DE3011783C2 - Vorrichtung zur Bestimmung von schallemittierenden Stellen im Inneren eines Prüflings - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung von schallemittierenden Stellen im Inneren eines Prüflings

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DE3011783C2
DE3011783C2 DE19803011783 DE3011783A DE3011783C2 DE 3011783 C2 DE3011783 C2 DE 3011783C2 DE 19803011783 DE19803011783 DE 19803011783 DE 3011783 A DE3011783 A DE 3011783A DE 3011783 C2 DE3011783 C2 DE 3011783C2
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Horst Artur Dr.-Ing. 4600 Dortmund Crostack
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CROSTACK, HORST-ARTUR, PROF. DR.-ING., 5860 ISERLO
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung von schallemittierenden Stellen im Inneren eines Prüflings gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Allgemein können bei der Beanspruchung von Werkstoffen und Bauteilen sowie dem praktischen Einsatz von Maschinen und Anlagen Äifse und Schaden (Abnutzung) auftreten, deren Entstehung -ich in akustischen Ereignissen, sogenannten Schallemissionen, äußert. Diese Signale durchlaufen das jeweilige Bauteil, bevor sie von entsprechenden Wandlern empfangen werden können. Hierbei werden die Impulse stark verändert, so daß der Empfang je nach Lage des Empfängers stark unterschiedlich in der Amplitude und der Empfangszeit sein kann. Hierin liegt eine sehr große Ungenauigkeit in der Lokalisierung der Ereignisse.
Aus der DE-OS 28 03 045 ist ein »Impuls-Echo-Verfahren« bekannt, bei dem von einem Ultraschallschwinger Anregungsimpulse erzeugt werden, die an Fehlstellen des Prüflings reflektiert werden. Hierbei werden die ausgesandten Schallwellen so fokussiert, daß sie nur einen vorbestimmten Tiefenbereich erfassen. Die Einstellung des vorbestimmten Tiefenbereichs erfolgt durch zeitliches Ausblenden von Echo-Signalen, die aus tieferen Bereichen stammen. Die an den Fehlstellen reflektierten Schallwellen haben jedoch — je nach Lage des Empfängers — unterschiedliche Laufzeiten und Amplituden, wodurch das Meßergebnis verfälscht wird. Diese unterschiedlichen Laufzeiten und Amplituden werden durch Inhomogenitäten des Werkstoffes des Prüflings sowie durch Mehrfachreflektionen der Schallwellen erklärt.
Die US 39 19 883 lokalisiert die Schadstellen im Inneren eines Prüflings durch Messen und Auswerten von induzierten Schallwellen in dem Prüfling; der Prüfling wird also mechanisch beansprucht, und die hierdurch erzeugten Schallwellen werden gemessen und ausgewertet. Es werden allerdings sämtliche sich in dem Prüfling ausbreitende Schallwellen gemessen, was die eingangs genannten Nachteile hat. Insbesondere werden auch solche Schallsignale empfangen, die das Bauteil vollständig durchlaufen haben und somit hierdurch
stark verändert wurden.
Aus der US 35 12 400 ist ein Wandler zum Nachweis von Oberflächenwellen bekannt, der aus einem langgestreckten Körper besteht, dessen Längsachse unter einem stumpfen Winkel zur Oberfläche des Prüflings und damit zur Schallausbreitungsrichtung der Oberflächenwellen angeordnet ist und dessen Stirnseite parallel zur Prüflingsoberfläche und mit dieser in Kontakt stehend verläuft
Auch die DE-OS 28 02 278 zeigt einen solchen Wandler, der zum Nachweis von Oberflächenwellen verwendbar ist. Aus der Zeitschrift »Ultrasonics«, März 1978, Seite 87—89 ist es bekannt, Schallwellen rotationssymmetrisch zu empfangen.
