DE3715914C2

DE3715914C2 -

Info

Publication number: DE3715914C2
Application number: DE19873715914
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. 6683 Spiesen De Gebhardt; Friedhelm Dipl.-Ing. 6657 Gersheim De Walte
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-05-13
Filing date: 1987-05-13
Publication date: 1989-06-15
Also published as: DE3715914A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachweis großflächiger, rechtwinklig zur Prüflingsoberfläche orientierter glatter Risse mit Hilfe eines Sendeultraschallwandlers und eines Empfangsultraschallwandlers, die über einen gemeinsamen Aufsetzbereich auf die Prüflingsoberfläche eines Prüfobjektes aufgesetzt werden und mit denen sowohl longitudinale sowie transversale Ultraschallwellen in das Prüfobjekt eingestrahlt und aus diesem mit einem vom Einschallwinkel verschiedenen Winkel nach einer Wellenmoden-Umwandlung am Riß wieder empfangen werden.The invention relates to a method for detection larger area, perpendicular to the surface of the test object oriented smooth cracks with the help of a transmitter ultrasound transducer and a receiving ultrasound transducer, which have a common attachment area on the DUT surface of a test object placed and with which both longitudinal and transverse Ultrasonic waves radiated into the test object and from this with one from the insonification angle different angles after a wave mode conversion be received again at the crack.

Außerdem betrifft die Erfindung Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.The invention also relates to devices for Execution of the procedure.

Bei einem aus der US-PS 45 70 487 bekannten Verfahren der eingangs genannten Art wird der Riß vom Sendeultraschallwandler mit Longitudinalwellen und Transversalwellen, die in Oberflächenwellen umgewandelt werden, beaufschlagt. Der Empfangsultraschallwandler ist so ausgebildet, daß er sowohl Longitudinalwellen als auch Transversalwellen empfängt und zwar in der Weise, daß Longitudinalwellen von den Rißspitzen zum Empfangsultraschallwandler gelangen. Bei dem bekannten Verfahren ist auch vorgesehen, eingeschallte Longitudinalwellen zu benutzen, um von den Rißspitzen ausgehende Transversalwellen zu erfassen. Da bei dem bekannten Verfahren die Prüfung der Prüfobjekte durch Nachweis der Risse aufgrund von Rißspitzen- und Streuanzeigen erfolgt, ergibt sich ein hohes Prüfrisiko. Rißspitzenanzeigen sind nämlich meist äußerst klein und reichen oft zu einer sicheren Detektion nicht aus. Unter Druckspannung stehende Risse werden teilweise transparent und erzeugen meist keine Spitzenanzeigen mehr.In a method known from US-PS 45 70 487 of the type mentioned at the beginning, the crack is from the ultrasound transducer with longitudinal waves and transverse waves, which are converted into surface waves be charged. The receiving ultrasound transducer is designed to have both longitudinal waves and also receives transverse waves in the Way that longitudinal waves from the crack tips to Receive ultrasound transducer. With the known A method is also envisaged longitudinal longitudinal waves to use to start from the crack tips Detect transverse waves. Because with that known procedures by testing the test objects Detection of cracks due to crack tip and scatter indicators there is a high risk of testing. Crack tip displays are usually extremely small and Often they are not sufficient for reliable detection. Cracks under pressure are partially transparent and usually do not generate any top ads more.

Aus der DE-OS 32 36 017 ist das Tandemverfahren bekannt, das sich durch eine sehr hohe Empfindlichkeit auszeichnet, jedoch räumlich getrennte Prüfköpfe erfordert.The tandem process is known from DE-OS 32 36 017, which is characterized by a very high sensitivity distinguished, but requires spatially separate test heads.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das es gestattet, großflächige rechtwinklig zur Prüflingsoberfläche orientierte glatte Risse unabhängig von der Wandstärke des Prüflings mit Hilfe eines einzigen Prüfkopfes mit großer Nachweisempfindlichkeit zu erfassen.The invention has for its object a method of the type mentioned at the beginning, which allows large areas at right angles to the test specimen surface oriented smooth cracks regardless of the Wall thickness of the test object with the help of a single one Detect probe with great sensitivity.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Einschall- und Empfangswinkel für die Ultraschallwandler Winkel gewählt werden, bei denen vom Empfangsultraschallwandler nur die Ultraschallwellen erfaßt werden, für die am Riß eine Wellenmoden-Umwandlung zwischen Transversalwellen und Longitudinalwellen erfolgt, die auf der Prüflingsrückseite mit einander übereinstimmenden Einfalls- und Ausfallswinkeln ohne Wellenmoden-Umwandlung in Richtung auf die Prüflingsoberfläche zurückgespiegelt werden.According to the invention, this object is achieved by that as the insonification and reception angle for the ultrasonic transducers Angles are selected at which the receiving ultrasound transducer only detected the ultrasonic waves for which a wave mode conversion between Transverse waves and longitudinal waves occur, those that match each other on the back of the device under test Incidence and drop angles without wave mode conversion towards the test piece surface be reflected.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der den Transversalwellen zugeordnete Einschallwinkel zwischen etwa 58°C und 68°C und der den Longitudinalwellen zugeordnete Einschallwinkel zwischen etwa 0° und 45° gewählt. In an advantageous embodiment of the invention becomes the insonification angle assigned to the transverse waves between about 58 ° C and 68 ° C and that of the longitudinal waves assigned insonification angle between about 0 ° and 45 ° selected.

Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand von Unteransprüchen.A convenient device for performing the Procedure is the subject of subclaims.

Dadurch, daß eine Wellenmoden-Umwandlung und Streuung an der Rißfläche und nicht nur von den Rißspitzen ausgehende Signale ausgenutzt werden, ergibt sich eine große Zuverlässigkeit und eine hohe Detektionsempfindlichkeit. Das Unterbringen des Sendeultraschallwandlers und des Empfangsultraschallwandlers in einem einzigen Prüfkopf vermeidet lange Rückzeiten und Einschränkungen des Prüfbereichs an unzugänglichen Geometrien.In that a wave mode conversion and scattering on the crack surface and not just from the crack tips outgoing signals are used, there is a great reliability and high detection sensitivity. Housing the transmitter ultrasound transducer and the receiving ultrasound transducer in one Probe avoids long return times and restrictions of the test area on inaccessible geometries.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungs beispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher er läutert. Es zeigen:The invention based on execution examples with reference to the drawing he purifies. Show it:

Fig. 1 einen Ultraschallprüfkopf gemäß der Erfindung in einem Schnitt, Fig. 1 is an ultrasonic probe according to the invention in a section,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel für einen Prüfkopf gemäß der Erfindung im Schnitt zusammen mit dem Blockschaltbild eines Teils des Ultraschallprüfgerätes, Fig. 2 shows a second embodiment of a testing head according to the invention in section along with the block diagram of a portion of the Ultraschallprüfgerätes,

Fig. 3 den Einsatz eines Gruppenstrahlers zur Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens und den Verlauf der Ultraschallwellen im Prüfling im Schnitt, Fig. 3 shows the use of a phased array for the implementing of the method according to the invention and the course of the ultrasonic waves in the test specimen in section,

Fig. 4 eine Fig. 3 entsprechende Darstellung der Ultraschallwege für unterschiedliche Ein schallwinkel und Fig. 4 is a Fig. 3 corresponding representation of the ultrasonic paths for different sound angles and

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Ultraschallprüf gerätes zum Anschluß eines Gruppenstrahlers. Fig. 5 is a block diagram of an ultrasonic testing device for connecting a group radiator.

In Fig. 1 erkennt man eine Prüflingsoberfläche 1 eines Prüflings 2, der beispielsweise aus Stahl besteht, sowie einen Ultraschallprüfkopf 3. Der Ultraschallprüf kopf 3 ist auf die Prüflingsoberfläche 1 des Prüflings 2 im Aufsetzbereich 4 aufgesetzt.In Fig. 1, 1 a test piece 2, which for example is made of steel, and an ultrasonic probe 3 detects a sample surface. The ultrasonic test head 3 is placed on the test specimen surface 1 of the test specimen 2 in the mounting area 4 .

Wie man der Fig. 1 weiter entnehmen kann, verfügt der Ultraschallprüfkopf 3 über einen stufigen Plexiglaskeil 5 mit einer Aufsetzfläche 6, einer ersten Keilfläche 7 und einer zweiten Keilfläche 8. Der Keilwinkel der ersten Keilfläche 7 ist kleiner als der Keilwinkel der zweiten Keilfläche 8.As can further be seen from FIG. 1, the ultrasound test head 3 has a stepped plexiglass wedge 5 with a mounting surface 6 , a first wedge surface 7 and a second wedge surface 8 . The wedge angle of the first wedge surface 7 is smaller than the wedge angle of the second wedge surface 8 .

