DE1773075B2

DE1773075B2 - Ultraschall Ruckstrahlblock fur Ultraschallwinkelstrahl Prüfgeräte

Info

Publication number: DE1773075B2
Application number: DE1773075A
Authority: DE
Inventors: Takashi Fuji; Matsuo Sato
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1967-03-28
Filing date: 1968-03-28
Publication date: 1973-10-18
Also published as: JPS511993B1; SE344822B; NO125293B; US3587300A; NL6804405A; DE1773075C3; FR1557536A; GB1225424A; DE1773075A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschall-Rückstrahlblock für Ultraschallwinkelstrahl-Prüfgeräte, der eine mit dem Prüfling in Verbindung stehende Einschallfläche und eine die Ultraschallwelle nach dem Durchlaufen des Prüflings in ihre Ursprungsrichtung reflektierende Reflexionsfläche aufweist.

Ein Ultraschall-Rückstrahlblock dieser Art ist bekannt (britische Patentschrift 685 275). Er weist eine ebene Reflexionsfläche auf. Auch andere bekannte Ultraschall-Rückstrahlblöcke (Patentschrift 43 202 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin, deutsche Patentanmeldung K 22 917 IX/42 k, bekanntgemacht am 20. September 1956) weisen in allen Flächen ebene Reflexionsflächen des Rückstrahlblocks auf. Wird beim Ultraschallwinkelstrahl-Prüfgerät der Rückstrahlblock auf den Prüfling aufgesetzt, um mit der Messung zu beginnen, so wird der Einfal'swinkel der Ultraschallwelle auf der Einschallfläche des Rückstrahlblocks so gewählt, daß er einen vorbestimmten Wert annimmt. Weicht nun der Einschallwinkel vom vorbestimmten Wert des Winkels ab, so wird bei ebener Reflexionsfläche des Rückstrahlblocks eine unbefriedigende Reflexion erzielt. Das Arbeiten mit dem Ultraschallwinkelstrahl-Prüfgerät erfordert daher eine erhebliche Arbeitspräzision zum Erzielen brauchbarer Ergebnisse.

Es ist weiter bekannt (»Journal of Metals«, Mai 1960, S. 392 bis 397), bei der Überprüfung von Schweißungen in Metallplatten oder Oberflächenunregelmäßigkeiten von Rohren, wobei zur Erhöhung der Empfindlichkeit ein Rückstrahlblock verwendet wird, diesen Mctallblock mit Löchern genormter Form, Größe und Tiefe zu versehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ultraschall-Rückstrahlblock für ein Ultraschallwinkelstrahl-Prüfeerät mit hoher Empfindlichkeit bei der Fehlerfeststellung und für die gleichzeitige Überwachung des Auflösungsvermögens des Prüfgerätes anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Reflexionsfläche des Riickstrahlblocks kurvig oder sphärisch ausgebildet und mit einer künstlichen Fehlerstelle versehen ist. Die kurvige oder ίο sphärische Ausbildung der Reflexionsfläche des Rückstrahlblocks führt dazu, daß die Reflexion von Abweichungen des Einschallwinkels vom vorbestimmten Wert dieses Winkels weniger abhängig ist. Bei einer sphärischen Reflexionsfläche sind die ungünstigen Auswirkungen einer solchen Abweichung des Einschallwinkels vom vorbestimmten Wert stark vermindert. Auch bei einer kurvig ausgebildeten Reflexionsfläche fällt die Verminderung der negativen Wirkung noch deutlich ins Auge. Das Arbeiten mit dem Prüfgerät wird deshalb durch diese Ausbildung erheblich erleichtert. Das Arbeiten mit dem Prüfgerät wird noch dadurch erleichtert, daß eine künstliche Fehlerstelle in der Reflexionsfläche vorgesehen ist.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Tig. IA teils bekannte, teils erfindungsgemäße Ausführungsformen eines Ultraschall-Rückstrahlblocks,

