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1980 | Buch | 4. Auflage

Werkstoffprüfung mit Ultraschall

verfasst von: Dr. rer. nat. Josef Krautkrämer, Dr. rer. nat. Herbert Krautkrämer

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Über dieses Buch

Die Lehre vom Schall, die Akustik, beschreibt die Vorgänge der mecha­ nischen Schwingungen und ihre Ausbreitung in festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen. Im leeren Raum gibt es keinen Schall, weil es die Materieteilchen selbst sind, welche schwingen, im Gegensatz etwa zu den Lichtschwingungen oder Hochfrequenzschwingungen, bei denen der elek­ trische und magnetische Zustand des Raumes an sich schwingt. Durch eine Schallwelle in Luft wird ein kleines Luftvolumen aus seiner Ruhe­ lage heraus hin- und herbewegt, während eine Lichtwelle keinen Einfluß auf seinen Zustand der Ruhe oder Bewegung hat. Unterscheidet man solche mechanischen Bewegungen in Materie, die wenigstens eine Zeitlang regelmäßig wiederkehren, also periodisch sind, durch die Anzahl der Perioden in der Sekunde voneinander, so können wir einen Bereich abgrenzen, in dem sich unser Ohr zum Nachweis eignet: Wir hören den Schall, wenn er durch die Luft oder unseren Körper an unser Ohr gelangt. Dazu darf seine Frequenz weder zu tief noch zu hoch sein: Unter etwa 10 Hz (Hertz, d.h. Schwingungen je Sekunde) hören wir keinen Ton, auch nicht mehr über etwa 15000 bis 20000 Hz.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Physikalische Grundlagen der Ultraschall-Werkstoffprüfung

1. Wellen

Die Ultraschallwerkstoffprüfung benutzt mechanische Wellen im Gegensatz etwa zur Röntgentechnik, welche Röntgenstrahlen, also elektromagnetische Wellen, benutzt. Eine mechanische Welle baut sich aus Schwingungen der einzelnen Stoffteilchen auf: Eine Schwingung nennt man die sBewegung, die in Abb. 1.1 eine kleine Masse an einer Feder ausführt, wenn man sie einmal nach unten gezogen und losgelassen hat. Sich selbst überlassen, schwingt sie um die Ruhelage auf und ab. Diese Schwingung ist eine besonders wichtige Art, sie ist nämlich sinusförmig, weil der Weg zeitlich aufgetragen eine Sinuskurve ergibt. Sie entsteht nur dann, wenn die treibende Kraft, hier die Federkraft, mit dem Ausschlag proportional zunimmt Man nennt sie dann auch elastisch. Auch die einzelnen Masseteilchen, aus denen wir uns einen festen Körper aufgebaut denken können, sind durch elastische Kräfte an ihre Stellen gebunden Man kann sich den festen Körper sehr vereinfacht als Modell wie in Abb. 1.2 vorstellen, jedoch räumlich. Solange er nicht über die Elastizitätsgrenze hinaus auf Druck oder Zug beansprucht wird, benimmt er sich ähnlich wie dieses Federmodell. Die einzelnen Massepunkte können darin elastische Schwingungen ausführen. Wie entsteht nun aus einer Schwingung eine Welle? Abb. 1.1Sinusförmige Schwingung eines Federpendels.Abb. 1.2Modell eines elastischen Körpers.

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2. Ebene Schallwellen an Grenzflächen

Die Betrachtung einer Welle in einem unbegrenzt ausgedehnten Stoff ist nur theoretisch möglich, denn in der Praxis hört jeder Stoff einmal irgendwo auf, er hat Grenzflächen. Dort wird die Welle in ihrer Ausbreitung gestört. Wenn der Stoff an einen leeren Raum grenzt, kann keine Welle über die Grenzflächen hinausgelangen, weil ja zur Übertragung immer irgendwelche Stoffteilchen vorhanden sein müssen. An einer solchen freien Grenzfläche wird die Welle also in irgendeiner Form zurücklaufen. An einer glatten Grenzfläche spricht man dann von Reflexion, an einer rauhen von Streuung. Dabei muß man die Rauhigkeit, d. h. die Unebenheiten der Grenzfläche, mit dem Maß der Wellenlänge messen. Ist hinter der Grenzfläche ein anderer Stoff, der an dem ersten Stoff haftet, so daß Kräfte übertragen werden können, so kann die Welle darin weiterlaufen, meist zwar in einer mehr oder weniger veränderten Richtung, Stärke und Art.

