DE1648421B1

DE1648421B1 - Vorrichtung zur Lokalisierung von Inhomogenitaeten mit dem Ultraschall-Echoprinzip,insbesondere zur Bestimmung der Phasengrenze fest/fluessig beim Stranggiessen

Info

Publication number: DE1648421B1
Application number: DE19671648421
Authority: DE
Inventors: Lux Dr Benno; Wilfried Kurz; Marcel Nussbaum
Original assignee: Concast AG
Current assignee: SMS Concast AG
Priority date: 1966-12-13
Filing date: 1967-12-09
Publication date: 1970-07-02
Also published as: FR1548870A; AT276654B; GB1179167A; US3546924A; NL6716731A; CH479071A; JPS5024628B1

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrich- F i g. 1 den Schallkopf im Schnitt gemäß der Linie

tang zur Lokalisierung von Inhomogenitäten mit dem I-I der F i g. 2 und

Ultraschall-Echo-Prinzip, insbesondere zur Bestim- F i g. 2 eine Draufsicht auf den Schallkopf,
mung der Phasengrenze fest/flüssig beim Strang- In F i g. 1 wird mit 1 das Meßobjekt, beispielsweise gießen, wobei als Sender und Empfänger wirkende 5 ein Strang, bezeichnet, wobei 2 seine Erstarrungs-Schwinger elektrisch und akustisch getrennt, winkelig front darstellt und 3 einen Schallkopf gemäß dem zueinander angeordnet und mit einer Flüssigkeit an S.-E.-Prinzip bezeichnet. Die Schwinger dieses Schalldas Meßstück gekoppelt sind. kopfes bestehen aus piezoelektrischem Material, wo-

Es wurde vorgeschlagen, für die Lokalisierung der bei der Sender mit 4 und der Empfänger mit 5 be-Phasengrenze fest/flüssig einen S.-E.-Schallkopf zu io zeichnet sind. Diese beiden Schwinger stehen in beverwenden, bei dem die Einstrahlwinkel seiner zug auf die Einstrahlung winkelig zueinander. Die Schwinger verstellbar sind. Dabei hat sich gezeigt, Schwinger sind in einem Vorlaufkörper 6 eingebaut daß bei dieser Vorrichtung ein nachteiliger Störunter- und elektrisch getrennt. Dieser Vorlauf körper 6 dient grand auftritt. Dieser Störuntergrund wird hervor- zur Übertragung der Schallwellen vom Sender zum gerufen durch an der Oberfläche entlanglaufende 15 Meßobjekt und von diesem zum Empfänger. Als Ma-Wellen, und zwar einerseits Oberflächenweilen und terial wird für den Vorlaufkörper vorteilhaft Kunstanderseits Randstrahlen des Schallfeldes. Dieser Stör- stoff, beispielsweise Araldit, verwendet. Der Vorlaufuntergrund hat eine derartige Amplitude, daß Re- körper 6 kann auch als Behälter ausgebildet und mit flexionen an schwach reflektierenden Inhomogenitä- einer Flüssigkeit gefüllt sein. Das Vorlaufmaterial ten in geringer Tiefe verdeckt werden. Als kleine In- 20 wird mit einem derartigen Schallwiderstand gewählt, homogenität ist auch die Phasengrenze fest/flüssig in daß die Übertragungsverluste von Kopf auf Prüf-Metallen zu betrachten, da der Unterschied im Schall- objekt 1 möglichst gering sind, um eine optimale Anwiderstand der beiden Phasen (Festkörper und Flüs- koppelung zu erhalten.

sigkeit) verhältnismäßig klein ist. Dazu kommt, daß Um den Sender 4 und den Empfänger 5 akustisch die Phasengrenze infolge ihrer geometrischen Aus- 25 zu trennen, ist eine Trennwand 7, beispielsweise aus bildung schwach reflektiert und die Schallimpulse im Kork, vorgesehen. Für die Zuführung der Ankoppeheißen Metall stark gedämpft werden. lungsflüssigkeit ist ein Rohr 8 in den Vorlaufkörper

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den eingebaut.

