DE3830233C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Kristallstruktur eines kristallinen Prüfkörpers mittels von einem Sendeprüfkopf ausgestrahlten und von einem Empfangsprüfkopf empfangenen Ultraschallwellen, wobei der Sendeprüfkopf und der Empfangsprüfkopf zueinander ausgerichtet in einem flüssigen Medium eingetaucht sind und zusammen relativ zum Prüfkörper räumlich bewegt werden.

Ein Verfahren der vorbezeichneten Art ist aus der US-Zeitung "Ultrasonic", Mai 1973, S. 114-120, bekannt.

Die Kristallstruktur eines kristallinen Bauteiles ist für die Ge­ brauchsfestigkeit und die Standzeit von erheblicher Bedeutung. Bei­ spielsweise bei einkristallinen Körpern ist die Ausrichtung der Kri­ stallstruktur, d. h. die Gitterorientierung bezogen auf eine vorgege­ bene Richtung, von signifikanter Auswirkung auf die Gebrauchseigen­ schaften des Bauteiles. Bei größeren Abweichungen tritt eine erhebli­ che Verminderung der Zeitstandsfestigkeit des einkristallinen Bauteiles, beispielsweise einer Turbinenschaufel, auf.

Bei mehrkristallinen Bauteilen ist die Größe des Korngrenzwinkels, d. h. des Winkels den Gitterorientierungen zweier benachbarter Körner miteinander bilden, von großer Bedeutung. Auch hieraus lassen sich Rückschlüsse auf die Gebrauchsfestigkeit des Gegenstandes ziehen.

Ein weiteres Qualitätsmerkmal von Bauteilen ist das Auftreten von Fremd- und Rekristallisationskörnern. Alle drei Typen von Abweichungen vermögen beispielsweise die Standzeiten von Turbinenschaufeln um mehr als den Faktor 1000 zu verringern.

Mit dem gattungsgemäßen Verfahren kann eine Korngrößenbestimmung, die Korngrößenverteilung und das Auffinden von Fehlstellen durchgeführt werden, wobei die Verteilung des von der Probe rückgestreuten Signals analysiert wird. Dabei ist die Ausrichtung der Prüfköpfe der verwendeten Vorrichtung von untergeordneter Bedeutung und erfolgt nur in bezug auf die angestrahlte Oberfläche. Nach dem vorbekannten Verfahren kann auch das Vorhandensein bevorzugter Gitterorientierung festgestellt werden. Es ist jedoch nicht möglich, mit dem vorbekannten Verfahren quantitative Aussagen bezüglich der Kristallstruktur des Bauteils zu machen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem quantitative Aussagen über die Kristallstruktur eines Prüfkörpers möglich sind, wobie der Verfahrensaufwand so gering wie möglich zu halten ist.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kristallorientierungswinkel dadurch bestimmt wird, daß die Prüfköpfe relativ zum Prüfkörper gedreht werden bis sich ein Intensitätsmaximum einstellt und anschließend um eine dazu senkrechte Achse gedreht werden bis sich erneut ein Intensitätsmaximum einstellt.

Im Gegensatz zu dem vorbekannten Verfahren wird also nicht das empfangene Ultraschallsignal ausgewertet, sondern es wird nur dessen Maximum zur Steuerung der Prüfkopfbewegung verwendet, während der eigentliche Meßwert ein oder mehrere Winkel sind, welche die ausgerichteten Meßköpfe mit einer Bezugsrichtung einschließen. Auf diese Weise werden zwei zueinander normal liegende Winkelkomponenten des Kristallorientierungswinkels bestimmt. Da die erzielbaren Intensitätsmaxima sehr steil sind, läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine sehr genaue quantitative Winkelbestimmung durchführen.

Auf demselben erfinderischen Prinzip der Bewegung der Prüfköpfe in Abhängigkeit gemessener Intensitätsmaxima beruht ein Verfahren zur Ermittlung von Korngrenzen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Prüfköpfe relativ zum Prüfkörper um eine Achse gedreht werden, bis sich ein Intensitätsmaximum einstellt, anschließend eine lineare Bewegung bis zum Abfall der Intensität erfolgt und anschließend um eine dazu senkrechte Achse gedreht werden, bis sich wieder ein Intensitätsmaximum einstellt. Auf diese Weise wird also die Größe des Korngrenzenwinkels der Rotationsebene direkt ermittelt.

Beide erfindungsgemäßen Verfahren können vorteilhafterweise kombiniert werden. Der besondere Vorteil ist darin zu sehen, daß eine automatische und quantitative Auswertmöglichkeit hoher Genauigkeit und Meßgeschwindigkeit erzielbar ist.

