DE2906741C2

DE2906741C2 - Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von Punktschweißverbindungen mittels Ultraschall

Info

Publication number: DE2906741C2
Application number: DE2906741A
Authority: DE
Inventors: Shigetsune Okazaki Aichi Aoyama; Kiyokazu Nagoya Aichi Asai
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1978-02-27
Filing date: 1979-02-21
Publication date: 1985-08-14
Also published as: GB2015159B; DE2906741A1; JPS54114449A; US4208917A; GB2015159A; JPS5914187B2

Description

L = 4 · {" ± 02)

wobei η eine ganze Zahl und λ die Wellenlänge der Ultraschallwellen ist, daß der Konuswinkel (λ) der konischen Bohrung (643) innerhalb des Bereichs t = 90° ±10° liegt und daß der Konuswinkel (ß) der Außenwand des Ultraschall-Ausbreitungsabschnitts (62)// > 180° — α beträgt.

2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (602) am verjüngten Ende des Ultraschallwellen-Ausbreitungsabschnitts (62) einen vorspringenden Ringteil (66) besitzt.

3. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch ,gekennzeichnet, daß das Verbindungssiück (603) einen äußeren Ultraschallwellen-Absorptionsabschnitt (67) aufweist, der durch Anbringen eines Ultraschallwellen absorbierenden Materials an der Außenwand des Verbindungsstücks (603) gebildet ist.

4. Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ultraschallwellen absorbierende Material ausgewählt ist aus der Gruppe enthaltend Gummi, Paraffin, Harz und Mischungen wenigstens eip°s dieser Materialien mit Wolframpulver oder Kohlenstoffpulver.

Die Erfinc .ng betrifft eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von Punktschweißverbindungen mittels Ultraschall nach dem Oberhegriff des Anspruchs 1.

Die Zufriedenheit über eine Punktschweißverbindung hängt stark davon ab, ob die Schweißperle in der vorbestimmten Weise gebi'.det wurde oder nicht. Im Falle einer guten Verschweißung ist die Schweißperle etwas größer als oder nahe dem Durchmesser der zum Schweißen verwendeten Elektrodenspitze. Im Fall einer schlechten Schweißstelle ist die Schweißperle viel kleiner als der Durchmesser der Elektrodenspitze und enthält unverschweißte Teile. Zur Prüfung, ob die Schweißperle in der Größe, die im Hinblick auf die Festigkeit erforderlich ist, gebildet wurde oder nicht, verwendet man eine mit Ultraschallwellen arbeitende Prüfvorrichtung.

Zur Erläuterung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe sei im folgenden zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine bekannte Prüfvorrichtung (jP-A-50-15 677) dieser Art schematisch zeigt. Die Prüfvorrichtung weist einen Prüfkopf 1 und ein Anzeigegerät ?, etwa einen Oszillographen, auf. Der Prüfkopf I wird mit dem zu prüfenden Material 3, bestehend aus zwei zusammengeschweißten Platten 31 und 32 (im folgenden Prüfling genannt), in Berührung gebracht, um eine Ultraschallwelle in den Prüfling zu senden und eine reflektierte Welle von ihm zu empfangen. Das Anzeigegerät 2 empfängt ein elektrisches Signal vom Prüfkopf 1 und zeigt die reflektierte Welle 21 an.

Wie später noch beschrieben wird, sendet der bekannte Prüfkopf 1 die Ultraschallwelle mit seiner gesamten Stirnfläche 11 (die im wesentlichen denselben Durchmesser wie die Schweißspitze besitzt), die sich mit dem Prüfling in Kontakt befindet. Bei einer kleinen Schweißperle 4 empfängt der Prüfkopf 1 daher sowohl eine Information (reflektierte Welle) von einem Bereich, in dem die Schweißperle 4 gebilde¹ wurde, als auch von einem unverschweißten Bereich, ohne daß diese Informationen getrennt wurden. Es hat sich dabei als schwierig erwiesen festzustellen, ob die Schweißperle größer als eir. im Hinblick auf die Festigkeit bestimmter Wert ist oder nicht.

Bei der bekannten Vorrichtung sendet der Prüfkopf 1 einen Ultraschallwellenimpuls über dessen eine Platte 31 in den Prüfling 3 und empfängt die reflektierte Welle vom Prüfling. Wenn die Schweißperle 4 kleiner als die Stirnfläche 11 des Prüfkopfs ist, ergibt sich folgendes: In einem Bereich, in dem eine Schweißperle ausgebildet wurde, durchläuft die einfallende Welle diese Schweißperle und erzeugt mehrfach reflektierte Wellen 51 zwischen der Außenfläche der anderen Platte 32 und der Fläche, in die die Schallwelle eingeleitet wird. d. h. der Außenfläche der Platte 31; in einem Bereich, in dem keine Schweißperle gebildet wurde, werden mehrfach

M) reflektierte Wellen 52 /wischen der Innenfläche der Platte 31, die der Platte 32 zugewandt ist. und ihrer Außenfläche erzeugt. Diese reflektierten Wellen 51 und 52 werden vom Prüfkopf 1 empfangen und vom Anzeigegerät 2 angezeigt. Die im ungenügend geschweißten Teil erzeugten reflektierten Wellen 52 erscheinen /wischen den Impulsen der reflektierten Wellen 51, die in einem Bereich erzeugt wurden, in dem sich eine Schweißperle ausgebildet hat, der also zufriedenstellend verschweißt wurde.

b^r> Zur Bestimmung der Größe der Schweißperle aus den reflektierten Wellen 51 und 52 ist es unter dieser Voraussetzung erforderlich, die Höhe der reflektierten Wellen 52 im ungenügend geschweißten Teil (die Stärke der reflektierten Wellen) zu messen und eine den Zusammenhang zwischen der Höhe der reflektierten Welle und dem Durchmesser der Schweißperle wiedergebende analytische Kurve zu verwenden. Dieses Verfahren ist

F jedoch kompliziert und ungenau.

I' Die beschriebene bekannte Prüfvorrichtung ist also nachteilig, da sie nicht ohne weiteres ermöglicht zu

% bestimmen, ob die Verschweißung zufriedenstellend ist oder nicht.