Fig. IB, ein bekanntes Ultraschallwinkelstrahl-Prüfgerät,

Fig. IC ein mit Hilfe einer Kathodenstrahlröhre erzieltes Impulsbild des Reflexionsechos,

F i g. 2A die Anwendung eines Ultraschallwinkelstrahl-Prüfgerätes zur Überprüfung von Schweißnähten,

Fig. 2B das entsprechende Impulsbild,

Fig. 3A Seitenansichten eines Rückstrahlblocks mit künstlicher Fehlerstelle,

Fig. 3B Draufsichten auf die Ausführungsformen gemäß Fig. 3A,

Fig. 4A Fig. 3A entsprechende Ansichten anderer Ausführungsformen,

Fig. 4B Fig. 3B entsprechende Ansichten der Ausführungsform gemäß Fig. 4A, und
F i g. 4 C die Impulsform eines entsprechenden Rückstrahlechos.

F i g. 1A zeigt zunächst einen bekannten Rückstrahlblock 6 mit einer Einschallfläche 61 und einer ebenen Reflexionsfläche 62. Die dritte Fläche 64 des Rück-Strahlblocks 6 spielt für das Ultraschallwinkelstrahl-Prüfgerät keine Rolle. Sie kann eben sein. Die in Fig. IA weiter gezeigten Rückstrahlblöcke 7 und 8 stimmen bezüglich der Einschallflächen 71, 81 und der dritten Flächen 74, 84 mit der Ausbildung des Rück-Strahlblocks 6 überein. Der Rückstrahlblock 7 weist jedoch eine gekrümmte Reflexionsfläche 72 auf, der Rückstrahlblock 8 eine sphärische Reflexionsfläche 82.

Fig. IB zeigt die Anwendung eines Ultraschallwinkelstrahl-Prüfgerätes mit dem Rückstrahlblock 6, an dessen Stelle auch der Rückstrahlblock 7 bzw. der Rückstrahlblock 8 treten können. Durch einen Prüfling 9 wird ein Ultraschallwinkelstrahl geschickt, der von einem Wandler 10 abgeschallt wird, der auf die Oberfläche des Prüflings 9 aufgesetzt ist. In festem Abstand vom Wandler 10 wird weiter der Rückstrahlblock auf den Prüfling 9 aufgesetzt. Der Ultraschallwinkelstrahl bildet somit mit der Einschallfläche des Rückstrahlblocks einen bestimmten festen Winkel.

Der durch die strichlierte Linie angedeutete Ultraschallwinkelstrahl wird an der Reflexionsfläche des Rückstrahlblocks reflektiert und gelangt über die Einschallfläche, die mit dem Prüfling 9 in Berührung steht, ram Ausgangspunkt am Wandler 10 zurück. Die reflektierte Ultraschallwelle wird auf dem Leuchtschirm an einer Kathodenstrahlröhre sichtbar gemacht.

Fig. IC zeigt das erhaltene Impulsbild mit ?inem Ausgangsimpuls 11 und einem Rückstrahlechoimpuls 12. ίο

F i g. 2A zeigt die Anwendung dieses Ultraschallwinkelstrahl-Prüfgerätes bei der Fehlersuche. Der Prüfling 9 weist hier in einer Schweißnaht 13 eine Fehlerstelle 14 auf. An der Fehlerstelle 14 wird ein Teil des Ultraschallwinkelstrahls reflektiert und rückgestrahlt. Dieser Teil hat somit einen erheblich kürzeren Weg bis zur Rückkehr zum Wandler 10 zurückzulegen als derjenige Teil des Ultraschallwinkelstrahles, der an der Reflexionsfläche des Rückstrahlblocks reflektiert wird.

Fig. 2B zeigt das auf dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre erhaltene Impulsbild: Ein Aussangsimpuls 15 wird von einem Fehlerechoimpuls 16 gefolgt, der eine höhere Amplitude aufweist als der ihm folgende Reflexionsechoimpuls 17, der durch Reflexion an der Reflexionsfläche des Rückstrahlblocks erhalten wird. Die Empfindlichkeit des Ultraschallwinkelstrahl-Prüfgerätes wird so eingestellt, daß der Reflexionsechoimpuls 17 nur etwa die halbe Amplitude des Ausgangsimpulses 15 hat.

