DE3303412C2 - Ultraschallprüfkopf - Google Patents
UltraschallprüfkopfInfo
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Description
2. Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallprüfkopfes nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet,
— daß vor der Verwendung des Ultraschallprüfkopfes zur Messung an heißen Prüfstücken der
Prüfkopf auf eine Temperatur von mindestens 2500C erhitzt wird, wobei die Feder (43) den
elektroakustischen Wandler (2) und den Schallvorlaufkörper (3) über die dazwischenliegende
Polycarbonat-Folie (1) mit einem Druck von
mindestens 3 · 105 N/m2 gegeneinander preßt.
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallprüfkopf mit mindestens einem elektroakustischen Wandler und mindestens
einem Schallvorlaufkörper für die Messung an heißen Prüfstücken.
Bei der Ultraschallprüfung von heißen Prüfstücken ohne Zwangskühlung des Ultraschallprüfkopfes nimmt
im Dauerbetrieb der elektroakustische Wandler im Ultraschallprüfkopf im Grenzfall die Temperatur des Prüfstückes
an.
Als Ultraschallprüfkopf wird im folgenden die Anordnung, bestehend aus dem elektroakustischen Wandler,
einem eventuell notwendigen akustischen Dämpfungskörper, der elektrischen Kontaktierung des Wandlers
und gegebenenfalls einem Schallvorlaufkörper in einem Gehäuse verstanden (J. Krautkrämer und H. Krautkrämer,
»Werkstoffprüfung mit Ultraschall«, 4. Auflage 1980, Springer-Verlag, Sei ten 217—227).
Bei der Verwendung piezoelektrischer Wandler mit entsprechend hoher Curie-Temperatur ist es zwar möglich,
einen Prüfkopf ohne Schallvorlaufkörper direkt unter Verwendung eines Ankoppelmittels, z. B. einer hitzebeständigen
Paste, an das heiße Prüfstück anzukoppeln. Bei der Verwendung hoher Ultraschallfrequenzen
wird aber die Dicke dieses piezoelektrischen Wandlers so gering, daß aus Gründen der Materialfestigkeit dieses
direkte Ankoppeln nicht mehr möglich ist. Aus diesem Grunde wird oft zwischen dem piezoelektrischen
Wandler und dem Prüfstück ein Schallvorlaufkörper mit geeigneten akustischen Eigenschaften innerhalb des in
Frage kommenden Temperaturbereiches verwendet. Hierdurch entsteht die Forderung, sowohl den piezoelektrischen
Wandler an den Schallvorlaufkörper als auch diesen an das Prüfstück akustisch anzukoppeln. Bei
Raumtemperaturen entstehen hier nur in Sonderfällen Probleme; Bei heißen Prüfstücken, z. B. bei Temperaturen
um 300° C wird diese Ankopplung problematisch. Wird, wie es allgemein üblich ist. der piezoelektrische
Wandler auf den Schallvorlaufkörper aufgekittet, dann kommt es bei den auftretenden Temperaturwechseln
schnell zur Ablösung des Wandlers vom Schallvorlaufkörper. Es ist ein Nachteil von Klebe- oder Kittverbindungen,
daß sie das stark unterschiedliche Wärmeausdehnungsverhalten der mit einander verklebten Stoffe
nicht ausgleichen können.
Akustische Ankoppelprobleme treten auch bei der Ankopplung des Schallvorlaufkörpers an das heiße
Prüfstück auf. Die Verwendung hochsiedender Flüssigkeiten oder Pasten hat den Nachteil, daß nur für eine
kurze Zeit eine Ankopplung und damit auch nur ein kurzzeitiger Prüfvorgang möglich ist (J. Krautkrämer
und H. Krautkrämer, »Werkstoffprüfung mit Ultraschall«, 4. Auflage 1980, Springer-Verlag, Seiten
295—296). Wolke man, wie es auch aus der US-PS 33 93 331 bekannt ist, solche Flüssigkeiten zur Ankopplung
des Wandlers an den Schallvorlaufkörper verwenden, müßte man zur Vermeidung der genannten Nachteile
den Vorlaufkörper kühlen und damit die Ankoppelflüssigkeit auf niedriger Temperatur halten.