Auf der ersten Keilfläche 7 ist ein Longitudinalwel len-Ultraschallwandler 9 befestigt, während die zweite Keilfläche 8 einen Transversalwellen-Ultraschallwandler 10 trägt. Der Longitudinalwellen-Ultraschallwandler 9 enthält einen Schwinger 11 aus Piezokeramik. Ebenso verfügt der Transversalwellen-Ultraschallwandler 10 über einen Schwinger 12 aus Piezokeramik. Dem Schwinger 11 ist ein Dämpfungskörper 13 zugeordnet. Entsprechend ist auf der Rückseite des Schwingers 12 ein Dämpfungs körper 14 vorgesehen. On the first wedge surface 7 , a Longitudinalwel len ultrasonic transducer 9 is attached, while the second wedge surface 8 carries a transverse wave ultrasonic transducer 10 . The longitudinal wave ultrasound transducer 9 contains an oscillator 11 made of piezoceramic. Likewise, the transverse wave ultrasound transducer 10 has an oscillator 12 made of piezoceramic. A damping body 13 is assigned to the oscillator 11 . Accordingly, a damping body 14 is provided on the back of the vibrator 12 .

Beim Betrieb des Ultraschallprüfkopfes 3 werden mit Hilfe des Longitudinalwellen-Ultraschallwandlers 9 Longitudinalwellen erzeugt oder empfangen. Entsprechend erzeugt oder empfängt der Transversalwellen-Ultra schallwandler 10 Transversalwellen. In Fig. 1 ist der Fall dargestellt, bei dem der Longitudinalwellen-Ultra schallwandler 9 als Sendeultraschallwandler und der Transversalwellen-Ultraschallwandler 11 als Empfangs ultraschallwandler arbeitet.When the ultrasonic probe 3 is in operation, longitudinal waves are used to generate or receive 9 longitudinal waves. Correspondingly, the transverse wave ultrasonic transducer generates or receives 10 transverse waves. In Fig. 1, the case is shown in which the longitudinal wave ultrasound transducer 9 operates as a transmit ultrasound transducer and the transverse wave ultrasound transducer 11 works as a reception ultrasound transducer.

Die vom Schwinger 11 erzeugten Longitudinalwellen 15 durchqueren den Plexiglaskeil 5 und werden an der Grenzfläche zwischen der Aufsetzfläche 6 und der Prüf lingsoberfläche 1 in der in Fig. 1 dargestellten Weise gebrochen. Die gebrochene Longitudinalwelle 16 hat im Prüfling 2 einen Einschallwinkel, der in Abhängigkeit von dem Keilwinkel der ersten Keilfläche 7 etwa zwi schen 0° und 45° liegt. Bei dem in Fig. 1 dargestell ten Ausführungsbeispiel ist der Keilwinkel für die erste Keilfläche 7 so gewählt, daß sich für die Longi tudinalwelle 16 ein Einschallwinkel von 20° ergibt.The longitudinal waves 15 generated by the vibrator 11 pass through the plexiglass wedge 5 and are broken at the interface between the contact surface 6 and the test surface 1 in the manner shown in FIG. 1. The broken longitudinal wave 16 has an insonification angle in the test specimen 2 which, depending on the wedge angle of the first wedge surface 7, is approximately between 0 ° and 45 °. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the wedge angle for the first wedge surface 7 is selected such that the Longi tudinalwelle 16 has an insonification angle of 20 °.

Die Longitudinalwelle 16 wird in der in Fig. 1 nicht dargestellten, jedoch aus Fig. 3 entnehmbaren Weise an der Prüflingsrückseite 17 reflektiert. Wegen des ge ringen Auftreffwinkels wird bei dieser Reflexion ledig lich ein geringer Teil der Longitudinalwellenenergie in einen Transversalwellenanteil umgewandelt. Der größte Teil der Energie wird somit als Longitudinalwelle zurückreflektiert. Befindet sich der Ultraschallprüf kopf 3 in einem passenden Projektionsabstand a von einem in Fig. 1 nicht dargestellten, jedoch in Fig. 3 gezeichneten großflächigen, rechtwinklig zur Prüf lingsoberfläche 1 orientierten glatten Riß 18, so trifft die Schallbündelachse der reflektierten Longi tudinalwelle 19 in der in Fig. 3 erkennbaren Weise auf die Reflektormitte des als Reflektor wirksamen Risses 18. Aufgrund des flachen Einschallwinkels, der bei dem in Fig. 3 gezeichneten Ausführungsbeispiel etwa 70° beträgt, wird am Reflektor des Risses 18 jedoch die Longitudinalwelle 19 in eine Transversalwelle 20 umge wandelt und trifft unter einen Winkel von etwa 58° auf die Aufsetzfläche 6 des Ultraschallprüfkopfes 3.The longitudinal wave 16 is reflected in the manner not shown in FIG. 1, but can be seen in FIG. 3, on the rear side 17 of the test specimen. Because of the low angle of incidence, only a small part of the longitudinal wave energy is converted into a transverse wave portion in this reflection. Most of the energy is thus reflected back as a longitudinal wave. If the ultrasonic test head 3 is at a suitable projection distance a from a smooth crack 18 , not shown in FIG. 1, but drawn in FIG. 3, oriented at right angles to the test surface 1 , then the sound beam axis of the reflected longitudinal wave 19 hits in the in Fig. 3 recognizable manner on the center of the reflector as a reflector effective crack 18th Due to the flat insonification angle, which in the exemplary embodiment shown in FIG. 3 is approximately 70 °, the longitudinal wave 19 is converted to a transverse wave 20 at the reflector of the crack 18 and strikes the contact surface 6 of the ultrasound probe at an angle of approximately 58 ° 3rd