.€ Zur Lösung dieser Probleme wurde eine Prüfvorrichtung entwickelt, bei der an der Spitze eines Prüfkopfs ein

f, Wellenleiter zur Ausbreitung der Ultraschallwellen angebracht wird (JP-A-50-15 677). Dieser im folgenden

V Verbindungsstück genannte Wellenleiter ist in F i g. 16 gezeigt Er besitzt einen konischen Teil 62Λ, der als ein

I die Ultraschallwellen leitender Abschnitt dient, und ein Ultraschallwellen absorbierendes Materia! 63Λ, mit dem

r eine im konischen Teil 62.4 vorgesehene Bohrung 64Λ gefüllt ist. Der konische Teil 62Λ ist an der einen

I Stirnseite mit einer ringförmigen Kontakt- bzw. Auflagefläche 65Λ versehen, die mit dem Prüfling in Kontakt

I gebracht wird. In Fig. 16 bezeichnet 61Λ eine Vertiefung, in die der Prüfkopf 1 eingesetzt wird. 612A ist eine

fj Anschlußfläche für den Prüfkopf. Bei diesem Verbindungsstück ist der Außendurchmesser der Auflagefläche

ΐ 65/4 im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser einer Schweißelektrodenspitze, während der Innendurch-

fi messer der Auflagefläche der zu bestimmenden Größe einer Schweißperle (der minimalen für die Verschwei-

I ßung erforderlichen Schiveißperlengröße) entspricht.

'■: Bei diesem Aufbau des Verbindungsstücks wird die Information vom zentralen Teil einer Schweißstelle vom

) Prüfkopf 1 nicht empfangen. Statt dessen empfängt der Prüfkopf nur die Information vom Randteil der Schweiß-

ί stelle. Daher treten die oben in Verbindung mit der bekannten Prüfvorrichtung beschriebenen Probleme nicht

? auf. Wenn bei der Prüfung eine Schweißperle kleiner ist, als es für die Verschweißung erforderlich ist, dann ist sie

.t kleiner als der Innendurchmesser der ringförmigen Auflagefläche 65Λ des Verbindungsstücks 6A, so daß das

j? Verbindungsstück nur eine Information über den unverschweißten Teü aufnimmt. Diese Information (d. h. eine

I Mehrfachreflexion) wird über den Prüfkopf 1 an das Anzeigegerät 2 angelegt, so daß die Mang'.iiaftigkeit der

I Verschweißung erkannt werden kann. Wenn anderseits die Schweißperle größer als erforderlich : ;t, dann ist

1 sie auch größer als der Innendurchmesser der Auflagefläche 65Λ, so daß an das Verbindungssstück SA eine

f Information (Mehrfachreflexion) über den verschweißten Bereich gelangt und ähnlich wie zuvor die gute

I Qualität der Verschweißung erkannt wird.

ί Durch Benutzung der Prüfvorrichtung mit dem Verbindungsstück können daher die Schwierigkeiten der

I bekannten Prüfvorrichtung beseitigt werden.

I Da der Abstand zwischen der Auflagefläche 65Λ und der Anschlußfläche 612/1 für den Prüfkopf relativ groß

I ist (etwa 10 mm), ergibt sich bei dem nachfolgend als bekannt bezeichneten Verbindungsstück das nachstehende

I Problem, wenn die Dicke der zu verschweißenden Platten 1,4 mm oder weniger beträgt.

I Unter Benutzung des bekannten Verbindungsstücks kann, wenn ein Prüfkopf verwendet wird, welcher einen

? starken Ultraschallwellenimpuls mit einer relativ niedrigen Frequenz (geringer als 5 MHz) auszusenden in der

I Lage ist, die Größe einer Schweißperle in einer Punktschweißstelle einer Platte, die dicker als 1,6 mm ist, mit

ϊ hoher Genauigkeit geprüft werden. Es isi jedoch zu befürchten, daß die Prüfung einer Punktschweißstelle

ί zwischen Platten, die weniger als 1,4 mm dick sind, deshalb unmöglich ist, weil die einzelnen Impulse der

\ Mehrfachreflexion in der Punktschweißstelle nicht voneinander getrennt werden können.

I Die Impulsauflösung könnte durch Verwendung eines Prüfkopfs verbessert werden, der eine Ultraschallwelle

ε mit einer hohen Frequenz, höher als 10 MHz, aussendet, oder durch Verwendung eines Prüf kopf s hoher Auflö-

\' sung, der in der Lage ist, Impulse in Form von Stoßwellen mit kurzer Impulsbreite zu erzeugen. Da jedoch diese

' Prüfköpfe'' eine starken Ultraschallwellenimpulse erzeugen können, können sie die Mehrfachreflexionswellen in

i Punktschweißstellen nicht mit ausreichend hoher Empfindlichkeit aufnehmen. Daher können solche Prüfköpfe

1 nicht zur Prüfung von Schweißpunkten zwischen dünnen Platten verwendet werden.

⁵ Die Stärke eines Ultraschallwellenimpulses, der auf einen Schweißpunkt auftrifft, kann durch Verkürzung des

ι Abschnitts im Verbindungsstück erhöht werden, durch den sich die Ultraschallwelle ausbreitet. Wird jed-ch die

Ί Länge dieses Abschnitts einfach verringert, dann wird, nachdem ein erster vom Prüfkopf ausgesardter Ultra-

schallimp'ils das Verbindungsstück durchlaufen hat, und in die Verschweißung eingetreten ist, ein Teil der Energie des Ultraschallimpulses zu einer wiederholt zwischen der Auflagefläche 65A und der innen liegenden flachen Anschlußfläche 612/4 des Verbindungsstücks auftretenden Reflexion führen und zweite, dritte, vierte ... unerwünschte reflektierte Wellen hervorrufen, die in die Verschweißung eintreten Jede dieser unerwünscht einfallenden Wellen ruf* mehrfache Reflexionswellen in der Verschweißung hervor, die sich den notwendigen mehrfachen Reflexionswellen in der Verschweißung, die vom ersten einfallenden Impuls herrühren, überlagern. Es ist daher unmöglich, durch Verringerung der Länge des Abschnitts, durch den sich die Ultraschallwelle ausbreitet, für einen klaren Empfang der Mehrfachreflexionswelle im Schweißpunkt _u sorgen.

Dieses Problem tritt beim bekannten Verbindungsstück, tai ciorr. die Länge des fraglichen Abschnitts relativ groß, nämlich etwa 10 mm. ist. nicht auf. weil die beschriebenen reflektierten Ultraschallimpulse gedämpft werden, während sie durch den langen Ultraschallwellen-Ausbreitungsabschnitt laufen. Wie erwähnt ist es jedoch mit einem so langen Ultraschallwellen-Ausbreitungsabschnitt unmöglich, die Punktverschweißung dünner Platten zu prüfen.

Die DE-AS 22 17 590 beschreibt einen Ultraschall-Prüfkopf mit einem Prü.'kopfgehäuse, in das ein Schwingerträger für den Ultraschallschwinger eingesetzt ist, und zwar so, daß die Schalldurchtrittsfläche vom Ende des Prüfkopfgehäuses bzw. von der Oberfläche des Prüflings um etwa die halbe Schallwellenlänge entfernt zurück= steht. Dadurch wird zwischen der Schalldurchtrittsfläche und der Oberfläche des Prüflings eine mit Flüssigkeit gefüllte Kammer gebildet. Mit dieser Ausbildung des bekannten Prüfkopfes soll erreicht werden, daß durch Verringerung der Bauhöhe des Prüfkopfgehäuses das Ausfließen der Ankoppelflüssigkeit aus der Flüssigkeitskammer wirksam verhindert wird und ferner Schallinterferenzen in der dünnen Schicht der Ankoppelflüssigkeit vermieden werden.

