DE102018201964A1

DE102018201964A1 - Apparatus and method for non-destructive testing of a test body

Info

Publication number: DE102018201964A1
Application number: DE102018201964.9A
Authority: DE
Inventors: Jan Marcel Hausherr; Wolfgang Hillger; Alexander Konschak
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2018-02-08
Filing date: 2018-02-08
Publication date: 2019-08-08

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung eines Testkörpers sowie ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Testkörpers unter Verwendung der Vorrichtung.The present invention relates to a device for nondestructive testing of a test specimen and a method for nondestructive testing of a specimen using the device.

Description

Ultraschallprüfung und Schwingungsanalyse sind wichtige Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. Sie werden unter anderem im Automobilbereich oder im Flugzeugbau zur Fehlerprüfung wichtiger Bauteile eingesetzt. Durch diese Analyseverfahren können Gaseinschlüsse, wie beispielsweise Lunker und Delaminationen, oder Risse im Material identifiziert werden. Das maximale Auflösungsvermögen der Ultraschallmethoden wird theoretisch nur durch die Frequenz des verwendeten Ultraschalls bestimmt und beträgt in der Praxis etwa 1 mm.Ultrasonic testing and vibration analysis are important methods for non-destructive material testing. They are used, inter alia, in the automotive sector or in aircraft construction for error checking of important components. These analysis methods can be used to identify gas pockets, such as voids and delaminations, or cracks in the material. The maximum resolution of the ultrasonic methods is theoretically determined only by the frequency of the ultrasound used and is in practice about 1 mm.

Die Ultraschallprüfung kann in zwei Betriebsmodi vorgenommen werden, in Echo-Puls-Anordnung oder in Transmissionsanordnung. In beiden Betriebsmodi nutzt das Messprinzip die unterschiedlichen Schallübertragungseigenschaften verschiedener Medien und Materialien aus.The ultrasonic testing can be carried out in two operating modes, in echo-pulse arrangement or in transmission arrangement. In both operating modes, the measuring principle exploits the different sound transmission properties of different media and materials.

In der Echo-Puls-Messweise sendet der Prüfkopf eine Ultraschallwelle in Richtung des Prüfkörpers aus. Ist der Testkörper fehlerfrei, so durchläuft die Ultraschallwelle ihn vollständig bis zu seiner Rückwand. Erst dort wird die Welle zu einem Teil reflektiert. Der reflektierte Anteil erreicht nach einer gewissen Laufzeit wieder den Prüfkopf und wird als Rückwandecho detektiert. Weist der Testkörper Defekte bzw. Gaseinschlüsse auf, so kommt es bereits vorher, vor Erreichen der Testkörperrückwand, zu einer Reflexion der Ultraschallwelle. Diese Reflexion verursacht ein zusätzliches, früher als das Rückwandecho auftretendes, Echosignal und indiziert einen Materialfehler.In the echo-pulse measurement mode, the probe emits an ultrasonic wave in the direction of the test specimen. If the test piece is faultless, the ultrasonic wave passes through it completely to its back wall. Only there is the wave partially reflected. The reflected portion reaches the test head again after a certain period of time and is detected as backwall echo. If the test body has defects or gas inclusions, reflection of the ultrasonic wave already occurs before reaching the test body rear wall. This reflection causes an additional, earlier than the back wall echo, echo signal and indicates a material error.

Die konventionelle Ultraschallprüfung erfordert ein flüssiges oder gelartiges Koppelmittel zur Übertragung des Schalls von dem Prüfkopf auf den Testkörper. Der Einsatz eines solchen Koppelmittels ist jedoch in vielen Fällen nachteilig, da der Testkörper dadurch unerwünschte und eventuell irreversible Veränderungen erfährt. Poröse Materialien, wie beispielsweise Keramiken, nehmen schnell Feuchtigkeit auf. Bei einigen Legierungen, Metallen oder Stählen führt der Kontakt mit einem wässrigen Medium zu einer beschleunigten Korrosion. Einige Beschichtungen, z.B. Klebeschichten, lösen sich bei Berührung mit Wasser sogar auf.Conventional ultrasound testing requires a liquid or gel coupling means for transmitting the sound from the probe to the test body. However, the use of such a coupling agent is disadvantageous in many cases, since the test body undergoes undesirable and possibly irreversible changes. Porous materials, such as ceramics, quickly absorb moisture. For some alloys, metals or steels, contact with an aqueous medium leads to accelerated corrosion. Some coatings, e.g. Adhesive layers, even dissolve on contact with water.

