In vielen Bereichen der Ultraschall-Prüfung kommen Winkelprüfköpfe, ausgelegt für den Sende-Empfangs- oder Impuls-Echo-Betrieb, zur Anwendung, insbesondere bei der Prüfung von dispersiven Materialien wie etwa austenitischem Stahl. Die Eigenschaften dieser Prüfköpfe können noch verbessert werden, indem sie als Phased-Arrays (PAs) betrieben werden. Jedes einzelne der Prüfkopfelemente wird mit entsprechender Zeitverzögerung angesteuert, sodaß Form und Richtung des Schallfeldes in einem weiten Bereich kontrollierbar sind. Neben Winkelprüfköpfen werden auch planare Anordnungen sowie elektromagnetische Ultraschall (EMUS)-Wandler als PAs betrieben.

Dieser Beitrag beschreibt die Modellierung und Optimierung verschiedener solcher Konfigurationen mittels Generalisierter Punktquellensynthese (GPSS). Zur Detektion von oberflächenverbundenen Rissen an Rohrwänden von etwa 40 mm Dicke wurde eine Multimode-Sende-Empfangs-Einheit optimiert ausgelegt. Diese mit 12 oder 16 Einzelschwingern betriebene Einheit erzeugt je nach Inspektionsbereich Longitudinal-, Transversal- oder direkt unter der Oberfläche fortschreitende Longitudinalwellen ('Kriechwellen'). Die Eigenschaften dieses Prüfkopfes werden anhand seiner verschiedenen Empfindlichkeitszonen, sowie der gemessenen und der berechneten Amplitudenortskurven für die Detektion einer 4mm-Nut illustriert.

Die Anwendung des PA-Prinzips in anisotropen Strukturen erfordert die Berücksichtigung der Richtungsabhängigkeit sowohl der Ultraschall-Geschwindigkeiten, als auch der Schallfelddivergenz. Die Optimierung von ebenen PA-Anordnungen zum Einsatz an ideal Fasertexturiertem - und damit transversal-isotropem - Schweißgut wird am Beispiel eines 32 Element-Arrays, das Longitudinalwellen abstrahlt, und eines als PA betriebenen EMUS Wandlers zur Erzeugung von SH-Wellen illustriert. Zur Modellierung wurden zwei speziell auf diese Wellenmoden angepaßte Versionen von GPSS herangezogen, die sich durch besondere Effektivität hinsichtlich der Rechenzeit auszeichnen. Die gezeigten Beispiele umfassen Schallfelder und Empfindlichkeitszonen, sowie Ergebnisse der Modellierung von zeitabhängigen HF-Signalen.

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