptance criteria with measurement of vertical height and depth of indications
Real-time analysis from smart output display
Data and inspection reports
No licensing required

Multitechnology Inspection Capabilities

Leverage the versatile advanced phased array and conventional ultrasonic technology of the PipeWIZARD iX system:

Zone discrimination―each zone, approximately equal to a welding pass, is inspected individually with a PA pulse-echo or pitch-catch technique, enabling full coverage of the bevel area and the volume of the weld with accurate flaw sizing.
Time-of-flight diffraction (TOFD)―used to confirm indications seen on the strip chart or to improve detection and sizing on small or misoriented indications.
Phased array (PA)― conventional PA techniques, such as sectorial, linear, or compound scans, can be used as complementary methods or to inspect weld configurations where zone discrimination is not optimal.
Conventional UT―for detecting transverse flaws in a pitch-catch configuration, measuring wall thickness, inspecting the upper area of the weld with creeping waves, etc.
Total focusing method (TFM) compatible―the powerful QuickScan iX PA data acquisition instrument is capable of supporting the complex firing patterns required for advanced techniques such as TFM.

Code Compliance for Girth Weld AUT Inspections

Confidently validate girth welds according to international standards and regulations governing both the offshore and onshore pipeline industry. The PipeWIZARD iX system enables you to perform AUT inspections that comply with the following codes:

ASTM E-1961 code (covering key elements of AUT of girth welds, including zone discrimination, rapid data interpretation, specialized calibration blocks, and configuration procedures)
API 1104 standard (by inference)
DNV-OS-F101 standard (the offshore AUT code)

When your company’s specifications demand it, you can increase the accuracy of your flaw sizing and achieve a level of resolution that exceeds these code requirements.

Features

Key Features of the PipeWIZARD iX System

Integrated QuickScan iX PA data acquisition instrument accommodating PA probes with up to 256 elements and up to 10 independent UT probes.
Acquisition unit conveniently mounted on the scanner, eliminating signal attenuation due to a long umbilical cable.
Embedded with Eclipse Scientific’s BeamTool software for inspection and analysis, offering the zonal discrimination technique including a zonal cal block designer.
Software equipped more automated tools:
- Auto-setup
- Auto-layout
- Encoder auto-calibration
- Assisted analysis
- Auto-sizing in height and length
Quick-connect umbilical cable is light, swivels easily, and come in various lengths, simplifying cable management and improving the signal-to-noise ratio (SNR).
Length options: 10 m, 20 m, 30 m, and 50 m (32.8 ft, 65.6 ft, 98.4 ft, and 164 ft).
Scanner carriage is easy to set up and operate with its improved clamping and drive wheel adjustment mechanisms, making it easier to adapt to different pipe diameters.
Minimal parts requiring low maintenance and designed for durability in all conditions.
Width of the band is reduced, lowering the required coating cutback (shorter coating cutback than the previous model); the same band can be used for 2 pipe diameters using the optional spacers .
Probe module holds up to 12 probes; you can easily remove and add sections as required.
The smart spring-loaded arms (low maintenance) holding the probes are equipped with a pointer to set accurately the index offsets.
Direct communication between scanner technician and operator (“Ready” button and scan validation light).
GPS option to record geographic position in the data file.
System hardware is ready to support FMC/TFM (upcoming software feature).