Das Koppelmittel ist in den herkömmlichen Ultraschallprüfvorrichtungen und -verfahren aus dem Stand der Technik aufgrund des großen Unterschiedes zwischen akustischer Impedanz von Luft und Festkörper unentbehrlich.The coupling agent is indispensable in the conventional prior art ultrasonic testing apparatus and method due to the large difference between acoustic impedance of air and solid.

Die akustische Impedanz ist eine wichtige Kenngröße eines Materials im Bereich der Werkstoffprüfung mit elastischen Wellen. Sie lässt einen Rückschluss darauf zu, wie gut das Material den Schall überträgt. Eine besonders große Rolle im Bereich der Ultraschallprüfung spielt das Verhältnis der spezifischen akustischen Widerstände zweier Medien. Dieses Verhältnis bestimmt, welcher Anteil einfallender Ultraschallwellen an einer Grenzschicht reflektiert wird.The acoustic impedance is an important characteristic of a material in the field of material testing with elastic waves. It allows a conclusion to be drawn on how well the material transmits the sound. A particularly important role in the field of ultrasonic testing is played by the ratio of the specific acoustic resistances of two media. This ratio determines what proportion of incident ultrasonic waves is reflected at an interface.

Bei einer Phasengrenze zwischen Gas und Flüssigkeit oder zwischen Gas und Feststoff ist der Unterschied der spezifischen akustischen Impedanzen sehr hoch. Dies liegt daran, dass die akustische Impedanz kondensierter Materie oft mehr als drei Größenordnungen über der von Gasen liegt. Durch die große Differenz zwischen den akustischen Widerständen wird ein Großteil der auf eine solche Phasengrenze auftreffenden Schallwelle reflektiert. Bei einem Übergang zwischen Stahl und Luft wird beispielweise etwa 99,97% der Schallenergie reflektiert. Dies entspricht einem Amplitudenverlust von mehr als 46 dB.At a phase boundary between gas and liquid or between gas and solid, the difference in the specific acoustic impedances is very high. This is because the condensed matter acoustic impedance is often more than three orders of magnitude greater than that of gases. Due to the large difference between the acoustic resistors, a large part of the sound wave striking such a phase boundary is reflected. In a transition between steel and air, for example, about 99.97% of the sound energy is reflected. This corresponds to an amplitude loss of more than 46 dB.

Bei der Ultraschallprüfung sind gleich zwei Phasengrenzen zwischen einem Gas und einem Feststoff vorhanden. Eine erste Phasengrenze befindet sich bei dem Übergang zwischen dem Ultraschallwellen aussendendem Prüfkopf und Luft. Eine zweite Phasengrenze ist bei dem Übergang der Schallwelle von der umgebenden Luft in den Testkörper gegeben.In ultrasonic testing, there are two phase boundaries between a gas and a solid. A first phase boundary is at the junction between the ultrasound wave emitting probe and air. A second phase boundary is given at the transition of the sound wave from the surrounding air into the test body.

Um bei der Ultraschallprüfung ein aussagekräftiges Messsignal zu erhalten und eine nahezu vollständige Reflexion des Ultraschalls direkt an der Grenze zwischen Prüfkopf und Luft zu vermeiden, werden deshalb Flüssigkeiten oder Gele genutzt. Diese stellen einen direkten Kontakt zwischen Sonde und Probe her und verbessern das Signal-zu-Rausch Verhältnis.In order to obtain a meaningful measuring signal during ultrasonic testing and to avoid almost complete reflection of the ultrasound directly at the boundary between the test head and air, liquids or gels are therefore used. These establish a direct contact between probe and sample and improve the signal-to-noise ratio.

Aufgrund der bereits genannten Nachteile dieser bereits bekannten Kopplungsmedien liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, das eine zerstörungsfreie Prüfung eines Werkstoffes auf Basis elastischer Wellen ermöglicht und ohne den Einsatz flüssiger oder gelartiger Medien auskommt.Due to the already mentioned disadvantages of these already known coupling media, the present invention has for its object to provide an apparatus and a method that allows a non-destructive testing of a material based on elastic waves and manages without the use of liquid or gel media.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und das Verfahren des Patentanspruches 11.This object is achieved by the device having the features of claim 1 and the method of claim 11.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung eines Testkörpers enthält eine Druckkammer mit einem Einlass für ein komprimierbares Gas und ein im Inneren der Druckkammer angeordnetes Ultraschall-Prüfgerät, wobei das Ultraschall-Prüfgerät seinerseits einen Ultraschall-Sender und einen Ultraschall-Empfänger enthält und der Ultraschall-Empfänger beabstandet von dem Testkörper angeordnet ist.The inventive device for nondestructive testing of a test body contains a pressure chamber having an inlet for a compressible gas and an ultrasound tester disposed inside the pressure chamber, the ultrasound test apparatus in turn comprising an ultrasound transmitter and an ultrasound receiver and the ultrasound receiver being spaced from the test body.

