Phased Array Ultraschallprüfung of Welds — D1.1:2025 Annex H
Die Phased-Array-Ultraschallprüfung wird durch Anhang H der AWS D1.1:2025 geregelt — ein obligatorischer Anhang, der Stumpfnähte und Wärmeeinflusszonen von 3/16 in bis 8 in [5 mm bis 200 mm] unter Verwendung von kodiertem linearem Scannen abdeckt. Das Personal benötigt ZfP Stufe 2 oder 3 sowie 320 Stunden PAUT-Erfahrung.
Was ist Phased-Array-Ultraschallprüfung?
Die Phased-Array-Ultraschallprüfung (PAUT) ist eine fortschrittliche UT-Technik, die anstelle eines Einzelelement-Wandlers eine Mehrelement-Sonde verwendet. Jedes Element wird unabhängig mit gesteuerten Zeitverzögerungen gepulst, die durch eine Phased-Array-Betriebsdatei, ein sogenanntes Fokusgesetz, definiert sind. Durch Variieren des Fokusgesetzes lenkt das System den Schallstrahl elektronisch durch einen Winkelbereich oder fokussiert ihn in verschiedenen Tiefen, ohne die Sonde zu bewegen.
Diese elektronische Strahlsteuerung ermöglicht Bildansichten, die die konventionelle UT mit Einzelelementen nicht erzeugen kann: A-Scan-Amplitude vs. Zeit, B-Scan-Ultraschallachse vs. Sondenbewegungsachse, C-Scan-Draufsicht und S-Scan-Sektorquerschnitt. Jede Ansicht wird aus der kodierten Position der Sonde entlang der Schweißnaht rekonstruiert, wodurch dem Prüfer eine gespeicherte, überprüfbare Aufzeichnung des gesamten Scans zur Verfügung steht.
Für die Schweißnahtprüfung verkürzt PAUT die Scanzeit im Vergleich zur konventionellen UT mit mehreren Winkeln und bietet eine bildbasierte Interpretation, die dem Ingenieur oder Eigentümer leichter zu vermitteln ist. Der Kompromiss sind die Gerätekosten, die Komplexität des Scanplans und die zusätzliche Anforderung von 320 Stunden Personal-Erfahrung gemäß Anhang H4.1.
Wann PAUT gemäß D1.1:2025 anwendbar ist
Anhang H ist ein obligatorischer Anhang von AWS D1.1:2025 — wenn die Phased-Array-Ultraschallprüfung anstelle der konventionellen UT gemäß Abschnitt 8.15 gewählt wird, gilt der gesamte Anhang H: Einleitung (H1), Anwendungsbereich (H2), Definitionen (H3), Personal (H4), Ausrüstung (H5), Gerätequalifikation (H6), Scanpläne (H7), Kalibrierung (H8), Prüfung (H9 bis H10) und Abnahme (H11 bis H12).
D1.1 erlaubt sowohl die konventionelle UT als auch die Phased-Array-UT als alternative Ultraschalltechniken an Stumpfnähten. Abweichungen von den Prüfverfahren, der Ausrüstung oder den Abnahmekriterien außerhalb von Teil F des Abschnitts 8 dürfen nur mit Genehmigung des Ingenieurs verwendet werden, und jede solche Abweichung muss in den Prüfaufzeichnungen festgehalten werden. PAUT ist nicht in jeder Situation ein Ersatz für die konventionelle UT — die Wahl zwischen ihnen hängt von der Schweißnahtgeometrie, der Dicke, der Zugänglichkeit der Naht und den Vertragsanforderungen ab.
Die UT selbst (konventionell oder Phased Array) ist nur dann erforderlich, wenn dies in den Vertragsunterlagen gemäß Abschnitt 8.15 festgelegt ist. PAUT wird erst anwendbar, wenn der Ingenieur die UT für die Schweißnaht vorschreibt und der Auftragnehmer PAUT als Technik wählt.