Eine andere Ankoppelmethode ist aus der US-PS 26 97 936 bekannt. Hier wird vorgeschlagen, zur Ankopplung
zwischen Schallvorlaufkörper tind heißem Prüfstück sin bei Temperaturen oberhalb 10000C
schmelzendes Silikat aufzustäuben oder als Schicht aufzubringen. Hierbei ist es jedoch nachteilig, daß dieses
Silikat bei Raumtemperatur sehr spröde ist, daß diese Ankopplung nur bei Temperaturen oberhalb 10000C
anwendbar ist, wodurch nur elektroakustische Wandler mit entsprechend hohem Curie-Punkt (Lithiumniobat)
verwendbar sind. Außerdem hat insbesondere Lithiumniobat den Nachteil eines sehr ungünstigen elektromechanischen
Kopplungsfaktors. Auch eignet sich dieses Verfahren ebenfalls nicht, den Wandler an den Schallvorlaufkörper
anzukoppeln, da das Silikat bei schnellem Temperaturwechsel, wie andere Kittverbindungen
auch, zu Ablösungen führt.
Aus der US-PS 37 63 694 ist es bekannt, zur Ankopplung eines Prüfkopfes an ein heißes Prüfstück zwischen
beiden streifenförmige Kunststoffolien, z. B. Polymerisatfolien, zu legen, die sich bei der Oberflächentemperatur
des Prüfstückes deformieren. Diese Ankoppelmethode läßt sich aber nicht zur Ankopplung eines Wandlers
an den Schallvorlaufkörper anwenden. Es führt nicht zu einer Schallübertragung vom Wandler in den
Vorlaufkörper, wenn z. B. die übliche Flüssigkeitsschicht durch eine Polymerisatfolie ersetzt wird. Die
Schallübertragung ist nur im Bereich der geeigneten hohen Temperatur möglich und auch nur dann, wenn
von Hand der bei der Prüfung übliche Andruck des Schallvorlaufkörpers an den Wandler vorhanden ist
Ohne Andruck und bei niedrigen Temperaturen ist keine Schallübertragung möglich, da sich die Polymerisatfolie
sowohl vom Schallvorlaufkörper als auch vom Wandler löst.
Es ist Aufgabe der Erfindung einen Prüfkopf anzugeben, bei dem die mechanische und akustische Verbindung
des elektroakustischen Wandlers mit dem Schallvorlaufkörper bleibend und sowohl hitzebeständig als
auch temperaturwechselbeständig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1
gelöst.
Der Anspruch 2 gibt ein besonders vorteilhaftes Ver-
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fahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Ultraschallprüfkopfes
für Arbeitstemperaturen bis 300° C an.
Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der
F i g. 1 und 2 erläutert Es zeigt
F i g. 1 einen erfindungsgemäßen Prüfkopf mit einer Polycarbonat-Folie zwischen dem piezoelektrischen
Wandler und dem Schallvorlaufkörper und mit einer Druckfeder,
Fig.2 einen erfindungsgemäßen S/E-Prüfkopf, der
mit dem heißen Prüfstück fest verbunden ist
F i g. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Prüfkopf. In einem Gehäuse 4 befinden sich ein piezoelektrischer
Wandler 2, der den Uhraschall erzeugt und/oder empfängt
und ein Schallvorlaufkörper 3. Zwischen diesen beiden Teilen ist erfindungsgemäß eine thermoplastische
Folie 1, für den Temperaturbereich bis 3000C vorteilhafterweise
eine Folie aus Polycarbonat, vorhanden. Eine Feder 43 preßt den piezoelektrischen Wandler 2
über diese Folie 1 gegen den SchallvorlaufkOrper 3. Ein
Druckstück 6, das in diesem Beispiel ein akustischer Dämpfungskörper ist, verteilt die Druckkraft der Feder
gleichmäßig über die Wandlerfläche. Die Feder 43 stützt sich am Prüfkopfgehäuse 4 ab. Dieses Prüfkopfgehäuse
ist hier zweiteilig dargestellt und besteht in diesem Beispiel aus einem Gehäuseteil mit Anschlag für den
Schallvorlaufkörper 42 und einem Deckelteil 41, die miteinander verbunden, z. B. verschraubt sind. Elektrische
Kontaktmittel und Mittel zur Anpassung der elektrischen Impedanzen sind nicht gezeigt Über die elektrisehe
Leitung 5 ist der piezoelektrische Wandler 2 mit dem nicht dargestellten Ultraschallgerät verbunden.