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3. Geometrische Ultraschalloptik

Die geometrische Optik arbeitet mit Lichtstrahlen, die zeichnerisch als gerade Linien dargestellt werden. Sie erreicht bekanntlich einfach mit dem Gesetz der Brechung und Reflexion an Grenzflächen eine sehr anschauliche Darstellung, z. B. der Wirkung von Spiegeln und Linsen mit gekrümmten Flächen. Wir haben hier dieses anschauliche Verfahren auch schon benutzt, z. B. bei der Reflexion und Brechung in Kap. 2. Man muß nur dabei beachten, daß es auf eine sehr wichtige Eigenschaft sowohl der Licht- wie der Ultraschallwellen keine Rücksicht nimmt, auf die Wellenstruktur.

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4. Wellenphysikalische Behandlung des Schallfelds, der Schallstrahl

Bevor wir in den Kap. 7 und 8 Aufbau und Wirkungsweise von Ultraschallerzeugern kennenlernen, stellen wir uns unter einem idealen Schwinger eine Platte vor, die den Teilchen des angrenzenden Stoffs ihre eigene Bewegung, longitudinal oder transversal, mitteilt, und zwar auf der ganzen Fläche mit gleicher Phase und Amplitude. Wenn ein solcher Schwinger in einer ausgedehnten starren Wand sitzt und in eine Flüssigkeit strahlt, ergibt sich das gleiche Schallfeld wie hinter einer Lochblende vom Durchmesser des Strahlers in einer Wand, auf die eine ebene Welle fällt (Abb. 4.1). Denn die Teilchenbewegung in der Öffnung ist dieselbe wie dicht vor dem Schwinger.

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5. Echo und Schatten eines Hindernisses im Schallfeld

Eine Fehlstelle in einem Prüfling, etwa ein Lunker in einem Gußstück, ist für die Schallwelle ein Hindernis. Die Fehlstelle kann entweder durch die zurückgestrahlte Welle, d. h. mittels ihres Echos im Echoverfahren, oder durch ihren Schatten im Intensitätsmeßverfahren nachgewiesen werden. Nur bei sehr großen und regelmäßig geformten Fehlstellen kann man über das Echo und den Schatten aus rein geometrisch-optischen Vorstellungen etwas aussagen: An einem ebenen, glatten Scheibenriß in einer Walze wird die auftreffende Welle wie an einem Spiegel reflektiert und hinter dem Riß ist vollständiger Schatten. In weitaus den meisten Fällen sind die natürlichen Fehler aber nur so groß, daß für Echo und Schatten Beugungserscheinungen ausschlaggebend sind. Wir teilen die Fehler daher nach ihrer Ausdehnung quer zum Strahl ein in große und kleine Fehler. Die Bezeichnung klein ist natürlich kein Werturteil über die Bedeutung des Fehlers für die Verwendbarkeit des Prüflings.

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6. Die Schwächung von Ultraschallwellen in festen Stoffen

Wir haben bisher ideale Werkstoffe vorausgesetzt, in welchen der Schalldruck keine weitere Schwächung erfährt als durch die Ausbreitung der Welle verursacht. Eine ebene Welle würde also überhaupt keine Abnahme des Schalldrucks auf ihrem Weg zeigen, eine Kugelwelle, ebenso ein Schallstrahl eines Prüfkopfs im Fernfeld würde nur umgekehrt mit dem Abstand von der Quelle abnehmen. Natürliche Werkstoffe haben aber alle einen mehr oder weniger großen Einfluß, der den Schall zusätzlich schwächt. Dieser beruht auf zwei Ursachen, der Streuung und der (echten) Absorption, die beide unter dem Begriff Schwächung (manchmal auch Extinktion) zusammengefaßt werden.

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7. Piezoelektrische Verfahren zur Erzeugung und zum Empfang von Ultraschallwellen

Wir haben bisher Ausbreitung und Verhalten von Ultraschallwellen in verschiedenen Stoffen behandelt, ohne von ihrer Erzeugung mehr vorauszusetzen, als daß sie durch die Kontaktfläche eines Schwingers im Stoff erregt werden, der in der gewünschten Art und Frequenz schwingt. Zum Nachweis haben wir ein Mikrofon vorausgesetzt, das ebenfalls eine Kontaktfläche hat und den Schalldruck einer darauf auftreffenden Welle zu messen erlaubt. Beide Einrichtungen bezeichnet man in der Werkstoffprüfung als Prüfkopf, wenn erforderlich als Sende- bzw. Empfangsprüfkopf. Wir wollen jetzt ihre Wirkungsweise behandeln, die fast ausnahmslos auf dem piezoelektrischen Effekt beruht. Andere Verfahren der Ultraschallerzeugung werden in Kap. 8 behandelt.

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8*. Andere Verfahren zum Senden und Empfangen von Ultraschall

Außer dem piezoelektrischen gibt es noch andere physikalische Effekte, die sich zur Erzeugung bzw. zum Empfang von Ultraschall eignen. Obwohl viele von ihnen schwächere Signale als der piezoelektrische Effekt geben, bieten sie doch andererseits eine Reihe von Vorteilen, so daß in Spezialfällen ihre Anwendung in der Werkstoffprüfung durchaus sinnvoll ist.

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Verfahren und Geräte der Ultraschall-Werkstoffprüfung

Frontmatter
9. Intensitätsverfahren

Das Intensitätsverfahren, bei dem die Intensität des Ultraschalls nach Durchlaufen des Prüflings gemessen wird, ist die älteste Anwendung von Ultraschallwellen zur Werkstoffprüfung. Sie stammt aus den Jahren um 1930 und ist mit den Namen Sokolow und Mühlhäuser [686, 523] verbunden. Das Prinzip wird durch Abb. 9.1 veranschaulicht, bei der das Intensitätsverfahren bei Durchschallung eines plattenförmigen Prüflings an einer fehlerfreien und einer fehlerhaften Stelle schematisch dargestellt ist.

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10. Impuls-Echo-Verfahren

Das Impuls-Laufzeit- oder landläufig, wenn auch nicht ganz treffend Impuls-Echo-Verfahren genannt, wurde seit der Zeit des ersten Weltkriegs zur Ortung von Gegenständen unter Wasser benutzt Ein Vorschlag von Richardson, Eisberge auf größere Entfernungen auf diese Weise festzustellen, fand durch Langevin praktische Anwendung auf die Ortung von Schiffen, insbesondere von U-Booten. Zu friedlichen Zwekken später im Behmschen Tiefenlot für Meerestiefenmessung verwandt, wurde es für die Zwecke der Werkstoffprüfung erst in den Jahren des zweiten Weltkrieges fruchtbar gemacht.

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11. Laufzeitverfahren

Geht man bei der Einteilung der Verfahren von der physikalischen Meßgröße aus, so gehören alle Verfahren, welche -die Ultraschallaufzeit über eine gegebene Strecke bestimmen, zusammen. Alle diese Verfahren dienen in erster Linie zur Wanddickenmessung und zu Fehlerortungsverfahren in Blechen und Rohren. Deshalb faßt man logischerweise die früher getrennt behandelten Resonanzverfahren, welche die Eigenschwingung und damit ihren Reziprokwert, die Laufzeit, ebenfalls ergeben, mit den Impulsverfahren zusammen. Man kann jedoch die Verwendung von Dauerschall oder Impulsen zur Kennzeichnung der Untergruppen benutzen.

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12*. Schallemissionsanalyse

Dieses neuere Verfahren soll hier nur am Rande erwähnt werden. Es beruht auf einer Analyse der Schallwellen, die von einem wachsenden Riß im Werkstoff ausgehen. Es ist eigentlich weder ein zerstörungsfreies Prüfverfahren, weil es ja gerade eine Zerstörung, nämlich einen wachsenden Riß voraussetzt, noch ein Ultraschallverfahren, weil das Frequenzspektrum der Schallwellen bereits im Hörbaren beginnt. Man kann es aber, wenn man will, als passives Ultraschallverfahren den übrigen aktiven gegenüberstellen, weil man sich auf den Empfang der Ultraschallanteile im Spektrum beschränkt, im wesentlichen auf den Bereich unter 1 MHz.

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Allgemeine Prüftechnik

13. Ankopplung. Wahl von Prüfkopf und Frequenz

Die Oberflächenform und -rauhigkeit spielt bei jeder Ultraschallprüfung eine entscheidende Rolle. Einmal begrenzt sie vielfach die Empfindlichkeit des Verfahrens, so daß u. U. eine vorherige Bearbeitung erforderlich wird, andererseits ist sie bei Kontaktprüfung für den Verschleiß des Prüfkopfs bei Dauer- und Massenprüfungen maßgebend. Sie ist daher auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens von großem Einfluß

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14. Störeinfluß von Grenzflächen. Komplizierte Schallwege und Schirmbilder

Die Umwandlung der Wellenarten bei nichtsenkrechter Reflexion an Grenzflächen des Prüflings macht die an sich so einfache Prüftechnik manchmal kompliziert und die Schirmbilder schwerer verständlich. Darum sollen die Grundlagen der Wellenausbreitung aus Kap. 2 hier auf einige häufig vorkommende Fälle angewandt werden.

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15. Prüftechnik mit Transversal-, Oberflächen- und Plattenwellen

Zur Prüfung schalenförmiger Stücke, wie Bleche und Rohre, werden vielfach im Zickzack fortlaufende Transversalwellen benutzt (Abb.15.1). Ihr wichtigster Vorteil gegenüber Longitudinalwellen ist hierbei, daß die bei Einfallswinkeln über 33° in Stahl (30° in Aluminium) ohne Aufspaltung totalreflektiert werden. Sie legen daher in solchen Stücken lange Wege zurück, wenn die Oberflächenrauhigkeit klein gegen die Wellenlänge bleibt und deshalb keine Verluste durch Streureflexion auftreten. Bei flachem Einfall nimmt aber der Einfluß der Rauhigkeit mehr und mehr ab. Sonst schwächt sich die Amplitude nur entsprechend dem Entfernungsgesetz (Strahlöffnung) und der Schwächung des Werkstoffs für Transversalwellen.

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16. Form- und Größenbestimmung von Fehlstellen

Die physikalischen Effekte bei der Störung der Wellenausbreitung durch ein Hindernis, die es ermöglichen, eine Ungänze im Material mit Ultraschall nachzuweisen, sind in Kap. 5 vorgestellt worden.

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17. Störungen durch fremde Hochfrequenz- und Ultraschallquellen

Zur Beseitigung von inneren Störungen der Geräte können nur die zugehörigen Serviceanleitungen Auskunft geben. Gegen äußere Störungen gibt es aber einige allgemeingültige Abhilfemaßnahmen

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18. Organisation der Prüfung, Personal- und Ausbildungsfragen

Handelt es sich um eine häufig wiederkehrende Prüfaufgabe an gleichen oder wenigstens sehr ähnlichen Prüflingen, so empfiehlt sich die Ausarbeitung einer Prüfvorschrift durch den Leiter der Prüfabteilung und die Durchführung durch einen angelernten Prüfer. Aufgrund von Reklamationen und den Erfahrungen zerstörender Prüfungen wird die mutmaßliche Art, Größe und Lage von Fehlstellen bekannt sein, auf welche die Prüfung allein abzielt, um unnötigen Aufwand zu sparen. Die Vorschrift muß enthalten: Bezeichnung des Stücks evtl. mit Skizze, Angaben darüber, ob und wo die Oberfläche vorbereitet werden soll, Kopplungsmittel, Geräteeinstellung mit Prüfkopf für jeden Prüfgang unter Angabe der Abtastbahn und mutmaßlichen Fehlerlage Hinweis auf mögliche Echos, die nicht mit Fehlerechos verwechselt werden dürfen. In der Regel kann bei Massenprüfungen dem Prüfer ein Bericht erspart werden, er kann vielmehr in kurzer Zeit selbst über einen Ausschuß des Stücks anhand der Fehlerechos entscheiden. Bei wertvolleren Stücken ist ein Aussortieren fraglicher Stücke zweckmäßig, die dem an Erfahrungen reicheren Leiter der Prüfstelle vorgelegt werden.