Die GB-PS 9 67 10T beschreibt einen Prüfkopf zur Ultraschall-Untersuchung von Metall. Der Prüfkopf umfaßt einen zylindrischen Block, den eine zentrale leicht konische Bohrung durchsetzt, die zu der dem Prüfling

zugewandten Seite enger wird. In dieser Bohrung ist ein zweiter entsprechend der Bohrung konischer und von einer konischen Dämpfungshülse umgebener Block aufgenommen. Die axiale Länge des inneren Blocks ist etwas kurzer als die des äußeren Blocks, und der dadurch entstehende Absatz ist mit einem scheibenförmigen piezoelektrischen Kristall ausgefüllt. Ein ringförmiger piezoelektrischer Kristall liegt auf der benachbarten Ringfläche des äußeren Blocks. Beide Blöcke bestehen aus einem Ultraschallenergie übertragenden Material. Über die Länge der Blöcke ist in der Druckschrift nichts ausgesagt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die es erlaubt, die Größe einer in der Punktschweißverbindung gebildeten Schweißperle auch bei dünnen Platten sicher und mit großer Genauigkeit zu erkennen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der angegebenen Gattung durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Wenn das Verbindungsstück in erfindungsgemäßer Weise aufgebaut ist. können auch bei der Prüfung von Punktschweißverbindungen dünner Platten (Platten mit weniger als 1.4 mm Stärke) starke Mehrfach-Reflexionswellen über den Prüfkopf von der untersuchten Punktschweißverbindung empfangen werden. Da außcrdem die Ultraschallwellen, die in die Schweißverbindung eintreten, während sie im Verbindungsstück wiederholt Mehrfach-Reflexionen hervorrufen, alle mit derselben Phase eintreten, können sie von der Schweißverbindung in das Verbindungsstück als Mehrfach-Reflexionsweilen ohne unregelmäßige Wellenformen reflektiert werden. Daher können die Mehrfach-Reflexionsweilen der Schweißverbindung am Anzeigegerät deutlich angezeigt werden.

Dies soll im einzelnen erläutert werden. Bei der Erfindung tritt im Verbindungsstück eine Anzahl mehrfach reflektierter Wellen auf. Diese unerwünschten reflektierten Wellen können jedoch in einer extrem kurzen Zeit gedämpft werden, da zur Energieverminderung infolge der Reflexion die Absorption der Ultraschallwelle durch das Material des Verbindungsstücks tritt. Aus diesem Grund kann die Schweißverbindung mit einem starken Ultraschallimpuls beaufschlagt werden, so daß auch mehrfach reflektierte Wellen von der Schweißverbindung empfangen werden können. Es wird nicht nur ein einziger vom Prüfkopf erzeugter Ultraschallimpuls, sondern es wird eine Anzahl von durch wiederholte mehrfache Reflexion im Verbindungsstück erzeugten Ultraschallimpulsen der Schweißverbindung zugeführt. Da jedoch alle diese Impulse in die Schweißverbindung mit Phasenunterschieden eintreten, die ein ganzzahliges Vielfaches einer Wellenlänge sind, sind alle Mehrfach-Reflexionsweilen. die in der Schweißverbindung auftreten, von gleicher Phase, so daß keine Wellenformdeformation infolge gegenseitiger Interferenz auftritt.

Es ist also möglich, die mehrfach reflektierten Wellen von der Schweißverbindung mit hoher Empfindlichkeit zu empfangen und eine deutliche Wellenform zu erhalten. Daher können Prüfköpfc, die hochfrequente Impulse erzeugen oder Prüfköpfe, die Stoßwellenimpulse hoher Auflösung erzeugen, wie sie zuvor beschrieben wurden, verwendet werden. Die Prüfung von Punktschweißverbindungen dünner Platten, die bislang schwierig war. kann mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden.

Es muß nicht betont werden, daß die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung nicht nur für die Prüfung von Verschweißungen dünner Platten, sondern ebenso fur die Prüfung von Schweißverbindungen dicker Piatien geeignet ist.
Gemäß obiger Beschreibung dient das zylindrische Verbindungsstück dazu, reflektierte Wellen von einem Prüfling zum Prüfkopf zu leiten. Das Verbindungsstück besitzt einen Befestigungsabschnitt für den Prüfkopf an einem Ende und eine ringförmige Auflagefläche am anderen Ende, welche mit dem Prüfling in Kontakt gebracht wird, damit die Ultraschallwelle in den Prüfling eintreten kann und reflektierte Wellen vom Prüfling empfangen werden können. Der Außendurchmesser der Auflagefläche ist im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser einer zum Schweißen verwendeten Elektrodenspitze, während der Innendurchmesser der Auflagefläche der Größe einer zu messenden Schweißperle entspricht.

Der Innendurchmesser des Verbindungsstücks braucht an dem Ende, das mit der Stirnfläche des Prüfkopfs in Kontakt gebracht wird, keinen speziellen Wert zu haben. Ist dieser Durchmesser jedoch zu groß, dann ist die Ultraschallwellenübertragungsfläche zwischen dem Verbindungsstück und dem Prüfkopf ungenügend. Die Auflagefläche am Ende des Verbindungsstücks ist ringförmig. Die Form dieser ringförmigen Auflagefläche kann kreisförmig oder elliptisch sein. Sie kann entsprechend der Form der in einer Punktschweißverbindung gebi!^ v ten Perle gewählt werden.

Die axiale Länge zwischen der Anschlußfläche, die mit der Stirnfläche des Priifkopfs in Kontakt gebracht wird, und der ringförmigen Auflagefläche, die mit dem Prüfling in Kontakt gebracht wird, wird mit L bezeichnet.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt gemäß voranstehender Beschreibung darin, daß diese Länge L (mm) innerhalb eines Bereichs liegt, der sich aus nachstehender Gleichung errechnet:

n-A _t 02 λ

wobei π eine ganze Zahl und λ die Wellenlänge der zur Prüfung verwendeten Ultraschallwelle in Millimetern ist. Der Wert von 2 L ergibt sich durch Multiplizieren der Wellenlänge λ der Ultraschallwelle mit der ganzen Zahl η zuzüglich eines Toieranzbereichs von ± 0,2 λ. Die Weilenlänge ergibt sich aus der Schallgeschwindigkeit (m/s) im konischen Teil des Verbindungsstücks und der Frequenz (Periode) der zur Prüfung verwendeten Ultraschallwelle. Die ganze Zahl η liegt im Hinblick auf die Festigkeit des Verbindungsstücks vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 20.