„Anhang H ist ein obligatorischer Anhang — wenn PAUT anstelle der konventionellen UT gewählt wird, gelten alle Anforderungen in H1 bis H14. Es gibt keine ‚PAUT-light‘ gemäß D1.1.“
Annex H1 Introduction, AWS D1.1/D1.1M:2025
PAUT-Anwendungsbereich: Dicken- und Nahtbereich
Gemäß Anhang H2 regeln die Verfahren und Normen in Anhang H die PAUT-Prüfungen von Stumpfnähten, einschließlich Wärmeeinflusszonen (WEZ), für Dicken zwischen 3/16 in und 8 in [5 mm und 200 mm] unter Verwendung von kodiertem linearem Scannen. Der Encoder verfolgt die Position der Sonde entlang der Schweißnaht, sodass die Scandaten anschließend rekonstruiert und überprüft werden können — manuelle, unkodierte PAUT fällt nicht in den Anwendungsbereich von Anhang H.
Anhang H schließt die PAUT-Prüfung von Rohr-T-, Y- und K-Verbindungsschweißnähten ausdrücklich aus. Für diese Nahtgeometrien erfordern alternative Techniken eine separate Qualifikation und Genehmigung des Ingenieurs.
Für Materialien mit einer Dicke von über 2 in [50 mm] kann ein Mockup-Verifizierungsblock gemäß H5.7.2 vom Ingenieur verlangt oder nach Wahl des PAUT-Personals verwendet werden. Der Mockup-Block enthält repräsentative Schweißnahtgeometrien mit eingebrachten Reflektoren an Stellen, an denen es schwierig ist, Schallstrahlen zu lenken — dies stellt sicher, dass der Scanplan das gesamte Schweißvolumen und die WEZ abdeckt.
PAUT-Personalqualifikation (Anhang H4)
Gemäß Anhang H4.1 muss PAUT-Personal der ZfP Stufe 2 und 3, das PAUT-Daten sammelt oder analysiert, gemäß Abschnitt 8.14.6.1 und 8.20 qualifiziert sein. Darüber hinaus muss der PAUT-Prüfer eine dokumentierte Mindestarbeitszeit von 320 Stunden Erfahrung in PAUT-Anwendungen nachweisen. Die gemäß Abschnitt 8.20 erforderliche praktische Prüfung muss aus mindestens zwei fehlerhaften Prüfstücken bestehen, die die zu prüfenden Nahttypen repräsentieren und jeweils mindestens zwei Fehler enthalten.
Personen, die diese Anforderungen nicht erfüllen, dürfen bei der PAUT-Datenerfassung nur unter direkter Aufsicht von qualifiziertem PAUT-Personal assistieren.
Gemäß Anhang H4.2 muss die Zertifizierung von PAUT-Personal der ZfP Stufe 2 und 3 durch UT-Personal der ZfP Stufe 3 erfolgen, das die Anforderungen von H4.1 erfüllt. Der zertifizierende Stufe 3-Prüfer benötigt daher sowohl eine allgemeine UT-Qualifikation als auch die zusätzlichen 320 Stunden PAUT-spezifischer Erfahrung.
PAUT-Geräteanforderungen (Anhang H5)
Gemäß Anhang H5.1 müssen Prüfungen mit Phased-Array-Impuls-Echo-Geräten durchgeführt werden, die die Anforderungen von Abschnitt 8.21 für konventionelle UT-Geräte erfüllen und gemäß H8 qualifiziert sind. Darüber hinaus müssen Phased-Array-Instrumente mehrere PAUT-spezifische Anforderungen erfüllen:
H5.1.1 — Anzahl der Pulser
Das Instrument muss mit mindestens 16 Pulsern und 16 Kanälen (16:16) ausgestattet sein. Ein Minimum von 16:64 ist erforderlich, wenn elektronische Scans verwendet werden sollen. Das Pulser/Kanal-Verhältnis bestimmt, wie viele Elemente innerhalb einer Phased-Array-Sonde innerhalb eines bestimmten Fokusgesetzes angewendet werden können.
