Verfahrensablauf

Die gängiste Form der Ultraschallprüfung beruht auf dem Impuls-Echo-Verfahren. Dabei werden akkustische Wellen im Ultraschallbereich mit typischen Frequenzen zwischen 0,2 MHz und 100 MHz über einen Prüfkopf impulsartig in das zu prüfende Werkstück eingekoppelt. Die Impulsdauer der einzelnen Ultraschallpakete beträgt in der Regel wenige Mikrosekunden. Diese Schallimpulse breiten sich im Prüfstück mit charakteristischer Schallgeschwindigkeit aus, die sich von Material zu Material unterscheidet. An Stellen wo sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallimpulse ändert, werden die Schallwellen reflektiert. Man spricht dann von einem sogenannten Echo.

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Abbildung: Ultraschallprüfung

Echos entstehen insbesondere an Fehlstellen wie Poren, Lunker oder Risse, da die Schallgeschwindigkeit in der Metallstruktur um das circa 10- bis 20-fache höher liegt im Vergleich zur Luft. Solche Reflektionsstellen werden ganz allgemein auch als Reflektoren bezeichnet. Im Gegensatz Fehlerechos treten auch an der Rückwand des Werkstückes Reflektionen auf. Man spricht dann von einem Rückwandecho.

Die von der Rückwand oder von den Fehlstellen reflektierten Schallimpulse werden durch einen Empfänger wieder registriert. Aus der verstrichenen Zeit zwischen Aussenden eines Schallimpulses und Registrieren eines Fehlerechos kann bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit (Schallgeschwindigkeit des Werkstoffes) auf die Tiefe des Echopunktes und damit auf die Lage des Fehlers geschlossen werden. Dabei ist zu beachten, dass sich die gemessene Zeitdauer aus der doppelten Wegstrecke bis zum Erreichen des Echoortes ergibt, da der Schallimpuls nach der Reflexion schließlich wieder dieselbe Zeitdauer für den Rückweg benötigt. 

Damit der Prüfkopf die Ultraschallimpulse auch in das Werkstück einkoppeln kann und nicht bereits an der Außenseite des Werkstückes die gesamten Schallimpulse zurückgeworfen werden (Eingangsecho), muss die gesamte Fläche des Prüfkopfes vollständig auf dem Prüfstück aufliegen. Aufgrund der Oberflächenrauhigkeit eines jeden Werkstückes bzw. Prüfkopfes ist dies jedoch nicht ohne Weiteres möglich. Aus diesem Grund wird ein gelartiges Kopplungsmittel (Koppelmittel) auf das Werkstück aufgetragen. Dieses benetzt die Oberfläche von Schallkopf und Werkstück vollständig und ermöglicht so ein reflektionsarmes Einleiten und Wiederempfangen der Schallimpulse. Um in speziellen automatisierten Verfahren die nötige Kopplungswirkung zu erzielen kann auch das gesamte Bauteil in ein Wasserbad eingetaucht werden.

Besondere Bedeutung bei der Prüfung von Werkstücken haben die verwendeten Prüfköpfe, die je nach Anwendungsfall sorgfältig ausgewählt werden müssen. Um die unterschiedlichen Anforderungen an die Prüfköpfe besser verstehen zu können, wird im Folgenden kurz auf die Erzeugung und Ausbreitung von Ultraschall näher eingegangen.

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