Wenn beispielsweise das Material des Verbindungsstücks eine Schallgeschwindigkeit im zylindrischen Teil von 3000 m/sec ergibt und die Frequenz einer von der Stirnfläche des Prüfkopfs ausgesandten Ultraschallwelle 5 MHz (= 5 χ 10⁶ Hz) ist, dann beträgt die Wellenlänge λ = 0,6 mm. Wählt man für diesen Fall η = 8, dann ist

die obere Grenze der Ausbreitungsweglänge §j

2 L = 8 · 0,6 + 0,2 χ 0,6 = 4,92 mm,

während die untere Grenze 5 &

2 L = 8 χ 0,6 - 0.2 χ 0.6 = 4,68 mm

ist. Die Ausbreitungsweglänge 2 L muß also innerhalb dieses Bereichs liegen.

Die Bohrung im Ultraschallwellen-Ausbreitungsabschnitt ist zur-Bildung eines Absorbers„mit einem Ultra- io m

schallwellen absorbierenden Material gefällt. Dieses Material des Absorbers kann Gummi, Paraffin oder Harz Jj sein, oder es kann eine Mischung dieser Materialien mit Wolfram- oder Kohlenstoffpulver sein.

Der Prüfkopf sendet eine Ultraschallwelle zum Prüfling und empfängt eine von diesem reflektierte Welle. |

In vielen Fällen ist das Anzeigegerät, das den Zustand der Schweißverbindung erkennen läßt, ein Oszillograph ™

zur Beobachtung der Wellenform des empfangenen Signals. Das Anzeigegerät kann aber auch ein Meßinstru- 15 ».

ment sein, das die Periodendauer der Impulse der empfangenen Welle anzeigt, oder ein Meßinstrument, das die | Anzahl der empfangenen Impulse anzeigt, deren Höhe über einem bestimmten Wert liegt. Das Anzeigegerät

kann auch eine Einrichtung zur Aufzeichnung der empfangenen Wellenform sein. Schließlich ist es auch möglich, |

cicilt! iSCil uic uCuGZciicü uCT iviciiriäCti-RcucXiünsVvcucn Zu iucSScü UHu uiCSC gCiTiCSSCnCii »»Ci*tC uigitut uHZU' ^

zeigen.

Wenn der Prüfkopf eine Ultraschallwelle aussendet und eine reflektierte Welle empfängt, dann tritt die vom Prüfkopf erzeugte Ultraschallwelle ringförmig durch das zylindrische Verbindungsstück in den Prüfling ein. Wenn der Schweißperlendurchmesser im wesentlichen gleich oder größer als der Außendurchmesser der Auflagefläche des Verbindungsstücks ist, durchläuft die Ultraschallwelle die Schweißperle und wird dann an der Außenfläche des Prüflings reflektiert. Die so reflektierte Welle wird über das Verbindungsstück vom Prüfkopf empfangen und dann am Oszillographen oder ähnlichem angezeigt. Die Impulsperiodendauer der reflektierten Welle ist dabei relativ lang. Wenn andererseits der Schweißperlendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Auflagefläche des Verbindungsstücks ist, trifft die in den Prüfling eintretende Ultraschallwelle ringförmig auf den Randbereich außerhalb der Schweißperle, d. h„ sie tritt nicht in die Schweißperle ein. Daher wird die Ultraschallwelle nur in der Platte des Prüflings reflektiert, die das Verbindungsstück berührt. Die reflektierte Wo.e wird über das Verbindungsstück vom Prüfkopf empfangen, und es ergibt sich eine kurze Impulsperiodendauer. Wenn der Schweißperlendurchmesser größer als der Innendurchmesser der Auflagefläche des Verbindungsstücks, aber kleiner als deren Außendurchmesser ist, wird die einfallende Welle im Bereich der Schweißperle in beschriebener Weise von der Außenfläche des Prüflings reflektiert. Im schweißperlenfreien Bereich wird die einfallende Welle in beschriebener Weise nur innerhalb der an das Verbindungsstück angrenzenden Platte reflektiert Der Prüfkopf empfängt beide reflektierte Wellen. Die empfangene Wellenform stellt daher die Überlagerung der Welle mit langer Irnpulsneriodendnuer und der Welle mit kurzer Impulsperiodendauer dar und ist unregelmäßig.

Da die empfangenen Wellenformen abhängig vom Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser des Verbindungsstücks und dem Durchmesser der Schweißperlen deutlich verschieden sind, kann die Größe der Schweißperle in einer Punktschweißverbindung und damit der Zustand der Verschweißung gut festgestellt werden.

Die beschriebenen Wellenformen können deutlich festgestellt und angezeigt werden, indem L auf einen Wert in dem sich aus der erwähnten Gleichung ergebenden Bereich eingestellt wird. Liegt L außerhalb dieses Bereichs, kann die Wellenform im Fall einer Schweißverbindung von dünnen Platten, die je 1,4 mm oder weniger dick sind, nicht deutlich festgestellt und angezeigt werden (vgl. die später erläuterten Beispiele 1 und Vergleichsbeispiele 1 und 2).

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Prüfvorrichtung für Punktschweißverbindungen,

F i g. 2 bis 7 Verbindungsstücke, die bei verschiedenen Beispielen der Erfindung verwendet wurden, wobei F i g. 2 eine perspektivische Ansicht des Verbindungsstücks von Beispiel 1 zeigt, F i g. 3 eine Vertikalschnittansieht längs der Linie III-III in Fig.2 ist, Fig.4 eine Schnittansicht von Prüfvorrichtung und Prüfling ist und F i g. 5,6 und 7 Schnittansichten der Verbindungsstücke in den Beispielen 2,3 bzw. 4 sind,

F i g. 8 und 9 Wellenformdarsteilungen, die das Verhältnis zwischen der Höhe der reflektierten Welle und der Zeit im Beispiel 1 zeigen,

F i g. 10 und 11 Weilenformdarstellungen, die das Verhältnis zwischen der Höhe der reflektierten Welle und der Zeit im Beispiel 3 zeigen,

Fig. 12 und 13 Weilenformdarstellungen, die das Verhältnis zwischen der Höhe der reflektierten Welle und der Zeit im Vergleichsbeispiel 1 zeigen,

Fig. 14 und 15 Wellenformdarstellungen, die das Verhältnis zwischen der Höhe der reflektierten Welle und der Zeit im Vergleichsbeispiel 2 zeigen, und F i g. 16 eine Schnittansicht eines im Vergleichsbeispiel 2 beschriebenen bekannten Verbindungsstücks.

Das Verbindungsstück kann gemäß F i g. 5 so aufgebaut sein, daß es einen sich zum Ende des Ultraschallwellen-Ausbreitungsabschnitts verengenden konischen Teil 62 und am Ende einen zylindrischen Teil oder vorstehenden Ringteil 66 aufweist Es braucht nicht betont zu werden, daß mit diesem Verbindungsstück dieselben Wirkungen zu erzielen sind, die oben beschrieben wurden. Selbst wenn bei diesem Verbindungsstück die Auflagefläche 65 infolge einer langen Benutzung verschlissen oder beschädigt ist, kann das Verbindungsstück weiterverwendet werden, wenn das Ende des vorgestreckten Ringteils zur Schaffung einer flachen Oberfläche bearbeitet wird, solange die Länge L innerhalb des bestimmten Bereichs liegt (vgl. Beispiel 2 unten).