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19. Prüfanlagen und Auswertung der Prüfergebnisse

Hand in Hand mit der Tatsache, daß die Prüfer die „klassischen“ Methoden der manuell auszuführenden Ultraschallprüfung im Laufe der Jahre immer besser beherrschten, ging die Entwicklung von kontinuierlich und automatisch arbeitenden Prüfanlagen (vgl. auch [586]). Diese sollen dem Prüfer nicht nur die oft beschwerliche Führung des Prüfkopfes, sondern auch die dauernd notwendige, bei Massenprüfung ermüdende, subjektive Entscheidung aufgrund der Beobachtung des flüchtigen Leuchtschirmbildes abnehmen. Eine Prüfanlage soll das Prüfergebnis objektiv auswerten. Dazu ist natürlich notwendig, das Programm, nach dem die Anlage über „gut“ (tolerierbar) und „schlecht“ (Ausschuß) entscheiden soll, vorher aufgrund von Versuchen an Testkörpern oder Prüflingen mit Fehlern bekannter Größe, oder anhand eines ausreichend großen Erfahrungsschatzes festzulegen. Für die Einstellung einer Prüfanlage im weitesten Sinne sowie zur Überwachung der Einstellwerte dienen Teststücke, wie sie im Kap. 18 schon erwähnt wurden. Auf geeignete Teststücke wird im Zusammenhang mit den einzelnen Prüfaufgaben hingewiesen. Die Einstellung einer Prüfanlage ohne oder mit einem ungeeigneten Teststück kann die ganze daran anschließende Prüfung in Frage stellen!

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Spezielle Prüfaufgaben

20. Bearbeitete Prüfstücke aus Metall in Einzelbeispielen

Wegen der hohen Bearbeitungskosten solcher Stücke aus Stahl, wie Läufer für Generatoren und Turbinen, wird die Prüfung schon möglichst frühzeitig im Bearbeitungsvorgang eingesetzt und mehrfach bis zur Schlußprüfung mit steigender Genauigkeit wiederholt.

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21. Eisenbahnmaterial

Eine geschlossene Behandlung dieser Prüfaufgaben, die einzeln an sich unter andere Abschnitte einzuordnen wären, rechtfertigt sich durch den Umfang und die Bedeutung der Ultraschallprüfung im Eisenbahnwesen. Viele Anwendungen dieser Art lassen sich jedoch auf ähnliche Prüfprobleme anderer Industriezweige übertragen.

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22. Bleche und Bänder

Bei der Ultraschallblechprüfung handelt es sich nur in seltenen Fällen um Dauerbrüche. Deshalb seien diese Prüfaufgaben kurz vorweg behandelt. Soweit Betriebsfehler nicht auf Herstellungsfehler zurückgehen, liegen sie stets als Anrisse senkrecht zur Oberfläche. Es handelt sich z. B. um Korrosionsspannungsrisse bei Laugenbrüchigkeit, an Nietlöchern oder um Ermüdungsbrüche wie Krempenrisse, Felgenrisse usw. Wenn die Ausdehnungsrichtung ungefähr bekannt ist, sind sie mit Zickzacktransversalwellen, bei guter Oberfläche auch mit Oberflächenwellen leicht zu finden. tTber Nietlochrisse vgl. Kap. 27, über Korrosions- und Dickenbestimmung an Blechen vgl. Abschnitt 32.1.

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23. Halbzeug

Als Herstellungsfehler in einem Halbzeug unterscheiden wir Innen- und Oberflächenfehler. Innenfehler rühren entweder von Blockfehlern her, die beim Walzen oder Ziehen langgestreckt werden und als Lunker und Einschlüsse vorzugsweise im Kern auftreten; oder es sind Walz- und Ziehfehler, wie Hohllauf (piping), besonders bei Nichteisenmetallen, und Kernrisse, die im Schnitt flach oder sternförmig aussehen. Oberflächenfehler, z. B. an Stangen, sind meist Ziehfehler in Form von radialen Anrissen oder Schalen, die unter flachem Winkel von der Oberfläche aus eindringen. Weil alle Fehler in Längsrichtung ausgedehnt sind, ist die Einstrahlungsrichtung (Abb. 23.1) vom Mantel aus die gegebene, entweder senkrecht oder schräg zur Oberfläche in der Querschnittsebene. Dazu kommen Oberflächenwellen in Umfangsrichtung. Abb. 23.1Fehlerarten in Stangenrundmaterial und Hauptprüfrichtungen.