Wie man in Fig. 1 erkennt, gelangt die vom Riß 18 ausgesandte Transversalwelle 20 nach einer Brechung an der Grenzfläche zwischen dem Plexiglaskeil 5 und dem Prüfling 2 als gebrochene Transversalwelle 21 zum Schwinger 12 des Transversalwellen-Ultraschallwandlers 10 des Ultraschallprüfkopfes 3.As can be seen in FIG. 1, the transverse wave 20 emitted by the crack 18 reaches the oscillator 12 of the transverse wave ultrasound transducer 10 of the ultrasound probe 3 after a break at the interface between the plexiglass wedge 5 and the specimen 2 as a broken transverse wave 21 .

Beim Verfahren des Ultraschallprüfkopfes 3 entlang der Prüflingsoberfläche 1 werden aufgrund der geometrischen Bedingungen nur solche Risse 18 erfaßt, die sich in einer Prüfzone befinden, die sich in einem bestimmten Abstand parallel zur Prüflingsoberfläche 1 erstreckt. Die Keilgeometrie, das heißt die Keilwinkel der ersten Keilfläche 7 und der zweiten Keilfläche 8 des Ultra schallprüfkopfes 3 werden daher entsprechend dem Ab stand der gewünschten Prüfzone gewählt. Für jede Prüf zone wird somit ein einziger Ultraschallprüfkopf 3 benötigt, wobei die erforderlichen Keilwinkel für die erste Keilfläche 7 und die zweite Keilfläche 8 unab hängig von der Wandstärke des Prüflings 2 sind. Die Keilwinkel für die erste Keilfläche 7 werden dabei so gewählt, daß der Einschallwinkel der Longitudinalwelle 16 etwa im Bereich zwischen 0° und 45° liegt. Entspre chend dem Einschallwinkel der Longitudinalwelle ergibt sich ein jeweils geringfügig unterschiedlicher Ein schallwinkel der Transversalwelle 20 zwischen etwa 58° und 68°. Wenn der Keilwinkel der zweiten Keilfläche 8 und der Transversalwellen-Ultraschallwandler 10 so ausgebildet sind, daß der Transversalwellen-Einschall winkel 63° beträgt und der Schallbündel-Öffnungswinkel ausreichend breit ist, so kann mit einer geometrischen Anordnung der in der Praxis auftretende gesamte Emp fangswinkelbereich zwischen etwa 58° und 68° abgedeckt werden. Die Ultraschallprüfköpfe 3 für verschieden tief liegende Prüfzonen unterscheiden sich somit lediglich durch den Keilwinkel der ersten Keilfläche 7.When the ultrasonic test head 3 is moved along the test specimen surface 1 , only those cracks 18 that are located in a test zone that extend parallel to the test specimen surface 1 at a certain distance are detected due to the geometric conditions. The wedge geometry, that is, the wedge angle of the first wedge surface 7 and the second wedge surface 8 of the ultrasonic test head 3 are therefore selected in accordance with the status of the desired test zone. A single ultrasonic test head 3 is thus required for each test zone, the required wedge angles for the first wedge surface 7 and the second wedge surface 8 being independent of the wall thickness of the test object 2 . The wedge angles for the first wedge surface 7 are chosen so that the insonification angle of the longitudinal wave 16 is approximately in the range between 0 ° and 45 °. Corresponding to the insonification angle of the longitudinal wave, there is a slightly different insonation angle of the transverse wave 20 between approximately 58 ° and 68 °. If the wedge angle of the second wedge surface 8 and the transverse wave ultrasound transducer 10 are designed so that the transverse wave insonification angle is 63 ° and the beam angle is sufficiently wide, then the entire receiving angle range occurring in practice with a geometric arrangement about 58 ° and 68 ° are covered. The ultrasound probes 3 for test zones at different depths therefore differ only in the wedge angle of the first wedge surface 7 .