Ein äußerer Ultraschallwellen-Absorptionsabschnitt kann geschaffen werden, indem gemäß Fig.6 an der Außenwand des konischen Teils des Verbindungsstücks ein Ultraschallwellen-Absorptionsmaterial angebracht wird. Auch in diesem Fall können die beschriebenen Wirkungen erzielt werden. Darüber hinaus kann eine ungleichmäßige Reflexion in dem als Ultraschallwellen-Ausbreitungsabschnitt dienenden konischen Teil wirksam verhindert werden. Daher ergibt sich eine Erfassung und Anzeige der reflektierten Wellen mit höherer Genauigkeit. Die Materialien für den äußeren Absorptionsabschnitt sind die gleichen wie für den oben beschriebenen Absorber (vgl. Beispiel 3).

Ein weitem.?· Merkmal des Verbindungsstücks wird anhand von Fig.7 erläutert. Die Außenwand dieses Verbindungsstücks ist konisch und verengt sich zum Ende. Innerhalb des Verbindungssstücks ist eine Bohrung bzw. eine Ausnehmung ausgebildet, die einen inneren Ultraschallwellen-Absorptionsabschnitt bildet und die Form eines zum Ende sich verbreiternden Konus besitzt. Der Konuswinkel λ der Bohrung, der von den gegenüberliegenden Wänden eingeschlossen wird, liegt in einem Bereich von χ = 90° ±10°. Der Konuswinkel ß, der von gegenüberliegenden Außenwänden eingeschlossen wird, liegt innerhalb des Bereichs/? > 180' —λ. In diesem Fall können die Mehrfach-Reflexionswellen von der Schweißverbindung deutlicher empfangen und angezeigt werden.

Dies beruht auf folgenden Gründen: Wenn das Verbindungsstück entsprechend Fig. 7 aufgebaut ist. dann werden, unter der Annahme, daß ein elektro-akustischer Wandler 101 einen Impuls erzeugt oder daß eine Anzahl reflektierter Wellenimpulse als Folge der wiederholten Reflexion im Ultraschallwellen-Ausbreitungsweg des Verbindungsstücks erzeugt wird, fails reflektierte Weilen nVv'inii geringer Engergie, u. ii. Weiien. uie gegen die Wand 643/4 der konischen Bohrung 643 des Verbindungsstücks angestoßen sind, von dieser Wand 643/4 reflektiert werden, diese reflektierten Wellen RW sich senkrecht /ur Achse des Verbindungsstücks ausbreiten, da der Konuswinkel λ zwischen 80° und 100° liegt. Da der Konuswinkel /("der Außenwand des Verbindungsstücks größer als 80° ist, werden die reflektierten Wellen RWso reflektiert, daß sie sich bnzüglich der Achse des Verbindungsstücks schräg nach oben ausbreiten. Folglich können die von der Wand 643A der konischen Bohrung 643 reflektierten Wellen den Wandler 101 nicht direkt erreichen. Solche reflektierten Wellen laufen aufgrund der Reflexion vielmehr zur Seitenwand des Verbindungsstücks und werden gedämpft. Auch wenn daher die Länge L innerhalb des oben beschriebenen Bereichs weiter reduziert wird, werden die Mehrfach-Reflexionswellen von der Schweißverbindung von den reflektierten Wellen zwischen den erwähnten Wandflächen nicht gestört und können daher deutlich empfangen und angezeigt werden (vgl. Beispiel 4).

Beispiel 1

Unter Bezug auf die F i g. 2,3,4,8 und 9 wird eine Ausführungsform der Erfindung an einem Beispiel erläutert, bei dem ein Prüfling, der aus zwei punktgeschweißten Stahlplatten bestand, untersucht wurde.

Wie in den Fig.2 und 3 gezeigt, besitzt das Verbindungsstück 6 eine Vertiefung oder Ausnehmung 61 auf einem konischen Zylinder bzw. im zylindrischen Ansatz eines Kegelstumpfes 62. Die Vertiefung 61 dient der Aufnahme des Endteüs des Prüfkopfs i. !rn Kegelstumpf 62 ist eine konische, zentrale Bohrung 64 ausgebildet, die nach unten auseinanderläuft. Die Bohrung 64 ist mit einem Ultraschallwellen-Absorber 63 gefüllt, der aus einer Mischung aus Paraffin und Kohlenstoffpulver besteht. Der Kegelstumpf dient als Ultraschallwellen-Ausbreitungsabschnitt. Das Einfüllen des Ultraschallwellen-Absorbers 63 erfolgte auf folgende Weise. Zuerst wurde eine geringe Menge des Pulvers der Mischung in das Loch 64 gefüllt, mittels Erhitzen geschmolzen u .d dann abgekühlt. Dieser Prozeß wurde wiederholt ausgeführt, so daß sich der Ultraschallwellen-Absorber 63 fest an die Wand der Bohrung 64 anheften konnte. Die axiale Länge zwischen der Anschlußfläche 612 des Verbindungsstücks 6 und der Auflagefläche 65 betrug L - 2,15 mm. Die Ausbreitungsweglänge 2 L ergab sich damit zu 4,3 mm.

Das Verbindungsstück 6 wurde gemäß F i g. 4 am Prüfkopf 1 befestigt. Dazu wurde das Ende des Prüfkopfs 1 in die Vertiefung 61 des Verbindungsstücks 6 so eingeführt, daß sich eine kleine Menge Maschinenöls als Ultraschallwellen-Koppelmedium zwischen der Stirnfläche 11 des Prüfkopfs 1 und der Anschlußfläche 612 des Verbindungsstücks befand. Die Seitenwand des Endes des Prüfkopfs 1 wurde von der Innenwand 611 der Vertiefung 61 gehalten. Der Prüfkopf 1 besaß an seinem Ende einen Wandler 101.

Das Verbindungsstück 6 bestand aus Acrylharz. Der verwendete Prüfkopf war in der Lage, Impulse hoher Auflösung mit einer Frequenz von 5 MHz abzugeben. Der Außendurchmesser A und der Innendurchmesser B an der Auflagefläche 65 des Kegelstumpfs 62 betrug 5,8 mm bzw. 4,4 mm. Der Innendurchmesser Cder Bohrung 64 in der Anschlußfläche 612 betrug 11 mm. Der Außendurchmesser des Prüfkopfendes war 13 mm. Der Prüfling 3 wurde durch Punktschweißung von Stahlplatten 31 und 32 mit je 1.4 mm Dicke mit einer Elektrodenspitze von 6 mm Durchmesser gebildet.

