DE4222419A1 - Ultraschallwandler-Anordnung zur Ultraschallprüfung von Tandemfehlern - Google Patents
Ultraschallwandler-Anordnung zur Ultraschallprüfung von TandemfehlernInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschallwandler-An
ordnung zur Ultraschallprüfung von Tandemfehlern in einem
Prüfling nach dem Wellenumwandlungsprinzip.
In einem Werkstück befindliche Rißfehler, die senkrecht
zur Oberfläche des Werkstücks verlaufen, werden als Tan
demfehler bezeichnet. Eine Ultraschallprüfung nach einem
Impuls-Echoverfahren, bei dem der Schallweg des gesendeten
Ultraschallimpulses mit dem Schallweg des empfangenen
Ultraschallimpulses zusammenfällt, ist bei solchen Fehlern
nicht möglich. Zur Ultraschallprüfung von Tandemfehlern
sind Impuls-Echo-Verfahren notwendig, bei denen der
Schallweg des Echosignals anders verläuft als der Schall
weg des Sendesignals. Bei der Ultraschallprüfung nach dem
Wellenumwandlungsprinzip werden dabei zusätzlich Effekte
ausgenutzt, die sich durch eine Umwandlung des Schwin
gungsmodus bei der Reflexion am Fehler ergeben.
Aus "Materialprüfung 30 (1988), 3, Seiten 73 bis 76" ist
ein Prüfkopf bekannt, der nach der sogenannten Long-Long-
Trans-Technik arbeitet. Bei dieser LLT-Technik wird von
einem im Prüfkopf angeordneten als Sender betriebenen
Ultraschallwandler eine longitudinale Ultraschallwelle in
dem Prüfling eingeschallt, an der Rückseite des Prüflings
als Longitudinalwelle reflektiert und am Tandemfehler
unter Umwandlung in eine Transversalwelle reflektiert und
von einem in demselben Prüfkopf angeordneten Empfangswand
ler erfaßt.
Die Tiefenlage der mit einem solchen Prüfkopf erfaßbaren
Fehler hängt jedoch vom Einschallwinkel ab, unter dem die
vom Sendewandler emittierte Longitudinalwelle in den Prüf
ling eingekoppelt wird. Dabei nimmt die Tiefenlage der
Empfindlichkeitszone des Prüfkopfes mit wachsendem Ein
schallwinkel zu.
Die bekannten Prüfköpfe sind jeweils nur in einem Teil des
zu untersuchenden Dickenbereichs empfindlich. Um bei
dickwandigen Prüflingen im gesamten Dickenbereich Tandem
fehler prüftechnisch erfassen zu können, ist es beispiels
weise aus "Materialprüfung 30 (1988) 10, S. 333 bis 338"
bekannt, den gesamten Dickenbereich in drei Empfindlich
keitszonen aufzuteilen. Eine Prüfung erfordert dann zeit
lich aufeinanderfolgende Messungen mit drei unterschied
lichen Prüfköpfen, deren Einschallwinkel unterschiedlich
sind und beispielsweise 7,5°, 22° und 42° betragen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Ultra
schallwandler-Anordnung zur Ultraschallprüfung von Tandem
fehlern in einem Prüfling nach an dem Wellenumwandlungs
prinzip anzugeben, deren Empfindlichkeitsbereich ver
größert ist, und die eine Prüfung dicker Werkstücke ohne
Prüfkopfwechsel ermöglicht.
Die genannte Erfindung wird gelöst mit den Merkmalen des
Patentanspruches 1. Da in einem Prüfkopf mehrere Ultra
schallwandler angeordnet sind, die wenigstens zwei für
unterschiedliche Tiefenbereiche empfindliche Sender-
Empfänger-Kombinationen bilden, kann ohne Prüfkopfwechsel
ein größerer Dickenbereich des Prüflings erfaßt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich gemäß der Unteransprüche.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Aus
führungsbeispiele der Zeichnung verwiesen, in deren
Fig. 1 eine Ultraschallwandler-Anordnung gemäß der Er
findung schematisch veranschaulicht ist.
Fig. 2 und 3 zeigen eine vergrößerte schematische Dar
stellung eines Prüfkopfes in einer Seitenansicht bzw.
einer Draufsicht und in
Fig. 4 ist die Amplitude des Empfangssignals für unter
schiedliche Sender-Empfänger-Kombinationen gegen die Tiefe
eines Testfehlers aufgetragen.
Entsprechend Fig. 1 ist ein Prüfkopf 2 an die Oberflä
che eines Prüflings 4 angekoppelt. Der Prüfkopf 2 enthält
eine Ultraschallwandler-Anordnung mit drei Ultraschall
wandlern 22, 24 und 26, deren in der Figur im Schnitt
schematisch dargestellte Sende- oder Empfangsflächen
unterschiedlich zur Oberfläche des Prüflings 4 geneigt
sind. Der Ultraschallwandler 22 ist als Sender betreibbar,
während die Ultraschallwandler 24 und 26 als Empfänger
vorgesehen sind.
Der Ultraschallwandler 22 koppelt unter einem Winkel Φ0
von etwa 60° transversale Ultraschallwellen 10 in den
Prüfling 4 ein. In der Figur ist die Einhüllende des vom
Ultraschallwandler 22 emittierten Wellenbündels 10 darge
stellt, dessen Mittenstrahl oder Schallachse den Winkel Φ0
zur Oberflächennormale des Prüflings 4 einschließt.