Die Druckkammer ermöglicht es, die Ultraschallprüfung mit einem komprimierbaren Gas und bei einem gegenüber Atmosphärendruck erhöhten Druck durchzuführen. Ein komprimiertes Gas weist eine höhere akustische Impedanz auf als ein nicht komprimiertes Gas. Durch Verwendung eines komprimierten Gases werden somit die akustischen Impedanzen an den Phasenübergangen zwischen Ultraschall-Sender und Gas sowie Gas und Testkörper einander angeglichen. Der Unterschied zwischen den akustischen Widerständen der Medien wird kleiner, was dazu führt, dass sich die Übertragung der Ultraschallwellen verbessert und die Reflexionsverluste minimiert werden.The pressure chamber makes it possible to perform the ultrasonic testing with a compressible gas and at a pressure higher than atmospheric pressure. A compressed gas has a higher acoustic impedance than a non-compressed gas. By using a compressed gas, the acoustic impedances at the phase transitions between ultrasound transmitter and gas as well as gas and test body are thus matched to one another. The difference between the acoustic resistances of the media becomes smaller, resulting in that the transmission of the ultrasonic waves improves and the reflection losses are minimized.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass das komprimierbare Gas einen Druck von 1,1 bis 100 bar, besonders bevorzugt von 1,2 bis 50 bar, ganz besonders bevorzugt von 1,5 bis 10 bar gegenüber Atmosphärendruck aufweist.A preferred embodiment of the device provides that the compressible gas has a pressure of 1.1 to 100 bar, more preferably from 1.2 to 50 bar, most preferably from 1.5 to 10 bar relative to atmospheric pressure.

Der Niederdruckbereich von 1,5 bis 10 bar ist dabei ganz besonders bevorzugt, da die Schallübertragung in diesem Bereich schon durch kleine Druckerhöhungen erheblich verbessert werden kann. Durch den Druck sind fernerhin spezielle breitbandige Prüfköpfe einsetzbar, die aufgrund der kurzen Schallimpulse eine bessere Auflösung von Defekten im Testkörper und höhere Messgeschwindigkeiten erlauben. Bei Atmosphärendruck können diese Prüfköpfe aufgrund des geringen Schall-Rausch-Verhältnisses nicht benutzt werden.The low pressure range of 1.5 to 10 bar is very particularly preferred, since the sound transmission in this area can be significantly improved even by small pressure increases. Due to the pressure further special broadband probes can be used, which allow a better resolution of defects in the test body and higher measuring speeds due to the short sound pulses. At atmospheric pressure these probes can not be used due to the low sound-to-noise ratio.

Vorteilhaft ist auch, wenn der Einlass für das komprimierbare Gas eine Verbindung zu einem Druckgasbehälter, bevorzugt zu einer Druckgasflasche oder einem Kompressor, insbesondere einem Druckluftkompressor, aufweist, wobei die Verbindung bevorzugt mindestens eine Druckleitung sowie gegebenenfalls Verbinder und/oder Ventile enthält.It is also advantageous if the inlet for the compressible gas has a connection to a compressed gas container, preferably to a compressed gas cylinder or a compressor, in particular an air compressor, wherein the compound preferably contains at least one pressure line and optionally connectors and / or valves.

Mit der Druckgasflasche oder dem Kompressor stehen die Mittel zur Verfügung, die Druckkammer mit Druck zu beaufschlagen. Die Armaturen bzw. Verbinder und Ventile sollen dabei bevorzugt auch ein vorheriges Spülen der Druckkammer mit dem gewünschten Gas und die Verdrängung der Umgebungsluft zulassen.With the compressed gas cylinder or the compressor, the means are available to pressurize the pressure chamber. The fittings or connectors and valves should preferably also allow a prior rinsing of the pressure chamber with the desired gas and the displacement of the ambient air.

Weiterhin ist bevorzugt, wenn die Druckkammer aus einem allseitig geschlossenen Autoklaven besteht, in dem sich mindestens ein Aktorelement für die Positionssteuerung des Ultraschall-Prüfgerätes befindet und in dem das Ultraschall-Prüfgerät in einer zum Testkörper parallelen Ebene mindestens eindimensional, bevorzugt zweidimensional beweglich angeordnet ist.Furthermore, it is preferred if the pressure chamber consists of an autoclave closed on all sides, in which there is at least one actuator element for the position control of the ultrasound test apparatus and in which the ultrasound tester is arranged in a plane parallel to the test body at least one dimensional, preferably two-dimensionally movable.

