DE3422602C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Werk­ stoffehlern in einem Prüfling, insbesondere in austenitischem Stahl, durch Ultraschall-Holografie mit Ultraschallprüfköpfen, die als Sender für Ultraschallwellen auf eine Oberfläche des Prüflings aufgesetzt werden und unter bestimmten Winkeln zu dieser in den Prüfling einstrahlen, und als Empfänger für Signale, die als Reflexion der Ultraschallwellen von den Werk­ stoffehlern ausgehen, und mit einem Rechner zur Speicherung und Auswertung der Reflexionssignale, wobei die Reflexionssignale im Rechner zu einem Hologramm mit einer synthetischen Apertur, die wesentlich größer als die des einzelnen Prüfkopfes ist, phasenangepaßt zusammengesetzt werden, das in Bezug auf die Werkstoffehler ausgewertet wird.

Auf der 4. Internationalen Konferenz "Zerstörungsfreie Prüfung in der Kerntechnik", 25.-27. Mai 1981 in Lindau wurde die Fehler­ größenbestimmung mit Hilfe der akustischen Holografie für ober­ flächennahe Fehler behandelt.

Aus den FhG-Berichten 3/78, Seiten 5-12 ist ein Verfahren zur Ultraschall-Holographie von Werkstoffehlern bekannt. Dabei wird eine Sender-Empfänger-Kombination auf der Oberfläche eines zu prüfenden Bauteiles entlang geführt und in zeitlichen Abstän­ den werden Signale ausgesandt und reflektierte Signale empfangen.

Aus der DE-OS 29 23 687 ist ein Verfahren zur holographischen Fehlerabbildung bekannt, das besonders für austenitische Werk­ stoffe geeignet ist. Dabei wird ein Prüfkopf mit einer kleinen Schallbündel-Divergenz verwendet, der dadurch für austeniti­ schen Werkstoff geeignet ist. Um ein Holographie-Bild zu bekom­ men, wird dieser Prüfkopf über einen Winkel geschwenkt, der einer für die Ultraschall-Holographie üblichen Schallbündel- Divergenz entspricht. Dieser Schwenkvorgang erfolgt in einzelnen Schritten, wobei jeweils Messungen vorgenommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ultraschall-Holo­ graphiebild von Werkstoffehlern in einem Prüfling, insbesondere in einem Prüfling aus austenitischem Stahl, zu erzeugen, ohne daß ein Ultraschall-Sender oder ein -Empfänger geschwenkt werden muß.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß nacheinander als Sender und Empfänger zwei oder mehr Prüfköpfe mit einer Schallbündeldivergenz von 20° oder weniger mit verschiedenen Einschallwinkeln betrieben werden.

Damit wird der Vorteil erzielt, daß ein Ultraschall-Holographie­ bild mit einfachen handelsüblichen Prüfköpfen zu gewinnen ist, die nicht schwenkbar sein müssen.

Es wurde festgestellt, daß mit der Erfindung eine holo­ grafische Untersuchung von Werkstoffehlern auch in auste­ nitischem Stahl gelingt, bei der die für die Auswertung wesentliche Größe der Apertur durch die rechnerische Zu­ sammensetzung zu einer synthetischen Apertur mit wesent­ lich größeren Werten als die des einzelnen Prüfkopfes er­ folgt. Dazu können Hologramme auch mit solchen Prüfköpfen aufgenommen werden, die auf Grund ihrer schmalen Schall­ bündel für Austenitprüfung verwendet werden, aber ohne die Erfindung nicht für Holografie brauchbar sind.

Bei der Erfindung werden vorzugsweise zwei Prüfköpfe verwendet, deren Einstrahlungswinkel um mindestens 5° verschieden ist. Vorzugsweise liegt der eine Einstrah­ lungswinkel bei 45°, der andere dagegen bei 60°.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrie­ ben. Dabei zeigt die Fig. 1 in einer schematischen, annähernd perspektivischen Darstellung die Anwendung des Verfahrens bei einem ausschnittsweise dargestellten Werkstück. In Fig. 2 sind die verwendeten zwei Ultra­ schallprüfköpfe mit ihrem Strahlenverlauf in einem vereinfachten Schnittbild vergrößert skizziert.

Das zu prüfende Werkstück 1 ist in der Darstellung der Fig. 1 auf einen quaderförmigen Körper reduziert, der aus austenitischem Stahl besteht und zwei Teile 1 a und 1 b umfaßt, die durch eine Schweißnaht 2 in Form einer X-Naht verbunden sind. Im Bereich der Schweißnaht 2 be­ findet sich ein flächenhafter Fehler 4 mit einer Länge A und einer Höhe B, wie schraffiert angedeutet ist. Im Normalfall ist das Werkstück ein größeres Bauteil. z.B. ein Druckkessel, Dampferzeuger oder dergleichen.

