DE1773075C3

DE1773075C3 - Ultraschall-Rückstrahlblock für Ultraschallwinkelstrahl-Prüfgeräte

Info

Publication number: DE1773075C3
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: 1974-05-16
Also published as: DE1773075A1; US3587300A; FR1557536A; JPS511993B1; SE344822B; DE1773075B2; NO125293B; NL6804405A; GB1225424A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschall-Rückstrahlblojck für L'ltraschallwinkelstrahl-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 Refle^vionsnäche auf. Auch andere bekannte Ultraschall-Rückstrahlblöcke (Patentschrift 43 202 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin, deutsche Patentanmeldung K 22 917IX/42k, bekanntgemacht am 20. September 1956) weisen in allen Flächen ebene Refiexionsflächen des Rückstrahlblocks auf. Wird beim Ultraschallwinkelstrahl-Prüfgerät der Rückstrahlblock auf den Prüfling aufgesetzt, um mit der Messung zu beginnen, so wird der Einfallswinkel der Ultraschallwelle auf der Einschallfiäche des Rückstrahlblocks so gewählt, daß er einen vorbestimmten Wert annimmt. Weicht nun der Einschallwinkel vom vorbestimmten Wert des Winkels ab, so wird bei ebener Refiexionsfläche 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 Metallblock mit Löchern genormter Form, Größe und Tiefe zu versehen.

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

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Reflexionsfläche des Rückstrahlblocks kurvig oder sphärisch ausgebildet und mit einer künstlichen" Fehlerstelle versehen ist. Die kurvige oder 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 erJeichiert. 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

Fig IA teils bekannte, teils erfindungsgemäße Ausführungsformen eines Ultraschall-Rückstrahlblocks,

Fig. IB, ein bekanntes Ultraschallwinkelstrahl-Prüfgerät,

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

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

F i g. 2 B das entsprechende Impulsbild,

Fig. 3A Seitenansichten eines Rückstrahlblocks mit künstlicher Fehlerstelle,

F i g. 3 B Draufsichten auf die Ausführungsformen gemäß Fig. 3 A.

I i g. 4A F 1 g. 3 A entsprechende Ansichten anderer Ausfiihrungsformen,

Fig. 4B Fig 3B entsprechende Ansichten der A;"^:f"'hrungsfi>-m gemäß Fig. 4A, und

Fig 4C die Impulsform eines entsprechenden Rückstrahlechos.

F i g. 1A zeigt zunächst einen bekannten Rückstrahlblock 6 mit einer Finschallfläche 61 und einer ebenen Reflexionsriäche 62 Die dritte Fläche 64 des Rückstrahlblocks 6 spielt für das Ultraschallwinkelstrabl-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 Rückstrahlbiocks 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 vorn 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 Ultraichaliwinkelstrahl wird an der Reflexionsfläche des Rückstrahlblocks reflektiert und gelangt über die Einschallfläche, die mit dem Prüfling 9" in Berührung steht, zürn Ausgangspunkt am Wandler 10 zurück. S Die reflektierte Ultraschallwelle wird auf dem Leuchtschirm an einer Kathodenstr ihlröhre sichtbar gemacht. Fig. IC zeigt das erhaltene Impulsbild mit einem Ausgangsimpuls 11 und einem Rückstrahlechoimpuls 12. - jo

Fig. 2A zeigt die Anwendung dieses Ultraschallwirkelstrahl-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 ais derjenige Teil des Ultraschallwinkelstrahles, der an der Reftexionsfläche des Rückstrahlblocks reflektiert wird.

Fig. 2B zeigt das auf den Leuchtschirm der ao Kaihodensirahlröhre erhaltene Impulsbild: Ein Ausgangsimpuls 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 Uitraschallwinkeistrahl-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 run jeweils die Empfindlichkeit nicht dunh Vergleich mit einem Bezugsblock, sondern jeweils ain zu prüfenden Material selbst voreingestellt werden Die Empfindlichkeit wird dann durch Eigenschaften unü Oberflächenbeschaffenheit des gerade zu prüfenden Materials nicht beeinflußt. Weiter kann dabei die Überwachung der Auflösung des Prüfgerätes gleichzeitig tnit 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 hier von selbst, daß die ergriffene Maunahme. nämlich das Einbringen einer künstlichen Fehlerstelle 63 in die Reflexionsflächc praktisch gemeinsam mit der gekrümmten Ausbildung der Reflexionsfläche 72 bzw. der sphärischen Ausbildung de.· 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 Reflexionsfiächen 72 bzw. 82 «Is Aufrauhung dieser Reflexionsflächen vorgesehen •ein. Gelegentlich ist es zweckmäßig, eine künstliche Fehlerstelle 63 in Form eines Loches im Rückstrahljilock vorzusehen.

Führt man nun den Wandler horizontal über den Prüfling 9, so erhält man auf Grund der künstlichen Fehlerstelle 63 die in Fig. 4 C gezeigte Impulsform An der Kathodenstrahlröhre. Diese Impulsform ergibt sich, weil man an einer als künstliche Fehlerstelle 63 vorgesehenen Rille einen kleineren Rückslrahl-Reflexionseffekt erhält als an einer ungestörten Reflexionsfläche. Je tiefer der Einschnitt im Impuls der gezeigten Impulsform wird, d h., um so größer das Verhältnis h,/h₂ ist, um so besser sind die Auflösungseigenschaften des Ultraschallwinkelstrahl-Prüfgerätes. Es ist deshalb leicht möglich, die Eigenschaften des Prüfgerätes genau kennenzulernen und gegebenenfalls auch mit einem leistungsschwachen Detektor auszukommen. Die Verwendung von Rückstrahlblöcken? 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 Rückstrahlblock 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:

Materia!

Schallgeschwindigkeit
Longitudinalwelle | Transversalwelle

Acrylit ...
Weichstahl

2720 m see
5880 m/sec

1460 m /see
3310 m/sec

Sind C₁ und C₂ die Fortpflanzungsgeschwindigkeiten des Schalls in der. beiden Materialien, so erhält man für die Brechung der Schallwelle an der Berührungsfläche zwischen dem Weichstahl und dem Acrylit, also an den Einschallfiächen 71 und 81 der Rückstrahlblöcke 7 und 8 nach der Gleichung sin©j/sin©_a - CJC₂ mit O_x Tür Weichstahl von 70° einen Brechungswinkel ©₂ für Acrylit von 5O"3O'. 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 Reflexionsflächen 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 Auflösungseigenschaften 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 kön nen in Platten, Barren, Stangen, Schmiedestücken unrt Rohren aufgefunden werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1. 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche (72, 82) des Rückstrahlblocks (7, 8) kurvig (72, F i g. 1 A) oder sphärisch (82, F i g. IA) ausgebildet und mit einer künstlichen Fehlerstelle (63) versehen ist.

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

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

4. Ultraschall-Rückstrahlblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die künstliche Fehler- as stelle (63) als in der Reflexionsfläche versehene Aufrauhung ausgebildet ist (Fig. 4A₁ Fig. 4B).

5. Ultraschall-Rückstrahlbiock 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).