Das Aktorelement kann dabei in einem hydraulischen Aktor, einem pneumatischen Aktor oder einem elektrisch angetriebenen Motor bestehen. Vorzugsweise ist das Aktorelement ein Schrittmotor. Die ein- und zweidimensionale Bewegung des Ultraschall-Prüfgerätes wird bevorzugt durch Anbringung des Ultraschall-Prüfgerätes an einer Führungsschiene oder einem Führungsschienensystem realisiert.The actuator element may consist of a hydraulic actuator, a pneumatic actuator or an electrically driven motor. Preferably, the actuator element is a stepper motor. The one- and two-dimensional movement of the ultrasonic testing device is preferably realized by attaching the ultrasonic testing device to a guide rail or a guide rail system.

Die Druckkammer kann aber alternativ auch aus einem Behälter mit einer einseitigen Öffnung bestehen, wobei die Fläche und die Kontur der Öffnung kleiner als die Fläche und die Kontur des Testkörpers sind und der Behälter in eine äußere, bewegliche, mit elastischen Elementen ausgekleidete Unterdruckkammer integriert ist.Alternatively, however, the pressure chamber can consist of a container with a one-sided opening, wherein the area and the contour of the opening are smaller than the area and the contour of the test body and the container is integrated into an outer, movable vacuum chamber lined with elastic elements.

Eine solche Druckkammer kann als Ganzes über den Testkörper bewegt werden. Hierzu kann eine die Druckkammer umgebende Unterdruckkammer genutzt werden, welche durch elastische Elemente, z.B. Federn, einen Einfluss auf die Position der Druckkammer ausüben kann. Es sind keine in die Druckkammer integrierten Aktorelemente notwendig, welche das Ultraschall-Prüfgerät bewegen können.Such a pressure chamber can be moved as a whole over the test body. For this purpose, a negative pressure chamber surrounding the pressure chamber can be used, which by elastic elements, e.g. Springs, can exert an influence on the position of the pressure chamber. There are no integrated into the pressure chamber actuator elements necessary to move the ultrasonic tester.

In einer bevorzugten Variante der Vorrichtung weist die Druckkammer mindestens eine Dichtfläche auf, wobei eine Abdichtung an der Dichtfläche bevorzugt durch eine O-Ring-Dichtung, eine Dichtlippe, eine Bridgeman-Dichtung und/oder eine Metall-Metall-Dichtung erreicht wird.In a preferred variant of the device, the pressure chamber has at least one sealing surface, wherein a seal on the sealing surface is preferably achieved by an O-ring seal, a sealing lip, a Bridgeman seal and / or a metal-to-metal seal.

Vorteilhafterweise enthält oder besteht die Druckkammer aus einem druckfesten Werkstoff, bevorzugt einem Werkstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen, insbesondere Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK), Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) oder keramische Faserverbundwerkstoffe (CMC), Stahl, insbesondere Stahl der Sorte 1.4301, Metall, insbesondere Titan oder Aluminium, Keramik und Mischungen hiervon.Advantageously, the pressure chamber contains or consists of a pressure-resistant material, preferably a material selected from the group consisting of fiber-reinforced composite materials, in particular carbon fiber reinforced plastics (CFRP), glass fiber reinforced plastics (GRP) or ceramic fiber composites (CMC), steel, in particular steel of grade 1.4301, Metal, in particular titanium or aluminum, ceramics and mixtures thereof.

Das komprimierbare Gas in der Vorrichtung ist bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Luft, Argon, Stickstoff, Sauerstoff, Xenon, Schwergasen und Mischungen hiervon ausgewählt.The compressible gas in the device is preferably selected from the group consisting of air, argon, nitrogen, oxygen, xenon, heavy gases, and mixtures thereof.

Außerdem ist es von Vorteil, wenn der Ultraschall-Sender entweder aus einem Ultraschallwellen aussendenden Prüfkopf besteht, bevorzugt aus einem beabstandet von dem Testkörper angeordneten Prüfkopf, besonders bevorzugt aus einem auf der gleichen Seite des Testkörpers wie der Ultraschall-Empfänger und im gleichen Abstand wie der Ultraschall-Empfänger angeordneten Prüfkopf oder aus einem auf der dem Ultraschall-Empfänger abgewandten Seite des Testkörpers angeordneten Prüfkopf, oder aus einem Lamb-Wellen-Erreger besteht, der eine direkte Verbindung zu dem Testkörper aufweist und/oder am Testkörper anliegt.In addition, it is advantageous if the ultrasound transmitter consists either of an ultrasound wave-emitting probe, preferably of a test head arranged at a distance from the test body, particularly preferably one the same side of the test body as the ultrasonic receiver and the same distance as the ultrasonic receiver arranged probe or arranged on the side facing away from the ultrasonic receiver side of the test body probe, or consists of a Lamb wave exciter, the direct Has connection to the test body and / or rests on the test body.