H5.1.2 — Bildansichten
Das Phased-Array-Instrument muss mit ausreichenden Anzeigeoptionen ausgestattet sein, um A-Scan-, B-Scan-, C-Scan- und S-Scan-Ansichten sowie kodierte Scans zu umfassen, um eine gründliche Datenanalyse über die gesamte Scanlänge und durch alle Strahlen zu ermöglichen.
H5.3 — Winkelprüfköpfe
Gemäß H5.3.1 muss die Winkelstrahl-Phased-Array-Sonde ein Linear-Array-Typ mit mindestens 16 Elementen sein und Frequenzen zwischen 1 und 6 MHz erzeugen. Die Sonden-Pitch-Abmessungen müssen klein genug sein, damit keine stehenden Wellensignale auf der Anzeige erscheinen.
Gemäß H5.3.2 muss der Keil einen ausreichenden Einfallswinkel aufweisen, um Scherwellen im Material zwischen 40° und 70° zu erzeugen. Keile müssen innerhalb des vom Hersteller angegebenen Winkelbereichs verwendet werden.
H5.4 und H5.5 — Encoder und Scanner
Der Encoder muss digital sein und zum Linienscannen fähig sein. Die Kodierung muss mit einem halbautomatischen oder automatisierten Scanner gemäß H3.22 durchgeführt werden. Automatisierte Scanner sind mechanisierte Geräte, bei denen die PAUT-Sondenbewegung computergesteuert oder ferngesteuert erfolgt; halbautomatisierte Scanner werden manuell entlang der Schweißnähte geführt, während der Encoder die Position aufzeichnet.
PAUT-Kalibrierung: SSL und Referenzblöcke (H5.7)
Gemäß Anhang H5.7 muss der Standardreflektor, der zur Festlegung des Standardempfindlichkeitspegels (SSL) verwendet wird, ein seitlich gebohrtes Loch mit 0.060 in [1.5 mm] Durchmesser in einem IIW-Block gemäß ASTM E164 sein. Die Temperatur des Kalibrierstandards muss innerhalb von ±25°F [±14°C] der Temperatur des zu prüfenden Teils oder der Komponente liegen — ein erheblicher Temperaturunterschied verändert die Keilgeometrie und die Brechungswinkel ausreichend, um den SSL ungültig zu machen.
Gemäß H5.7.1 muss ein zusätzlicher Referenzblock verwendet werden, der eine mindestens 3-Punkt-Zeitkorrekturverstärkung (TCG) über den im Scanplan angegebenen Winkelbereich ermöglicht. Der Block muss eine ausreichende Dicke und Länge aufweisen, um die Kalibrierung von Reflektoren im gesamten Prüfvolumen zu ermöglichen. Jeder Block muss mindestens drei seitlich gebohrte Löcher in Tiefen aufweisen, die den gesamten zu prüfenden Materialbereich abdecken. NAVSHIP- und kundenspezifisch bearbeitete Blöcke, die diese Anforderungen erfüllen, dürfen verwendet werden.
Gemäß H5.7.2 muss für Materialien mit einer Dicke von über 2 in [50 mm], wenn vom Ingenieur gefordert oder nach Wahl des PAUT-Personals, die Nachweisbarkeit des Standardreflektors in einem Mockup oder Produktionsteil überprüft werden. Wenn dieser Verifizierungsblock verwendet wird, muss der Standardempfindlichkeitsreflektor über dem in H8.2.4.2 festgelegten DRL nachweisbar sein; falls nicht nachweisbar, muss der Scanplan angepasst werden, bis eine ausreichende Nachweisbarkeit erreicht ist.
PAUT-Bildansichten erklärt
Gemäß Anhang H3.12 sind Bildansichten Bilder, die durch verschiedene Ebenenansichten zwischen dem Ultraschallpfad (Ultraschallachse), der Strahlbewegung (Indexachse) und der Sondenbewegung (Scanachse) definiert sind. Die fünf primären Ansichten, die von Anhang H anerkannt werden, sind:
- A-scan — the received pulse amplitude versus time of flight in the ultrasonic path. Same waveform produced by conventional UT.
