SD_1_51 Welcher Prüfkopf für welchen Einsatz

(SV) sd 1 51 Welcher Prfkopf fr welchen Einsatz.doc 08.Sep-2005

KARL DEUTSCH Prf- und Messgertebau GmbH + Co KG x Otto-Hausmann-Ring 101 x D-42115 Wuppertal x Tel. (+49 -202) 71 92 - 0 x Fax (+49 -202) 71 49 32 x e-mail: [email protected] 1 von 19

Sonderdruck: SD 1/51

Die Qual der Wahl: Welcher Prfkopf frwelchen Einsatz?Sonderdruck aus

DACH Tagung 17.5. bis 19.5.2004 in Salzburg, sterreich

Eine Informationsschrift, zusammengestellt von

V. Schuster, M. Lach, M. Platte

ZusammenfassungAm Anfang steht die Frage: Welcher Prfkopf fr welchen Einsatz? Das ist die Frage, die sich der Anwenderstellt. Aus der Sicht des Anwenders gibt es ein paar Randbedingungen, die er sich selbst herausarbeiten kannund die Kenntnis dieser Randbedingungen fhrt ihn zu dem richtigen Prfkopftyp. In manchen Fllen,besonders bei der Wahl der richtigen Prffrequenz, kann auf einen kleinen Vorversuch bzw. auf einAusprobieren nicht verzichtet werden. Dies fhrt schlielich zu einem Entscheidungsbaum, der den Anwenderdie Wahl des richtigen Prfkopfes deutlich erleichtert. Dieser Entscheidungsbaum deckt zwar die wichtigstenFragestellungen ab, sollte aber flexibel gehandhabt werden, um somit das individuelle Prfproblem optimallsen zu knnen.

Bei der automatisierten Ultraschallprfung treten noch weitere Fragen in den Vordergrund, welche dieberdeckung des Prfvolumens, die Nachweisgrenze und die Prfgeschwindigkeit betreffen. Da es sich bei derautomatisierten Ultraschallprfung meistens um grere Prfanlagen handelt, werden hier dem Anwender dierichtige Wahl der Prfkpfe vom Hersteller abgenommen, der auch das notwendige Prfkonzept entwickelt, umso das Optimum von berdeckung, Nachweisgrenze und Prfgeschwindigkeit zu erzielen. Am Beispiel einerautomatisierten Stangenprfung konnte gezeigt werden, wie bei einer hohen Durchlaufgeschwindigkeit eine100%ige berdeckung sowie eine hohe Prfempfindlichkeit mit Hilfe geeigneter Prfkpfe und Prftechnikenerreichbar ist.




Die Qual der Wahl: Welcher Prfkopf fr welchen Einsatz?Volker Schuster, Michael Lach, Michael Platte, KARL DEUTSCH Prf- und Messgertebau GmbH + Co KG,Wuppertal

1 EinleitungBei der Herstellung von Prfkpfen fr die Zerstrungsfreie Prfung mit Ultraschall, werden unterschiedlicheMaterialien verwendet. Diese Materialien sind im Wesentlichen keramische piezoelektrische Materialien,Polyvinylidenfluorid (eine piezoelektrische Kunststofffolie) und Piezo-Composite (ein Verbund aus Epoxidharzund piezokeramischem Material). Zu den keramischen Materialien zhlen unter anderen Bleizirkonattitanat (PZT),Bleititanat (PT) und Bleimetaniobat (PMN), wobei hier nur die wichtigsten genannt sind. Aufgrund der teilweisesehr speziellen Materialeigenschaften, ergeben sich bereits fr diese Schwingermaterialien die jeweils besonderenEinsatzgebiete des daraus hergestellten Prfkopfes. Aber nicht nur die Materialeigenschaften legen dieEinsatzgebiete fest, sondern auch weitere Einflussgren wie die Prffrequenz, die Bedmpfung des Schwingersund die Schwingerabmessungen. Dies muss alles bei der Herstellung der Prfkpfe (Sensoren fr dieUltraschallprfung) bercksichtigt werden.

Der Prfer vor Ort hat nun die Qual der Wahl, wenn er aus einem Angebot aus mehreren hundert unterschiedlichenPrfkpfen den richtigen fr seine Prfaufgabe aussuchen soll. Diese Wahl wird dem Prfer auch nicht wesentlicherleichtert, wenn ihm das Datenblatt eines Prfkopfes in die Hand gegeben wird. Hier werden die Abmessungenund die technischen Daten (Mittenfrequenz, Bandbreite,...) aufgelistet, jedoch nicht fr welchen Einsatz dieserPrfkopf geeignet ist. Darber hinaus wird meistens verschwiegen, welches Schwingermaterial fr den Bau desPrfkopfes herangezogen wurde.

Aus diesem Grund, soll hier dargestellt werden, wie von der Anwendung ausgehend auf den richtigen Prfkopfgeschlossen werden kann. Zunchst mssen jedoch einige wichtige Grundbegriffe geklrt werden.

2 UltraschallerzeugungEs gibt viele Methoden der Ultraschallerzeugung, jedoch hat sich fr die zerstrungsfreie Prfung in dem typischenFrequenzbereich eine Methode dominierend durchgesetzt. Grundlage fr die praktische Erzeugung von Ultraschallist der Piezoelektrische Effekt (griech. piezo... = Druck...), der im 19. Jahrhundert am Quarz entdeckt wurde: Wirdein aus einem natrlichen Quarzkristall herausgeschliffenes Plttchen mechanisch zusammengepresst oder gedehnt,so entstehen an seiner Oberflche elektrische Ladungen, die bei Metallisierung dieser Oberflchen gesammelt undals elektrische Spannung gemessen und weiterverarbeitet werden knnen (direkter piezoelektrische Effekt). DieserEffekt ist umkehrbar: Legt man eine elektrische Spannung an die metallisierten Oberflchen, so zieht sich derKristall in Abhngigkeit von der Polaritt der Spannung zusammen oder dehnt sich aus (indirekterpiezoelektrischer Effekt), Bild 1. Der gleiche Kristall lsst sich damit sowohl zur Erzeugung als auch zum Empfangvon Ultraschall verwenden [2], [4], [7].

Wird von auen ein kurzer elektrischer Impuls auf das piezoelektrische Material gegeben, dann schwingt dieses mitseiner Resonanzfrequenz fr. Dies ist vergleichbar mit dem Glockenschlag in einem Kirchturm. So lange die Glockefrei hngt schwingt sie in ihrer Resonanzfrequenz und wird nur langsam leiser. Wird sie bedmpft, wird sieschneller leiser. Die Resonanzfrequenz wird im Wesentlichen von den Abmessungen der Glocke bestimmt. Diegleichen Eigenschaften zeigt auch das piezoelektrische Material. Unbedmpftes Material schwingt lange nach(sendet lange Ultraschallsignale aus), ein bedmpftes klingt schneller ab und die Resonanzfrequenz wirdhauptschlich von der Materialdicke d bestimmt, Bild 2.