Ist der Ultraschall-Sender ein Ultraschallwellen aussendender Prüfkopf, so eignet sich die Vorrichtung zur Ultraschallprüfung. Hier wird das Reflexionsverhalten des Testkörpers untersucht und es werden Rückschlüsse auf Defekte und Gaseinschlüsse gezogen. Die Messung bei der Ultraschallprüfung kann dabei in zwei verschiedenen Betriebsmodi erfolgen. Die Echo-Puls-Messung erfordert, dass der Ultraschall aussendende Prüfkopf und der Ultraschall Empfänger auf der gleichen Seite des Testkörpers angeordnet sind. Hier ist es bevorzugt, wenn die Anordnung von Prüfkopf, Testkörper und Ultraschall-Empfänger ein „V“-förmig ist. Dies bedeutet, dass Prüfkopf und Ultraschall-empfänger den gleichen Abstand zu dem Testkörper haben müssen und der Ultraschall-Empfänger lateral verschoben zu dem Prüfkopf angeordnet ist.If the ultrasound transmitter is a probe that emits ultrasonic waves, then the device is suitable for ultrasonic testing. Here, the reflection behavior of the test specimen is examined and conclusions about defects and gas inclusions are drawn. The measurement during the ultrasonic test can be carried out in two different operating modes. The echo-pulse measurement requires that the ultrasound-emitting probe and the ultrasound receiver be placed on the same side of the test body. Here it is preferred if the arrangement of probe, test body and ultrasonic receiver is a "V" -shaped. This means that the probe and the ultrasound receiver must have the same distance to the test body and the ultrasound receiver is arranged laterally displaced relative to the test head.

Ist der Ultraschall-Sender ein Lamb-Wellen-Erreger so dient die Vorrichtung einer Schwingungsanalyse. Der Lamb-Wellen-Erreger ist typischerweise ein piezoelektrischer Aktuator, durch den der Testkörper zur Schwingung in verschiedenen Schwingungsmoden angeregt wird. Die Lamb-Wellen Analyse eignet sich dabei besonders für dünne Bleche oder sonstige leichte Testkörper, die sich einfach in Schwingung versetzen lassen.If the ultrasonic transmitter is a Lamb wave exciter, then the device is used for vibration analysis. The Lamb wave exciter is typically a piezoelectric actuator that excites the test body to vibrate in different modes of vibration. The lamb wave analysis is particularly suitable for thin sheets or other lightweight test pieces that can be easily vibrated.

Fernerhin ist bevorzugt, dass die Vorrichtung einen Impulsgenerator, einen Empfangsverstärker, einen Digitalisierer und eine Auswerteeinheit außerhalb oder innerhalb der Druckkammer enthält.Furthermore, it is preferred that the device contains a pulse generator, a reception amplifier, a digitizer and an evaluation unit outside or inside the pressure chamber.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Testkörpers unter Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung nach den Ansprüchen umfasst folgende Verfahrensschritte:

a) Positionieren des Testkörpers innerhalb der Druckkammer oder unterhalb der Öffnung der Druckkammer,
b) Ausrichten des Ultraschall-Prüfgerätes,
c) Zuführen eines komprimierten Gases über den Einlass der Druckkammer,
d) Erzeugen von Ultraschallwellen mittels des Ultraschall-Senders,
e) Detektion des Schallverlustes der am Testkörper reflektierten oder durch den Testkörper transmittierten Ultraschallwelle mittels des Ultraschall-Empfängers.

The inventive method for nondestructive testing of a test body using the device described above according to the claims comprises the following method steps:

a) positioning of the test body within the pressure chamber or below the opening of the pressure chamber,
b) aligning the ultrasonic testing device,
c) supplying a compressed gas via the inlet of the pressure chamber,
d) generating ultrasonic waves by means of the ultrasonic transmitter,
e) detection of the sound loss of the test object reflected or transmitted through the test body ultrasonic wave by means of the ultrasonic receiver.

Bei der Messung mit einer Vorrichtung, die eine unbewegliche, allseitig geschlossenen Druckkamer enthält, wird der Testkörper in der Druckkammer positioniert. Besteht die Druckkammer der Vorrichtung aus einem Behälter mit einer einseitigen Öffnung, so wird der Testkörper unterhalb der Öffnung der Druckkammer positioniert.When measuring with a device containing a stationary, closed on all sides Druckkamer, the test body is positioned in the pressure chamber. If the pressure chamber of the device consists of a container with a one-sided opening, the test body is positioned below the opening of the pressure chamber.