Die Länge L wurde aus nachstehenden Gründen zu L = 2,15 mm gewählt. Das erwähnte Acrylharz besitzt eine Schallausbreitungsgeschwindigkeit von 2700 m/sec. Daher ist die Wellenlänge

λ = 0,54 mm = (2700 χ 10³ mm/sec)/(5 χ 10⁶ 1/sec).

Die oben beschriebene ganze Zahl η war /7 = 8. Die Länge L konnte daher aus einem Bereich von 2,214 bis 2,106 mm ausgewählt werden. Daher wurde bei diesem Beispiel L = 2,15 mm gewählt.

Die Untersuchung wurde folgendermaßen vorgenommen: Die Auflagefläche 65 des am Prüfkopf 1 befestigten

ifi Verbindungsstücks 6 wurde mil Zwischenlage einer geringen Menge Maschinenöls mil der Fläche 43 einer vom Schweißen herrührenden Einbuchtung des Prüflings 3 in Kontakt gebracht In diesem Zustand wurde dann die Ultraschallwelle vom Prüfkopf 1 ausgesandt und über das Verbindungsstück 6 in den Prüfling 3 eingeleitet. Die Reflexionswelle vom Prüfling 3 wurde vom Prüfkopf 1 über das Verbindungsstück 6 empfangen und auf einem

als Anzeigegerät 2 dienenden Oszillographen eine Wellenform angezeigt. Es ergaben sich folgende Meßefgebnisse:

(1 -a) Der Fall, daß die Verschweißung des Früflings 3 eine Schweißperle 41 bildet, deren Durchmesser D (beispielsweise D = 63 mm) gleich oder größer als der Außendurchmesser A der Auflagefläche 65 des

Verbindungsstücks ist

In diesem Fall wird die Ultraschallwelle in Form eines Rings ähnlich der Form der Auflagefläche 65 des Verbindungsstücks 6 über die Auflagefläche 65 und die Fläche 43 in die Platte 31 eingeleitet. Die einfallende Ultraschallwelle breitet sich durch die Schweißperle 41 in die Platte 32 aus und wird dann an der Oberfläche 44 eines eingebuchteten Teils der Platte 32 reflektiert. Der größte Teil der Reflexionswelle, der auf demselben Weg wie die einfallende Welle verläuft, wird vom Prüfkopf 1 aufgefangen. Ein Teil der Reflexionswelle wird von der Oberfläche 43 der Platte 31 erneut reflektiert und daher zwischen den Oberflächen 43 und 44 einer Mehrfachreflexion unterworfen. Diese Reflexionswelle wird über das Verbindungsstück 6 ebenfalls vom Prüfkopf 1 empfangen.

Die bei dieser Prüfung empfangene und auf dem Oszillographen wiedergegebene Reflexionswelle ist in F i g. 8 gezeigt, in der die Abszisse die Zeit (MikroSekunden) und die Ordinate die Höhe der reflektierten Welle auf dem Oszillographen darstellen (dasselbe gilt für F i g. 9).

In F i g. 8 ist eine Welle Tder vom Prüfkopf 1 ausgesendete Impuls. Die Welle Si ist die erste reflektierte Welle von der Auflagefläche 65 des Verbindungsstücks 6, die reflektierte Welle also, die einen Rundlauf durch den Ausbreitur^sweg des Verbindungsstücks gemacht hat. Die Wellen 5?. 53 und 54 sind reflektierte Wellen, die zweimal, dreimal bzw. viermal den Ausbreitungsweg durchlaufen haben.

Die reflektierten Wellen im Verbindungsstück werden von diesem selbst und dem in die Bohrung 64 gefüllten Ultraschallwellen-Absorber 63 absorbiert, so daß sie die Anzeige der Mehrfach-Reflexionswelle 73 vom Prüfling 3 nicht stören.

(l-b)Der Fall,daß die Verschweißung eine Schweißperle 42 bildet, deren Durchmesser £(z. B. E — 4,0 mm) kleiner als der Innendurchmesser B der Auflagefläche 65 des Verbindungsstücks 6 ist

In diesem Fall trifft die in der beschriebenen Weise in die Platte 31 eingetretene Ultraschallwelle nur außerhalb der Schweißperle 42 auf und erreicht daher die Platte 32 nicht. Die Folge davon ist eine Mehrfach-Reflexion zwischen der oberen und der unteren Oberfläche der Platte 31. Die empfangenen Wellen sind in F i g. 9 gezeigt. Im einzelnen läßt Fig.9 erkennen, daß die Mehrfach-Reflexionswelle 74 in der Platte 31 zusätzlich zu den Wellen T, Si, S2, Si und 54, die jenen von F i g. 8 ähnlich sind, empfangen wird.

(1-c) Der Fall, daß die Verschweißung eine Schweißperle bildet, deren Durchmesser geringer als der Außendurchmesser A der Auflagefläche 65 des Verbindungsstücks 6, aber größer als der Innendurchmesser B

der Auflagefläche ist (beispielsweise B = 5 mm)

In diesem Fall wird eine Welle empfangen, die eine aus den oben beschriebenen Mehrfach-Reflexionswellen 73 und 74 überlagerte Reflexionswelle mit einem ziemlich komplizierten Aufbau ist.

Die Mehrfach-Reflexionswelle 73 unterscheidet sich hinsichtlich der Impulsperiodendauer (Sekunden) von der Mehrfach-Reflexionswelle 74. Die Impulsperiodendauer Λ der Mehrfach-Reflexionswelle 73, die sich bei einer großen Schweißperle 41 einer guten Verschweißung ergibt, ist ungefähr doppelt so lang wie die Impulspericrendauer t2 der Mehrfach-Reflexionswelle 74, die sich bei einer kleinen Schweißperle 42 entsprechend einer schlechten Verschweißung ergibt Die Impulsperiodendauer t\ ist diejenige der zwischen der Oberfläche 43 der Platte 31 und der Oberfläche 44 der Platte 32 auftretenden Mehrfach-Reflexionswelle. Die Impulsperiodendauer h ist diejenige der zwischen der Oberfläche 43 der Platte 31 und der an die Platte 32 angrenzenden Oberfläche der Platte 31 auftretenden Mehrfach-Reflexionswelle.

Aus der voranstehenden Beschreibung ergibt sich, daß bei dieser Ausführungsform der Erfindung die reflektierten Wellen vom Prüfling entsprechend der Größe der in der Verschweißung gebildeten Schweißperle unterschiedliche Wellenformen aufweisen. Daher kann der Zustand bzw. die Qualität der Verschweißung leicht festgestellt werden. Wenn die Impulsperiodendauer kurz ist, wie die Impulsperiodendauer i2, kann die Verschweißung als ungenügend angesehen werden. Die Prüfung ist daher sehr einfach.