Aus dem Lehrbuch »Krautkrämer, Werkstoffprüfung mit Ultraschall«, 3.Aufl, 1975, Seiten 39, 332-336 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Oberflächenwellen an der Grenzfläche zweier Medien mit unterschiedlichen Schallausbreitungseigenschaften bekannt, bei dem eine Longitudinalwelle etwa mit dem Grenzwinkel der Totalreflektion der Transversalwelle auf die Grenzfläche aufirifft und somit entlang der freien Grenzfläche eine nahezu ungedämpfte Oberflächenwelle erzeugt
Schließlich beschreibt die Zeitschrift »Experimental Mechanics«; Januar 1974; Seiten 42—44, schwach gedämpfte Oberfläche* wellen bei Schallmessungen auch zur exakteren Lokalisierung und Beurteilung von Schadstellen heranzuziehen.
Ausgehend von der gattungsbildenden Vorrichtung (US 39 19 883) ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einfach aufgebauten Oberflächenwellensensor zu schaffen, der eine möglichst präzise Ortung von Fehlern bzw. Schallquellen im Inneren des Prüflinges ermöglicht
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen tu entnehmen. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Aus-
führungsbeispiels im Zusammenhang' mit der einzigen Figur erläutert Das Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Prüfling. Die Vorrichtung hat die Form eines Kegelstumpfzylinders, dessen unterer Teil Schallschwingungsleiterkörper 2 bildet und dessen oberer Teil ein piezoelektrischer Schallschwingungsempfänger 3 ist Die freie Stirnfläche 4 des piezoelektrischen Schallschwingungsempfängers 3 ist konkav ausgebildet wodurch die Vorrichtung eine breitbandige Auslegung erhält. Die obere öffnung des Kegelstumpfzylinders ist
so durch einen Dämpfungskörper 6 verschlossen.
Mit 5 sind die elektrischen Anschlüsse des piezoelektrischen Schallschwingungsempfängers bezeichnet
Die Innenmantelfläche des Kegelstumpfzylinders schließt zur Übertragung von Oberflächenwellen zum elektrischen Schwinger mit dem Prüfling einen Winkel (7) ein, der kleiner als der Grenzwinkel für Volumenwellen ist Die Empfangsrichtung des piezoelektrischen Schallschwingungsempfängers, der als Dickenschwinger ausgelegt ist, ist so ausgerichtet, daß der Winkel
eo oberhalb des Winkels der Totalreflektion für Longitudinal- und Transversalwellen liegt. Damit werden nur Oberflächenwellen empfangen.
Die Vorrichtung ist rotationssymmetrisch ausgelegt, um Signale aus allen Richtungen mit gleicher Empfindlichkeit registrieren zu können.
Zur Selektion der Wellenart wird für den Schallschwingungsleiterkörper 2 ein Werkstoff verwendet, der nur Dickenschwingungen zuläßt.
Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Bestimmung von schallemittierenden Stellen im Inneren eines Prüflings mit einem piezoelektrischen Schallschwingungsempfänger, der über einen angepaßten Schallschwingungsleiterkörper mit dem Prüfling verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Schallschwingungsempfänger (3) den oberen Teil und der Schallschwingungsleiterkörper (2) den unteren, auf dem Prüfling (1) aufgesetzten Teil eines Kegelstumpfzylinders bilden, dessen Innenmantelfläche zur Übertragung von Oberflächenwellen zum elektrischen Schwinger mit der Prüflingsoberfläche einen Winkel (7) einschließt, der kleiner als der Grenzwinkel für Volumenwellen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dzüdie freie Stirnfläche (4) des piezoelektrischen Schwingers (3) konkav ausgebildet ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere öffnung des Kegelstumpfzylinders (2,3) durch einen Dämpfungskörper (6) verschlossen ist
DE19803011783 1980-03-27 1980-03-27 Vorrichtung zur Bestimmung von schallemittierenden Stellen im Inneren eines Prüflings Expired DE3011783C2 (de)

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