Bevorzugt wird in Schritt c) ein Druck von 1,1 bis 100 bar, bevorzugt von 1,2 bis 50 bar, besonders bevorzugt 1,5 bis 10 bar erzeugt.In step c), a pressure of 1.1 to 100 bar, preferably 1.2 to 50 bar, particularly preferably 1.5 to 10 bar, is preferably produced.

Die Ultraschallwelle weist bevorzugt eine Frequenz von 0,01 bis 50 MHz, besonders bevorzugt von 0,02 bis 1 MHz, auf. Die Intensität der Ultraschallwelle ist bevorzugt 10 bis 160 dB, besonders bevorzugt von 40 bis 100 dB, damit am Empfänger ein ausreichender Signal-Rauschabstand von mindestens 6 dB erreicht wird.The ultrasonic wave preferably has a frequency of 0.01 to 50 MHz, particularly preferably 0.02 to 1 MHz. The intensity of the ultrasonic wave is preferably 10 to 160 dB, particularly preferably 40 to 100 dB, so that a sufficient signal-to-noise ratio of at least 6 dB is achieved at the receiver.

Bei einer vorteilhaften Variante des Verfahrens werden entweder der Ultraschall-Sender und der Ultraschall-Empfänger oder die Druckkammer nach Detektion des Schallverlustes in Schritt d) in einer Ebene parallel zum Testkörper um 0,1 bis 10,0 cm verschoben und die Verfahrensschritte d) und e) werden wiederholt.In an advantageous variant of the method, either the ultrasound transmitter and the ultrasound receiver or the pressure chamber are displaced by 0.1 to 10.0 cm in a plane parallel to the test body after detection of the sound loss in step d) and the method steps d) and e) are repeated.

In dieser Weise kann der gesamte Testkörper abgetastet und auf Fehler hin untersucht werden. Es kann dabei vorteilhaft sein, den Ultraschall-Sender und den Ultraschall-Empfänger bzw. die Druckkammer rasterförmig über den Testkörper zu bewegen.In this way, the entire test body can be scanned and examined for errors. It may be advantageous to move the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver or the pressure chamber in a grid pattern over the test body.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert werden, ohne diese auf die hier dargestellten spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.The invention will be explained in more detail below with reference to the figures, without wishing to restrict these to the specific embodiments shown here.

1 zeigt die verschiedenen Betriebsmodi bei der Ultraschallprüfung. Auf der linken Seite ist die Transmissionsmessung gezeigt, bei der der Ultraschallwellen aussendende Prüfkopf 1 auf der von dem Ultraschall-Empfänger 2 abgewandten Seite des Testkörpers 3 angeordnet ist. Auf der rechten Seite der Figur sind zwei verschiedene Echo-Puls Methoden gezeigt. Bei der oberen Anordnung befinden sich Ultraschallwellen aussendender Prüfkopf 1 und Ultraschall Empfänger 2 auf der gleichen Seite des Testkörpers 3. Prüfkopf, Ultraschall Empfänger und Testkörper sind „V“-förmig angeordnet. Die untere Messanordnung zeigt ebenfalls eine Echo-Puls Methode, jedoch sind bei dieser Anordnung Ultraschallwellen aussendender Prüfkopf und Ultraschall-Empfänger in ein gemeinsames Gehäuse 4 integriert. 1 shows the different operating modes during ultrasonic testing. On the left side, the transmission measurement is shown, at which the ultrasound wave emitting test head 1 on the of the ultrasound receiver 2 opposite side of the test body 3 is arranged. On the right side of the figure, two different echo-pulse methods are shown. In the upper arrangement are ultrasound waves emitting probe 1 and ultrasound receiver 2 on the same side of the test body 3 , Probe, ultrasound receiver and test body are arranged "V" -shaped. The lower measuring arrangement also shows an echo-pulse method, but in this arrangement, ultrasound-emitting probe and ultrasonic receiver are in a common housing 4 integrated.