Die Form der zentralen Bohrung 64 des Verbindungsstücks 6 ist in erwähnter Weise konisch, wobei der Durchmesser auf der mit dem Prüfkopf 1 in Verbindung stehenden Seite der Bohrung kleiner ist. Dadurch ist es möglich, wirkungsvoll eine Ultraschallwelle hoher Energie von dem Prüfkopf 1 in den Prüfling 3 zu schicken.

Darüber hinaus ist der der Ausbreitung der Ultraschallwelle dienende Abschnitt des Verbindungsstücks 6, nämlich der Kegelstumpf 62, ebenfalls konisch geformt, wobei der Außendurchmesser auf der Seite der Auflagefläche 65 kleiner ist Auch ein Prüfkopf, dessen Stirnfläche größer als der Durchmesser der Elektrodenspitze ist, kann daher ohne weiteres dazu verwendet werden, eine Ultraschallwelle in den Prüfling zu senden.

Da der Prüfkopf 1 am Verbindungsstück 6 befestigt ist, und nur das Verbindungsstück mit einem Prüfling in Kontakt kommt wird die Stirnfläche des Prüfkopfs niemals beschädigt Da außerdem der Prüfkopf in das Verbindungsstück nur eingesetzt wird, kann das Verbindungsstück leicht durch ein neues ersetzt werden, falls es beschädigt wurde.

Da die reflektierten Weilen in dem Verbindungsstück vom Ultraschaliwellen-Absorber in der Bohrung 64 des Verbindungsstücks absorbiert werden können, wird die Darstellung der Mehrfach-Reflexionswelle vom Prüfling hierdurch nicht gestört. Gemäß der obigen Beschreibung wurde das Verbindungsstück 6 dadurch am Prüfkopf 1

befestigt, daß der Prüfkopf in die Vertief atig 61 im oberen Teil des Verbindungsstücks 6 eingeführt wurde. Beide Teile könnten aber auch mit Hilfe von Scnrauben oder Klebstoff fest miteinander verbunden werden.

Vergleichsbeispiel 1

Es wurde ein Verbindungsstück hergestellt, dessen Aufbau dem des Verbindungsstücks des Beispiels 1 abgesehen davon ähnlich war, daß die La. ige L = 235 mm war. Die Schweißverbindung eines Prüflings wurde unter denselben Voraussetzungen wie im Beispiel 1 untersucht Die Länge wurde aus dem Bereich zwischen dem oberen Grenzwert 2,214 mm, der sich bei π = 8 ergibt und dem unteren Grenzwert 2376, der sich bei π = 9

ίο ergibt, ausgewählt

Die Meßergebnisse sind in den F i g. 12 und 13 in ähnlicher Weise wie die Meßergebnisse des Beispiels 1 in den F i g. 8 und 9 dargestellt. Die F i g. 12 zeigt Wellenformen, die sich bei einer Verschweißung ergaben, die ähnlich der im Abschnitt (1-a) des Beispiels 1 war. Fig. 13 zeigt eine Wellenform, wie sie sich ergab, wenn eine VerschweißuRg ähnlich der im Abschnitt (1-b) des Beispiels 1 war.

Aus den Fig. 12 und 13 geht hervor, daß die Mehrfach-Reflexionswellen von der Schweißverbindung in beiden Fällen stark genug waren, daß aber die Auflösung dieser Mehrfach-Reflexionswellen gering war.

In diesem Fall ist die Ausbreitungsweglänge 2 L der Ultraschallwelle kein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge/!. Bei dieser Ausbreitungsweglänge treten daher folgende Effekte auf. Nachdem der erste Ultraschailimpuls vom Prüfkopf ausgesandt wurde und in die Schweißstelle eingetreten ist. werden zweite, dritte und vierte reflektierte Wellenimpulse, die den Ausbreitungsweg des Verbindungsstücks 6 durchlaufen, reflektiert und treten nacheinander in die Schweißstelle ein. Diese vielen unnötigen einfallenden Weiten rufen mehrfache Reflexionen in der Schweißstelle hervor, die sirh der Mehrfach-Reflexion des ersten Ultraschallwellenimpulses in der Schweißstelle unregelmäßig überlagern. Daher ist die Auflösung der Mehrfach-Reflexion gering.

Diese Erscheinung wird mit abnehmender Dicke der verschweißten Platten deutlicher. Das heißt, wenn die einzelnen Impulsperioden der Mehrfach-Reflexionswelle abnehmen, wird die Impulstrennung schlechter. Dieses Beispiel unterstreicht die bereits anhand der F i g. 8 und 9 beschriebenen Vorteile, die sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verbindungsstücks ergeben.

Vergleichsbeispiel 2

Unter den gleichen Voraussetzungen wie im Beispiel 1 wurde die Schweißstelle mit dem bekannten Verbindungsstück gemäß Fi g. 16 untersucht. Dieses Verbindungsstück besitzt zwischen seiner ringförmigen Auflagefläche 65/4 und der Anschlußfläche 612/4 für den Prüfkopf eine relativ große Länge von L = 10 mm, so daß die Ausbreitungsweglänge für die Ultraschallwellen 2 L - 20 mm beträgt. Die Meßergebnisse sind in den F i g. 14 und 15 in ähnlicher Weise wie in den F i g. 8 und 9 dargestellt.

Fi g. 14 zeigt eine Wellenform, die sich bei einer Verschweißung ergab, die ähnlich der im Abschnitt (1-a) des Beispiels 1 war. Fig. 15 zeigt eine Wellenform, die sich bei einer Verschweißung ergab, die ähnlich der im Abschnitt (1-b) des Beispiels 1 war.

Aus den Fig. 14 und 15 geht hervor, daß bei beiden Wellenformen die von der Schweißstelle empfangene

Mehrfach-Reflexionswelle sehr schwach ist. Dies beruht auf folgenden Gründen: Die Impulsstärke des einen |

Impuls hoher Auflösung aussendenden Prüfkopfs ist vom Beginn an schwach. Infolge des langen Ausbreitungs- \

wegs wird bei diesem bekannten Verbindungsstück darüber hinaus die notwendige Mehrfach-Reflexionswelle \

auch noch gedämpft. Diese Erscheinung wird um so deutlicher, je geringer die Dicke der verschweißten Platten |

ist. Mit abnehmender Dicke der Schweißstelle werden noch bessere Impulse hoher Auflösung erforderlich, so |

daß die Stärke der empfangenen Mehrfach-Reflexionwelle weiter geschwächt wird. JS

Unter ähnlichen Voraussetzungen wie in Fig. 1 wurde die Schweißstelle mit dem oben beschriebenen be- I

kannten Verbindungsstück und einem Prüfkopf untersucht, der einen Impuls gewöhnlicher Auflösung ausstrahlt. i

Ip diesem Fall waren die Mehrfach-Reflexionswellen aus der Schweißstelle überlagert und interferierten miteinander, so daß eine Prüfung der Schweißstelle unmöglich war.
Auch dieses Beispiel unterstreicht die beschriebenen Vorteile, die sich bei Benutzung des erfindungsgemäßen '

Verbindungsstücks ergeben. <

Beispiel 2 ■

Es wurde ein Verbindungsstück 602 mit ähnlichem Aufbau wie im Beispiel 1 hergestellt, bei dem jedoch der Aufbau des mit einem Prüfling in Koniakt zu bringenden Teils und die Form der zentralen Bohrung im Verbindungsstück gemäß der Darstellung in F i g. 5 ausgebildet waren. Mit diesem Verbindungsstück wurde eine Messung ähnlich dem Beispiel 1 ausgeführt.

