DE1573596A1

DE1573596A1 - Ultraschall-Messverfahren mit Ankopplungskontrolle od.dgl.

Info

Publication number: DE1573596A1
Application number: DE19661573596
Authority: DE
Inventors: Dr Josef Krautkraemer
Original assignee: J U H KRAUTKRAEMER GES F ELEKT
Current assignee: J U H KRAUTKRAEMER GES F ELEKT
Priority date: 1966-08-06
Filing date: 1966-12-23
Publication date: 1971-01-07
Also published as: DE1573627A1; DE1573627C3; US3550435A; GB1199177A; FR1604775A; DE1573627B2

Description

Patentanwalt

I. G. GRAVE Dipi..Phys. _1η,-_ΛΛ

5 Köln, Friesenstr.84 1573596

(«η Hoh«uoll«rorino) T·!. 2141 96

I M

Dr. J. und H. Krautkrämer, Gesellschaft für Elektrophysik Köln - Klettenberg, Luxemburger Str. 449

Ultraschall-Meßverfahren mit Ankopplungekontrolle oder dgl.

Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Impuls-Echo- oder Durchstrahlungsverfahren, insbesondere der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, zur Bestimmung der in den Prüfling eintretenden Schallwelle nach Amplitude und/oder Zeitpunkt für die Ankopplungskontrolle oder dgl., insbesondere nach der Patentanmeldung K 59 965 IXb/42k.

Naoh der Hauptanmeldung ist es vorgeschlagen worden, ein um den Eintrittspunkt der Ultraschallwelle entstehenden bzw. gebildeten magnetoelastischen Anzeigewert als ein elektrisches Signal wie einen elektrischen Impuls zu measen und/ oder anzuzeigen.

Auch ist es bekannt, elektrodynamisch Schall- und Ultraschallwellen z.B. nach dem Prinzip des dynamischen Lautsprechers zu erregen, vgl. Pohlmami, R., Herbertz, J.» Ein elektrodynamischer Wandler zur kontaktlosen Erregung und Messung von Schwingungen in elektrisch leitenden Substanzen. , 5^e Congres International d^!Acou3tique, Sept. 1965, Liege, Tortrag B 55, Abstracts S-. 64. Im Senderbetrieb bewirkt ein an der Oberfläche eines elektrischen Leiters erzeugtes magnetisches Viechself eld im Leiter elektrische Wirbelströae. Zwischen der Spule, die zur Erzeugung des Magnetfeldes dlenü, und de« Prüfling werden infolgedessen mechanische Wächoel-

62/0354 BADORiGfNAL ' ^J

kräfte wirksam, die Schallwellen erzeugen können. Sin passend angeordnetes magnetiech.ee Grleichfeld verstärkt die Wirkung und bewirkt, daß die erzeugte Schallfrequenz nicht wie bei der vorerwähnten Anordnung von der doppelten Erregerfrequenz, sondern gleich der Erregerfrequenz wird. Auch die Wirkung als Empfänger ist leicht verständlich! liegt daa magnetische Grleichfeld quer zur Bewegungsrichtung der Teilchen der Schallwelle bei ihrem Eintreffen auf die Oberfläche des elektrisch leitenden Prüflings, so wird in der zu beiden Richtungen senkrechten dritten Dimension eine elektrische Wechselspannung induziert, die ein elektrisches und magnetisches Wirbeletroafeld in der Nähe der Oberfläche erzeugt. Eine geeignete Spule empfängt daher ein elektrisches Signal Ton der Prequenz der Schallwelle.

ErfindungsgemäS wird insbesondere eine Ausgestaltung des Gegenstände« der Patentanmeldung E 59 965 IXb/42k für aus mindestene teilweise elektrisch leitendem Werkstoff bestehende Prüflinge bezweckt, wobei ein insbesondere im üintrittsbereioh dieser Welle entstehender bzw. gebildeter magnetinduktiver Anzeigewert als ein elektrisches Signal wie ein elektrischer Impule gemessen und/oder angezeigt wird. In diesem Zusammenhang ist es unerläßlich, eine Torlaufstrecke aus einem elektrisch, nicht leitendem Werkstoff zu verwenden· Der magnetinduktive Anzeigewert bzw. der magnetinduktive Effekt entsteht hier ähnlich wie bei bekannten Verfahren: Im Bereich der Oberfläche des aus elektrisch leitendem Werkstoff bestehenden Prüflings, wo die Ultraschallwellen in ihn eindringen, soll ein magnetisches Gleichfeld vorhanden sein, und durch die hier eintretende Ultraschallwelle, die ja eine im Werkstoff dea Prüflings Materialverdichtungen und -Verdünnungen bewirkende Schwingung ist, wird der als Leiter aufzufassende Prüfling im Bereich des magnetischen Gleichfeldee Bewegungen ausführen und eine elektrische Wechselspannung

009882/0354

BAD OFHSiNAC

in der dritten Richtung, senkrecht bum Magnetfeld al· auch cur Sichtung der Schallwelle, erseugen. Die elektrische Wechselspannung erzeugt wiederum ein elektrisches und magnttiaahee Wirbelfeld in der Nähe der Oberfläche, und das augehörige Signal wird durch eine geeignete Empfangseinrichtung erfaßt.