++++++++- - - - - - - -

0

+++++- - - - - 0

Ursache Wirkung

direkter piezo-

elektrischer Effekt

umge-kehrter piezo-

elektrischer Effekt

Druck-beanspruchung

des KristallsZugbe-

anspruchung des Kristalls

positive elektrische Spannungnegative

elektrische Spannung

positive elektrische Spannung

negative elektrische Spannung

Ausdehnung des Kristalls

Zusammen-ziehung des

Kristalls

Bild 1: Ursache und Wirkung beimpiezoelektrischen Effekt.

+

-d

elektrischer Impuls

Dickenschwinger

Scherschwinger

Bild 2: Ultraschallanregung

3 SchwingermaterialEbenso wie es unterschiedliche Methoden zur Ultraschallerzeugung gibt, existieren auch verschiedene Materialiendie einen piezoelektrischen Effekt aufweisen. Neben einigen keramischen Materialien gibt es auch eine spezielleKunststofffolie (PVDF = Polyvinylidenfluorid) sowie Piezo-Composite, die ebenfalls piezoelektrisch sind. Hierbeisollten jetzt nur die anwendungstechnisch wichtigsten genannt sein [5], [6].

3.1 Keramische Piezo-Materialien

Bei den keramischen Piezo-Materialien haben sich Bleizirkonattitanat (PZT), Bleititanat (PT) und Bleimetaniobat(PbNb2O6) bei dem Bau von Prfkpfen durchgesetzt, Bild 3. Ohne jetzt zu tief in die technischen Details zugelangen, sollen hier nur die wesentlichen und prgenden Eigenschaften dieser Materialien genannt werden:

Bleizirkonattitanat hat einen hohen Kopplungsfaktor. Dies bedeutet, dass viel Schallenergie in das zuuntersuchende Bauteil eingeleitet und von dort auch wieder aufgenommen werden kann. Daher wird PZT meistfr Prfkpfe verwendet, die ein schmalbandiges Frequenzspektrum und eine hohe Empfindlichkeit haben.

Bleititanat hat eine sehr geringe Querkopplung. Damit wird die meiste Schallenergie mit derDickenschwingung erzeugt und nur ein geringer Teil geht durch strende Querschwingungen verloren. Dahereignet sich diese Keramik besonders fr den Bau kleiner Prfkpfe mit kleinen Schwingern.

Bleimetaniobat hat einen Schallwellenwiderstand (Z), der niedriger als bei PZT ist und sehr nahe bei gutenDmpfungsmaterialien liegt. Damit lsst sich Bleimetaniobat gut bedmpfen. Eingesetzt wird Bleimetaniobatdaher fr Stowellenprfkpfe die einen uerst kurzen Ultraschallimpuls aussenden. Diese Prfkpfe findenihre Verwendung bei der Wanddickenmessung (gute Tiefenauflsung) und bei der Prfung schallstreuenderMaterialien.




3.2 Polyvinylidenfluorid (PVDF)

Polyvinylidenfluorid (PVDF) ist eine Kunststofffolie und hat einen sehr kleinen Schallwellenwiderstand (Z), dervergleichbar mit dem von Wasser ist. Dies kommt einer Tauchtechnikprfung entgegen, Bild 4. Je hnlicher derSchallwellenwiderstand (auch akustische Impedanz genannt) des Schwingermaterials (PVDF) zu dem desPrfmediums (Wasser) ist, desto geringer sind die Reflexionsverluste an der bergangsschicht. Unter dieserVoraussetzung lsst sich ein hoher Schallenergieanteil in das Wasser einleiten.

Eine negative Eigenschaft ist die allgemein geringe Abstrahlung von Schallenergie im Vergleich zu denkeramischen Piezo-Materialien, womit PVDF fr eine Prfung in Kontakttechnik nicht empfindlich genug ist.Weitere Vorteile fr Prfkpfe mit PVDF-Schwingern ist die gute Formbarkeit (Folie) sowie die hohe Bandbreitezur Erzeugung von Stowellen.

Bild 3: Beispiele fr Prfkpfe mit keramischemPiezo-Material.

Bild 4: Beispiel fr einen PVDF Prfkopf.

3.3 Piezo-Composite

Bei Composite-Wandlern werden die Rume zwischen den piezoelektrischen Keramikstbchen mit Epoxidharzgefllt, Bild 5. Dieser Aufbau bewirkt einen insgesamt geringeren Schallwellenwiderstand als den des reinenkeramischen Piezo-Materials. Prfkpfe mit Piezo-Compositen eignen sich daher als Tauchtechnik-Prfkpfe(s. Bild 6) und zur Prfung von Kunststoffen. Daraus ergibt sich auch die hohe Empfindlichkeit fr SE- undWinkelprfkpfe (s. Bild 6), da hierbei meistens das Schwingermaterial an einen Plexiglas-Vorlauf angekoppeltwird. Aufgrund der geringeren Impedanz lassen auch sie sich gut bedmpfen, so dass auch Stowellenprfkpferealisierbar sind.

Diese Eigenschaften werden jedoch nur erreicht, wenn die Querabmessungen der Stbchen kleiner als dieWellenlnge des Ultraschalls sind. Da herstellungstechnisch hier eine Grenze gesetzt ist, wird die maximal nochmgliche Prffrequenz nach oben beschrnkt. Zur Zeit liegt die noch gut anwendbare Prffrequenz bei ca. 5 MHz,darber sind entweder die gnstigen Eigenschaften gegenber den konventionellen keramischen Piezo-Materialienkaum noch nennenswert oder der Aufwand zur Herstellung unwirtschaftlich hoch.

Schon anhand dieser unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen Schwingermaterialien wird deutlich, dassalle diese Materialien gewisse Anwendungsnischen belegen und somit fr bestimmte Aufgaben bestens geeignetsind.




Epoxidharz-Matrix

PZT-Stbchen

Bild 5: Piezo-Composite bestehen aus piezoelektrischenKeramikstbchen, deren Zwischenrume mitEpoxidharz gefllt sind.

Bild 6: Beispiele fr Prfkpfe mit Piezo-Composite.

