DACH - Jahrestagung 2004 Salzburg

ZfP in Forschung, Entwicklung und Anwendung

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Schallausbreitung in stengelkristallinem austenitischen Gefüge

H. Ernst, V. Munikoti, BAM Berlin; H. Wüstenberg, Berlin
Kontakt: Dipl.-Ing. Hardy Ernst

Kurzfassung

Im Laufe der letzten 15 Jahre wurden eine Reihe von Modellen vorgestellt, die sehr konkrete Aussagen zu den teilweise sehr komplexen Schallausbreitungphänomenen in stengelkristallinem austenitischen Gefüge machen. Besonders aufschlussreiche Erkenntnisse ergeben sich aus den Modellierungen dann, wenn Wellenfelder in der Einschallebene der Prüfköpfe zu festen Zeitpunkten dargestellt werden.

Die messtechnische Verifizierung der Aussagen der Modellierungen erfolgte bis jetzt nur durch die Messung einzelner Teilaspekte der Wellenausbreitung wie zum Beispiel der Richtungsabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit und der radialen Schalldruckverteilung der Quasi-Longitudinal Welle. Mit den Ergebnissen dieser konventionellen Messmethoden war es bisher jedoch nicht möglich, die in zahlreichen Modellansätzen berechnete Wellenausbreitung in anisotropen Materialien in einer anschaulichen Form darzustellen und somit zu verifizieren.

Durch den Einsatz einer Visualisierungstechnik konnten Momentaufnahmen der Wellenausbreitung in der Einschallebene erstellt werden, mit denen einige der für stengelkristallines austenitisches Gefüge typischen Schallausbreitungsphänomene verifiziert werden konnten. Insbesondere konnten:

  • die asymmetrischen Form der Wellenfelder
  • deren komplexes Fokussierungs- und Divergenzverhalten
  • die richtungsabhängige Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellenfelder durch Modell und Experiment bestätigt werden.

In anschaulichen Intensitätsdiagrammen mit Momentaufnahmen der Wellenfelder wird die Komplexität der Ultraschallausbreitung in stengelkristallinem austenitischen Gefüge deutlich. Die Wellenfeldbilder zeigen in einer intuitiv verständlichen Weise, dass eine Ultraschallprüfung von anisotropen Werkstoffen ohne die Berücksichtigung der elastischen Anisotropie und der durch diese hervorgerufenen Effekte auf die Schallausbreitung wenig Sinn macht. Die Darstellungen eignen sich daher auch für die Lehre und die Schulung von Ultraschallprüfern die sich mit der Prüfung anisotroper Materialien beschäftigen. Mit dem im Rahmen dieser Arbeit erstellten, auf der Punktquellensynthese basierendem Näherungsmodell können zweidimensionale Schnitte des Schallfeldverlaufs oder der Wellenfeldausbreitung in anisotropen Materialien schnell berechnet werden. Dabei berücksichtigt der Modellansatz häufige Anwendungsfälle bei der Ultraschallprüfung wie gekrümmte Koppelflächen und Schrägeinschallung.

Die gute Übereinstimmung von gemessenen und berechneten Wellenfeldern bestätigen die Richtigkeit des Näherungsmodells und der Messungen wechselseitig.

STARTHerausgeber: DGfZPProgrammierung: NDT.net