DE752183C - Verfahren zum Feststellen von Fehlstellen in duennen, vorzugsweise plattenfoermigen festen Koerpern mittels elastischer Schwingungen - Google Patents
Verfahren zum Feststellen von Fehlstellen in duennen, vorzugsweise plattenfoermigen festen Koerpern mittels elastischer SchwingungenInfo
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Description
Die Benutzung von Ultraschallwellen bei der Werkstoffprüfung ist durch Sokoloff
bekanntgeworden. Bei diesem bekannten Verfahren wird dem auf Gasblasen, Lunkerungen,
od. dgl. zu untersuchenden Werkstoff bzw. Prüfling auf der einen Seite der Schwingungssender und auf der anderen Seite der Schwingungsempfänger
aufgesetzt, Der Schwingungsempfänger ist mit dem Meßgerät verbunden.
Für den Schwingungsempfänger ist die aufgenommene Energie nahezu Null oder tatsächlich
Null, wenn im Schallstrahlengang eine
Fehlerstelle liegt, in einer anderen Lage dagegen hat sie eine bestimmte meßbare Größe.
Aus der Änderung der aufgenommenen Energie läßt sich beim Abtasten des Prüflings
die Lage der Fehlerstelle im Werkstoff ohne weiteres ermitteln.
Durch Sokoloff ist es außerdem bekanntgeworden,
einen Piezoquarz als Schallgeber zu verwendender aus Gründen einer besseren
Ankopplung auf der eben geschliffenen Seite des zu untersuchenden Prüflings über einen
öltropfen angedrückt wird. Einer praktischen
Anwendung dieser bekannten Prüfverfahren standen jedoch bisher erhebliche Schwierigkeiten
entgegen.
Es ist auch schon eine Anordnung für die -5 Werkstoffprüfung mittels Ultraschallwellen
vorgeschlagen worden, mit der sich die bisher vorhandenen Schwierigkeiten beheben lassen.
Dieser Vorschlag sieht neben der Verwendung eines flüssigen oder gasförmigen Schallübertragungsmittels
zwischen Sender, Prüfling und Empfänger eine Schrägstellung von Schallsender und Schallempfänger vor, mit
der sich die Ausbildung von Mehrfachreflexionen im Übertragungsmittel verhindern
läßt. Die Schrägstellung ermöglicht fernerhin den Übergang· einer konstanten, stets reproduzierbaren
Schalleistung.
Dieser ältere Vorschlag sieht für eine besonders gute Werkstoffprüfung außerdem noch
vor, daß der Prüfling, nämlich dann, wenn es sich um einen plattenförmigen Prüfling
handelt, während der Durchführung· des Prüfverfahrens
zu Dickenresonanzschwingungen angeregt wird. In einem solchen Fall geht der Schall praktisch ungeschwächt durch die
fehlerfreien Stellen der Prüfplatte hindurch. Die Anwendung der Dickenresonanz würde
bei dünnen Eisenplatten von z. B. 2,5 mm und darunter Meßfrequenzen von 1 MHz und darüber
verlangen; die Erzeugung und Verwendung von solchen hohen Frequenzen bereitet aber bekanntlich beträchtliche technische
Schwierigkeiten.
Gemäß der Erfindung wird daher vorgeschlagen, im Prüfling Biegewellen anzuregen
und aus den auftretenden Unstetigkeitsstellen im Ausbreitungsverlauf der Biegewellen auf
Fehlstellen zu schließen. Die Anregung der Biegewellen kann z. B. auf elektrostatischem
bzw. elektromagnetischem Wege oder auch durch Schallübertragung mittels eines magnetostriktiven
Senders erfolgen.
Besonders vorteilhaft ist es, die Anregung der Biegewellen im Prüfling über ein umgebendes,
insbesondere schubspannungsfreies Medium, wie Wasser, Öl, Luft od. dgl., vorzunehmen.
Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken wird die Spurgeschwindigkeit des einfallenden
und die Biegewellen im Prüfling erzeugenden Schallstrahles gleich der Phasengeschwindigkeit
der Biegewelle für die betreffende Frequenz gemacht.
Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, den Schwingungssender an einem
Ende des Prüflings ortsfest anzuordnen und den Empfänger am Prüfling, diesen abtastend,
entlang zu führen.
Mit Spurgeschwindigkeit bezeichnet man diejenige Geschwindigkeit, mit der die an der
Grenzfläche sich markierende Spur der Welle an dieser entlang läuft. Die mathematische
Definition würde also lauten:
Wn —-
sm
wobei C1 Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit
;im umgebenden Medium, ^1 Einfallswinkel
des Schallstrahles bedeuten.
Die Phasengeschwindigkeit der Biegewelle ist gegeben durch die Formel:
4 ,
worin £+ Elastizitätsmodul der Platte (ist wenig größer als der Modul E für das betreffende
Plattenmaterial), / Trägheitsmoment eines Plattenelementes; Breite gleich der Einheit, Höhe ist gleich der Dicke der
Platte, ni Masse pro Flächeneinheit der Platte, cj Kreisfrequenz bedeuten.
Im unteren Teil der Fig. 1 ist der Zusammenhang zwischen Spurgeschwindigkeit Csp,
Einfallswinkel D1 und Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit
C1 im umgebenden Medium in einem Vektordiagramm dargestellt. Die
Spurgeschwindigkeit läßt sich also bei Bekanntsein von C1 und D1 sowohl rechnerisch
als graphisch leicht und einfach ermitteln.
Bei Übereinstimmung von Spurgeschwindigkeit des einfallenden Schallstrahles und
Biegewellengeschwindigkeit der Platte, was man als Geschwindigkeitskoinzidenz bezeichnet,
wird die Platte zu besonders intensiven Schwingungen angeregt, was sich auch sehr
leicht erklären läßt, indem nämlich die Wellenberge und Wellentäler der Biegewelle und der
einfallenden Welle mit gleicher Geschwindigkeit dahineilen (s. Fig. 1). Die Platte strahlt
daher auch auf die andere Seite in das sie umgebende Medium wesentlich intensiveren
Schall ab, als es bei Verschiedenheit der Geschwindigkeiten der Fall ist. Eine wesentliche
Änderung der Biegewellengeschwindigkeit und damit der Schalldurchlässigkeit tritt daher
an jenen Stellen der Platte auf, wo Dopplungen vorhanden sind, weil sich da das Trägheitsmoment
der Platte stark ändert (s. die Formel cb), und überdies der Lunker selbst
fast schallundurchlässig ist. no
Die Messung der durch das Werkstück durchgelassenen Schallenergie kann mit allen
an sich bekannten Schallempfängern geschehen. Auch eine Aufzeichnung des durch die Platte
durchgehenden Schalles ist möglich, indem man in den Weg des durchgetretenen Schallstrahles
eine für Schall empfindliche Platte bringt. Die Anzeige über einfallenden Schall
kann durch eine von ihm ausgelöste chemische Reaktion geschehen, so daß man gewisser- iao
maßen eine unter LTmständen haltbare Schallaufnahme der zu prüfenden Platte erhält, aus
der auf die Fehlerquellen geschlossen werden kann. Für die Erzeugung von Schall von so
hoher Frequenz, wie es hier notwendig ist, nämlich etwa 200 kHz, kommt vorzugsweise
Quarz in Frage, weshalb man. dann als Empfänger zweckmäßigerweise ebenfalls einen
Quarz von derselben Eigenfrequenz verwenden wird.