4 PrfkopfeigenschaftenEinige Eigenschaften werden nicht durch das Schwingermaterial selbst, sondern durch die Bauform (z.B.Schwingerdicke, Schwingerdurchmesser, Bedmpfung) festgelegt. So ist - wie bereits erwhnt - die Prffrequenzdurch die Resonanzfrequenz fr und diese durch die Schwingerdicke d bereits fest vorgegeben. Das Schallfeldwiederum lsst sich aus dem Schwingerdurchmesser D (bei runden Schwingern), der Prffrequenz f und derSchallgeschwindigkeit c im Prfteil berechnen, Bild 7. Demnach wird das Schallfeld in Nah- und Fernfeldunterteilt. Im Nahfeld schnrt sich das Schallfeld noch etwas enger zusammen, whrend es im Fernfeldscheinwerferartig divergiert. Wie Bild 8 zeigt, ist der bergang zwischen Nah- und Fernfeld nicht so pltzlich wiein der Skizze (Bild 7) zu erkennen ist, sondern eher stetig. Dennoch beschreiben diese Formeln das Schallfeld rechtzuverlssig. Welchen Einfluss f, D und c auf die Schallfeldgeometrie haben, ist ebenfalls in Bild 8 zu erkennen [2],[4], [7].

N = f D2

4c cf D10%

c = Schallgeschwindigkeitf = Frequenz

= Wellenlnge= Divergenzwinkel (bei einem Abfall auf 10%)

D = Schwingerdurchmesser (oft wird auch D 0,95 D verwendet)

10%

eff ~

D

WerkstckSchwinger

Nahfeld N

10%

Fernfeld

Schalldruck p

100%50%10%

= c / f

Bild 7: Schallfeldgren und diefunktionalen Zu-sammenhnge.




S 12 W 2D = 12 mmf = 2 MHzc = 5920 m/s

S 12 W 1D = 12 mmf = 1 MHzc = 5920 m/s

S 24 W 2D = 24 mmf = 2 MHzc = 5920 m/s

S 12 W 2D = 12 mmf = 2 MHzc = 2730 m/s

(6 dB Farbabstufung / weie Linie = - 20 dB)

Bild 8: Einfluss von D, f und c aufdie Schallfeldgeometrie(Simulation).

Ein weiteres wichtiges Prfkopfmerkmal ist die Bandbreite bzw. die Ultraschallimpulslnge. Ein zeitlich langerUltraschallimpuls korrespondiert hierbei mit einem schmalen Frequenzspektrum (d.h. es tragen nur wenigFrequenzanteile zum Aufbau des Ultraschallimpulses bei) und umgekehrt korrespondiert ein kurzerUltraschallimpuls mit einem breiten Spektrum (d.h. viele Frequenzanteile bauen den zeitlich kurzen Impulsauf), Bild 9. Die Impulslnge wird hierbei im Wesentlichen durch die Bedmpfung des Schwingermaterialsfestgelegt. Da dieses Merkmal ebenfalls die Einsatztauglichkeit eines Prfkopfes fr eine bestimmte Prfaufgabenmit bestimmt, wird die Bandbreite in der Kennzeichnung des Prfkopfes - oft etwas versteckt - mit angegeben;zumindest im Datenblatt sollte die Angabe zur Bandbreite eingetragen sein.

Frequenz

Am

plitu

de

Frequenz

Am

plitu

de

Frequenz

Am

plitu

de

0 2 4 6 8 10

KARL DEUTSCH - ECHOGRAPH

0 2 4 6 8 10


0 2 4 6 8 10


langer Impuls ......................................... kurzer Impuls

schmalbandig .......................................... breitbandig

Bild 9: Ein langer Ultraschallimpulskorrespondiert mit einemschmalen Frequenzspektrum undumgekehrt korrespondiert einkurzer Impuls mit einem breitenSpektrum.

Wie wirkt sich nun die Bandbreite / Impulslnge auf das Prfergebnis aus?

Schmales Spektrum und lange Impulse:Fr diese Prfkpfe knnen die frequenzabhngigen Daten des Schallfeldes, wie Wellenlnge, Nahfeld undDivergenzwinkel, am genauesten angegeben werden. Das bedeutet, dass die reflektierte Echoamplitude einesidealisierten Reflektors (z.B. KSR = Kreisscheibenreflektor), der sich im Schallstrahl des Prfkopfes befindet, mitguter Przision berechnet werden kann. Daher eignen sich diese Prfkpfe besonders zur Bewertung derFehlergre nach dem AVG-Verfahren (Amplitude-Verstrkung-Gre), welches auf der theoretischenBerechnungsmethode derartiger Echoamplituden von Kreisscheibenreflektoren basiert.

Bei der Prfung schallschwchender Materialien ist die Schallschwchung fr hohe Frequenzen stets grer als frkleinere Frequenzen. Es kann daher zu einer Verschiebung des Frequenzmaximums kommen, wenn breitbandigePrfkpfe eingesetzt werden. Bei schmalbandigen Prfkpfen ist diese Verschiebung allerdings minimal, so dass




die Prffrequenz unabhngig vom Werkstoff als konstant angesehen werden kann. Aufgrund der langen Impulsesind die schmalbandigen Prfkpfe jedoch ungeeignet zur Wanddickenmessung.

Vergrerte Bandbreite und kurzer Impuls:

Diese Prfkpfe bieten einen guten Kompromiss zwischen den Forderungen einer hohen Auflsung und definierterPrffrequenz. Die Prffrequenz kann nur bedingt als konstant angesehen werden. Lediglich starkschallschwchende Materialien erzeugen daher eine Frequenzverschiebung und nderung der Bandbreite. Somit isteine AVG-Bewertung fr die meisten Materialien noch mglich. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit werden diesePrfkpfe auch standardmig eingesetzt.

Extrem groe Bandbreite und Stoimpuls:Prfkpfe mit diesen Eigenschaften bieten eine optimale Auflsung und eignen sich daher insbesondere zurprzisen Wanddickenmessung. Die Schallfeldgren lassen sich jedoch nicht mehr mit den Standardformelnberechnen (s. Bild 7), so dass eine AVG-Bewertung nicht mglich ist. Zustzlich zeigen diese Prfkpfe bei derPrfung schallschwchender Materialien auch deutliche Verschiebungen des Frequenzmaximums.

Bei der Prfung schallstreuender Bauteile (Grauguss, austenitische Schweinhte, etc...) ist im A-Bild einRauschuntergrund (Grasanzeigen) zu erkennen. Dieser Rauschuntergrund basiert auf der Interferenz vieler imBauteil gestreuter Schallanteile, der umso hher ausfllt, je lnger der Ultraschallimpuls ist (bei einem langenImpuls werden mehr Streuzentren erfasst). Die Echoamplitude einer einzelnen Fehlstelle hngt dagegen nurunwesentlich von der Ultraschallimpulslnge ab. Daher zeigen Stoimpulsprfkpfe einen hheren Signal-Rausch-Abstand als Standardprfkpfe, d.h. Fehleranzeigen sind deutlicher vom Streuuntergrund unterscheidbar.

5 Prfkopfauswahl aufgrund der AnwendungssituationDie richtige Wahl des Prfkopfes hngt im Wesentlichen von den folgenden Faktoren bzw. Gegebenheiten ab:

Prfaufgabe Ankoppeltechnik Werkstoff Fehlerart, -lage und -orientierung Bauteilabmessungen erwartete FehlergreIn einigen Fllen reicht schon die Bercksichtigung eines dieser Punkte um den notwendigen Prfkopf eindeutig zuidentifizieren, in den meisten Fllen mssen jedoch mehrere Punkte in die Prfkopfwahl mit einbezogen werden.Diese Liste ist sicherlich nicht vollstndig, deckt jedoch die meisten Fragestellungen, die bei der Wahl desPrfkopfes gestellt werden, ab.

5.1 Prfaufgabe

Fehlstellensuche:Zur Suche von Fehlstellen eignen sich grundstzlich alle Prfkpfe. Hier erfolgt keine Einschrnkung.

Fehlerbewertung aufgrund der reflektierten Amplitude (AVG-Methode):Bei Fehlstellen, die kleiner als der Schallfelddurchmesser sind, kann die Fehlerbewertung nur durch Auswertungder Echoamplitude erfolgen. Ein hierbei oft genutztes Verfahren ist die AVG-Methode. Um vergleichbareErgebnisse zu erhalten ist eine Prfung bei einer definierten Prffrequenz notwendig. Ein Prfkopf mit schmalemSpektrum wre daher ideal, es knnte jedoch noch auf einen mit vergrerter Bandbreite zurckgegriffen werden.

Schweinahtprfung:Aufgrund der Schweinahtberhhung ist es in den meisten Fllen nicht mglich, einen Senkrechtprfkopf direktauf die Schweinaht aufzusetzen. Daher wird ein Winkelprfkopf genutzt. Je nach Schweiflankenvorbereitungund erwarteter Fehlerorientierung kommen unterschiedliche Einschallwinkel zum Einsatz. Gebruchliche Winkelsind: 35, 45, 60, 70 und 80. Zum Nachweis von Flankenbindefehlern eignet sich besonders - aufgrund desWinkels der Nahtvorbereitung - ein 60 Winkelprfkopf (s. Bild 10). Hierbei muss jedoch beachtet werden, dass




mit diesem Prfkopf Risse, die Senkrecht von der Oberflche ausgehen, nicht oder nur unzureichend nachweisbarsind. Schuld daran ist die nahezu vollstndige Wellenumwandlung einer Transversalwelle in eineLongitudinalwelle beim Auftreffen unter 30 auf eine Wandung (s. Bild 11). Sollen derartige Risse ebenfallsnachgewiesen werden, muss eine zweite Prfung unter einem anderen Winkel erfolgen (z.B. 45 oder 70).

x

aa`

t1 dsWerk-stck

6060

long

30

trans30

60 long30

trans

Bild 10: Flankenbindefehler mit einem 60Winkelprfkopf.

Bild 11: Kein Winkelspiegeleffekt bei einem 60Winkelprfkopf.

Wanddickenmessung:

Zur Wanddickenmessung oder aber auch zur exakten Lagebestimmung einer Fehlstelle kommen Prfkpfe miteinem mglichst kurzen Ultraschallimpuls (d.h. einer groen Bandbreite, s. Bild 9) zum Einsatz. Daher eignen sichfr eine Wanddickenmessung Stowellenprfkpfe (s. Bild 12, links) und ggf. auch Prfkpfe mit vergrerterBandbreite. Fr geringe Wanddicken empfiehlt sich zustzlich der Einsatz einer Vorlaufstrecke (Delay-Line,s. Bild 12, mitte). Die Ultraschallanregung eines Schwingers erzeugt ein relativ langes Nachschwingen undbersteuerungseffekte im angeschlossenen Empfangsverstrker. Die nicht prfbare Zone bei einem Prfkopf ohneVorlaufstrecke ist daher verhltnismig gro. Durch eine Vorlaufstrecke wird der Auswertebereich aus demBereich des Sendeimpulses herausgeschoben. Das Echosignal vom Ende der Vorlaufstrecke erzeugt eine deutlichkleinere nicht prfbare Zone, so dass auch dnne Bauteile noch gut prfbar sind.

Durch die Trennung von Sende- und Empfangsschwinger bei SE-Prfkpfen (s. Bild 12, rechts) erzeugen diese imA-Bild weder einen Sendeimpuls noch ein Echosignal von der Vorlaufstrecke. Bis auf ein vernachlssigbaresberkoppelecho sind strende Signale, die das Nutzsignal berdecken knnen, somit ausgeschlossen. Allerdingshaben SE-Prfkpfe den Nachteil, dass sie aufgrund des Zweischwinger-Systems eine tote Zone direkt nach demEintritt ins Bauteil haben, die den Nachweis von Reflektoren beliebig dicht unter der Oberflche verbietet(s. Bild 13).

Bild 12: Stowellenprfkopf (links), Stowellenprfkopf mit Vorlaufstrecke (mitte) und SE-Prfkopf (rechts)sind zur Wanddickenmessung geeignet.




tote Zone maximale

Empfindlichkeit

tote Zone

kleiner Dachwinkel groer Dachwinkel

tote ZoneTiefe

Em

pfin

dlic

hkei

t

kleiner Dachwinkel

groer Dachwinkel

Bild 13: Empfindlichkeitsverlauf und toteZone vor einem SE-Prfkopf.

5.2 Ankoppeltechnik

Grob unterschieden werden kann bei der Ankoppeltechnik zwischen Hand- und Tauchtechnikprfung. Bei derHandprfung wird der Prfkopf direkt mit dem Bauteil in Kontakt gebracht, whrend bei der Tauchtechnikprfungder Ultraschall fast immer ber eine lngere Vorlaufstrecke (Wasser, l, etc...) in das Bauteil eingeleitet wird. Dadie Tauchtechnik ein berhrungsloses Verfahren ist, eignet es sich insbesondere fr die automatisierteUltraschallprfung und findet auch dort die wichtigsten Einsatzgebiete.

Fr die richtige Wahl der Prfkpfe bedeutet dies: wenn eine Handprfung vorgesehen ist, sollte in direktemKontakt geprft und dementsprechend ein Handprfkopf (s. Bild 14, mitte und rechts) ausgewhlt werden. Fr eineautomatisierte Prfung ist das Tauchtechnikverfahren zu bevorzugen und somit fllt die Wahl auf einenTauchtechnikprfkopf (s. Bild 14, links).

Tauchtechnikprfkpfe Senkrecht-Handprfkpfe Winkel-Handprfkpfe

Bild 14: Prfkpfe zur Tauchtechnik- (links) und Handprfung (mitte und rechts)




5.3 Werkstoff

Der Werkstoff selbst hat zwei Eigenschaften, die fr die praktische Prfung relevant sind: dieSchallgeschwindigkeit und die Schallschwchung.

5.3.1 Schallgeschwindigkeit

Nach dem Gesetz von Snellius hngt der Einschallwinkel (bzw. die Brechung der Schallstrahlen an einerGrenzflche) von der Schallgeschwindigkeit im Werkstoff ab [2], [4], [7]. Standard-Winkelprfkpfe geben denEinschallwinkel in Stahl (Schallgeschwindigkeit = 3255 m/s) an. Wird ein anderer Werkstoff geprft (z.B.Aluminium oder Kunststoff) muss der Einschallwinkel entsprechend umgerechnet werden.

(1)sin(1)

c1 = sin(2)

c2 (Gesetz von Snellius)

mit: i = Einschallwinkel zur Welle ici = Schallgeschwindigkeit zur Welle i

5.3.2 Schallschwchung

Bei der Schallschwchung wird zwischen den zwei Mechanismen Absorption und Streuung unterschieden.

Schallabsorption:Die Schallabsorption ist die Umwandlung von Schallenergie in eine andere Energieform (Wrme). Durch dieseUmwandlung wird das Nutzsignal schwcher und im Extremfall stt diese Schwchung schlielich an dieVerstrkungsgrenzen des benutzten Ultraschallgertes. Dies geschieht bei den meisten Materialien erst bei lngerenSchalllaufwegen und ist daher fr dickere Bauteile relevant. Da die Absorption mit der Prffrequenz ansteigt, kanndiesem Effekt durch Verringerung der Prffrequenz entgegengewirkt werden.

Die Absorption tritt bei allen Werkstoffen auf, kann jedoch bei den meisten Metallen vernachlssigt werden. Nichtvernachlssigbar ist die Absorption bei Kunststoffen (Plexiglas, Polyethylen, Polypropylen,...).

Whrend dnnwandige Kunststoffe noch recht gut prfbar sind, bedeutet dies fr die Prfkopfwahl dickererBauteile, dass ein Prfkopf mit einer niedrigen Prffrequenz zum Einsatz kommt. Meistens reichen 1 - 2 MHz,abhngig von der Bauteildicke muss teilweise auch auf eine geringere Prffrequenz ausgewichen werden. Darberhinaus ist auch der Einsatz eines Prfkopfes mit einer hohen Empfindlichkeit bzw. groem Kopplungsfaktor(z.B. Bleizirkonattitanat PZT oder Piezo-Composite) vorteilhaft.

Schallstreuung:

Schallstreuung tritt beispielsweise an den Korngrenzen eines Metallgefges, der Stengelkristallstrukturaustenitischer Schweinhte und den Graphiteinschlssen in Gusswerkstoffen auf. An jedem Streuzentrum werdengeringe Anteile des Schalls in eine beliebige Raumrichtung gestreut (reflektiert) und stehen somit dem Nutzsignalnicht mehr zur Verfgung, d.h. der Schallstrahl wird geschwcht (s. Bild 15). Die an diesen Streuzentren gestreutenSchallanteile knnen zum Teil auch wieder zum Empfangsprfkopf gelangen und erzeugen so im A-Bild einenStreuuntergrund [4], [8].

Die Schallschwchung aufgrund dieses Streumechanismus wchst berproportional mit der Prffrequenz (d.h. eineVerdoppelung der Prffrequenz kann eine 4-fach oder 8-fach hhere Schallschwchung bedeuten). Auerdemerhht sich auch der Streuuntergrund mit einer Frequenzanhebung. Das Signal-zu-Rausch-Verhltnis wird somit imdoppelten Mae bei einer Frequenzanhebung verschlechtert (s. Bild 15). Die Wahl eines Prfkopfes mit einerhheren Empfindlichkeit zeigt hierbei keine positive Wirkung, da hierdurch das Signal-zu-Rausch-Verhltnis nichtverbessert wird, schlielich werden nicht nur die Nutzsignale sondern auch die Streuanteile empfindlichernachgewiesen.

Folgende Manahmen knnen ergriffen werden, um das Signal-zu-Rausch-Verhltnis zu verbessern; dieseManahmen sollten auch bei der Wahl des Prfkopfes bercksichtigt werden:




Benutzung eines Stowellenprfkopfes mit niedriger Prffrequenz (z.B. 0,3 - 1,3 MHz). Mit einer Stowellewerden nur wenige Streuzentren mit einem Impuls erfasst. Entsprechend geringer ist der Streuuntergrund.

Benutzung eines fokussierenden bzw. SE-Prfkopfes. Hierdurch wird ebenfalls die Zahl der in einem Impulserfassten Streuzentren gering gehalten und somit der Rauschuntergrund verringert.

Einsatz von Longitudinalwellen bei Winkelprfkpfen. Aufgrund des greren Wellenlnge ist dieSchallschwchung der Longitudinalwellen geringer als die der Transversalwellen (bei gleicher Prffrequenz).

Diese Manahmen knnen auch kombiniert werden. Z.B. der Prfkopf WSEL 5.8/70 PB 4 (s. Bild 16) ist ein SE-Winkelprfkopf mit einem Einschallwinkel von 70 fr Longitudinalwellen.

ohneStreuung

mitStreuung

Streuung beihherer Frequenz

Bild 15: Schallstreuung und Frequenzeinfluss. Bild 16: WSEL 5.8/70 PB 4: SE-Winkelprfkopf mitLongitudinalwellen.

5.4 Fehlerart, -lage und -orientierung

Grundstzlich gilt die Aussage: Es kann kein Bauteil vollstndig mit Ultraschall geprft werden. Es knnenimmer ungnstige Umstnde auftreten, so dass ein Fehler bersehen wird. Insbesondere flchige Fehlstellenknnen ungnstig zum Schallstrahl orientiert sein und den Ultraschallimpuls in eine vllig andere Richtungreflektieren. Eine Prfung des Bauteils auf alle mglichen Fehlerorientierungen und Fehlerlagen wrde denPrfaufwand enorm in die Hhe treiben und somit unbezahlbar machen.

Daher sollte bereits vor der Prfung klar sein, welche Fehlertypen, welche Fehlerlagen und welche Orientierungenhauptschlich zu erwarten sind. Beeinflusst wird hierdurch hauptschlich der zu whlende Einschallwinkel desPrfkopfes.

5.4.1 Risse

Risse gehen meistens von der Oberflche aus und sollten daher auch mit Oberflchenprfverfahren(Magnetpulverrissprfung, Eindringprfung) und nicht mit einer Ultraschallprfung nachgewiesen werden.Ausnahme sind Risse an unzugnglichen Bauteiloberflchen und in Schweinhten (s. Bild 10). In diesen Fllenwird auch oft die Ultraschallprfung genutzt. Je nach Lage und Orientierung ist ein Winkelprfkopf mitgeeignetem Einschallwinkel zu whlen. Hierbei ist zu bercksichtigen, dass mit einem Einschallwinkel von 60bzw. 30 (in Stahl) Risse, die senkrecht von der Oberflche ins Material einlaufen, nicht nachweisbar sind (keinWinkelspiegeleffekt, s. Bild 11). Gngige Einschallwinkel in Stahl sind 35, 45, 60, 70 und 80 (selten 90).

5.4.2 Einschlsse

Kugel- bzw. blasenfrmige Einschlsse ohne ausgeprgte Orientierung knnen mit Senkrecht- aber auch mitWinkelprfkpfen nachgewiesen werden. Ist ein Winkelprfkopf nicht zwingend erforderlich, ist einSenkrechtprfkopf zu benutzen.




5.4.3 Flchige Fehler

Flchige verdeckte Fehlstellen, die keine (Oberflchen) Risse sind (Dopplungen), haben eine ausgeprgteOrientierung. Die flchige Seite muss vom Schallstrahl nahezu senkrecht getroffen werden, so dass von derFehlerorientierung auch der Einschallwinkel abhngt.

5.5 Bauteilabmessung

Bei groen Bauteilen ergeben sich auch groe Schallwege. Hierfr eignen sich Prfkpfe mit groen Schwingern,da diese einen geringen Divergenzwinkel und damit auch einen kleinen Schallfelddurchmesser in groen Tiefenhaben (s. 4 Prfkopfeigenschaften). So knnen im gesamten Bauteil auch noch relativ kleine Fehlstellennachgewiesen werden. Wie in Bild 17 zu erkennen ist, hat der Prfkopf mit dem 24 mm Schwingerdurchmesser in300 mm Tiefe (Stahl) eine um 22 dB (12,5-fach) hhere Empfindlichkeit als ein Prfkopf mit 12 mmSchwingerdurchmesser. Hinzu kommt noch, dass ein grerer Schwinger auch mehr Schallenergie in das Bauteileinleitet.

300

mm

70 mm

- 46 dB

Schallfeld in Stahl

S 12 W 212 mmD (Schwinger) =

f (Frequenz) = 2 MHzFarbstufen = 6 dBDivergenzwinkel = 6 dB Abfall

300

mm

40 mm

- 24 dB

Schallfeld in Stahl

S 24 W 224 mmD (Schwinger) =

f (Frequenz) = 2 MHzFarbstufen = 6 dBDivergenzwinkel = 6 dB Abfall

Bild 17: Simulation fr die Prfung groer Bauteilabmessungen (Schallschwchung wurde vernachlssigt).

5.6 Fehlergre

Bei vielen Prfaufgaben mit Ultraschall steht die noch nachweisbare Fehlergre im Vordergrund. Eine Beziehungzur Ultraschallwellenlnge ist schnell hergeleitet. ber die Verknpfung(2) f =

c




kann dann eine direkte Beziehung ber die Schallgeschwindigkeit c zur Prffrequenz f geknpft werden. In einigenLiteraturstelle wird eine minimal nachweisbare Fehlergre d als ein Fnftel der Wellenlnge angegeben [8]:(3) d > 0,2 Wird nur dieser Zusammenhang betrachtet, kann leicht der Schluss gezogen werden: Es ist jede Fehlergrenachweisbar, es muss nur die Prffrequenz entsprechend hoch gewhlt werden. Dass dies nicht so ist, hatinsbesondere das Kapitel 5.3 Werkstoff gezeigt. Die frequenzabhngige Schallschwchung, die grundstzlich injedem Bauteil auftritt, beschrnkt die mgliche Prffrequenz nach oben und somit auch die minimale Fehlergre.Darber hinaus hat auch noch die Fehlerart, -lage und -orientierung sowie die Bauteilabmessung einen Einfluss aufdie nachweisbare Fehlergre. Die Gleichung (3) gilt somit nur unter idealen Prfbedingungen und ist daher frden Praktiker nicht brauchbar. Fr Materialien, die keine nennenswerte Schallschwchung zeigen, gilt daher, dasslediglich Fehlstellen in der Grenordnung der Wellenlnge noch nachweisbar sind:

(4) d ~ Dieses Verhltnis kann sich jedoch bei ungnstigen Prfbedingungen (Schallschwchung, ungnstigeFehlerorientierung, groe Bauteilabmessung, etc...) noch verschlechtern. Im Endeffekt ist in diesen Fllen dasAusprobieren und die Suche nach der richtigen Prffrequenz unumgnglich.

5.7 Vorgehensschema

Bei der richtigen Wahl des Prfkopfes kann eine Vorgehensweise beschritten werden, die den angesprochenenFragestellungen - auch in dieser Reihenfolge - in diesem Kapitel entspricht. Angefangen mit der gestelltenPrfaufgabe (Fehlersuche, Fehlerbewertung, Schweinahtprfung, Wanddickenmessung, etc...) sollte als nchstesdie Frage der Ankoppeltechnik geklrt werden. Hier ist bei einer Einzelprfung sicherlich eine Kontakttechnik(Handprfung) zu bevorzugen, whrend fr eine Massenprfung sich die Anschaffung einer automatisiertenUltraschallanlage lohnt. Weiter geht es mit der Betrachtung des Werkstoffes, dann der Fehlerart usw.. Wie inBild 18 zu erkennen ist, verzweigt sich der Entscheidungsbaum immer weiter und an jeder Verzweigung wird eineEntscheidung getroffen, die die freie Wahl des Prfkopfes ein wenig einschrnkt. Am Ende sollte dann derPrfkopf so weit charakterisiert sein, dass die Wahl des optimalen Prfkopfes nicht mehr schwer fllt.

Prfaufgabe

Fehlersuche Fehlerbewertung Schweinaht Wanddicke

Kontakttechnik Tauchtechnik

Schallgeschwindigkeit Schallschwchung

Ankoppelung Ankoppelung Ankoppelung Ankoppelung

Werkstoff Werkstoff

... ...Prfkopftyp, Frequenz, Einschallwinkel,

Schwingerdurchmesser, ...

... ...

..................

Bild 18: Entscheidungsbaum fr die Wahldes richtigen Prfkopfes.

Leider lsst sich die Wahl des Prfkopfes nicht weiter operationalisieren. Dagegen sprechen mehrere Grnde:

Die Auflistung der Einflussgren, die die Wahl des Prfkopfes beeinflussen, umfasst zwar bereits ein breitesSpektrum, ist aber sicherlich nicht vollstndig. Jeder kann fr sich entscheiden, ob an diesem Baum noch dereine oder andere Ast hinzugefgt werden sollte.