Die 2 und 3 zeigen die theoretisch vorhergesagte Verbesserung der Schallübertragung bei Experimenten mit unterschiedlichen Gasen (Argon, Stickstoff, Luft) und unterschiedlichem Gasdruck aber ansonsten identischen Versuchsparametern. Auf der Ordinate ist das Verhältnis zwischen Signalhöhe bei einer Messung unter Druck und Signalhöhe bei einer Messung unter Atmosphärendruck aufgetragen. Der Graph in 2 gibt dieses Verhältnis als einheitslose Größe an, während das Verhältnis in dem Graph in 3 in dB aufgetragen ist. Die Abszisse zeigt den Druck als Überdruck von 0 bis 7 bar. Gut erkennbar ist, dass sich der Schallpegel durch Erhöhen des Drucks verbessert. Bereits eine Erhöhung um 1 bar verursacht einen Anstieg um + 12 dB.The 2 and 3 show the theoretically predicted improvement of sound transmission in experiments with different gases (argon, nitrogen, air) and different gas pressure but otherwise identical experimental parameters. The ordinate plots the relationship between signal height for a measurement under pressure and signal height for a measurement under atmospheric pressure. The graph in 2 indicates this ratio as a unitless size, while the ratio in the graph in FIG 3 is plotted in dB. The abscissa shows the pressure as overpressure from 0 to 7 bar. It can be clearly seen that the sound level improves by increasing the pressure. Even an increase of 1 bar causes an increase of + 12 dB.

4 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung eines Testkörpers, bei der die Druckkammer im zusammengebauten Zustand aus einem allseitig geschlossenen Autoklaven besteht. Sowohl das Ultraschall-prüfgerät als auch der Testkörper 6 befinden sich im Inneren der allseitig geschlossenen Druckkammer. Der Prüfkopf 1 enthält den Ultraschall-Sender und ist beabstandet von dem Testkörper 6 an einem Führungsschienensystem 7 angebracht. An dem Führungsschienensystem 7 kann der Prüfkopf in mehreren Richtungen bewegt werden, so dass er die Oberfläche des Testkörpers 7 rasterförmig abfahren kann. Der Deckel 9 gewährleistet, dass der Autoklav druckdicht verschlossen ist. Der Deckel wird beim Zusammensetzen des Autoklaven durch eine Führungsnut in den oberen Teil des Autoklaven eingeschoben. Durch den Überdruck, der im Inneren der Druckkammer während des Prüfverfahrens herrscht, wird der Deckel an die Decke der Druckkammer gedrückt. Die Dichtungsringe 8 dichten hier die Druckkammer ab und verhindern den Austritt von Gasen aus der Druckkammer. Nach Beendigung des Prüfverfahrens kann der Deckel 9 wieder aufgeschoben werden und der Testkörper kann entnommen werden. 4 schematically shows a device for non-destructive testing of a test body, wherein the pressure chamber in the assembled state consists of a closed autoclave on all sides. Both the ultrasonic tester and the test body 6 are located inside the pressure chamber, which is closed on all sides. The test head 1 contains the ultrasonic transmitter and is spaced from the test body 6 on a guide rail system 7 appropriate. On the guide rail system 7 The test head can be moved in several directions, making it the surface of the test body 7 can depart grid-shaped. The lid 9 ensures that the autoclave is sealed pressure-tight. When assembling the autoclave, the cover is inserted through a guide groove in the upper part of the autoclave. Due to the overpressure that prevails inside the pressure chamber during the test procedure, the lid is pressed against the ceiling of the pressure chamber. The sealing rings 8th seal the pressure chamber here and prevent the escape of gases from the pressure chamber. After completion of the test procedure, the lid 9 be pushed back and the test body can be removed.

5 zeigt schematisch eine Ultraschallvorrichtung, bei der die Druckkammer aus einem Behälter 10 mit einer einseitigen Öffnung besteht. Der Testkörper 6 ist hier unterhalb der Öffnung des Behälters 10 angeordnet bzw. der Behälter sitzt auf dem planaren Testkörper 6. Den Behälter 10 umgibt eine äußere Unterdruckkammer 11. In diese äußere Unterdruckkammer 11 ist eine Feder 13 als elastisches Element integriert. In dem inneren Behälter 10 ist der Prüfkopf 1 mit dem Ultraschall-Sender enthalten. Genau wie in 4 ist auch hier ist der Prüfkopf 1 an einem Führungsschienensystem 7 fixiert, welches eine Bewegung des Prüfkopfes 1 in zwei Richtungen parallel zu dem Testkörper 6 ermöglicht (dies ist durch die Pfeile angedeutet). Für die Abdichtung des inneren Behälters 10 und der äußeren Unterdruckkammer 11 sorgen die Dichtringe bzw. Dichtlippen 12. 5 schematically shows an ultrasonic device, wherein the pressure chamber from a container 10 with a one-sided opening. The test body 6 is here below the opening of the container 10 arranged or the container sits on the planar test body 6 , The container 10 surrounds an external vacuum chamber 11 , In this outer vacuum chamber 11 is a spring 13 integrated as an elastic element. In the inner container 10 is the test head 1 included with the ultrasonic transmitter. Just like in 4 is also here is the test head 1 on a guide rail system 7 fixed, which is a movement of the probe 1 in two directions parallel to the test body 6 allows (this is indicated by the arrows). For the sealing of the inner container 10 and the outer vacuum chamber 11 ensure the sealing rings or sealing lips 12 ,