In der Figur sind außerdem zwei unterschiedliche
Empfindlichkeitsbereiche 6 und 8 eingetragen, die sich in
unterschiedlicher Tiefe t im Prüfling befinden. Ein bei
spielsweise im Tiefenbereich 6 befindlicher Tandemfehler
62 bewirkt eine Reflexion eines Teils der vom Ultraschall
wandler 22 gesendeten Ultraschallwellen 10 unter Umwand
lung von Transversalwellen in Longitudinalwellen. An der
dem Prüfkopf 2 gegenüberliegenden Rückwand des Prüflings 4
werden diese Longitudinalwellen erneut reflektiert und vom
Ultraschallwandler 24, der mit seiner maximalen Empfangs
empfindlichkeit zum Empfangen von Longitudinalwellen 12
eingestellt ist, die sich unter einem Winkel Φ1 von etwa
17° im Prüfling 4 ausbreiten. Mit dem Ultraschallwandler
24 werden alle Tandemfehler 62 erfaßt, die sich im Tiefen
bereich 6 befinden.
Der als Empfänger betriebene Ultraschallwandler 26 ist zum
Empfangen von Longitudinalwellen 14 unter einem Winkel
von etwa 38° eingestellt und empfängt die unter Wellenum
wandlung an im Tiefenbereich 8 an Tandemfehlern 82 reflek
tierten Ultraschallwellen.
Die Einstellung der Winkel Φ0, Φ1 und Φ2 ist an den Werk
stoff und die verwendete Prüffrequenz anzupassen.
Anstelle einer Kombination eines Senders mit zwei Empfän
gern ist auch eine Kombination aus zwei Sendern und einem
Empfänger möglich. Dazu ist es nur erforderlich, die
Ultraschallwandler 24 und 26 als Sender und den Ultra
schallwandler 22 als Empfänger zu betreiben.
In der vergrößerten Darstellung gemäß Fig. 2 ist zu er
kennen, daß die Schallachsen der Ultraschallwandler 22 und
26 die Koppelfläche 28 des Prüfkopfes 2 praktisch im glei
chen Punkt durchstoßen, während der Durchstoßungspunkt der
Schallachse des Ultraschallwandlers 24 vom Durchstoßungs
punkt der Schallachse des Ultraschallwandlers 22 räumlich
getrennt ist.
Dadurch ist eine zusätzliche Verlagerung des empfindlichen
Tiefenbereiches 8 in die Tiefe des Werkstückes ermöglicht.
In Fig. 3 ist zu erkennen, daß die Ankoppelfläche 28 und
die Sende- und Empfangsflächen der Ultraschallwandler 22
bzw. 24, 26 rechteckig sind. Als vorteilhafte Abmessungen
haben sich für die Ankoppelfläche 28 38 mm × 20 mm, für
die Sendefläche des Sendewandlers 22 8 mm × 10 mm und für
die Empfangsfläche der Empfangswandler 24 und 26
9 mm × 10 mm ergeben.
In Fig. 4 ist die auf maximales Echosignal normierte
Echohöhe E in dB gegen die Tiefe t eines in einem flachen
Prüfling aus austenitischem Stahl mit einer Dicke von
140 mm für die Sender-Empfänger-Kombination 22/24 und die
Sender-Empfänger-Kombination 22/26 aufgetragen. Die Prüf
frequenz betrug 2 MHz und als Testfehler wurden Kreis
scheibenreflektoren mit einem Durchmesser von 10 mm ver
wendet. In der Figur ist zu erkennen, daß praktisch der
gesamte Dickenbereich mit einem einzigen Prüfkopf prüf
technisch erfaßt werden kann.
Claims (5)
1. Ultraschallwandler-Anordnung zur Ultraschallprüfung
von Tandemfehlern in einem Prüfling (4) nach dem Wellen
umwandlungsprinzip, mit mehreren in einem Prüfkopf (2)
angeordneten Ultraschallwandlern (22, 24, 26), die wenig
stens zwei für unterschiedliche Tiefenbereiche (6, 8)
empfindliche Sender-Empfänger-Kombinationen (22, 24 und
22, 26) bilden.
2. Ultraschallwandler-Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß drei
Ultraschallwandler (22, 24, 26) vorgesehen sind.
3. Ultraschallwandler-Anordnung nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß einem als Sender betreibbaren
Ultraschallwandler (22) mehrere als Empfänger betreib
bare Ultraschallwandler (24, 26) zugeordnet sind.
4. Ultraschallwandler-Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß mit
dem als Sender betreibbaren Ultraschallwandler (22)
Transversalwellen (10) unter einem Winkel von an
nähernd 60° in den Prüfling (4) einkoppelbar sind.
5. Ultraschallwandler-Anordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß einer
der als Empfänger betreibbaren Ultraschallwandler (24)
zum Empfangen von Longitudinalwellen (12) eingestellt ist,
die sich unter einem Winkel (Φ1) von annähernd 17° und ein
anderer der als Empfänger betreibbaren Ultraschallwandler
(26) zum Empfangen von Longitudinalwellen (14) eingestellt
ist, die sich unter einem Winkel annähernd (Φ2) von 38°
zur Oberflächennormalen im Prüfling (4) fortpflanzen.
Priority Applications (2)
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