Specifications

PipeWIZARD iX System

System Specifications
Size	Full scanner with handles	577 mm × 578 mm × 210 mm (22.7 in. × 22.7 in. × 8.3 in.)
Size	Acquisition unit	243 mm × 188 mm × 100 mm (9.6 in. × 7.4 in. × 3.9 in.)
Weight	Full scanner with handles	18 kg (40 lb)
Weight	Acquisition unit	4.8 kg (10.6 lb)
Pipe Diameter Range	From 168 mm (6.625 in.) to 1524 mm (60 in.)
Maximum Scanning Speed	100 mm/s (3.9 in./s)
Environment	Storage temperature	−30°C to 60°C (−22°F to 140°F)
	Operating Temperature	−30°C to 50°C (−22°F to 122°F)
	Max relative humidity	90% noncondensing
	Pollution degree (level)	4
	Altitude	Up to 2000 m (6561 ft)
	IP rating	IP65
	Installation category	III
Ethernet Connectivity	Ethernet interface	1000BASE-T (bandwidth of 1000 Mbps)
	Cable length	30 m max. (100 ft)
	Cable type	Category 5e or higher, shielded
	Transfer rate on Ethernet cable	940 Mbps max.
	Connector	Female RJ-45, shielded
DC Power Requirements	Voltage	24 VDC ±5%
DC Power Requirements	Max. power consumption	360 W
System	Warm-up time	None
Probe Connectors	2 phased array (IPEX) and 10 conventional UT (LEMO)
Positioning System	External GPS (optional)
Temperature Sensor	Thermocouple for wedge temperature monitoring
Techniques	Zone discrimination, PA, TOFD, UT
Techniques	TFM, PWI, PCI (hardware ready, software features in dev.)

Pulser Specifications
Parameter	PA	UT
Number of Focal Laws	1024	N/A
Pulse Output (into a 50 Ω) ±10%	5, 10 , 20, 40, 60, 80, 90 volts peak-to-peak (Vpp) for a bipolar pulse
Pulse Output (in High Impedance) ±10%	7.8, 15.6, 31, 62, 93, 124, 140 Vpp for a bipolar pulse
Number of Pulsers	64:256PR with parallel firing	10
Number of Elements	256	N/A
UT Channels	N/A	P/E: up to 10 and P/C: up to 5
Pulse Width/Step (Precision of 5 ns or ±10%)	30 ns to 1000 ns (steps of 5 ns)
Fall Time	15 ns for a 40 Vpp bipolar pulse
Pulse Shape	Bipolar, positive, and negative square pulse
Output Impedance	25 Ω	39 Ω

Receiver Specifications
Parameter	PA	UT
Gain Range/Increment	0 dB to 80 dB (44 dB analog + 36 dB digital)
Gain Resolution	0.1 dB
Maximum Input Signal	P/E & P/C: 1.15 Vpp	P/E & P/C: 1.04 Vpp
Input Impedance	P/E: 59Ω ±10%; P/C: 69Ω ±10%	P/E & P/C: 132 Ω ±10%
Gain Precision between Channels (at 20 dB)	0.5 dB	0.1 dB
Crosstalk Isolation between Channels	>46 dB at 5 MHz	>67 dB at 5 MHz
System Bandwidth (−3 dB) ±10%	0.68 MHz to 22.3 MHz

Data Specifications
Elementary A/D Converter	PA: 14 bits, 120 MSPS; UT: 14 bits, 120 MSPS
Digitizing Frequency	100 MHz
Amplitude Resolution	8 bits / 16 bits
A-Scan Height	Up to 800%
Global Data Throughput	Up to 90 MB/s
Maximum Pulse Repetition Frequency (PRF)	25 kHz
Maximum Number of A-Scan Samples	16380
Acquisition Depth	163.8 µs without compression
Compression	1 to 2000
Averaging	1, 2, 4, 8, 16, 32, 64
Rectifier	RF/FW/HW+/HW−
Digital Filtering	Low-pass: 2, 4, 7.45 MHz Band-pass: 2 (1–3.5), 4 (2–6.5), 5 (2.5–8), 8 (4–12), 10 (5–16), 12 (6–18) MHz High-pass: 4, 6, 8, 10 MHz

Certifications
EMC	EN IEC 61326-1:2021, EN 61000-3-2:2014, EN 61000-3-3:2013 USA: FCC 47 CFR Part 15, Subpart B – Verification Canada : ICES-001 Issue 5 July 2020
GPS	ETSI EN 301 489-19 V2.2.1 (2022-09)
Phased Array	ISO-18563-1 (2015)