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24. Rohre

Auch hier handelt es sich wieder in der Hauptsache um Herstellungsfehler. Dauerbrüche und Korrosionsspannungsrisse erfordern die gleiche Prüftechnik wie Herstellungsfehler, weil sie meist die gleiche Lage haben. Andere Betriebsprüfungen, wie Korrosions- und Wandstärkebestimmungen, werden in Abschnitt 32.1 behandelt.

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25. Gußstücke

Die Fehlerprüfung betrifft fast ausschließlich Herstellungsfehler, nämlich Lunker und Gasblasen als Hohlräume (die ersteren mit grob gezackter, die letzteren mit glatter Oberfläche, in kleineren Abmessungen auch als Poren und Porosität), Einschlüsse (meist Sand oder Schlacke) und Risse (durch innere Spannungen beim Abkühlen im bereits erstarrten Zustand). Reine Seigerungen lassen sich nur selten und auf indirekte Weise finden. Falls ausnahmsweise in Gußstücken Dauerbrüche nachzuweisen sind, hängt die Prüftechnik wie bei Schmiedestücken wesentlich von der Beanspruchung und der daraus vermuteten Fehlerlage ab.

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26. Schweißverbindungen

In Stumpfschweißnähten sind mit Ultraschall folgende Herstellungsfehler nachweisbar: Schlackeneinschlüsse und Poren, Bindefehler (Kaltschweißen), nicht durchgeschweißte Stellen (Wurzelfehler, Rand- oder Einbrandkerben), Risse (nach ihrer Lage zur Naht Längs- oder Querrisse).

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27. Niet-, Klebe- und Schrumpfverbindungen

Bei Nietverbindungen sind Prüfverfahren auf Dauerbrüche von Interesse, wofür bei Blechdicken über 10 mm das Impuls-Echo-Verfahren brauchbar ist. Im Niet selbst kommen Querrisse zwischen Kopf und Schaft vor, die man vom Nietkopf aus wie bei Schrauben finden kann (s. 20.2). Kleinere Anrisse findet man sicherer vom entfernten Nietkopf her.

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28. Kernreaktoren

Prüfaufgaben an Kernreaktoren sind in der Hauptsache Schweißnahtprüfung am Druckgefäß und seinen Anschlußstutzen, ferner Bindefehler- und Rißprüfung der Plattierung der inneren Oberfläche des Druckgefäßes. Diese Aufgaben sind bereits im Prinzip in früheren Abschnitten behandelt und finden sich z. T. auch im konventionellen Kraftwerks- und Kesselbau. Hier soll auf diesen Prüfkomplex geschlossen eingegangen werden, weil die Prüfung besonders sorgfältig und umfangreich sein muß wegen der katastrophalen Folgen eines Schadens, ferner weil eine regelmäßige Nachprüfung verlangt wird, die hohe Anforderungen an die Dokumentation stellt. Schließlich gehören die Prüfeinrichtungen zu den umfangreichsten der Ultraschallprüftechnik, wegen der Größe der Objekte, der verlangten Fernbedienung und Automatisierung bedingt durch die Strahlenbelastung und Kürze der Prüfzeit bei Nachprüfung.

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29. Metallische Werkstoffe und ihre besonderen Prüfaufgaben

Die Unterschiede der Schallgeschwindigkeiten verschiedener Stähle, ob unlegiert oder legiert, sind geringer als 5%, wie die nachfolgende Tabelle zeigt’. Für weniger genaue Messungen kann man sie vernachlässigen, Nr.Stahlart, Durchmesser in mm ZusammensetzungZustandFestigkeitRock-wellc1ctkp/mm2Härte HRCkm/s1Unlegierter Einsatzstahl 800,15 Cgeglüht425,943,242Unlegierter Baustahl 500,45 C, 0,7 Mngeglüht685,943,253Werkzeugstahl 451,0 Cgeglüht645,963,234Legierter Baustahl 700,35 C, 0,6 Mn, 1,0 Cr, 0,2 Mogeglühtvergütetgehärtet65981585,955,935,903,263,243,235Legierter Baustahl 650,30 C, 0,4 Mn, 2,0 Cr, 2,0 Ni,0,2 Mogeglühtvergütetgehärtet671171375,935,875,893,223,213,216Kugellagerstahl 521,0 C, 1,5 Crgeglühtgehärtet71655,995,983,273,207Schnellstahl 520,9 C, 4,0 Cr, 2,5 Mo, 2,5 Va, 3,0 Wgeglühtgehärtet87636,065,883,353,198Legierter Werkzeugstahl 502,0 C, 12,0 Cr, 0,6 Wgeglühtgehärtet79626,146,013,313,229Rostfreier Stahl 75ferritisch 0,15 C, 17,0 Crgeglüht986,013,3610Rostfrei, vergütbar 750,4 C, 17,0 Cr, 1,2 Movergütet956,093,36 wenn es sich um die Abstandsbestimmung handelt. Die Änderung der Transversalgeschwindigkeit, die meist im gleichen Sinn und gleicher Größenordnung ist, beeinflußt aber außerdem beim Schrägeinschallen den Schallwinkel nicht unerheblich : Bei 70° macht eine Änderung von 1% schon rd. 1,5° aus. Für die Fehlerortung ist deshalb eine Eichung auf dem gleichen Stahl wie der Prüfling anzuraten [805].