GeeäS einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Prüfling,z.B. lediglich an der Kontaktfläche, mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand einer Zeichnung in folgenden näher beschrieben.

Ke seigern

Pig. 1 eine vereinfachte Prüfanordnung

Fig. 2 eine Sohirabilddaretellung auf einer Braunachen Röhre, ohne Darstellung des Sendeimpulees

Fig. 3 eine Darstellung der magnetinduktiven Empfangseinrichtung, axial zur Vorlauf«trecke gesehen, und

?ig· 4 eine nagnetinduktire Empfangseinrichtung in seitlicher Ansicht.

Anhand der Fig. 1 soll die Erfindung näher erläutert werden. Ein -Ültraachall-Sender-Enipfanger 11 beliebiger 3auart, z.B. ein piezoelektrischer Schwinger, iat in Kontakt mit der elektrisch nicht-leitenden, aber schall-ieitenaen Vorlaufstrecke 12, die aus eines festen oder flüssigen Stoff bestehen kann

009882/0354

BAD

oder auch einer Aufeinanderfolge versohledener eoloher Stoffe, die miteinander in akustisches Kontakt sind. Der Sender strahlt Ultraechall-Impulee über die Vorlaufstrecke 12 in den Prüfling 13t um darin Ungänzen nach dem Iepulsecho-Verfahren festzustellen oder die 'Wanddicke aus der Laufzeit des RUekwandeohos zu messen. Dazu muß die Vorlaufetrecke mit de« Prüfling 13 akustischen, also im allgemeinen festen oder flüssigen Kontakt haben. Der Schallübertritt über eine Luftschicht ist wegen der außerordentlich kleinen Durchlässigkeit unbrauchbar und soll erfindungegemäö τοη einen guten akustischen Kontakt unterschieden werden. Bei gutem Kontakt treten die Schallimpulse in den Prüfling mit erheblicher Amplitude über. Ist der Prüfling elektrisch leitend oder ar* der Kontaktfläch*- :ait einer elektrisoh leitenden Schicht versehen, so wird erfindungsgemäß mit Hilfe des magnetinduktiven Effekte in der Empfangseinrichtung 14 der Schallübertritt nach Amplitude und Zeit durch einen elektrischen Impuls angezeigt, nach Amplitude, weil der Effekt in einem gewissen Bereich linear proportional der Amplitude der eintretenden Schallwelle ist, -and nach der Zelt, well die Ausbreitung der Magnetfeld-Xnderungen praktisch verzögerungsfrei verläuft, also auch noch hinreichend genau bleibt, wenn die Empfangseinrichtung 14 ihren Abstand von der Kontaktfläche verändert.

Das Signal der magnetinduktiven ünpfangseinrichtung 14 kann in bekannter Weise wie die Echos eines üblichen Impulsecho-Gerätes auf einem Oszillographen-Bildschirm auf einer Zeitlinie sichtbar gemacht werden, euch auf dem Bildschirm des Impul3eoho-Gr6rätea selbst. 3s kann ferner in bekannter Weise über Torverstärker Signaleinrichtungen und Registriervorrichtungen betätigen und zur Konstanthaltung der PrÜfempfinaiichkeit die Sendeleistung oder den Yeretärkungswert des Impulsecho-Gerätea regeln.

Es kann ferner erfindungsgemäß dazu benutzt werden, eine Laufzeit zu ae3sen, z.B. die Laufzeit des Schallimpulsββ

009882/0354

BAD ORtGHfMtL''"'¹ "*

▼en der Oberfläche bis «u einem Fehler oder bi« zur Büekwand und rurUolc. Das eagnetinduktire Signal gibt ja den Anfangaiapule der Laufzeitmessung mit großer Genauigkeit und unbeeinfluest durch Änderungen der KoppeIsohicht zwischen dem bekannten Prüfkopf mit Vorlaufstrecke und dem Prüfling. Der Kndimpuls, also das Fehler- bzw. Büekwandecho, kann in bekannter Weise mit der gleichen Einrichtung empfangen werden, Tgl. Fig. 2. Der Zeitabstand zwischen den dort gezeichneten Impulsen 18 und 17a ist die doppelte Laufzeit. Bei diese-r Anwendung des magnetinduktiTen Kontrollechoe i*t weiter τοη Vorteil, daß seine Amplitude in den meist vorkommenden Fällen der Wanddickenmeesung τοη gleicher Gröflenordrrttng wie die des Rückwandechoe ist, im Gegensatz zu bekannten Verfahren mit herkömmlichen Prüfköpfen und Messung im Kontakt oder über eine Vorlaufstrecke, wobei als Anfangeimpuls der Sendeimpuls selbst oder das an der Eintrittefläche reflektierte Echo diente, die aber beide wesentlich stärker sind als das Bückwandecho. Der Amplitude ist aber die nicht meßbare tote Zone hinter dem Echo proportional, so daS mit dem magnetinduktiv- oder magnetelastisch empfangenen Eintrittssignal dünnere Wandflächen gemessen werden können*