Zur genauen Analyse des Fehlers 4 im Rahmen einer Prü­ fung des Werkstückes 1, insbesondere im Bereich der Schweißnaht 2, ist eine Ultraschallprüfung mit einer rechnerischen Holografie-Rekonstruktion vorgesehen. Zu diesem Zweck werden zwei Ultraschallprüfköpfe 6, 7 längs einer glatten Fläche auf der Oberseite 8 des Werkstückes 1 bewegt. Die Bewegung wird durch eine so­ genannte Abtastmechanik 10 gesteuert. Sie umfaßt einen Manipulator 11, der mit den Ultraschallköpfen 6, 7 über eine Verbindungsstange 12 gekoppelt ist, so daß die Ultraschallköpfe auf der Oberfläche 8 nach einem ge­ eigneten Fahrprogramm, z.B. rechtwinklig mäandrierend, bewegt werden können. Die Bewegung wird über eine Weg­ ausgabeleitung 13 in eine Datenaufnahme- und Auswer­ tungseinrichtung 15 übertragen.

Die Einrichtung 15 umfaßt ein Ultraschall-Holografiege­ rät, wie es z.B. in der eingangs genannten Konferenz erläutert worden ist, einen Rechner, z.B. der Type HP 1000, und einen Ausgabeplotter, dessen Blattausgabe bei 16 angedeutet ist. Über einen Umschalter 17 kann die Einrichtung mit den Ultraschallkabeln 18 und 19 der Prüfköpfe 6, 7 verbunden werden.

Nach der Erfindung erfolgt, wie die Fig. 2 zeigt, die Prüfung mit dem ersten Prüfkopf 6 mit einem Schallbün­ del 20, das um den Einschallwinkel α ₁ von z.B. 45°, um höchstens 20° divergiert. Der zweite Prüfkopf 7 hat ein Schallfeld 21, dessen Einschallwinkel α ₂ z.B. 60° beträgt und dessen Schallbündeldivergenz ebenfalls höchstens 20°, z.B. 15°, groß ist. Beide Prüfköpfe 6, 7 arbeiten dabei sowohl als Sender als auch als Empfänger.

Die Prüfköpfe 6, 7 werden mit dem holografischen Ultra­ schallgerät betrieben, das mit der Einrichtung 15 um­ rissen ist. Das Gerät umfaßt einen Sender für Ultra­ schallsignale von z.B. 2 MHz, die über die Leitungen 18, 19 den Prüfköpfen 6, 7 zugeführt werden. Die Lei­ tungen dienen zugleich als Rückleitung für die Reflexions­ signale. Damit wird der Rechner der Einrichtung 15 be­ dient, mit dem die für die holografische Auswertung wichtige Phasenanpassung der Signale der Prüfköpfe 6, 7 vorgenommen wird. Es ergibt sich dadurch eine Simula­ tion von kugel- bzw. zylinderförmigen Wellenfronten und eine Gesamtapertur, die wesentlich größer als bei den bisherigen Verfahren ist, bei denen die durch das Material begrenzte Apertur der einzelnen Köpfe die lon­ gitudinale Auflösung und die Tiefenauflösung begrenzt. Der Rechner kann seine Ergebnisse mit einem Blattschrei­ ber (Blatt 16) oder über einen Bildschirm ausgeben.

Claims (2)

1. Verfahren zum Bestimmen von Werkstoffehlern in einem Prüfling, insbesondere in austenitischem Stahl, durch Ultra­ schall-Holografie mit Ultraschallprüfköpfen, die als Sender für Ultraschallwellen auf eine Oberfläche des Prüflings aufgesetzt werden und unter bestimmten Winkeln zu dieser in den Prüfling einstrahlen, und als Empfänger für Signale, die als Reflexion der Ultraschallwellen von den Werkstoffehlern ausgehen, und mit einem Rechner zur Speicherung und Auswertung der Reflexions­ signale, wobei die Reflexionssignale im Rechner zu einem Hologramm mit einer synthetischen Apertur, die wesentlich größer als die des einzelnen Prüfkopfes ist, phasenangepaßt zusammengesetzt werden, das in Bezug auf die Werkstoffehler ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß nachein­ ander als Sender und Empfänger zwei oder mehr Prüfköpfe mit einer Schallbündeldivergenz von 20° oder weniger mit verschiedenen Einschallwinkeln betrieben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwei Prüfköpfe verwen­ det werden, deren Einschallwinkel um mindestens 5° ver­ schieden sind.