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Schallkopf zur Schrägeinstrahlung von Ultraschallimpulsen in Prüfkörper
Die
Erfindung betrifft einen Schallkopf zur Schrägeinstrahlung vonUltraschallilmlpulsen
in Prufkörper. Solche Schallköpfe enthalten einen keilförmigen Oertragungskörper
zur Übertragung der von einen elektroakustischen Wandler ausgehenden Ultraschallimpulse
in den zu beschallenden Prüfkörper. Sie werden beispielsweise bei der zerstörungsfreien
Werkstoffprüfung nach dem Ultraschallimpulsreflexionsverfahren benutzt. Bei diesem
Verfahren wird die Laufzeit von Ultraschallimpulsen zwischen dem elektroakustischen
Wandler im Schallkopf und einer Inhomogenität in dem zu besohallenden Prüfkörper,
etwa mittels eines Ka thodenstrahloszillographen, festgestellt. Auf dem Schirmbild
eines derartigen Kathodenstrahloszillographen ist der Ultraschallsendeimpuls sichtbar
und außerdem sind die Ultraschallimpulse sichtbar, die von Reflexionen des Ultrasohallsendeimpulses
an Inhomogenitäten im Prüfkörper herrühren. Der räumliche Abstand des Sendeimpulses
von einem Reflexionsimpuis auf dem Bildschirm der Katilodenstrahlröhre entspricht
der Laufzeit desUltrasch.allsendeimpulses von dem elektroakustischen Wandler zu
der Inhomogenität im Prüfkörper und wieder zum elektroakustischen Wandler zurück.
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Diese Laufzeit enthält doppelt die Laufzeit des Ultraschallimpul,ses
von dem elektroakustischen Wandler zur Übergangsstelle der Ultraschallimpulse von
dem Übertragungskörper in den Prüfkörper. Diese Laufzeit der Ultraschallimpulse
in dem Ubertragungskörper muß daher stets von der gemessenen Laufzeit abgezogen
wenden, wenn die Laufzeit der Ultraschallimpulse zwi sahen der übergangsstelle der
Ultraschallimpulse von dem über-
tragungskörper in den Prüfkörper
und der aufgesuchten Inhomogenität im Prüfkörper ermittelt werden soll.
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Die Erfindung stellt sieh zur Aufgabe, Mittel anzugeben, durch die
die Laufzeit der Ultraschallimpulse zwischen der Übergangsstelle der Ultraschallimpulse
von dem Übertragungskörper in den Prüfkörper und der aufgesuchten Inhomogenität
im Prüfkörper unmittelbar angezeigt wird. Mitt einem Schallkopf zur Schrägeinstrahlung
vonUltraschallimpulsen in Prüfkörper, enthaltend einen elektroakustischen Wandler,
vor dem ein keilförmiger Übertragungskörper zur Übertragung der von dem elektroakustischen
Wandler ausgehenden Ultraschallimpulse. in den zu beschallenden Prüfkörper angeordnet
ist, wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Übertragungskörper mit
einem Reflektor zur teilweisen Reflexion des von dem elektroakustischen Wandler
ausgehenden Schallbündels auf diesen elektroakustischen Wandler versehen ist, wobei
dieser Reflektor einen derartigen akustischen Abstand von dem elektroakustischen
Wandler aufweist, daß der Schaltweg zwischen ihm und dem elektroakustiSschen Wandler
genausolang is1t) wie der Schallsweg eines Teils des von dem elektroakustischen
Wandler ausgehenden Schallbündels von dem elektrnakustischen Wandler zur Übergangsstelle
dieses Teilbündels von dem Übertragungskörper in den Prüfkörper. Auf einer Kathodenstrahlröhre,
auf deren Bildschirm die Sendeimpulse und die Reflexionsimpulse sichtbar gemacht
werden, erscheint dann neben dem Sendeimpuls ein Impuls, der von der Übergangs stelle
eines Teilbündeis des Sendeimpulses von dem Übertragungskörper in den Prüfkörpern
herrührt; weiterhin erscheinen die von den Inhomogenitäten im Prüfkörper herrührenden
Impulse. Der Abstand zwischen dem von der genannten Übergangs stelle herrührenden
Impuls und einem Reflexionsimpuls entspricht genau dem räumlichen Abstand zwischen
der Überganigsistelle des Teilbündels der Ultraschall,impulse von dem Übertragungskö,rper
in den Prüfkörper zu der Inhomogenität, von der der Reflexionsimpuls herrührt.
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Der erfindungsgemäß vorzusehende Reflektor im tbertragungskörper
kann in Ausbildung der Erfindung als Bohrung im Übertragungskörper oder als Stufe
am Übertragungskörper ausgebildet sein.
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.Um die Übergangsstelle des genannten Teilbündels der Ultraschallimpulse
von dem Übertragungskörper in den Prüfkörper an dem Schallkopf kenntlich zu machen,
ist in weiterer Ausbildung der Erfindung an dem Gehäuse des Schallkopfes eine Marke
angebracht, die die Übergangsstelle des - von dem elektroakustischen Wandler ausgehenden
-Teilbündels von dem Übertragungskörper in den Prüfkörper anzeigt. Der auf dem Bildschirm
der Kathodenstrahlröhre abgeleseneAbstand zwischen Übergangsstelle und aufgesuchter
Inhomogenität wird von dileser Marke am Schallkopf aus zur Ermittlung der Inhomogenität
in dem Prüfungskörper etwa mittels eines Meßstabes abgetragen.