F i g. 5 zeigt das Verbindungsstück 602 im Schnitt. Man erkennt, daß der erwähnte Kontaktteil ein vorstehender Ringteil 66 ist. Dieser Ringteil 66 ist zylindrisch ausgebildet, und sein Innendurchmesser G und AuDcndurch-

messer Fsind über die Höhe //unverändert. In Fig. 5 sind die weiter oben anhand von Fig. 3 erläuterten Teile mit ähnlichen Be/.ugszahlen versehen. 62 ist der Ultraschallwellen-Ausbreitungsabschnitt, und 642 bezeichnet

die zentrale Bohrung, die mit einem Ultraschallwcllen-Absorbcr632 gefüllt ist. 1$

Bei diesem Beispiel war der Innendurchmesser C des Kontaktteil C — 4,4 mm, der Außendurchmesser |

b5 F = 5,8 mm und die Ausbrcitungswcglängc L = 4,3 mm. Der Durchmesser / der zentralen Bohrung 642 auf der Anschlußflächcnscitc war 0,7 mm (ähnlich wie im Beispiel I), und die Höhe /-/des vorgestreckten Ringtcils 66 war 0,8 mm. Bei der Durchführung von Sinnlichen Messungen wie in Beispiel 1 mit diesem Verbindungsstück ergaben sich gleichfalls ähnliche ausgezeichnete Wcllcnformcn. |

!S 8

Beispiel 3

Es wurde ein Verbindungsstück 603 hergestellt, das in F i g. 6 gezeigt ist Dieses Verbindungsstück war dem von Beispiel 1 ähnlich, abgesehen davon, daß ein äußerer Ultraschallwellen-Absorptionsabschniii 67 an der Außenwand eines Kegelstumpfs 62 vorgesehen war. Unter Verwendung dieses Verbindungsstücks wurden Messungen mit Impulsen hoher Auflösung und einer Frequenz von 10 MHz ähnlich wie im Beispiel 1 durchgeführt Der Prüfling bestand aus zwei punktverschweißten Stahlplatten von 0,8 mm Dicke, ähnlich wie im Beispiel 1.

Der äußere Ultraschallwellen-Absorptionsabschnitt 67 wurde auf folgende Weise gebildet. Es wurde zunächst ein Ultraschallwellen-Absorber oder eine Mischung aus Kohlenstoffpulver und Harz an der Außenwand festge- to heftet und verfestigt Der Absorber wurde dann bis zur Erzielung einer Dicke von etwa 0,5 mm bearbeitet.

Die Messung mit diesem Verbindungsstück wurde ähnlich wie im Beispiel 1 durchgeführt Obwohl der Prüfling sehr dünn war, ergab sich eine ausgezeichnete Signalaufnahme und Anzeige. Die unter denselben Voraussetzungen wie im Abschnitt (1-a) des Beispiels 1 erhaltene Wellenform ist in Fig. 10 gezeigt Die Wellenform, die sich unter denselben Voraussetzungen wie im Abschnitt (1-b) des Beispiels 1 ergab, zeigt F i g. 11. Beide Darstellungen sind denen in den F i g. 8 und 9 ähnlich.

Beispiel 4

Es wurde ein Verbindungsstück 604 gemäß F i g. 7 hergestellt Es war dem Verbindungsstück des Beispiels 1 mit der Ausnahme ähnlich, daß der Konuswinkei cc der konischen zentralen Bohrung 643, die sich nach unten erweitert, zu 90° und der Konuswinkel β der Außenwand 653 ebenfalls 90° gewählt wurden. Die Messung wurde mit diesem Verbindungsstück und einem Impuls hoher Auflösung mit einer Frequenz von 10 MHz ähnlich wie im Beispiel 1 vorgenommen.

Die Wellenlänge A der Ultraschallwelle betrug 0,27 mm. Die Länge L wurde aus der folgenden Gleichung zu \9 mm bestimmt

2 L = 0,27 χ 14 ± 02 x 0,27 = 3,78 mm ± 0,054 mm.

Der innendurchmesser G und der Außendurchmesser Fder Auflagefläche bzw. der Stirnfläche des Verbin- 30 I

dungsstücks waren 4,4 mm bzw. 5,8 mm. Am Ende des Prüfkopfs 1, das in das Verbindungsstück 604 eingeführt |

wurde, befand sich ein Wandler 101 mit einem Außendurchmesser von 6,35 mm, der in der Lage war, Ultraschall- |

iraprJse hoher Auflösung zu senden und zu empfangen. |

Die Messung wurde mit einem Prüfling durchgeführt, der sich durch Punktverschweißen zweier Stahlplatten ρ

von 0,7 mm Dicke ähnlich wie beim Beispiel 1 ergab. Obwohl der Prüfling bezogen auf Beispiel 3 dünner war, 35 |

konnte auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre im Anzeigegerät 2 ähnlich wie bei den F i g. 10 und 11 eine | klare Mehrfach-Reflexionswelle hoher Auflösung gezeigt werden.

Es muß nicht betont werden, daß die erwähnten Werte für cc und β auch bei den Verbindungsstücken der |

Beispiele 1 bis 3 innerhalb der oben beschriebenen Bereiche eingesetzt werden. |

40 *-

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von Punktschweißverbindungen mittels Ultraschall, umfassend einen Prüfkopf (t) zum Aussenden von Ultraschallwellen in einen Prüfling (3) und zum Empfang reflektierter Ultraschallwellen aus dem Prüfling (3) und ein am Ende des Prüfkopfs (1) befestigtes Verbindungsstück, das die Ultraschallwellen vom Prüfkopf (1) zum Prüfling (3) und zurück leitet und einen Ultraschall-Ausbreitungsabschnitt (62) mit konischer, sich in Richtung auf den Prüfling (3) verjüngender Außenwand aufweist, der von einer ebenfalls konischen, sich in Richtutig auf den Prüfling (3) erweiternden und zur Mittenachse koaxialen Bohrung, die mit einem Ultraschal! absorbierenden Material gefüllt ist, durcnsetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge L des Ultraschall-Ausbreitungsabschnitts (62) in dem sich aus folgender Gleichung ergebenden Bereich liegt: