DE1573431A1 - Schallpruefgeraet - Google Patents

Description

• Schallprüfgerät Die Erfindung bezieht sich auf zerstörungsireie Materialprüfung. Sie befaßt sich insbesondere mit einem neuen und verbesserten Tastkopf zum zerstörungsfreien Prüfen eines Gegenstandes mit Hilfe von Schallwellen.
• Verfahren und Geräte zum erstörungsfreien Prüfen haben in der Industrie eine weite Anwendung gefunden. Eines der gebräuchlichsten Verfahren für zerstörungsfreies Prüfen von Gegenständen gehört in die Ultraschalltechnik, wobei Schallwellen Schallwellen über dem Hörbereich dazu verwendet werden, Gegenstände auf Risse oder Fehler an der Oberfläche und im Inneren zu prüfen.
• Bei den bekannten Verfahren wird ein elektromechanischer Wandler verwendet, der im allgemeinen ein piezoelektrischer Kristall ist, welcher Ultraschallwellen erzeugt und sie in den zu prüfenden Gegenstand überträgt. Ein Empfangswandler, der auf die Schallwellen anspricht, die durch das Material hindurchgehen, oder die durch Unstetigkeiten oder Risse reflektiert werden, wird dazu verwendet, das Vorhandensein von Fehlern in dem von dem Ultraschallstrahl erfaßten Bereich festzustellen. Der Empfangswandler kann entweder mit dem Sendewandler identisch sein, oder es kann ein getrennter Wandler sein.
• Wenn relativ dünne Materialien geprüft werden oder wenn ein Riß oder eine Unstetigkeit nahe der Eintrittsfläche des Gegenstandes erwartet wird, dann ist es notwendig, eine Koppelvorrichtung zwischen dem Wandler und dem zu prüfenden Gegenstand vorzusehen, um eine genügend große Zeitverzögerung zwischen dem ursprünglichen Impuls, der auch Primärknall genannt wird, und dem nachfolgenden Echosignal zu erhalten. Solche Koppelvorrichtungen sind gewöhnlich als ein Festkorrperkoppelteil oder ein flüssiges EoPpeLnedium Koppelmedium, beispielsweise als eine Wassersäule ausgeführt. Dieses Verfahren ist in der USA-Patentschrift 2 467 301 beschrieben.
• Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Festkörperkoppelvorrichtung, die sich insbesondere zum Prüfen dünner Teile von Material eignet, wie dünnwandigen Rohren, wobei die Koppelvorrichtung nicht nur ein geeignetes Verfahren zum Koppeln eines piezoelektrischen Wandlers an ein zu prüfendes Arbeitsstück vorsieht, sondern auch dazu verwendet wird, den Strahl zu formen, so daß ein gebündelter Strahl an der Eintrittsfläche des Werkstückes entsteht. Auf diese Weise eignet sich die Koppelvorrichtung sum Prüfen kleiner und relativ dünner Gegenstände mit einem hohen Genauigkeitsgrad.
• Insbesondere eignet sich die weiter unten beschriebene Koppelvorrichtung zum Prüfen dünnwandiger Rohre, und zwar durch ein akustisches Resonanzverfahren, das Frequenzen in der Größenordnung von 30 MHz verwendet, wobei der piezoelektrische Kristall bei diesen Frequenzen relativ klein und dünn ist, jedoch so befestigt sein muß, daß dem Werkstück Ultraschallenergie zuverlässig zugeführt wird.
• In In ihrer einfachsten Ausführungsform enthält die Erfindung eine Festkörperkoppelvorrichtung, die zwischen einem elektroakustischen Wandler und der Oberfläche eines Gegenstandes, der mit Hilfe von Ultraschallenergie untersucht werden soll, angebracht werden kann, bei der die Eoppelvorrichtung eine erste Fläche aufweist, an der ein elektroakustischer Wandler zur Aufnahme von Schallenergie angebracht sein kann, wobei diese Energie in der Koppelvorrichtung zu einer zweiten Fläche weitergeleitet wird, die so angeordnet ist, daß sie die Energie zu einer dritten Pläche der Koppelvorrichtung reflektiert und so ausgebildet ist, daß die Energie an einer Stelle nahe der dritten Fläche in einem Brennpunkt gebündit wird.
• Gemäß der Erfindung ist vor allem eine neue und verbesserte Koppelvorrichtung für Schallenergie vorgesehen.
• Gemäß der Erfindung ist es ferner wesentlich, eine Festkörperkoppelsorrichtung vorzusehen, die einen piezoelektrischen Wandler aufnehmen kann und die einen gebündelten Strahl von Schallenergie einem Werkstück zuführt.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Festkörperschallverzögerungsvorrichtung vorgesehen, die zwischen dem dem piezoelektrischen Wandler und dem Werkstück angebracht werden kann, wobei die Verzögerungsvorrichtung eine reflektierende Fläche hat, die die Schallenergie bündeln kann, so daß der Energiestrahl an einer Stelle nahe der Ausgangsfläche der Verzögerungsvorrichtung und der Eintrittsfläche des zu prüfenden Werkstückes gebündelt wird.
• Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist eine Festkörperkoppelvorrichtung vorgesehen, die aus synthetischem, organischem Werkstoff hergestellt ist, der zwischen dem piezoelektrischen Wandler und dem zu prüfenden Werkstück angebracht wird, wobei diese Koppelvorrichtung eine Fläche aufweist, an der der piezoelektrische Wandler befestigt werden kann, ferner eine Fläche, die die Schallenergie, die von dem piezoelektrischen Wandler erzeugt wird, reflektiert und die eine weitere Fläche aufweist, an der die Schallenergie die Koppelvorrichtung verläßt, wobei die Flachen so angeordnet und ausgebildet sind, daß ein gebündelter Strahl von Schallenergie dem Werkstück zugeführt wird, das die weitere Fläche der Koppelvorrichtung berührt.
• Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen: zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht der Koppelvorrichtung, Fig. 2 eine Ansicht von der Linie 2-2 in Fig. 1 und Fig. 3 eine Draufsicht auf Fig. 1.
• In den Figuren ist ein festes Stück 12 aus polymerem Kunststoff, beispielsweise Polystyrol, dargestellt, das an der Seite eine Einkerbung aufweist, die durch die geneigten Flächen 14 und 16 gebildet wird. An der Fläche 16 ist mit Hilfe von Epoxydharz ein kleiner piezoelektrischer Wandler 18 befestigt. Der piezoelektrische Wandler erhält huber Leiter 20 und 22, die mit den gegenüberliegenden Seiten des Wandlers verbunden sind, elektrische Energie.
• Der Wandler besteht beispielsweise aus einem Stück Litiumsulfat oder einem ahnlichen piezoelektrischen Werkstoff.
• Wenn der piezoelektrische Wandler 18 mit Signalen von geeigneter Frequenz, beispielsweise 30 MHz, gespeist wird, dann wird ein Strahl von Schallenergie in der Koppelvorrichtung 12 zu der gekrümmten Fläche 24, die sich in Luft befindet, weitergeleitet. Deshalb wirkt, wie es gut bekannt ist, die Fläche 24 als Reflektionsfläche und reflektiert, dadurch, daß sie in geeigneter Weise geneigt ist, den Strahl von @@@@@@@@@@@ von Schallenergie zu der gegenüberliegenden Ausgangsfläche 26, die das zu. prüfende Werkstück, beispielaweiße ein dünnwandiges Rohr 30, berührt. Uii die Energie in das Werkstück 30 su übertragen, befindet sich ein geeignetes Bindemittel, wie Wasser, Glyzerin oder Silikonfett zwischen der Ausgangsfläche 26 des Koppelteiles 12 und der Eintrittsfläche des Werkstückes 30.
• Zum Nachweis winzige Oberflächenrisse oder Verunreinigungen in dem Werkstueck 30 möchte man einen scharfen oder gebündelten Strahl von Schallenergie an der Eintrittsfläche des Werkstückes 30 zur Verfügung haben. Zu diesem Zweck ist die Reflektionsfläche 24 so auggebildet, daß sie einen gebUndelten Strahl an der Fläche 26 oder nahe daneben erzeugt, wobei sie nach bekannten Herstellungatechniken hergestellt werden kann. Wenn die Fläche 24 so ausgebildet ist, daß sie einen Teil eines Zylinders bildet, dann wird die Schallenergie in einer Ebene gebündelt, wodurch recht genaue Ergebuisse eriielt werden. Noch bessere Ergebnisse lassen sich jedoch dadurch erreichen, daß die Fläche 24 als Teil einer Kugel ausgebildet wird, wodurch der Strahl von Schallenergie zu einem scharfen Brennpunkt nahe der Eintrittsfläche den Werkstückes 30 gebündelt wird.
• Die oben beschriebene Anordnung hat sich beim Messen und Prüfen Prüfen dünnwandigen Materials als besonders nützlich erwiesen, dadurch, daß das gut bekannte Resonanzverfahren verwendet wird, wobei die Frequenz der Schallenergie so eingestellt wird, daß in dem Werkstück stehende Wellen entstehen. Diese Prüfeinrichtung zusammen mit einer Zwischenkoppelvorrichtung ist beispielsweise in der USA-Patentschrift 3 148 536 beschrieben.
• Durch den Aufbau des oben beschriebenen Ausführungsbeispieles ist der Weg des Schallstrahles geknickt, wobei die Strahlen einen spitzen Winkel bilden. Dadurch wird die Gesamtlänge der Koppelvorrichtung vermindert und eine besonders kompakte und brauchbare Anordnung erreicht.
• Außerdem ist der Wandlerkristall während der Handhabung und in seiner Lage in der Aussparung der Koppelvorrichtung gut geschützt.
• Patentansprüche

Claims (6)

1. Patentansprüche 1. Schallprüfgerät mit einer Bestkörperkoppelvorrichtung, die zwischen einem elektroakustischen Wandler und der Eintrittsfläche eines Gegenstandes angebracht ist, der mit Hilfe von Schallenergie untersucht werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelvorrichtung eine erste Fläche aufweist, an der ein elektroakustischer Wandler zur Aufnahme von Schallenergie angebracht sein kann, wobei diese Energie in der Koppelvorrichtung zu einer zweiten Fläche weitergeleitet wird, daß die zweite Fläche die Schallenergie reflektiert und so angeordnet und ausgebildet ist, daß sie die Energie zu einem Brennpunkt hin richtet, der sich nahe einer dritten Fläche der Koppelvorrichtung befindet und daß die dritte Fläche die Eintrittsfläche des zu prüfenden Gegenstandes berührt, wodurch dem Gegenstand ein gebündelter Strahl von Schallenergie zugeführt wird.
2. 2. Schallprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Fläche einen Teil einer Zylinderfläche bildet.
3. 3. Schallprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite lache einen Teil einer Kugelfläche bildet.
4. 4. Schallprüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelvorrichtung aus polymerem Kunststoff besteht.
5. 5. Schallprüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelvorrichtung eine Einkerbung aufweist, die den Wandler aufnimmt, und daß die Schallstrahlen zwischen der ersten und der dritten Fläche einen Winkel von weniger als 900 bilden.
6. 6. Schallprüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallenergie im Ultraschallfrequenzbereich liegt.