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30. Prüfaufgaben bei nichtmetallischen Prüfstücken

Die Porzellanrohmasse, die sog. Hubeln, sind, solange sie mit Wasser gesättigt sind, für Frequenzen von 0,5 bis 2 MHz genügend durchlässig, um in Dicken von einigen 100 mm auf größere Hohlräume und ungenügend verbundene Grenzflächen geprüft werden zu können. Praktisch wird in diesem Zustand jedoch nicht geprüft. Getrocknet sind sie undurchlässig. Dicht gebranntes Porzellan erreicht, was Durchlässigkeit und Schallgeschwindigkeit angeht, die Werte von Stahl. Man kann mit Longitudinalwellen von 5 MHz und mehr Längen von über 1 m durchschallen. Ähnlich verhalten sich andere dichte Keramiken, wie Steatit, dessen Geschwindigkeit noch über der von Stahl liegt (s. u.). Auch Gläser haben sehr geringe Schwächung. Praktisch werden jedoch bisher nur Isolatoren aus Porzellan und Steatit bei der Herstellung geprüft.

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31. Lage-, Form- und Füllstandsbestimmung

Die bisher behandelten Prüfverfahren (Kap. 20 bis 30) und die in Kap. 32 folgenden Meßmethoden lassen noch einige Anwendungen der Ultraschalldiagnostik aus. Obwohl sie am Rande der Werkstoffprüfung liegen, sollen sie hier kurz erwähnt werden, weil sie nämlich gelegentlich auch mit den üblichen Werkstoffprüfgeräten durchgeführt werden können.

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32. Meßverfahren mit Ultraschall

Hier soll die Messung von Werkstückeigenschaften und Werkstoffkonstanten behandelt werden, soweit sie im Rahmen der Werkstoffprüfung interessiert und sich mit handelsüblichen Prüfgeräten durchführen läßt. Zahlreiche wissenschaftliche Aufgaben und Meßmethoden müssen daher unberücksichtigt bleiben oder können nur kurz erwähnt werden.

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33. Normung

Die zunehmende Bedeutung der Ultraschallprüfung hat in allen Ländern die Gesellschaften für zerstörungsfreie Prüfverfahren, Hersteller- und Verbraucherverbände sowie Normenverbände zur Herausgabe von Normen veranlaßt, die von Empfehlungen bis zu Verordnungen mit Gesetzeskraft reichen. In jedem Lande bearbeiten staatliche Normenkommissionen die von Verbänden und Gesellschaften vorgelegten Vorschläge. In der Bundesrepublik Deutschland ist das der DNA (Deutscher Normenausschuß). Er gibt die DIN-Normen heraus. Überstaatlich arbeitet die ISO (International Organization for Standardization) an einer Harmonisierung der staatlichen Normen. Außerdem arbeiten auch überstaatliche Fachverbände daran, z. B. auf dem Gebiet der Schweißungen das IIW (International Institute of Welding).

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Backmatter
Metadaten
Titel
Werkstoffprüfung mit Ultraschall
verfasst von
Dr. rer. nat. Josef Krautkrämer
Dr. rer. nat. Herbert Krautkrämer
Copyright-Jahr
1980
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-13422-1
Print ISBN
978-3-662-13423-8
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-13422-1