- B-scan — a 2-D view of A-scan data along the probe-movement (scan) axis, color-coded for amplitude.
- C-scan — a 2-D plan view of beam movement (index axis) versus probe movement (scan axis), using the Maximum A-scan amplitude at each transverse location.
- D-scan — similar to S-scan but less commonly used for Schweißnahtprüfung; shows the ultrasonic axis versus the index axis.
- S-scan — a 2-D cross-sectional view of all A-scans corrected for delay and refracted angle, presented as a single slice of focal laws (one focal law sequence) along the probe-movement axis.
Scanpläne (Anhang H7)
Gemäß Anhang H7.1 muss ein Scanplan, wie in H3.21 definiert, für die zu prüfenden Schweißnähte entwickelt werden. Der Scanplan muss die Attribute festlegen, die zur Erzielung der Prüfabdeckung erforderlich sind, einschließlich der in Tabelle H.1 aufgeführten wesentlichen Variablen.
Gemäß H7.1.2 muss der Scanplan durch Plotten oder Computersimulation die geeigneten Brechungswinkel demonstrieren, die während der Prüfung für die Stumpfnahtgeometrie und die relevanten Bereiche verwendet werden sollen. Der Scanplan muss die Abdeckung des erforderlichen Prüfvolumens demonstrieren und dokumentieren. Die Leistung muss durch die Erstkalibrierung überprüft werden: Strahlindexpunkt- und Strahlwinkelüberprüfungen.
Gemäß H7.4 muss der Grundwerkstoff, durch den Ultraschall zur Prüfung der Schweißnaht dringen muss, auf laminare Reflektoren mit einer Geradeschall-Prüfeinheit gemäß H5.2 geprüft werden. Wenn ein Bereich des Grundwerkstoffs einen vollständigen Verlust des Rückwandechos oder eine Anzeige aufweist, die gleich oder größer als das ursprüngliche Rückwandecho ist, siehe 9.2.2.
Gemäß H7.4.1 muss der Scanplan eine vollständige Ultraschallabdeckung in zwei sich kreuzenden Richtungen demonstrieren, um die Wärmeeinflusszone (WEZ) mit Strahlwinkeln zwischen 40 und 60 Grad und das gesamte Schweißvolumen einschließlich der Schweißfusionsflächenabdeckung innerhalb von ±10° senkrecht (90° zur Schweißfusionsfläche) für Azimutalscans oder ±5° senkrecht für zusätzliche elektronische Scans, wo möglich, abzudecken. Die Schweißnaht und die WEZ müssen mit einer PAUT-Sonde gemäß H5.3 geprüft werden.
PAUT vs. konventionelle UT — Wann welche Methode anwenden?
Beide Techniken sind von D1.1 für die Stumpfnahtprüfung anerkannt. Die Wahl zwischen ihnen ist eine technische Entscheidung, die auf den Schweißnahteigenschaften und der Projektwirtschaft basiert:
| Factor | Conventional UT | PAUT (Annex H) |
|---|---|---|
| Governing reference | Clause 8.15, Tables 8.2 / 8.3 / 8.7 / 8.8 | Annex H1 through H14 |
| Inspector experience | NDT Level II UT per Abschnitt 8.14.6 | NDT Level II/III + 320 hours PAUT (H4.1) |
| Equipment | Single-element transducer, pulser/receiver | 16:16 minimum channels, 1–6 MHz linear array, encoded scanner (H5.1.1, H5.3.1, H5.4) |
| Imaging | A-scan only | A-, B-, C-, D-, S-scan (H5.1.2, H3.12) |
| Data record | Inspector log entries | Encoded electronic record, reviewable post-scan |
| Coverage method | Manual scan with multiple probe angles | Encoded linear scan, 40–60° per H7.4.1 |
| Scope limit | All groove welds + tubular T/Y/K | Groove welds only, 3/16–8 in; T/Y/K excluded (H2) |
| Best fit | Field Reparatur, single-pass coverage, low equipment budget | Production Fertigung, thicker sections, where image record adds value |
Für Rohr-T-, Y- und K-Verbindungen ist PAUT gemäß Anhang H nicht zulässig — es gilt die konventionelle UT gemäß Abschnitt 8.15 mit den Verfahren von Abschnitt 8 Teil F.