Teilweise sind die Entscheidungen nicht eindeutig. So kann es z.B. vorkommen, dass ein Prfkopf sowohl zurFehlersuche als auch zur Fehlerbewertung herangezogen werden soll. An dieser Stelle tritt dann keineVerzweigung auf.

Einige Entscheidungen lassen sich nicht ohne Vorversuche klren (z.B. Prffrequenz bei schallschwchendemMaterial).

In einigen Fllen muss nicht jeder Punkt in diesem Entscheidungsbaum durchlaufen werden. Bei einerWanddickenmessung ist die Frage nach dem Fehlertyp oder die Fehlergre nicht sinnvoll.

Der in Bild 18 dargestellte Entscheidungsbaum kann daher nur als Hilfe angesehen werden, der im Einzelfall zuergnzen, zu reduzieren oder zu verndern ist, um schlielich den richtigen Prfkopf fr die gestellte Prfaufgabezu finden.

6 Prfkopfauswahl bei der automatisierten UltraschallprfungGrundstzlich gelten die in Kapitel 5 gemachten Aussagen hinsichtlich der Prfkopfauswahl natrlich auch fr dieautomatisierte Ultraschallprfung. Hinzu kommen jedoch noch Fragestellungen hinsichtlich der berdeckung deszu prfenden Volumens, der Nachweisgrenze und der Prfgeschwindigkeit. Dies sind Forderungen, die sich zumgrten Teil gegenseitig negativ beeinflussen. Um hier ein Optimum zu erreichen, sind geeignete Prfkpfe undPrftechniken gefragt (s. Bild 19) [3].

KA

RL

DE

UT

SC

H

1505.415

23033

TS12

WB

2-7

Pftzen-technik

KAR

L D

EUTS

CH

1508

.200

0103

3

TS 2

4 W

B 0

,8-3

KARL DEUTSCH

1505.41523033

TS 12 WB 2-7

freierWasserstrahl

Bild 19: Einige Beispiele zu Prftechniken bei der automatisierten Ultraschallprfung.

Da bei der automatisierten Ultraschallprfung meistens mit einer Wasservorlaufstrecke gearbeitet wird, sindSchwingermaterialien mit einem geringen Schallwellenwiderstand (der etwa die gleiche Grenordnung wie derWiderstand von Wasser hat) vorteilhaft. Wird der Unterschied im Schallwellenwiderstand kleiner, kann mehrSchallenergie vom Schwinger auf das Wasser bertragen werden.

Geeignet sind daher PVDF und Composite Prfkpfe; aber auch Bleimetaniobat ist mit seinem geringenSchallwellenwiderstand fr den Bau eines Tauchtechnikprfkopfs gut geeignet. Diese berlegung muss allerdingsnicht der Anwender fhren, da die Hersteller automatisch die richtigen Schwingermaterialien fr dieTauchtechnikprfkpfe einsetzen.

Die PVDF-Folienschwinger haben jedoch gegenber den anderen Materialien den besonderen Vorteil, dass sie gutformbar sind. Fokussierende Prfkpfe knnen durch Krmmung der Folie hergestellt werden und nicht, wie beiden anderen Materialien, durch den Vorsatz einer angeschliffenen Kunststoffvorlaufstrecke (s. Bild 20). Aufgrundder Schallschwchung von Kunststoff und der Reflexionsverluste an der Linsenoberflche ist derEmpfindlichkeitsverlauf vor dem Prfkopf fr den PVDF-Schwinger wesentlich gleichmiger als fr denPiezoschwinger mit Linsenfokussierung (s. Bild 21) [6].

Fliewasser




F

r

Fokussierung mit Folienprfkopf

Fokussierung mit Kunststoffvorlauf

F

-30 -20 -10 0 10 20 30

5

0

-5

-10

-15

-20

-25

A in

dB Piezokeramik

(mit Linse)

PVDF

Bild 20: Fokussierung mit einem Folien-schwinger (links) und mit einemKunststoffvorlauf (rechts).

Bild 21: Empfindlichkeitsverlauf vor Fokus-Prfkpfen inAbhngigkeit vom Winkel.

6.1 Prfung runder Stangen: das HRP-Konzept

Fokussierende Prfkpfe sind insbesondere bei der Prfung runder Stangen beim Nachweis kleineroberflchennaher Fehlstellen und Risse gefragt. Daher soll die Prfkopfauswahl am Beispiel der Stangenprfungerlutert werden. Aufgrund der Oberflchenkrmmung ergibt sich fr nicht fokussierte Prfkpfe ein besondererSchallfeldverlauf, der nicht mehr mit den Standardgren wie Nahfeldlnge und Divergenzwinkel beschreibbar ist.An gekrmmten Oberflchen resultiert eine Schallfeldaufweitung mit einem deutlich greren Divergenzwinkel(s. Bild 22, links) und einer schnelleren Amplitudenabnahme auf der Schallfeldachse (s. Bild 22, rechts).

Prfkopf

Schallfeld-aufweitung

Stange

KARL DEUTSCH

1505.41523033

TS 10 WB 4

KARL DEUTSCH

1505.41523033

TS 10 WB 4

30 mm

PrfkopfTS 10 WB 4

Bild 22: Schallfeldaufweitung bei Einschallung an gekrmmten Oberflchen (rechts: simulierte Schallfelder mit6 dB Stufen).

Wird nun ein fokussierender Prfkopf so positioniert, dass er in die Mitte der Stange fokussiert, dann treffen alleSchallstrahlen senkrecht auf die Oberflche. Senkrecht auf die Oberflche treffende Schallstrahlen werden jedoch




nicht gebrochen, so dass diese Schallstrahlen keine Ablenkung erfahren und der Fokuspunkt in der Mitte derStange verbleibt (s. Bild 23, links). Bei der Winkeleinschallung ergeben sich dann fr alle Strahlen - bis auf geringeAbweichungen - die gleichen Einschallwinkel, wodurch die Fokussierung zwar zum Rand wandert, aber als solcheerhalten bleibt (s. Bild 23, rechts und Bild 24).

Senkrecht-einschallung

alle Strahlen senkrecht

Winkel-einschallung

alle Strahlen (ca.) im gleichen Winkel

TSF 40/30 WB 4

40 m

m

Einschallwinkel: 45mit Tiefenausgleich

Bild 23: Fokussierender Folienprfkopf mitFokuspunkt in der Mitte der Stange.

Bild 24: Simuliertes Schallfeld fr einen fokussierten(Folien) Prfkopf.

