Welche Ultraschall-Messtechnik wende ich an?
Hauptgebiet der Ultraschall-Werkstoffprüfung ist die Suche und die Bewertung von Fehlstellen in Werkstücken, wobei die Störung der Wellenausbreitung durch solche Fehlstellen ausgenutzt wird. Daneben entwickelt sich aber eine große Zahl von Messverfahren, die
die vielfältigen Beziehungen in der Wechselwirkung zwischen Schallwellen und Materie zur näheren Bestimmung von Materialeigenschaften ausnutzt, von der Festkörperphysik bis zur Produktionssteuerung (siehe auch im Artikel über grundlegende Verfahren). Aus diesem Bereich außerhalb der Fehlersuche, der etwas zu Unrecht allein als „ Ultraschall-Messtechnik" bezeichnet wird, haben verschiedene Methoden praktische Bedeutung erlangt. Grundlage aller Verfahren ist entweder die Beeinflussung der Schallgeschwindigkeit (Schall-Laufzeit) oder der Schallschwächung durch das Material, in dem die Schallwelle läuft. (siehe auch im Artikel über grundlegende Verfahren).
Die Wandickenmessung
Die Wandickenmessung benutzt die bekannte Schallgeschwindigkeit um über verschiedene Verfahren aus der Laufzeit den zurückgelegten
Weg, also die Wanddicke zu ermitteln. Bekannt sind dazu Impuls-Laufzeit-Geräte, die analog oder digital anzeigen, z. B. Corrometer, Caliper, D-Meter. Oder es wird ein Resonanzverfahren benutzt wie z. B. beim „ Predef-Verfahren. ( Impuls-Resonanz-Verfahren mit verzögerter Rückkopplung). Die Entwicklung der elektronischen Bauteile zur direkten Auszählung der Laufzeit ist heute soweit fortgeschritten, daß mit ihnen die gleiche Messgenauigkeit ereicht werden kann, für die man früher Interferometer oder entsprechende Phasenüberlagerungsverfahren brauchte.
Elastische Konstanten
Elastische Konstanten von Werkstoffen stehen in enger Beziehung zu den Schallgeschwindigkeiten von Longitudinal- und Transversalwellen.
Durch Umformung der Gl. (3) und (4) in Kap. 5 erhält man folgende Beziehungen für den Elastizitätsmodul E, den Schubmodul G sowie die
Poisson-Konstante u. Benötigt wird außer den Schallgeschwindigkeiten ctrans und clong ( in m/s) nur die Dichte p des Werkstoffs (in kg/m 3):
Die Tabelle 1 gibt eine Übersicht über die akustischen Daten der üblichen Werkstoffe. Eine spezielle Methode zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeiten ist die Goniometermethode, die die Effekte der Brechung und Reflexion an Grenzflächen ausnutzt (siehe Artikel über Schallwellen an Grenzflächen)
Spannungsmessungen
Spannungsmessungen während elastischer Verformung können ebenfalls über Messungen der Schallgeschwindigkeit von Transversal oder Oberflächenwellen vorgenommen werden.
Gefügeuntersuchungen
Gefügeuntersuchungen sind ein Schwerpunkt der Ultraschall-Meßtechnik, besonders bei Gußwerkstoffen, Beton oder Keramik. Benutzt wird dabei sowohl die Messung der Schallgeschwindigkeit wie auch die Messung der Schallschwächung. (Eine Übersicht über die Schallgeschwindigkeit von Gusswerkstoffen gibt die Tabelle 7). Beeinflußt wird die Schallgeschwindigkeit durch die Graphitmenge und -Ausbildung. Ebenso stehen Zugfestigkeit und Härte bei Guß in Beziehung zur Schallgeschwindigkeit. Für die Ermittlung der mechanischen Kennwerte ist jedoch die Schallschwächung oft vorteilhafter als die Schallgeschwindigkeit, weil sie wesentlich empfindlicher auf Gefügeänderungen reagiert. In der Metallurgie und in der Festkörperphysik kann man mit Änderungen der Schallschwächung Verformungen in Festkörpern sowohl im elastischen wie im plastischen Bereich nachweisen.
Härtemessungen
Härtemessungen mit Ultraschall beruhen auf der unterschiedlichen Dämpfung von Schallschwingungen eines Metallstabes des UCIHärtemessgerätes, an dessen Spitze sich ein Vickers- Diamant befindet, der auf die Oberfläche des Werkstücks gepresst wird (UltraschallKontakt- Impedanz, Bild 51). Auf ähnliche Weise lassen sich auch Viskositäten in Flüssigkeiten bestimmen.