Was sind die Eigenschaften von Schallreflexionen an Ungänzen?
Die Ultraschall- Impuls-Echo-Methode ist darauf angewiesen, dassan Unregelmäßigkeiten im Werkstoff reflektierte Wellen auch an den Ort gelangen, an dem sich der Empfängerprüfkopf befindet. Dabei
ist es besonders bei größeren Reflektoren keineswegs selbstverständlich, daß dies auch der Ort des Senders ist. Fehlstellen in Werkstoffen lassen sich nur nachweisen, wenn sie Grenzflächen sind, d. h. an ihnen eine sprunghafte Änderung der akustischen Eigenschaften erfolgt. Ob Fehler gut oder schlecht reflektieren, hängt ab
- vom Verhältnis der Schallwellenwiderstände Z,/Z2
- von der Struktur der Oberfläche
- von der Dicke der gestörten Zone
- von der Größe des Reflektors
In welche Richtung Fehistelle.n reflektieren, hängt ab
In welche Richtung Fehistelle.n reflektieren, hängt ab
- von der Oberflächenstruktur des Reflektors
- von der Oberflächenform des Reflektors
- von der Lage des Reflektors zum Sender
- von der Größe des Reflektors
Dabei ist nicht jede reflektierende Stelle in einem Werkstoff ein Werkstoffehler. Welcher Reflektor ein Fehler im Sinne der Abnahmevorschrift ist, muss vor der Prüfung festgelegt werden. Reflektoren, die größer als das Schallbündel sind, lassen sich im allgemeinen ohne Schwierigkeiten mit Ultraschall auffinden. Sie
können wie unbegrenzte Grenzflächen (Kap. 10) behandelt werden.
Auch das Verhalten eines sehr kleinen (punktförmigen) Reflektors ist einfach zu verstehen. Er streut die Schallwelle in alle Richtungen
wie ein Kugelstrahler. Alle Reflektorabmessungen dazwischen zeigen jedoch ein kompliziertes Reflexionsverhalten. Als symbolisches Beispiel sollen dazu die Bilder 32-35 etwas ausführlicher erläutert werden: Bild 32 zeigt die Position von Prüfkopf und Reflektor zueinander. Es soll den Zeitpunkt des Sendens eines Ultraschallimpulses wiedergeben. Bild 33 entspricht dem Zeitpunkt, an dem der Impuls den Reflektor erreicht. Die Lage der Wellenfronten im Impuls ist eingetragen. Durch die unterschiedliche Strichdicke ist auch der Schalldruck dort symbolisiert. Bild 34 gibt den Zustand kurz nach der Reflexion wieder. Ein Teil des Impulses wird in gestörter Form durchgelassen I), Ein Teil des Impulses wird in Form von verschiedenen Einzelimpulsen (II), (III), (IV) reflektiert. Davon wird nur der Impuls (III) zum Prüfkopf zurückgelangen.
Bild 35 zeigt den Zeitpunkt des Empfangs. Der Prüfkopf nimmt nur
einen Teil der Welle (III) auf. Entsprechend der Schalldruckverteilung in diesem Ausschnitt formt er ein Durchschnittssignal. Nur dieses
Signal kann als elektrisches Empfangssignal weitergegeben werden. Mehr als dieser gemittelte Ausschnitt aus einem reflektierten Impulsanteil steht uns also zur Beurteilung der Beschaffenheit des
Reflektors nicht zur Verfügung. Erschwerend kommt noch hinzu, daß
durchaus nicht alle reflektierten Teilimpulse von der gleichen Wellenart sein müssen: ein Longitudinalwellenprüfkopf z. B. würde
einen reflektierten Transversalwellenimpuls auch dann übersehen, wenn er direkt auf den Prüfkopf träfe. Ändert man im Bild 32 die Position des Prüfkopf zum Reflektor, so würde der sich ausbreitende Impuls (Bild 33) den Reflektor anders treffen. Die Folge wären reflektierte und durchgelassene Impulse (Bild 34) die nach Richtung und
Druckverteilung anders wären als im vorigen Fall. Entsprechend reagierte auch das Empfangssignal (Bild 35). Es gibt also keinekonstante Reflexionscharakteristik eines Reflektors, Sie ist abhängig vom verwendeten Schallfeld für Sender und Empfänger und von der Lage des Reflektors in diesen Schallfeldern. Je größer ein Reflektor ist ( im Vergleich zur Wellenlänge Ä) desto empfindlicher reagiert der reflektierte Impuls auf die Lage des Reflektors im Schallfeld. Obwohl ein solcher Reflektor gut reflektiert, wird er übersehen, wenn der reflektierte Impuls nicht zum Empfänger läuft. Schlecht reflektierende Stellen können indirekt mit dem durchgelassenen Impuls (I) Bild (35) beurteilt werden, wenn dieser Impuls nach der Reflexion an einer Rückwand zum Prüfkopf zurück gelangt (Rückwandechoabschattung). Reflektoren, von denen man weiß, dass sie nicht zum sendenden Prüfkopf zurückreflektieren, kann man mit getrennten Sende- und Empfangsprüfköpfen auffinden (Bild 36 — Tandemtechnik, Bild 37 Deltatechnik). Grenzflächen des Prüfstücks, die in der Nähe einer reflektierenden Unregelmäßigkeit liegen, stören die Reflexion an dieser Unregelmäßigkeit. Das Signal eines solchen Reflektors sollte man nicht ohne Korrektur (entsprechend der Signalverfälschung durch die Grenzfläche) auswerten. (Bild 38, 39).
