Anwendung
Verwendung der Ultraschallprüfung zur Erkennung einer vorhandenen oder fehlenden Verbindung zwischen einer Außenschicht aus einem Material mit hoher akustischer Impedanz, wie Metall oder Keramik, und einer Innenschicht aus Material mit niedriger akustischer Impedanz wie Kunststoff, Verbundmaterial oder Gummi. Dieses Verfahren eignet sich auch für viele Metall-Metall-Klebverbindungen.
Einführung
Wenn Materialien mit ähnlicher akustischer Impedanz (Dichte multipliziert mit Schallgeschwindigkeit) miteinander verbunden werden, beispielsweise Metall-Metall-Verschweißung oder -Verlötung oder Kunststoff-Kunststoff-Verbindung, kann in der Regel anhand der Amplitude der ersten Reflexion an der Grenzfläche bestimmt werden, ob eine Verbindung vorhanden oder nicht vorhanden ist. Typischerweise ändert sich die Amplitude des reflektierten Signals an Verbindungen bzw. Ablösungen wesentlich. Wenn sich jedoch die akustische Impedanz beider Materialien stark unterscheidet, wie bei Verklebungen von Metall und Polymeren, führt diese akustische Impedanz-Fehlanpassung zu einer erheblichen Reflexion von der Grenzfläche, auch wenn beide Materialien mechanisch fest verbunden sind. Die Änderung der Echoamplitude bei verbundenen und nicht verbundenen Flächen kann klein und schwer zu erkennen sein, insbesondere wenn die Kopplung des Schallkopfes nicht einheitlich ist. Die gleiche Situation tritt häufig dann auf, wenn Metalle mithilfe von Epoxidharz oder anderen Klebstoffen mit niedriger akustischer Impedanz verbunden werden. Wenn die Klebeschicht nicht extrem dünn ist, bildet sie eine Grenzfläche mit niedriger akustischer Impedanz und erheblicher Reflexion, selbst wenn die Verbindung gut ist.
Es sei auch angemerkt, dass in Fällen, in denen sich das Material mit der niedrigen akustischen Impedanz außen befindet oder die Teilegeometrie anderweitig eine Kopplung mit der Verbindungsseite mit niedriger akustischer Impedanz ermöglicht, als Verfahren eine Phasenverschiebungsprüfung empfohlen wird. Dies ist in dem Anwendungsbeispiel von Olympus zu Phasenverschieberprüfungen der Integrität von Verbindungen beschrieben. Wenn die Prüfung von der Verbindungsseite mit hoher akustischer Impedanz aus durchgeführt werden muss, ist die in diesem Anwendungbeispiel beschriebene Ringdown-Technik oft der beste Ansatz. Bei diesem Verfahren wird eine Serie von Mehrfachreflexionen von der Grenzfläche beobachtet und ermittelt, ob sich die Amplitude der aufeinanderfolgenden Echos (der „Ring-Down-Hüllkurve“) schneller ändert, wenn die Reflexion statt an einer Verbindung an einer Ablösung erfolgt. Wenn die Schallwelle im Metall oder einem anderen Material mit hoher akustischer Impedanz nachklingt, wird die Amplitudenänderung bei jedem Impuls multipliziert. So wird beispielsweise aus einem schwer zu erkennenden 5%igen Amplitudenabfall zwischen Ablösung und Verbindung beim ersten Echo ein 25%iger Amplitudenabfall beim fünften Echo und ein 50%iger Amplitudenabfall beim zehnten Echo. Die Änderung eines einzelnen Echo mag klein sein, die Änderung einer Echoserie ist jedoch viel größer und leichter zu identifizieren. In einer typischen Fuge erzeugen Verbindungen und Ablösungen jeweils eigene, unverwechselbare Ring-Down-Muster. |  |
Geräte
Diese Prüfung kann mit jedem handelsüblichen Ultraschall-Fehlerprüfgerät durchgeführt werden, beispielsweise mit den EPOCH 650 oder EPOCH 6LT Fehlerprüfgeräten. Ultraschallimpulsgeber/-empfänger können ebenfalls eingesetzt werden. Der Schallkopf ist in der Regel ein üblicher Schallkopf mit Vorlaufstrecke und einem Frequenzbereich zwischen 2,25 MHz und 20 MHz, beispielsweise ein V207-RB, V206-RB, V202-RM oder V208-RM. Der jeweilige Schallkopf für eine bestimmte Prüfung wird nach Materialdicke, Teilegeometrie und akustischen Eigenschaften ausgewählt.
Vorgehensweise
Stellen Sie die Verstärkung so ein, dass das erste Rückwandecho aus einer gut verbundenen Referenzprobe auf 80 % Bildschirmhöhe liegt, und passen Sie den Bildschirmbereich so an, dass er eine Serie von Rückwandechos anzeigen kann. In der ersten Wellenform unten ist der erste Peak das Grenzflächenecho der Vorlaufstrecke, die nachfolgenden Peaks sind Rückwandechos einer 2,5 mm dicken Stahlwand, auf die eine Kunststoffauskleidung aufgeklebt ist. Da das Metall mit einem Trägermaterial verklebt ist, wirkt das auf der Rückseite der Stahlwand aufgeklebte Polymer als mechanische Dämpfung, und die Echos werden relativ schnell geringer. Mit der DAC-Funktion lässt sich bequem eine Kurve zeichnen, die die Ring-Down-Hüllkurve einer bekannten guten Verbindung markiert.
Langsames Ring-Down-Muster von verklebtem Metall, DAC-Kurve als Referenz dargestellt:
 | Wenn sich diese beiden Materialien voneinander lösen, wird die Dämpfungswirkung aufgehoben; die Peaks werden größer als die der Referenzkurve, wie unten zu erkennen ist. |
Ring-Down-Muster bei nicht mehr verklebtem Metall, Peaks übersteigen die Referenzkurve:
 | Beachten Sie, dass die relative Amplitude der Mehrfachechos zur rechten Seite des Bildschirms hin schneller zunimmt. Die genaue Abweichung der Ring-Down-Muster von Stellen mit und ohne Verbindung hängt von der relativen akustischen Impedanz der beiden Materialien sowie von Dämpfungsfaktoren ab; im Prinzip funktioniert diese Prüfung jedoch für jede Situation, in der ein Material hoher akustischer Impedanz mit einer Material niedriger akustischer Impedanz verbunden ist. Durch Aufzeichnung von zwei an den Referenzproben beobachteten typischen Mustern und Vergleich mit den Wellenformen eines Prüfkörpers kann ermittelt werden, ob im Prüfkörper eine Verbindung vorhanden oder nicht vorhanden ist. Es sei daran erinnert, dass mit solchen Prüfungen nur festgestellt werden kann, ob eine Verbindung vorhanden oder nicht, Aussagen zur Festigkeit der Verbindung sind nicht möglich. Außerdem müssen die Materialien durch einen Klebstoff oder ein ähnliches Bindemittel akustisch verbunden sein. Druck allein reicht selten aus, um eine akustische Verbindung herzustellen. |