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist es möglich, mit einem einzigen Ultraschallprüfkopf 23 eine Vielzahl von Prüfzonen zu erfassen. Der Prüf kopf 23 verfügt über einen Gruppenstrahler 24, der auf einem Plexiglaskeil 25 montiert ist und eine Vielzahl von Einzelschwingern in der aus der Array-Technik bekannten Weise aufweist. Auf der Rückseite der Einzel schwinger des Gruppenstrahlers 24 ist in an sich be kannter Weise ein Dämpfungskörper 26 vorgesehen.In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, it is possible to detect a multiplicity of test zones with a single ultrasound test head 23 . The test head 23 has a group radiator 24 , which is mounted on a plexiglass wedge 25 and has a large number of individual transducers in the manner known from array technology. On the back of the individual vibrators of the group radiator 24 , a damping body 26 is provided in a manner known per se.

Der Gruppenstrahler 24 des Ultraschallprüfkopfes 23 dient sowohl zum Senden von Longitudinalwellen 16 mit einem Einschallwinkelbereich zwischen etwa 0° und 45° als auch zum Empfangen der vom Riß 18 ausgehenden Transversalwellen 20, deren Einschallwinkel oder Emp fangswinkel in einem verhältnismäßig engen Bereich um 63° liegt.The group emitter 24 of the ultrasonic test head 23 is used both for sending longitudinal waves 16 with an insonification angle range between approximately 0 ° and 45 ° and for receiving the transverse waves 20 emanating from the crack 18 , the insonification angle or reception angle in a relatively narrow range around 63 °.

Die Steuerung des Einschallwinkels der Longitudinal wellen 16 erfolgt nach dem an sich bekannten Prinzip der Gruppenstrahler bzw. Phased Arrays. Dazu sind die Schwinger des Gruppenstrahlers 24 über jeweils geson derte Leitungen 27 mit dem Ausgang einer Sendeeinheit 28 verbunden, die von einer Verzögerungseinheit 29 angesteuert ist, welche ihrerseits mit einem in Fig. 2 nicht dargestellten Steuerwerk und Signalgenerator verbunden ist. Durch die individuelle elektrische Ansteuerung der Schwinger des Gruppenstrahlers 24 nach Amplitude und Phase kann das Schallfeld des Ultra schallprüfkopfes 23 rein elektronisch gesteuert werden. Die Ansteuerung erfolgt bei dem in Fig. 2 dargestell ten Ausführungsbeispiel so, daß Longitudinalwellen mit einem veränderbaren Einschallwinkel erzeugt werden.The control of the angle of incidence of the longitudinal waves 16 takes place according to the principle of the group emitter or phased arrays known per se. For this purpose, the vibrators of the group radiator 24 are connected via separate lines 27 to the output of a transmission unit 28 which is controlled by a delay unit 29 , which in turn is connected to a control unit and signal generator (not shown in FIG. 2). Due to the individual electrical control of the vibrators of the group radiator 24 according to the amplitude and phase, the sound field of the ultra sound test head 23 can be controlled purely electronically. The control takes place in the embodiment shown in FIG. 2 so that longitudinal waves are generated with a variable insonification angle.

Nach dem Aussenden eines Longitudinalwellenimpulses wird der Ultraschallprüfkopf 23 umgeschaltet, um den verzögert eintreffenden Transversalwellenimpuls des Risses 18 zu empfangen. Da der Empfangswinkel für die Transversalwellen 20 nur in einem sehr engen Bereich schwankt, reicht es für viele Anwendungen aus, wenn der Gruppenstrahler 24 während der Empfangszeit ohne Pha senverzögerung betrieben wird. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt daher eine Phasensteuerung der Einzelschwinger des Gruppenstrah lers 24 nur beim Senden, während beim Empfang eine Untergruppe der Einzelschwinger des Gruppenstrahlers 24 elektrisch zusammengeschaltet ist. Die Breite der Untergruppe bestimmt dabei den Öffnungswinkel. Der Keilwinkel der Keilfläche 37 ist so gewählt, daß bei phasengleicher Ansteuerung der Elemente eine Trans versalwelle unter etwa 63° empfangen wird. Auf diese Weise wird die gesteuerte Verzögerung analoger Signale mit hohem Dynamikumfang auf der Empfangsseite ver mieden. Das von den elektrisch zusammengeschalteten einzelnen Schwingern des Gruppenstrahlers 24 gelieferte Signal gelangt über eine Eingangsleitung 38 zu einem Vorverstärker 39 eines in der Zeichnung nicht darge stellten Impulsecho-Ultraschallgerätes. After the transmission of a longitudinal wave pulse, the ultrasound probe 23 is switched over in order to receive the transverse wave pulse of the crack 18 arriving with a delay. Since the reception angle varies across the transverse waves 20 only in a very narrow range, it is sufficient for many applications, when the phased array 24 is operated during the reception time without Pha senverzögerung. In the illustrated in Fig. 2 embodiment, a phase control of the single element, thus takes place of the Gruppenstrah coupler 24 only when sending while when receiving a subset of the single element of the phased array 24 is electrically connected together. The width of the sub-group determines the opening angle. The wedge angle of the wedge surface 37 is selected so that when the elements are driven in phase, a transversal wave is received at approximately 63 °. In this way, the controlled delay of analog signals with a high dynamic range on the receiving side is avoided. The signal supplied by the electrically interconnected individual vibrators of the group radiator 24 passes via an input line 38 to a preamplifier 39 of a pulse echo ultrasound device (not shown in the drawing).