Schließlich ist ein weiteres Verfahren, welches nach dem erfinderischen Prinzip arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß zur Identifikation von Fremdkörpern die Prüfköpfe relativ zum Prüfkörper derart bewegt werden, daß eine zeilenförmige Abtastung des Prüfteils in der Orientierung maximaler Echointensität erfolgt. Mit diesem Verfahren wird also das Vorliegen von Körnern abweichender Orientierung im Prüfkörper identifiziert.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch den Aufbau der Meßvorrichtung. Es ist ein Tauchbecken 12 gezeigt, das mit Wasser als Koppelmedium gefüllt ist. Ein Prüfkörper 1 in Form einer Einkristall- Turbinenschaufel ist mittels einer Klemmvorrichtung 13 fest im Tauch­ becken 12 angebracht. Ein Sendeprüfkopf 2 und ein Empfangsprüfkopf 3 sind mittels einer mechanischen Halterung 4 zueinander ausgerichtet angeordnet. Die Halterung 4 ist mittels eines nicht näher dargestell­ ten Goniometers 5 in sechs Freiheitsgraden bewegbar.

Mittels eines Pulsgenerators 7 wird ein Triggersignal erzeugt, das durch Schaltung eines Ultraschallsendeimpulses und zur Aktivierung eines Empfangsteiles 8 benutzt wird. Der vom Pulsgenerator 7 getrig­ gerte Ultraschallsender 6 erzeugt ein Signal, das mittels der Leitung 14a einen Sendeprüfkopf 2 beaufschlagt. Das Ultraschallsignal durch­ quert das Koppelmedium (Wasser), den Prüfkörper 1 und wird vom Emp­ fangsprüfkopf 3 aufgenommen. Mittels der Leitung 14b gelangt das Sig­ nal in den Empfänger 8 mit gekoppelten Hochfrequenzverstärker. Ein Oszilloskop 9 dient zur optischen Darstellung des Intensitätsverlaufes und eine Torschaltung 10 mit Laufzeitmeßeinrichtung ermittelt die Ultraschallaufzeit.

Eine Steuereinheit 11 zur Regelung des Goniometers kann wahlweise entweder von Hand mittels des Eingabeteils 15 oder durch Auswertung der Signale aus dem Empfänger 8 und der Torschaltung 10 angesteuert werden. In letzterem Fall erfolgt eine vollautomatische Bestimmung der gewünschten Daten. Je nach Meßprogramm kann die Orientierung, die Ermittlung von Korngrenzen oder die Identifikation von Fremdkörpern erfolgen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Bestimmung der Kristallstruktur eines kristallinen Prüfkörpers mittels von einem Sendeprüfkopf ausgestrahlten und von einem Empfangsprüfkopf empfangenen Ultraschallwellen, wobei der Sendeprüfkopf und der Empfangsprüfkopf zueinander ausgerichtet in einem flüssigen Medium eingetaucht sind und zusammen relativ zum Prüfkörper räumlich bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristallorientierungswinkel dadurch bestimmt wird, daß die Prüfköpfe relativ zum Prüfkörper gedreht werden, bis sich ein Intensitätsmaximum einstellt, und anschließend um eine dazu senkrechte Achse gedreht wird, bis sich erneut ein Intensitätsmaximum einstellt.

2. Verfahren zur Bestimmung der Kristallstruktur eines kristallinen Prüfkörpers mittels von einem Sendeprüfkopf ausgestrahlten und von einem Empfangsprüfkopf empfangenen Ultraschallwellen, wobei der Sendeprüfkopf und der Empfangsprüfkopf zueinander ausgerichtet in einem flüssigen Medium eingetaucht sind und zusammen relativ zum Prüfkörper räumlich bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung von Korngrenzen die Prüfköpfe relativ zum Prüfkörper um eine Achse gedreht werden, bis sich ein Intensitätsmaximum einstellt, anschließend eine lineare Bewegung bis zum Abfall der Intensität erfolgt und anschließend um eine dazu senkrechte Achse gedreht werden bis sich wieder ein Intensitätsmaximum einstellt.

3. Verfahren zur Bestimmung der Kristallstruktur eines kristallinen Prüfkörpers mittels von einem Sendeprüfkopf ausgestrahlten und von einem Empfangsprüfkopf empfangenen Ultraschallwellen, wobei der Sendeprüfkopf und der Empfangsprüfkopf zueinander ausgerichtet in einem flüssigen Medium eingetaucht sind und zusammen relativ zum Prüfkörper räumlich bewegt werden dadurch gekennzeichnet, daß zur Identifikation von Fremdkörpern die Prüfköpfe relativ zum Prüfkörper derart bewegt werden, daß eine zeilenförmige Abtastung des Prüfteils in der Orientierung maximaler Echointensität erfolgt.