Auf diese besondere Eigenschaft baut das HRP-Konzept fr die Stangenprfung (s. Bild 25). Insgesamt16 Folienprfkpfe, die auf dem gesamten Umfang verteilt sind, garantieren eine lckenlose berdeckung desStangenrandbereichs. Dieses Konzept kommt ohne Rotation aus (weder fr die Prfkpfe, noch fr die Stange), sodass keine strenden Wasserbewegungen oder stranflligen Schleifkontakte (Signalbertragung) in Erscheinungtreten. Damit wird eine optimal hohe Empfindlichkeit fr randnahe Fehlstellen sowie Oberflchenrisse erzielt [1],[3].

8 Prfkpfe(1 Scheibe)

16 Prfkpfe(2 Scheiben)

Bild 25: HRP-Konzept mit 2 x 8 Folienprfkpfen ergibt eine vollstndige berdeckung im Randbereich derStange.

Die Prfung auf Kernfehler wird mit 3, 5 oder noch mehr Senkrechtprfkpfen durchgefhrt (s. Bild 26). Dievollstndige berdeckung fr den gesamten Querschnitt der Stange ergibt sich aus der Kombination von Winkel-und Senkrechteinschallung (s. Bild 27). Die Empfindlichkeit ist besser als 1 mm KSR (Kreisscheibenreflektor).




TS 10 WB 4

berdeckung(bei -6 dB)ca. 77%

Stangendurchmesser40 mm

TS 10 WB 4



Bild 26: Kernfehlerprfung mit 3, 5 oder noch mehr Senkrechtprfkpfen.

5 Senkrechtprfkpfe: TS 10 WB 4

16 Winkelprfkpfe: TSF 40/30 WB 4

Bild 27: Vollstndige berdeckung des Querschnitts (Senkrecht- und Winkeleinschallung).

6.2 Prfung runder Stangen: das STPS-Konzept

Ist eine nicht so hohe Prfempfindlichkeit insbesondere im Randbereich gefragt, dann bietet das STPS-Konzept(Stangen-Prf-System) [1], [3] eine preiswerte Alternative zum HRP-Konzept. Die Stange wird hierbei an 3 bis 5Prfkopftrgern vorbeigefhrt (in Bild 28 mit 3 Prfkopftrgern). Jeder Prfkopftrger ist mit einemSenkrechtprfkopf (Kernfehler) und zwei Winkelprfkpfen (Randfehler) bestckt. Die richtige Wahl derPrfkpfe garantiert auch hierbei eine hohe berdeckung des gesamten Querschnitts jedoch mit einigen Lcken imRandbereich bei einer vollstndigen berdeckung des Kernbereichs (s. Bild 29). Der Grad der berdeckung hngtvom Prfkopf (Schwingerdurchmesser und Prffrequenz) und Stangendurchmesser ab, so dass die Wahl derPrfkpfe gut auf den Durchmesserbereich der zu prfenden Stangen abgestimmt werden muss.




TS 10 WB 4



Bild 28: STPS-Konzept (3 Senkrecht- und6 Winkelprfkpfe).

Bild 29: Recht hohe berdeckung mit Lcken hauptschlichim Randbereich.

7 ZusammenfassungAm Anfang stand die Frage: Welcher Prfkopf fr welchen Einsatz? Das ist die Frage, die sich der Anwenderstellt. Aus der Sicht des Anwenders gibt es ein paar Randbedingungen, die er sich selbst herausarbeiten kann unddie Kenntnis dieser Randbedingungen fhrt ihn zu dem richtigen Prfkopftyp. In manchen Fllen, besonders beider Wahl der richtigen Prffrequenz, kann auf einen kleinen Vorversuch bzw. auf ein Ausprobieren nicht verzichtetwerden. Dies fhrt schlielich zu einem Entscheidungsbaum (s. Bild 18), der den Anwender die Wahl des richtigenPrfkopfes deutlich erleichtert. Dieser Entscheidungsbaum deckt zwar die wichtigsten Fragestellungen ab, sollteaber flexibel gehandhabt werden, um somit das individuelle Prfproblem optimal lsen zu knnen.

Bei der automatisierten Ultraschallprfung treten noch weitere Fragen in den Vordergrund, welche dieberdeckung des Prfvolumens, die Nachweisgrenze und die Prfgeschwindigkeit betreffen. Da es sich bei derautomatisierten Ultraschallprfung meistens um grere Prfanlagen handelt, werden hier dem Anwender dierichtige Wahl der Prfkpfe vom Hersteller abgenommen, der auch das notwendige Prfkonzept entwickelt, um sodas Optimum von berdeckung, Nachweisgrenze und Prfgeschwindigkeit zu erzielen. Am Beispiel einerautomatisierten Stangenprfung konnte gezeigt werden, wie bei einer hohen Durchlaufgeschwindigkeit eine100%ige berdeckung sowie eine hohe Prfempfindlichkeit mit Hilfe geeigneter Prfkpfe und Prftechnikenerreichbar ist.

Die wichtigsten akustischen Zusammenhnge und Entscheidungsgrundlagen zur richtigen Prfkopfwahl sind inanschaulicher Weise auf einem farbigen 60 cm x 80 cm Wandposter zusammengefasst, das wir Interessenten gernezur Verfgung stellen.

8 Literatur[1] W. Deutsch, V. Schuster, M. Joswig, R. Kattwinkel: Fixe Prfung mit fixem Kopf, Qualitt und

Zuverlssigkeit, 45, S. 1016-1017, 2000[2] V. Deutsch, M. Platte, M. Vogt, W.A.K. Deutsch, V. Schuster: Informationsschriften zur

zerstrungsfreien Prfung - ZfP - kompakt und verstndlich - Band 1 - DIE ULTRASCHALLPRFUNG,Castell Verlag, Wuppertal, 1999

[3] W. Deutsch, V. Schuster, M. Joswig, R. Kattwinkel: Schnelle, automatisierte Stangen- und Rohrprfungohne Rotation, DGZfP Jahrestagung, Celle, S. 407-415, 1999

[4] V. Deutsch, M. Platte, M. Vogt: Ultraschallprfung Grundlagen und industrielle Anwendungen,Springer Verlag, 1997




[5] M. Lach, M. Platte, A. Ries: Piezoelektrische Schwingermaterialien fr Ultraschall-Prfkpfe, DGZfPZeitung 52, April 1996

[6] M. Platte, P. Mller: Automatisches Ultraschallprfen von Blechen und Rohren, Bnder Bleche Rohre,3/1993

[7] R. Millner: Ultraschalltechnik, Leipzig, 1987[8] W. Oppermann: Untersuchungen zum Einfluss der Impulsparameter auf den Fehlernachweis bei der

Ultraschallprfung schallstreuender Werkstoffe, Dissertation an der Universitt Dortmund(Maschinenbau), 1982

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SD_1_51 Welcher Prüfkopf für welchen Einsatz