Bei der in 4 gezeigten Vorrichtung wird der innere Behälter 10 mit dem integrierten Prüfsystem durch Federkraft auf den Testkörper gepresst und mit Überdruck versehen. Die äußere Unterdruckkammer 11 wird evakuiert, so dass die Unterdruckkammer 11 in Position bleibt. Der einstellbare Überdruck muss dabei gemäß der hydraulischen Druckformel berechnet werden und kann nicht höher sein als das Verhältnis zwischen Fläche des Behälters 10 zu Fläche der Unterdruckkammer 11, um einen ausreichenden Anpressdruck zu erreichen.At the in 4 The device shown is the inner container 10 pressed with the integrated test system by spring force on the test body and provided with overpressure. The external vacuum chamber 11 is evacuated so that the vacuum chamber 11 stays in position. The adjustable overpressure must be calculated according to the hydraulic pressure formula and can not be higher than the ratio between the area of the container 10 to surface of the vacuum chamber 11 to achieve a sufficient contact pressure.

Claims

Apparatus for non-destructive testing of a test body comprising a pressure chamber having a port for a compressible gas and an ultrasonic tester disposed inside the pressure chamber, the ultrasonic test apparatus including an ultrasound transmitter and an ultrasound receiver and the ultrasound receiver spaced from the test body is arranged.

Device after Claim 1 , characterized in that the gas has a pressure of 1.1 to 100 bar, preferably from 1.2 to 50 bar, more preferably from 1.5 to 10 bar relative to atmospheric pressure.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet has a connection to a compressed gas container, preferably to a compressed gas cylinder or a compressor, in particular a compressed air compressor, wherein the compound preferably contains at least one pressure line and optionally connectors and / or valves.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure chamber consists of an autoclave closed on all sides, in which there is at least one actuator element for the position control of the ultrasonic testing device and in which the ultrasonic testing device in a plane parallel to the test body at least one-dimensional, is preferably arranged two-dimensionally movable.

Device according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the pressure chamber consists of a container with a one-sided opening, wherein the surface and the contour of the opening are smaller than the surface and the contour of the test body and the container is integrated in an outer, movable, lined with elastic elements vacuum chamber ,

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure chamber has at least one sealing surface, wherein a seal on the sealing surface preferably by an O-ring seal, a sealing lip, a Bridgeman seal and / or a metal-to-metal seal is achieved.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure chamber is a pressure-resistant material, preferably a material selected from the group consisting of fiber reinforced composite materials, in particular carbon fiber reinforced plastics (CFRP), glass fiber reinforced plastics (GRP) or ceramic fiber composites (CMC), steel, In particular steel of the grade 1.4301, metal, in particular titanium or aluminum, ceramic and mixtures thereof contains or consists thereof.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the gas is selected from the group consisting of air, argon, nitrogen, oxygen, xenon, heavy gases and mixtures thereof.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the ultrasonic transmitter consists either of an ultrasound wave emitting probe, preferably from a spaced from the test body probe, more preferably from one on the same side of the test body as the ultrasonic receiver and in the same distance as the ultrasonic receiver arranged probe or arranged on the side facing away from the ultrasonic receiver side of the test body probe, or consists of a Lamb wave exciter, which has a direct connection to the test body and / or rests against the test body.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device includes a pulse generator, a receiving amplifier, a digitizer and an evaluation unit outside or inside the pressure chamber.

Method for nondestructive testing of a test piece using the device according to Claims 1 to 10 comprising the following steps: a) positioning the test body within the pressure chamber or below the opening of the pressure chamber, b) aligning the ultrasonic tester, c) supplying a compressed gas via the inlet of the pressure chamber, d) generating ultrasonic waves by means of the ultrasonic transmitter , e) detection of the sound loss of the ultrasonic wave reflected by the test body or transmitted through the test body by means of the ultrasonic receiver.

Method according to Claim 11 , characterized in that in step c) a pressure of 1.1 to 100 bar, preferably from 1.2 to 50 bar, particularly preferably 1.5 to 10 bar is generated.

Method according to one of Claims 11 or 12 , characterized in that the ultrasonic wave has a frequency of 0.01 to 50 MHz, preferably 0.02 to 1 MHz.

Method according to one of Claims 11 to 13 , characterized in that the ultrasonic wave has an intensity of 10 to 160 dB, preferably from 40 to 100 dB.

Method according to one of Claims 11 to 14 , characterized in that the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver or the pressure chamber after detection of the loss of sound in step d) is displaced in a plane parallel to the test body by 0.1 to 10.0 cm and the method steps d) and e) be repeated.