Die Polycarbonat-Folie muß nun nach der Montage unter Federdruck erwärmt werden, so daß diese thermisch
verformbar wird, bei Polycarbonat auf Temperatüren oberhalb von 2500C. Hierbei tritt eine bleibende
oberflächenhafte Verbindung zwischen dem piezoelektrischen Wandler 2 und der Folie 1 einerseits und zwischen
der Folie 1 und dem Schallvorlaufkörper 3 andererseits auf, die auch nach der Abkühlung erhalten
bleibt.
Die erfindungsgemäße Lehre eignet sich vorteilhafterweise auch für SE-Prüfköpfe. Bei SE-Prüfköpfen sind
entsprechend F i g. 2 für die Erzeugung eines Schallimpulses ein erster piezoelektrischer Wandler 21 mit
Schallvorlaufkörper 31 und für den Empfang ein anderer Schallvorlaufkörper 32 mit einem zweiten piezoelektrischen
Wandler 22, in der Regel aus dem selben Material wie der schallerzeugende Wandler, vorhanden.
Die Wandler 21, 22 sind über die thermoplastischen Folien 11, 12 mit den Schallvorlaufkörpern 31, 32 akustisch
verbunden. Die schallerzeugenden und schallempfangenen Teile sind durch eine Entkopplungsschicht 7 akustisch voneinander isoliert.
Wie F i g. 2 weiterhin zeigt, ist in diesem Beispiel der Prüfkcpf 4 nicht als frei beweglicher Prüfkopf gestaltet,
sondern über die Andruckschrauben 91, 92 mit dem Prüfstück 81 fest verbunden. Mit dieser Anordnung
kann das Temperaturverhalten der Polycarbonat-Folie untersucht werden. Dazu werden 0,1 mm dicke Polycarbonat-Folien
11, 12, 13 sowohl zwischen piezoelektrischen Wandlers 21, 22 und Schallvorlaufkörpern 31,32
als auch zwischen einem das Prüfstück ersetzenden Teststück 81 und den Schallvorlaufkörpern verwendet.
Die Feder 42 erzeugt über das Druckstück 6 eine Anpreßkraft von 80 bis 100 N. Der Schallvorlaufkörper
und der Wandler sind jeweils Halbzylinder, so daß sie in der zusammengesetzten Form einen Kreiszylinder bilden.
Der Durchmesser dieses Kxeiszylinders beträgt in diesem Beispiel 20 mm. Bei einer Temperatur von
250°C beginnen die Polycarbonat-Folien 11,12,13 teigig
zu werden und es findet eine Ultraschallankopplung statt Nach ca. 2Std wird die Temperatur auf 3000C
erhöht und die Ultraschallübertragung wird besser, in diesem Beispiel um 5 bis 7 db. Das wird dadurch erklärt,
daß die Andruckkraft die Koppelschicht also die sich bei dieser Temperatur einstellende Foliendicke, verringert
Die Ultraschailankoppiung bleibt nun auch bei mehrfachen Abkühlungsvorgängen erhalten, so daß erfindungsgemäße
Prüfköpfe auch bei wechselnden Temperaturen (bei Polycarbonat bis zu 300° C) verwendet
werden können.
In diesen Beispielen werden Dauerstandzeiten von vielen hundert Stunden erreicht Wobei die Schwächung
der Ultraschallübertragung bei 300° C nur 15 bis
20 db beträgt Die Schwächung bei bekannten pastösen Mitteln beträgt dagegen mehr als 40 db.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
40
45
60
65
Claims (1)
1. Ultraschallprüfkopf mit mindestens einem elektroakustischen
Wandler und mindestens einem Schallvorlaufkörper für die Messung an heißen Prüfstücken,
dadurch gekennzeichnet,
— daß zwischen elektroakustischem Wandler (2) und Schallvorlaufkörper (3) eine Polycarbonat-Folie
(1) angeordnet ist,
— daß der elektroakustische Wandler (2) mittels
einer Feder (43), die sich innerhalb des Prüfkopfgehäuses (4) an einem Deckelteil (41) abstützt,
gegen die Polycarbonat-Folie (1) und diese gegen den Schallvorlaufkörper (3) gedrückt
wird.
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- 1983-02-02 DE DE19833303412 patent/DE3303412C2/de not_active Expired
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