Bei Verwendung der Rückstrahlblöcke 7 und 8 soll 3» nun jeweils die Empfindlichkeit nicht durch Vergleich mit einem Bezugsblock, sondern jeweils am zu prüfenden Material selbst voreingestellt werden. Die Empfindlichkeit wird dann durch Eigenschaften und Oberflächenbeschaffenheit des gerade zu prüfenden Materials nicht beeinflußt. Weiter kann dabei die Überwachung der Auflösung des Prüfgerätes gleichzeitig mit dem Einstellen der Empfindlichkeit durchgeführt werden.

Fig. 3A bis Fig.4C zeigen, wie hierzu vorgegangen wird. Der einfachen Darstellung halber ist die Ausbildung an Hand eines Rückstrahlblocks 6 mit ebener Reflexionsfläche gezeigt. Es versteht sich hiervon selbst, daß die ergriffene Maßnahme, nämlich das Einbringen einer künstlichen Fehlerstelle 63 in die Reflexionsfläche praktisch gemeinsam mit der gekrümmten Ausbildung der Reflexionsfläche 72 bzw. der sphärischen Ausbildung der Reflexionsfläche 82 verwendet wird Die in die Reflexionsflächen 72 bzw. 82 eingebrachten künstlichen Fehlerstellen 63 können die Form einer Rille halbkreisförmigen Querschnittes oder V-förmigen Querschnittes haben. Auch kann die künstliche Fehlerstelle 63 in den Reflexionsflächen 72 bzw. 82 als Aufrauhung dieser Reflexionsflächen vorgesehen sein. Gelegentlich ist es zweckmäßig, e^;ne künstliche Fehlerstelle 63 in Form eines Loches im Rückstrahlblock vorzusehen.

Führt man nun den Wandler horizontal über den Prüfling 9, so erhält man auf Grund der künstlichen Fehlerstelle63 die in Fig. 4C gezeigte Impulsform an der Kathodenstrahlröhre. Diese Impulsform ergibt sich, weil man an einer als künstliche Fehlerstelle 63 vorgesehenen Rille einen kleineren Rückstrahl-Reflexionseffekt erhält als an einer ungestörten Reflexionsfläche. Je tiefer der Einschnitt im Impuls der gezeigten Impulsform wird, d. h., um so größer das Verhältnis /)j//)₂ ist, um so besser sind die Auflosungseigenschaften des Ultraschallwinkelstrahl-Prüigerätes. Es ist deshalb leicht möglich, die Eigenschaften des Prüfgerätes eenau kennenzulernen und gegebenenfalls auch mit einem leistungsschwachen Detektor auszukommen. Die Verwendung von Rückstrahlblöcken 7 und 8 mit künstlichen Fehlerstellen 63 in ihren Reflexionsflächen 72 bzw. 82 vereinfacht daher das Prüfgerät und das Arbeiten mit diesem.

Überdies kann mit einem Ruckstrahlblock 7 bzw. 8 sehr kleiner Größe gearbeitet werden. Die Rückstrahlblöcke 7 bzw. 8 weisen beispielsweise eine Länge von 40 mm und eine Breite von 18 mm auf. Man erhält dann bereits zufriedenstellende Ergebnisse.