Eine weitere, in der Zeichnung nicht dargestellte Ausführungsform ergibt sich, wenn ähnlich wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel empfangs seitig ein getrennter Einzelschwinger geeigneter Größe verwendet wird und die Longitudinalwellen 16 statt durch einen einzelnen Schwinger 11 mit Hilfe eines Gruppenstrahlers 24 erzeugt werden.A further embodiment, not shown in the drawing, results if, similarly to the exemplary embodiment shown in FIG. 1, a separate individual oscillator of suitable size is used on the receiving side and the longitudinal waves 16 are generated with the aid of a group radiator 24 instead of by an individual oscillator 11 .

Gemäß dem in Fig. 3 schematisch dargestellten Aus führungsbeispiel der Erfindung ist es auch möglich, sowohl empfangsseitig als auch sendeseitig einen Grup penstrahler 44 zu verwenden, der unmittelbar auf die Prüflingsoberfläche 1 eines Prüflings 2 aufgesetzt wird. Der Gruppenstrahler 44 erzeugt beispielsweise eine Longitudinalwelle 16 unter einem Einschallwinkel von 15°. Diese wird an der Prüflingsrückseite 17 re flektiert und wegen des geringen Auftreffwinkels nur zu einem geringen Teil in einen Transversalwellenanteil umgewandelt. Mehr als 90% der Longitudinalwellenener gie werden als Longitudinalwellen 19 zurückreflektiert und gelangen zu dem sich in einem Projektionsabstand a vom Gruppenstrahler 44 befindenden, großflächigen, rechtwinklig zur Prüflingsoberfläche 1 orientierten glatten Riß 18. Bei den in Fig. 3 dargestellten Ver hältnissen wurde angenommen, daß die Schallbündelachse auf die Reflektormitte des Risses 18 auftrifft, der beispielsweise in einer Tiefe von etwa 50 mm eines Prüflings 2 liegt, der durch einen Stahlblock mit planparallelen ebenen Oberflächen und einer Dicke von 150 mm gebildet ist, wobei der Gruppenstrahler 44 von rechts nach links über die Prüflingsoberfläche 1 bewegt wird, um den Riß 18 nachzuweisen. According to the exemplary embodiment of the invention shown schematically in FIG. 3, it is also possible to use a group radiator 44 both on the receiving side and on the transmitting side, which is placed directly on the specimen surface 1 of a specimen 2 . The group radiator 44 generates, for example, a longitudinal wave 16 at an insonification angle of 15 °. This is reflected on the back of the test specimen 17 and converted only to a small extent into a transverse wave portion due to the small angle of incidence. More than 90% of the longitudinal wave energy is reflected back as longitudinal waves 19 and arrive at the large-area smooth crack 18 , which is located at a projection distance a from the group radiator 44 and is oriented at right angles to the specimen surface 1 . In the Ver shown in Fig. 3, it was assumed that the beam axis hits the reflector center of the crack 18 , which is, for example, at a depth of about 50 mm of a test specimen 2 , which is through a steel block with plane-parallel flat surfaces and a thickness of 150 mm is formed, the group radiator 44 being moved from right to left over the test specimen surface 1 in order to detect the crack 18 .