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In der Wahl des Teilbündels, dessen Übergangsstelle von dem Prüfkörper
in den Prüfkörper erflndungsgemäß ermittelt wird, ist man zunächst frei. Da das
Zentralbündel des von dem elektroakustischen Wandler ausgehzenden Schallbündels
jedoch geometrisch besonders günstig - etwa in der Mitte der abstrahlenden Fläche
des Übertragungskörpers im Schallkopf - liegt, wind in weiterer Ausbildung der Erfindung
als Teilbündel, dessen Übergangsstelle von dem tSbertragungskörper in den Prüfkörper
ermittelt wird, das Zentrafbündel des von dem elektroakustischen Wandler ausgehenden
Schallbündels gewählt.
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Bei einem Schallkopf zur Erzeugung von Oberflächenwellen auf der
Oberfläche des Prüfkörpers wird die in Schallrichtung dem Prüfkörper aufliegende
Kante des Übertragungskörpers als Reflektor ausgebildet und das Gehäuse des Schallkopfes
in Höhe dieser Kante mit einer Marke versehen.
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Fig. I vermittelt die Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Schalikopfes
zur Sch'rägeinstrahlung von Ultraschallimpulsen in einen Prüfkörper; Fig. 2 gibt
in einem der Fig. I angepaßten Maßstab das Schirmbild eines Kathodenstrahloszillographen
wieder, auf dem Impulse sichtbar sind, wie sie bei Verwendung des erfindungsgemäßen
Schallkopfes erscheinen; Fig. 3 gibt die Konstruktionsteile eines erfindungsgemäßen
Schallkopfes zur Erzeugung von Oberflächenwellen auf der Oberfläche eines Prüfkörpers
wieder.
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Nach Fig. 1 ist vor dem elektroakustischen Wandler I eines Schallkopfes
ein keilförmiger Übertragungskörper 2 zur Übertragung der von dem elektroakustischen
Wandler I ausgehenden Ultraschallimpulse in den Prüfkörper 3 angebracht.
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In dem Abstand T/2 vor dem elektroakustischen Wandler befindet sich
eine Bohrung 4. T/2 ist hierbei die Laufzeit eines von der Mitte des elektroakustischen
Wandlers ausgehenden Teilbündels 5 eines Ultraschallimpul ses zur Übergangs stelle
6 dieses Teilbündeis von dem Übertragungskörper 2 in den Prüfkörper 3. Neben dem
Sendeimpuls 7 auf dem Bildschirm 8 des Kathodenstrahloszillographen erscheint demgemäß
ein Refiexionsimpuls 9, der der von der Bohrung 4 im Übertragungskörper 2 herrührt
und bezüglich seiner Laufzeit der Übergangszeit dieses, Impulses von dem tbertragungskörper
2 in den Prüfkörper 3, also der tergangsstelle 6, zuzuordnen ist. Überdies erscheint
auf dem Bildschirm 8 des Kathodenstrahloszillographen ein Reflexionsimpuls I0, der
von einer Inhomogenität 1I im Prüfkörper herrhrt. Der Abstand zwischen den Impulsen
g und 10 entspricht daher dem Abstand zwischen der Übergangsstelle 6 und der Inhomogenität
II. An der Abdeckkappe 12 für den elektroakustischen Wandler I und den Übertragungskörper
2 ist in Höhe der Übergangsstelle 6 erne Marke 13 angebracht, so daß durch Anlegen
eines Maßstabes an das untere Ende der Strichmarke I3 der Abstand der Inhomogenität
II von dieser Strichmarke I3 auf Grund des gemessenen
Abstandes
der Impulseg und IO auf dem Bildschirm 8 abgetragen werden kann.
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Bei dem Schallkopf nach Fig. 3 zur Erzeugung von Oberflächenwellen
auf der Oberfläche eines Prüfkörpers ist ein elektroakustischer Wandler 30 vorgesehen,
vor dem ein derart geformter Übertragungskörper 31 angeordnet ist, daß ausschließlich
die durch Striche 32 angedeuteten Oberflächenwellen auf der Oberfläche des Prüfkörpers
33 entstehen. Die Seiten des Übertragungskörpers 3I, durch die kein Ultraschiall
dringen soll, sind mit Platten 34 aus Ultraschall aufnehmendem und nicht wieder
in den Übertragungskörper 3I reflektierendem Material abgedeckt; Hartgummi ist ein
derartiges Material. Diese Platten reiohen nicht ganz bis zu der in Schallrichtung
dem Prüfkörper aufliegenden Kante 35 des Übertragungskörpers 3I.
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Diese Kante 35 wirkt daher als Reflektor und liefert einen dem Impuls
g in Fig. 2 entsprechenden Reflexionsimpuls. In dem Schallkopf ist eine in Serie
mit dem elektroakustischen Wandler gtNhaltete Induktivität 37 enthalten, die einen
derart hohen Verlustwiderstand aufweist, daß die Abklingzeit in dem Schwingkreis,
der den elektroakustischen Wandler enthält, kleiner ist als die mechanische Abklingzeit
des nicht mehr erregten elektroakustischen Wandlers 30. Die Abdeckkappe 38 des Schallkopfes
weist wie in Fig. I eine Marke 39 auf, die in Höhe der Kante 35 des Ubertra-gungskörpers
angebracht ist und von der aus die Inhomogenitäten auf der Oberfläche des Prüfkörpers
zu ermitteln sind. Um zu vermeiden, daß von der Kante 35 ausgehende und um die Platten
34 herumlaufende Oberflächerwellen auf die Ahdeckkappe 38 übertragen und wieder
zur Kante 35 reflektiert werden und damit einen störenden Impuls erzeugen, ist auf
der Innenfläche der Abdeckkappe 38 eine Schicht 36 aus ölfestem Weichgummi vorgesehen.