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ZEUS in der Anwendung
(2007)
When dealing in ultrasonic testing with inhomogeneous material structure
data interpretation can be rather difficult. This is especially the case when using
anisotropic dissimilar welds made from austenitic steel or nickel based alloys, which are
currently used for modern power plant concepts. For better understanding of the
complex interaction between the sound field and the component under test, the
visualization of sound propagation in solids is a substantial task to increase the
probability of detection of relevant defects. However, there exist only a small number of
appropriate techniques published today, such as scanning laser interferometer,
piezoelectric and optical approaches in case of transparent solids. In this work we
present an electrodynamic technique providing a simple use and a high signal to noise
ratio. By detecting the grazing beam with an electrodynamic probe with a size smaller
than 10 mm, we measured the particle displacement as a function of time with a spatial
resolution in the order of 1 mm. Adapting the electrodynamic probe and its coil
alignment allows for measuring the displacement components in all three dimensions.
This comprises the detection of the horizontal and vertical particle displacement with
respect to the surface and thus also the transformation from longitudinal waves into
transversal waves and vice versa is possible. A SNR of higher than 36 dB could be
achieved within ferromagnetic and high conductive chrome steel when using a
transversal wave generated by an angled beam transducer. We report on measurements
of the sound field in complex weld joints. One example shows a 10 mm thick narrowgap
weld joining a nickel alloy with a chrome steel yielding a substantial anisotropy of
the weld structure. The test system enables us to visualize the wave propagation within
the weld and indicates the reflection scenario and the energy losses due to both the
anisotropic structure and material defects.
When dealing in ultrasonic testing with
inhomogeneous material structure data interpretation can be
rather difficult. This is especially the case when using anisotropic
dissimilar welds made from austenitic steel or nickel based alloys,
which are currently used for modern power plant concepts. In
this work we present an electrodynamic technique to visualize
sound waves with frequencies up to 3 MHz in steel components
providing a simple use and a high signal-to-noise ratio. By
detecting the grazing beam with an electrodynamic probe, we
measured the particle displacement as a function of time with a
spatial resolution in the order of 1 mm. Adapting the
electrodynamic probe and its coil alignment allows for measuring
the displacement components in all three dimensions. This
comprises the detection of the horizontal and vertical particle
displacement with respect to the surface and thus also the
transformation from longitudinal waves into transversal waves
and vice versa. We report on measurements of the sound field in
a complex narrow-gap weld, joining a nickel alloy with a chrome
steel with a substantial anisotropy of the weld structure. The test
system enables us to visualize the wave propagation within the
weld and indicates the reflection scenario and the energy losses
due to both the anisotropic structure and material defects.
Die Prinzipien der Ultraschallausbreitung in festen Medien sind seit langem bekannt und können heute durch mathematische Modelle recht umfassend beschrieben und simuliert werden. In der Praxis zeigt sich aber, dass gerade bei komplexen Geometrien, sowie inhomogenen und anisotropen Materialien die Modelle immer noch an ihre Grenzen stoßen.
Das ist insbesondere in der fehlenden Möglichkeit begründet, die akustischen Eigenschaften inhomogener Prüfgegenstände vollständig mathematisch zu beschreiben.
Deshalb wird in letzter Zeit verstärkt nach Techniken gesucht, mit denen man die Schallausbreitung in solchen Materialien messen und anschaulich darstellen kann. Ziel dieser Entwicklung ist es, die Schallausbreitung in Festkörpern, insbesondere in solchen mit akustisch anisotropen Eigenschaften, besser zu verstehen und die Möglichkeit zu schaffen, die Simulationsrechnungen am realen Objekt zerstörungsfrei verifizieren zu können.
In der Literatur werden verschiedene Methoden zur messtechnischen Visualisierung der Ultraschallausbreitung in Festkörpern beschrieben. Am bekanntesten sind optische Verfahren wie die Schlierentechnik, die schon seit langem genutzt wird, um den momentanen Schallfeldverlauf im Inneren von optisch transparenten Materialien sichtbar zu machen. Heute kommen verstärkt lasertechnische Methoden, wie z. B. das Laserinterferometer, zum Abtasten von nicht transparenten Materialoberflächen zum Einsatz. Da diese Verfahren mit einem hohen technischen Aufwand verbunden sind, werden häufig auch einfachere Methoden, wie z. B. das Abtasten mit punktförmigen piezoelektrischen Aufnehmern, verwendet.