4.3. Prüfeffekte und abgeleitete Prüftechniken

Bei der Ultraschallprüfung sind hauptsächlich zwei Verfahren üblich, die Durchschallungstechnik und die Impuls/Echo-Technik. Während bei der Durchschallung der durch eine Inhomogenität behinderte oder verhinderte Schalldurchgang ein Maß für die Integrität des Prüfgegenstandes ist, wird beim Impuls / Echo- Verfahren die von einer möglichen Inhomogenität verursachte Reflexion als Maß für die Integrität des Prüfgegenstandes verwendet. Austenitische Schweiß- und Mischnähte werden überwiegend mit Hilfe der Impuls/Echo-Technik geprüft. Nur diese wird daher im folgenden behandelt.

4.3.1 Geometrische Reflexion

Geometrische Reflexion ist gegeben, wenn der Reflektor so gestaltet ist, daß er das auftreffende Schallbündel ganz oder teilweise zurückwirft. Bei Poren, Lunker, aber auch bei Rissen tritt dies ein, wenn das Schallbündel den Reflektor oder Teile des Reflektors senkrecht trifft.

Abb 4.6: Winkelspiegeleffekt und Wellenmode [104]

4.3.2 Winkelspiegeleffekt

Der Winkelspiegeleffekt, das Zurückwerfen des Ultraschalls aus einer Kante, ist der wichtigste Prüfeffekt bei der Rißprüfung an der prüfkopffernen Oberfläche. Allerdings hängt die Qualität des Winkelspiegeleffektes von dem verwendeten Wellenmode ab, ob es nämlich:
• eine vertikal polarisierten Transversalwelle
• eine horizontal polarisierten Transversalwelle
• oder eine Longitudinalwelle
ist.

Abb. 4.6 verdeutlicht diese unterschiedliche Qualität. Es zeigt sich, daß der Winkelspiegeleffekt bei der Longitudinalwelle nur schwach im Winkelbereich um 45° ausgebildet ist. Bei der vertikal polarisierten Transversalwelle ist er dagegen im Bereich der Einschallwinkel zwischen 35° und 55° vollständig, bei der horizontal polarisierten Transversalwelle (SH- Welle) im gesamten Bereich der Einschallwinkel zwischen 0° und 90°. Bei der SH- Welle liegt dies daran, daß sie bekanntlich in isotropem Material, aber auch in transversal isotropem Material, wie austenitischem Schweißgut, keine Wellenumwandlung produziert, wenn die Stengelkristallite in der Einschallebene enthalten sind (Längsfehlerprüfung).

Fig 4.7: Andrehkante und Prüfeffekte Prüfsituation Winkelspiegeleffekt ---- Wellenumwandlung Fig 4.8: Wellenumwandlung mit der Nebenecho 2 Methode und Winkelspiegeleffekt. Abb 4.9: Tandem- und Tandemersatzprüftechniken

4.3.3 Wellenumwandlung mit der Nebenecho 2 Methode

Die Konstruktionsmerkmale der Prüpfköpfe für die Nebenecho 2- Methode sind in Abschnitt 4.2.1.4 beschrieben. Die Nebenecho 2- Methode nutzt die Bauteilinnenoberfläche zur Wellenumwandlung. Deshalb muß die Kontur der Innenoberfläche bekannt sein. Wenn die Fertigungsunterlagen des Prüfgegenstandes diese Daten nicht liefern, muß die Kontur mit 0°- Prüfköpfen ermittelt werden. Die Auswirkungen der Innenoberfläche auf die Echoamplituden verdeutlicht das in Abb. 4.7 dargestellte 'Andrehkanten- Experiment' und zeigt, daß die Anzeigen der Winkelspiegelprüfköpfe mit entsprechender Sorgfalt auszuwerten sind.

Stimmen die Randbedingungen für die Nebenecho 2- Methode, dan ist dies die Prüftechnik mit der höchsten Nachweisempfindlichkei Abb. 4.8 belegt dies am Beispiel eines Ermüdungsrisses.

4.3.4 Tandem- und Tandemersatzprüftechniken

Bei der Ultraschallprüfung zur Detektion flächiger Fehler, die senkrecht zur Prüfoberfläche orientiert sind, sind Erfahrungen mit der klassischen Tandemtechnik, der LLT-Technik und der Nebenecho 1- Methode gesammelt worden. Jede der drei Methoden hat ein spez fisches Nachweisvermögen. Dies wird in Abschnitt 4.5 beschrieben Das Funktionsprinzip der drei Techniken stellt sich wie folgt dar:

4.3.4.1 Die klassische Tandemtechnik mit vertikal polar sierten Transversalwellen

Sie verwendet zwei 45°-Transversalwellen- Prüfköpfe, die nach dem Sende / Empfangs- Prinzip arbeiten. Die Tiefe des Empfindlich keitsbereiches wird über den Abstand zwischen Sender und Empfänger eingestellt. Abb. 4.9 stellt das Tandemprinzip dar.

4.3.4.2 Die LLT-Technik

Eine Longitudinalwelle mit kleinem Einschallwinkel wird an der prüfkopffernen Oberfläche reflektiert (1. Schwinger). Diese reflektierte Longitudinalwelle wandelt sich am flächigen Fehler in eine Transversalwelle um, die von einem 2. Schwinger empfangen wird [77] - [79], [196, 197]. Das Grundprinzip ist in Abb. 4.9 enthalten. Sehr kompakt läßt sich die LLT-Technik in einem Prüfkopf mit zwei Prüffunktionen aufbauen; damit wird ein großer Wanddickenbereich abgedeckt. Das Sonogramm in Abb. 4.10 charakterisiert die Arbeitsweise des LLT- Kompaktprüfkopfes.

Abb 4.10: LLT-Kompaktprüftechnik, Prüffrequenz 2 MHz, eingezeichnet sind die realen Schwinger mit tatsächlichem Vorlauf, M 1:2

4.3.4.3 Einkopf- Wellenumwandlungstechnik (Nebenecho 1)

Als Basis für die Nebenecho 1- Methode dienen SEL- Prüfköpfe. Je nach Einschallwinkel der Longitudinalwelle werden unterschiedliche Empfindlichkeiten und Projektionsabstände zum Reflektor erzielt. Das Schema in Abb. 4.9 belegt dies am Beispiel eines 55°- und eines 70°- SEL- Prüfkopfes.

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