Aufgrund des flachen Einfallswinkels von beispielsweise 75° wird bei der zweiten Reflexion die Longitudinal welle 19 zum großen Teil in eine Transversalwelle 20 umgewandelt und trifft unter einem Winkel von etwa 58° auf die Mitte des Gruppenstrahlers 44. Die Empfangs charakteristik des Gruppenstrahlers 44 wurde nach dem Aussenden der Longitudinalwelle 16 auf 58° und Trans versalwellenbetrieb umgeschaltet, so daß eine sehr hohe Echoanzeige resultiert.Due to the flat angle of incidence of, for example, 75 °, the longitudinal wave 19 is largely converted into a transverse wave 20 in the second reflection and strikes the center of the group radiator 44 at an angle of approximately 58 °. The reception characteristics of the phased array 44 has been switched, so that a very high mesa results versalwellenbetrieb after the transmission of the longitudinal wave 16 at 58 ° and Trans.

Um Risse 18 in verschiedenen Tiefenbereichen nachzu weisen, ist es erforderlich, für jede Prüfzone die zugeordneten Sende/Empfangswinkelpaare des Gruppen strahlers 44 einzustellen. Beim Abtasten ist es mög lich, entweder den Gruppenstrahler 44 mehrmals mit festem Sende/Empfangswinkelpaar entlang der Prüfspur zu bewegen, um jedesmal eine andere Prüfzone zu erfassen oder aber bei jeder Position des Gruppenstrahlers 44 mehrere, der Anzahl der erforderlichen Prüfzonen ent sprechende Sende/Empfangswinkelpaare nacheinander einzustellen.In order to detect cracks 18 in different depth ranges, it is necessary to set the assigned transmit / receive angle pairs of the group radiator 44 for each test zone. When scanning, it is possible to either move the group radiator 44 several times along the test track with a fixed transmit / receive angle pair in order to detect a different test zone each time, or to transmit several transmit / receive angle pairs corresponding to the number of required test zones at each position of the group radiator 44 set one after the other.

In Fig. 4 sind die unterschiedlichen Winkelverhält nisse für Longitudinalwellen 46 mit einem Einschall winkel von 5°, Longitudinalwellen 47 mit einem Ein schallwinkel von 30° und Longitudinalwellen 48 mit einem Einschallwinkel von 45° dargestellt. Wie man aus Fig. 4 erkennt, gestatten die unterschiedlichen Ein schallwinkel das Erfassen von Rissen 18 in unterschied lichen Tiefen des Prüflings 2. Beim Einschallen der Longitudinalwelle 48 ergibt sich eine Transversalwelle 49, deren Einschallwinkel in etwa denjenigen Einschall winkeln für Transversalwellen entspricht, die durch die Longitudinalwellen 47 und 46 bewirkt werden. Fig. 4 zeigt somit, daß der Empfangswinkelbereich für die Transversalwellen in einem verhältnismäßig engen Be reich um 63° liegt.In FIG. 4, the different angles are behaves nit for longitudinal waves 46 with a Einschall angle of 5 °, longitudinal waves 47 with a beam angle A of 30 ° and longitudinal waves 48 shown with an angle of incidence of 45 °. As can be seen from FIG. 4, the different sound angles permit the detection of cracks 18 in different depths of the test object 2 . When the longitudinal wave 48 is insonified, a transverse wave 49 results, the insonification angle of which approximately corresponds to the insonification angle for transverse waves which are caused by the longitudinal waves 47 and 46 . Fig. 4 thus shows that the receiving angle range for the transverse waves is in a relatively narrow range by 63 °.

Der in der Zeichnung gezeigte Strahlengang kann selbst verständlich auch in umgekehrter Richtung verwirklicht werden. Dabei wird der Reflektor 18 direkt mit einer Transversalwelle angeschnallt, deren Energie größtenteils in der Energie einer Longitudinalwelle umgewandelt wird und nach einer Reflexion an der Prüflingsrückseite 17 zum Prüfkopf, insbesondere dem Gruppenstrahler 44 gelangt. Bei einem solchen Strahlengang arbeitet der Gruppenstrahler 44 zunächst als Transversalwellensender mit einem Einschallwinkel von etwa 63° und anschließend als Longitudinalwellenempfänger mit einer Winkelcharakteristik, die von der jeweils zu erfassenden Prüfzone abhängt. Dieses in der Zeichnung nicht dargestellte Ausführungsbeispiel nutzt statt einer Umwandlung von Longitudinalwellen in Transversalwellen an einem glatten Riß 18, die Umwandlung von Transversalwellen in Longitudinalwellen an einem glatten Riß 18.The beam path shown in the drawing can of course also be realized in the opposite direction. In this case, the reflector 18 is strapped on directly with a transverse wave, the energy of which is largely converted into the energy of a longitudinal wave and, after reflection on the back of the test specimen 17, reaches the test head, in particular the group radiator 44 . With such a beam path, the group radiator 44 first works as a transverse wave transmitter with an insonification angle of approximately 63 ° and then as a longitudinal wave receiver with an angle characteristic that depends on the test zone to be detected in each case. This embodiment is not shown in the drawing uses instead of a conversion of the longitudinal waves into shear waves on a smooth crack 18, the conversion of transverse waves in the longitudinal waves on a smooth crack 18th