Bei geringer innerer Dämpfung der zu prüfenden Platte kann erwartet werden, daß sich
die Biegewelle, die durch den einfallenden Schallstrahl im Koinzidenzfall angeregt wird,
gegen den Rand der Platte zu fortpflanzt. Die Platte macht also Biegeschwingungen nach
außerhalb der Stelle, wo sie der Schallstrahl trifft. Jedoch laufen die Biegewellen nicht
radial nach allen Richtungen, sondern sie pflanzen sich nur in Richtung der Einfallsebene
des Schallstrahles fort. Dabei strahlt die schwingende Platte vom Einfallspunkt des Schallstrahles an in ihrer ganzen Länge
in das sie umgebende Medium. Man wird demnach $en Sender an einem Ende der zu
prüfenden Platte anordnen und nur den Empfänger an der Platte vorbeiführen (s. Fig. 2).
Auch damit ist natürlich nur eine zeilenmäßige Abtastung möglich, wobei wieder alle
Möglichkeiten einer schnellen und praktischen Prüfung kombiniert werden können.
Von besonderem Vorteil zeigt sich hier die Messung der aus der Platte austretenden •Schallenergie auf optischem Wege, da bei geeigneter Anordnung das ganze Schallfeld auf einmal übersehen werden kann. Im letzteren Falle braucht man nicht mehr zeilenweise abzutasten, sondern nur den Sender an einem Ende der Platte in Richtung der Lichtstrahlen zu verschieben.
Von besonderem Vorteil zeigt sich hier die Messung der aus der Platte austretenden •Schallenergie auf optischem Wege, da bei geeigneter Anordnung das ganze Schallfeld auf einmal übersehen werden kann. Im letzteren Falle braucht man nicht mehr zeilenweise abzutasten, sondern nur den Sender an einem Ende der Platte in Richtung der Lichtstrahlen zu verschieben.
Claims (4)
1. Verfahren zum Feststellen von Fehlstellen in dünnen, vorzugsweise plattenförmigen
festen Körpern mittels !,elastischer Schwingungen, dadurch gekennzeichnet,
daß im Prüfling Biegewellen angeregt werden und aus auftretenden Unstetigkeitsstellen
im Ausbreitungsverlauf der Biegewellen auf Fehlstellen geschlossen
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung der
Biegewellen im Prüfling über ein umgebendes, insbesondere schubspannungsfreies Medium, z. B. Wasser, öl, Luft
od. dgl. erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spurgeschwindigkeit
des einfallenden und die Biegewellen im Prüfling erzeugenden Schallstrahles
gleich der Phasengeschwindigkeit der Biegewelle für die betreffende Frequenz gemacht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungssender
an einem Ende des Prüflings
■ ortsfest angeordnet und der Empfänger am Prüfling, diesen abtastend, entlang geführt
wird.
Zur Abgrenzung des Erfindungsgegen-Standes
vom Stand der Technik ist im Erteilungsverfahren folgende Druckschrift in Betracht gezogen worden:
L. Bergmann, »Der Ultraschall«, 2.Aufl., 1939, S. 201 und 203, VDI.-Verlag,
Berlin.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
I 5674 1.53
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEL105508D DE752183C (de) | 1941-09-27 | 1941-09-28 | Verfahren zum Feststellen von Fehlstellen in duennen, vorzugsweise plattenfoermigen festen Koerpern mittels elastischer Schwingungen |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE895027X | 1941-09-27 | ||
DEL105508D DE752183C (de) | 1941-09-27 | 1941-09-28 | Verfahren zum Feststellen von Fehlstellen in duennen, vorzugsweise plattenfoermigen festen Koerpern mittels elastischer Schwingungen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE752183C true DE752183C (de) | 1953-02-02 |
Family
ID=25955852
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEL105508D Expired DE752183C (de) | 1941-09-27 | 1941-09-28 | Verfahren zum Feststellen von Fehlstellen in duennen, vorzugsweise plattenfoermigen festen Koerpern mittels elastischer Schwingungen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE752183C (de) |
-
1941
- 1941-09-28 DE DEL105508D patent/DE752183C/de not_active Expired
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
None * |
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