In Fig. 3 und 4 iat schematiach ein Ausführungsbeispiel für eine magnetinduktive Empfangseinrichtung H zusammen mit den magnetischen und elektrischen Feldern in der Oberfläche des Prüflinge geaeigt» Der Querschnitt der Vorlaufstrecke 12 ist quadratisch angenommen. K und S sind Nord- und Südpol eines Magnetsystem» 15» welches in der Oberfläche des Prüflings das Gleichmagnetfeld B erzeugt. Unter der Annahme, daß soeben ein Wellenzug einer Longitudinalwelle in die Oberfläche eindringt, bei der ja die Teilchenbewegung senkrecht zur Zeiohenebene von Fig. 3 verläuft, entstehen durch die Bewegung die Wechselspannungen K, welche das Wirbelstrorasystem I aur Folge haben. In den Spulen 16 wird dadureh eine Wechselspannung induziert, welche der Form des Schallweilen-liapulses genau folgt.

009882/0354

BAD

Die Ausführung ist nicht auf dies· beschrieben· Anordnung beachräjüct. Die Fora und Lagt der Spulen wie des Magnetsystem* können - Ina besondere je nach der nachzuweisenden Sohallwellenart - rerschieden aein.

Z.B. lassen sich senkrecht eindringende Tranererealwellen nachweisen, indem man ein Magnetfeld senkrecht zur Oberfläche an der Schalleintrittastelle erzeugt, etwa duroh eine mit der Vorlaufetrecke konzentrische Spule, in der ein Magnetisierunge-Grleichstrom fließt.

Die Empfangsspulen 16 in Flg. 3 können auch in bekannter Selsaltungeweiee zugleich das üleichaagnetfeld erzeugen und das Wechselfeld empfangen. Die Spulen kännen auoh in die nioht-leitende Vorlaufstrecke so eingebaut sein, daß sie ▼on der Sehallwelle durchsetzt werden.

Die Empfangseinrichtung kann sowohl als selbständige Einheit, also sur Benutzung alt verschiedenen Kombinationen eines Sender-Empfängers 11 alt einer Torlaufstrecke 12 ausgeführt werden. Sie kann, aber auoh alt diesen zusammen eine Prüfkopfeinheit, e.B. mit zusammengefaSten Anschluflkabeln, bilden.

BAD ORIGINAL 00 98 82 /03 5

Claims

Patentanwalt

I.C.PRAVilDipl-Phye.

K₁ in. Fru st-nstr.84 157359ft

(.m HohenroH«mrM»B) Tel- 21 41 95 ** ι ***t*V
2.12.1

Dr. J. und H. Krautkrämer, Gesellschaft für Elektrophysik

Patentansprüche

1. Ultraachall-Iepulaecho- oder Inir c ha trahlurige verfahr en, insbesondere der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, zur , Bestimmung äer in den Prüfling eintretenden Schallwelle nach Amplitude und/oder Zeitpunkt, für die Ankopplungskontrolle oder dgl«, insbesondere nach Patentanmeldung K 59 965 IIb/42k und für Prüflinge aus mindestens teilweise elektrisch leitendem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, d«S ein instosendere im Eintrittsbereich dieser Welle entstehender bsw. gebildeter magnetinduktiver Anzei^ewert als ein elektrisches Signal wie ein elektrischer Impuls gemessen xmd/oder angezeigt wird.

2. Verführen nach Ansprush 1, zur Messung dee magnetinduktiven und/oder magnetelaetischen Anzeigewertes, dadurch gekennzeichnet, dai dieses Signal als Zeitmarke für die Laufzeit- bzw. Lickennesaung verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dai vor der Messung die Kontaktfläche zwischen dem Vorlaufkörper und dem Prüfling mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen wird.
4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die insbesondere aus einem festen Stoff bestehende Vorlauf-

009882/035A

BAD

■trecke aue elektrisch nicht-leitenden Werketoff besteht.
5. Torrichtung naoh Anspruch A, dadurch gekennaeichn-et, dafl im Schalleintrittebereioh nehrere wie «wei elektrische Spulen rorhanden Bind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, zum Nachweis senkrecht eindringender Tranaverealvellen, gekennzeichnet durch mindesten· eine fleiehstroe-durehflosssne Magnetisierunge-•pule im wesentlichen komentrisoh zur und/oder acheparallel zur Vorlaufstrecke.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dafl mindestens eine, das fflelchmagnetfeld erzeugende Spule selbst das Signal anzeigende Element des xsagnetlnduktiren Effektes iet.
8. Vorrichtung naoh Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dafl die Spulen hintereinander geschaltet und/oder in die Yorlaufstrecke eingebaut sind.

3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung (14, 15, 1t>) und der Prüf kopf (11, IiI) fest verbunden und au einer Linbeit zusa.Tjnen gebaut sind.

0C9882/035A

BAD ORIGINAL