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines Teils des zum Anschluß an den Gruppenstrahler 44 vorgesehenen Impulsecho-Ultraschallgerätes. Die Sendesignale werden in einer Verzögerungseinheit 60, die an den Ausgang eines Signalgenerators 61 angeschlossen ist, in Abhängigkeit von den Signalen eines Steuerwerks 62 entsprechend den jeweils erforderlichen Einschallwinkeln verzögert und dann nach einer Leistungsverstärkung in einem Sender 63 auf einen Prüfkopf 64 mit dem Gruppenstrahler 44 gege ben. Die Empfangssignale des Gruppenstrahlers 44 werden in einem Empfänger 65 vorverstärkt und anschließend in der Verzögerungseinheit 60 verzögert und aufaddiert sowie über einen Summierausgang 66 zu einem Bildschirm gerät zur Darstellung weitergeleitet. Gemäß dem be kannten Gruppenstrahlerprinzip bestimmen die Verzöge rungszeiten die Sende- bzw. Empfangsrichtungen. Die Verzögerungszeiten werden entsprechend den oben erör terten Gesichtspunkten für jede Prüfzone bestimmt. FIG. 5 shows a block diagram of a part of the pulse-echo ultrasound device provided for connection to the group emitter 44 . The transmission signals are delayed in a delay unit 60 , which is connected to the output of a signal generator 61 , as a function of the signals of a control unit 62 in accordance with the required angles of incidence, and then, after power amplification in a transmitter 63, is applied to a test head 64 with the group emitter 44 ben. The received signals of the group radiator 44 are preamplified in a receiver 65 and then delayed and added in the delay unit 60 and forwarded via a summing output 66 to a screen for display. According to the known group radiator principle, the delay times determine the send and receive directions. The delay times are determined according to the considerations discussed above for each test zone.

Claims

1.Procedure for the detection of large-area, smooth cracks oriented at right angles to the test specimen surface with the aid of a transmission ultrasound transducer and a reception ultrasound transducer, which are placed over a common placement area on the test specimen surface of a test object and with which both longitudinal and transverse ultrasonic waves are radiated into the test object and from it with one angles different from the insonification angle are received again after a wave mode conversion at the crack, characterized in that angles are selected as the insonification and reception angles for the ultrasound transducers, in which only the ultrasound waves are detected by the reception ultrasound transducer for which a wave mode conversion between at the crack Transverse waves and longitudinal waves occur, which are reflected on the back of the test specimen with mutually matching angles of incidence and drop out without wave mode conversion in the direction of the test specimen surface will.

2. The method according to claim 1, characterized records that the the transverse waves assigned insonification or reception angle between about 58 ° and 68 ° and that of the longitudinal waves assigned insonification or reception angle is chosen between about 0 ° and 45 °.

3. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, with an attachable to the test specimen surface, connected to an impulse echo ultrasound test device and housed in the same ultrasound test head, and transmitting ultrasound transducer and receiving ultrasound transducer which are designed for different insonification angles or reception angles, characterized in that the Ultrasonic test head ( 23, 64 ) has a group emitter ( 24, 44 ), the elements of which can be controlled so that longitudinal waves ( 16 ) with a small angle of incidence are irradiated into the test object ( 2 ) during transmission and that transverse waves ( 20 ) can be received with a large reception angle.

4. The device according to claim 3, characterized in that the elements of the group radiator ( 24 ) are interconnected during the receiving operation so that there is a sensitivity to transverse waves ( 20 ) with an angle of incidence of about 63 ° and a Schallbün delöffnungswinkel of about 10 ° results.

5. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, with a mountable on the test specimen surface, connected to an impulse-echo ultrasound test device and housed in the same ultrasound test head, transmit ultrasound transducer and receive ultrasound transducer, which are designed for different insonification angles or reception angles, characterized in that the ultrasound test head ( 23, 64 ) has a group radiator ( 24, 44 ), the elements of which can be controlled in such a way that transverse waves with a large incidence angle are irradiated into the test specimen ( 2 ) during transmission and that longitudinal waves with a small reception angle are received during the time-shifted reception mode .

10. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that for scanning different from parallel to the test surface ( 1 ) extending test zones under different assigned insonification angles for the transverse waves / longitudinal wave pairs are adjustable.