Verwandte Normenleitfäden
Häufig gestellte Fragen
Gemäß Anhang H von D1.1:2025 ist die Phased-Array-Ultraschallprüfung als Alternative zur konventionellen UT zulässig, wenn der Vertrag UT vorschreibt und PAUT vom Ingenieur genehmigt wird. Anhang H ist ein obligatorischer Anhang — wenn PAUT anstelle der konventionellen UT gemäß Abschnitt 8.15 gewählt wird, gilt der gesamte Anhang H (Personalqualifikation H4, Ausrüstung H5, Scanpläne H7, Kalibrierung H8, Prüfung H9–H10, Abnahme H11–H12). Abweichungen von Teil F des Abschnitts 8 erfordern schriftliche Verfahren und die Genehmigung des Ingenieurs, wobei die Abweichung in den Prüfaufzeichnungen zu vermerken ist.
Anhang H2 regelt die PAUT-Prüfung von Stumpfnähten und Wärmeeinflusszonen für Dicken zwischen 3/16 in und 8 in [5 mm und 200 mm] unter Verwendung von kodiertem linearem Scannen. Rohr-T-, Y- und K-Verbindungsschweißnähte sind ausdrücklich vom Anwendungsbereich des Anhangs H ausgeschlossen. Für Materialien mit einer Dicke von über 2 in [50 mm] kann ein Mockup-Verifizierungsblock gemäß H5.7.2 vom Ingenieur verlangt oder nach Wahl des PAUT-Personals verwendet werden.
Gemäß Anhang H4.1 müssen PAUT-Prüfer eine ZfP Stufe 2 oder 3 Qualifikation gemäß Abschnitt 8.14.6.1 und 8.20 besitzen und zusätzlich eine dokumentierte Mindestarbeitszeit von 320 Stunden Erfahrung in PAUT-Anwendungen nachweisen. Die erforderliche praktische Prüfung (gemäß Abschnitt 8.20) muss aus mindestens zwei fehlerhaften Prüfstücken bestehen, die die zu prüfenden Nahttypen repräsentieren und jeweils mindestens zwei Fehler enthalten.
Gemäß Anhang H5.1.1 muss das Phased-Array-Instrument mit mindestens 16 Pulsern und 16 Kanälen (16:16) ausgestattet sein. Ein Minimum von 16:64 ist erforderlich, wenn elektronische Scans verwendet werden sollen. Gemäß H5.1.2 muss die Instrumentenanzeige A-Scan-, B-Scan-, C-Scan- und S-Scan-Ansichten zusammen mit kodierten Scans unterstützen, die für eine gründliche Datenanalyse über die gesamte Scanlänge und durch alle Strahlen ausreichen.
Gemäß Anhang H5.7 ist der Standardreflektor, der zur Festlegung des Standardempfindlichkeitspegels (SSL) verwendet wird, ein seitlich gebohrtes Loch mit 0.060 in [1.5 mm] Durchmesser in einem IIW-Block gemäß ASTM E164. Die Temperatur des Kalibrierblocks muss innerhalb von ±25°F [±14°C] der Temperatur des zu prüfenden Teils oder der Komponente liegen. Ein zusätzlicher Referenzblock gemäß H5.7.1 mit mindestens drei seitlich gebohrten Löchern in verschiedenen Tiefen ist ebenfalls erforderlich, um eine 3-Punkt-TCG (zeitkorrigierte Verstärkung) Kalibrierung zu unterstützen.