Der Einschallwinkel und der zweckmäßige Winkel für die Reflexionsfläche 72 bzw. 82 hängen natürlich von der Art des Rückstrahlblockes 7-bzw. 8 und dem Material des Prüflings 9 ab. Sie können leicht berechnet werden. Wird beispielsweise ein Prüfling aus gewöhnlichem Weichstahl mit Hilfe eines Rückstrahlblockes aus Acrylit untersucht, so erhält man folgende Daten:

Material

Acrylit .. .
Weichstahl

Schallgeschwindigkeit
Longitudinalwelle | Transversalwelle

2720 m/sec
5880 m/sec

1460 m/sec
3310 m/sec

Sind C₁ und C₂ die Fortpflanzungsgeschwindigkeiten deb Schalls in den beiden Materialien, so erhält man für die Brechung der Schallwelle an der Berührungsfläche zwischen dem Weichstahl und dem Acrylit, also an den Einschallflächen 71 und 81 der Rückstrahlblöcke 7 und 8 nach der Gleichung sin0,/sin0₂ = CJC₂ mit 0, für Weichstahl von 70° einen Brechungswinkel Θ, für Acrylit von 50° 30'. Die in Fig. IA gezeigten Rückstrahlblöcke 7 und 8 entsprechen diesen Daten. Die Rückstrahlblöcke 7 und 8 sind so ausgebildet, daß die Ultraschallwellen an ihren Reflexionsflächen 72 und 82 senkrecht reflektiert werden, und zwar unabhängig von den Eigenschaften des Blocks. Damit diese Bedingung nicht präzise eingehalten werden muß, sind die Refiexionsflächen gekrümmt (Reflexionsfläche 72) oder sphärisch ausgebildet (Reflexionsfläche 82). Das Reflexionsecho ist dabei eine Gerade bzw. ein Punkt, während es beim Rückstrahlblock 6 (ebene Reflexionsfläche 62) rechteckig ist. Ein besonderes Kontaktmaterial zwischen Rückstrahlblock und Prüfling ist nicht erforderlich. Es genügt das gleiche Kontaktmaterial, das auch zwischen Prüfling 9 und Wandler 10 verwendet wird. Wasser, Maschinenöl, Wasserglas, flüssige Bindemittel u. dgl. können mit Erfolg verwendet werden.

Man erhält also einen Rückstrahlblock von geringen Abmessungen und geringem Gewicht, der direkt auf den Prüfling aufgesetzt werden kann. Die Auflosungseigenschaften des Ultraschallwinkelstrahl-Prüfgerätes können ausgezeichnet beurteilt werden. Man erhält eine einfache Einstellbarkeit für die Empfindlichkeit und einen kontinuierlichen Fehlerstellensuchbetrieb. Es können nicht nur Fehlerstellen in Schweißnähten aufgefunden werden, sondern ebenso Materialstörungen im Inneren von Werkstücken, wie Schichtungen, Risse, Lunker oder Einschlüsse. Derartige Fehler können in Platten, Barren, Stangen, Schmiedestücken und Rohren aufgefunden werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Uliraschall-Rückstrahlblock für Ultraschallwinkelstrahl-Prüfgeräte, der eine mit dem Prüfling in Verbindung stehende Einschallfläche und eine die Ultraschallwelle nach dem Durchlaufen des Prüflings in ihre Ursprungsrichtung reflektierende Refiexionsfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfiäche (72, 82) des Rückstrahlblocks (7, 8) kurvig (72, Fig. IA) oder sphärisch (82, Fig. IA) ausgebildet und mit einer künstlichen Fehlerstelle (63) versehen ist.

2. Ultraschall-Rückstrahlblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die künstliche Fehlerstelle (63) die Form einer in die Reflexionsfläche eingebrachten Rille mit halbkreisförmigem Querschnitt hat (F i g. 3 A, F i g. 3B).

3. Ultraschall-Rückstrahlblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die künstliche Fehlerstelle (3) die Form einer in der Reflexionsfläche ausgebildeten Rille mit V-förmigem Querschnitt hat (F ig. 3 A, Fig. 3B).

4. Ultraschall-Rückstrahlblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die künstliche Fehlerstelle (63) als in der Reflexionsfläche versehene Aufrauhung ausgebildet ist (Fig. 4A, Fig. 4B).

5. Ultraschall-Rückstrahlblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine künstliche Fehlerstelle (63) in Form eines Lochs im Rückstrahlblock ausgebildet ist (F i g. 4A, Fig. 4B).