Störuntergrund relativ zum Echo der Phasengrenze Um möglichst kurze, d. h. interferenzarme Impulse fest/flüssig zu verkleinern, d. h. einen Schallkopf mit 30 zu erzeugen, werden die Schwinger auf der der Anhoher Dynamik herzustellen, koppelungsebene 9 abgekehrten Seite in Dämpfungs-

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Sender körper 10 und 11 eingebettet. Um eine hohe Dämp-

und Empfänger in der Ankoppelungsebene winkelig fung der Schwinger zu erhalten, werden die Dämp-

zueinander angeordnet sind. Der damit zwischen den fungskörper beispielsweise aus einem Gemisch von

Schwingern auftretende Winkel, der sogenannte 35 Araldit, Wolfram- und Gummipulver hergestellt.

Trennwinkel, bewirkt, daß die störenden Wellenteile Zur Erzielung einer hohen Dynamik ist die Geo-

interferieren und sich bei einem optimalen Trenn- metrie des Schallkopfes von entscheidendem Einfluß,

winkel auslöschen. Dieser optimale Winkel ist ab- Unter die Geometrie fallen folgende Begriffe: Länge

hängig von Frequenz, mittlerem Abstand und Ein- des Vorlaufkörpers, Abstand zwischen Trennwand

Strahlwinkel der Schwinger, der Schwingerform, der 40 und ihr gegenüberliegender Begrenzungsfläche, mitt-

Vorlaüfstrecke und dem Vorlaufmaterial, dem be- lerer Abstand zwischen den Schwingern, Trennwinkel

schallten Material und der Ankoppelungsflüssigkeit und Einstrahlwinkel.

und muß in Abhängigkeit von diesen Parametern er- Die mittlere Länge 16 des Vorlaufkörpers 6 soll

mittelt werden. nicht mit der Nahfeldlänge 15 übereinstimmen, um

Nach einem Merkmal der Erfindung soll der mitt- 45 die Dynamik nicht zu verschlechtern. Es hat sich gelere Abstand zwischen dem Sender und Empfänger zeigt, daß der Störuntergrund auch durch untermöglichst klein sein. Vorteilhaft beträgt der Winkel schiedliche Längen 15,16 von Sender 4 und Empzwischen der Normalen zur Ankoppelungsebene und fänger 5 weiter verkleinert werden kann. Der Abder Normalen auf die Schwinger bis 30°. stand 17 zwischen Schwinger und der der Trennwand

Um die störenden Auswirkungen der Reflexion der 50 gegenüberhegenden Fläche soll den Schwinger über-Randstrahlen des Schallfeldes zu schwächen, über- ragen und groß genug sein, um die störenden Ausragt mit Vorteil der Vorlauf körper auf der der zwi- Wirkungen der Reflexionen der Randstrahlen des sehen Sender und Empfänger eingebauten Trennwand Schallfeldes zu schwächen, was sich in einer Ergegenüberliegenden Seite den Schwinger. höhung der Dynamik auswirkt. Im weiteren soll der

Zur Erhaltung einer optimalen Dynamik wird, ge- 55 mittlere Abstand 18 zwischen Sender 4 und Empfänmäß einem weiteren Merkmal der Erfindung, die ger 5 möglichst klein gehalten werden, weil festgestellt mittlere Länge des Vorlaufkörpers ungleich der Nah- werden konnte, daß größere Abstände den Störunterfeldlänge ausgeführt. Vorteilhaft wird der Vorlauf- grand erhöhen, erkannbeispielsweise 20mm betragen, körper aus einem Material mit optimalem Schall- Von entscheidender Bedeutung für eine hohe Dywiderstand ausgeführt. 60 namik ist aber eine winkelige Anordnung der Schwin-

Zur Erzeugung interferenzarmer Impulse sind, ge- ger in der Ankoppelungsebene. Wie bereits erwähnt,

maß einem anderen Merkmal, die Schwinger auf der hängt der Trennwinkel 20 von vielen Faktoren ab

der Ankoppelungsebene abgekehrten Seite mit einem und kann zwischen 5 und 40° betragen.

Dämpfungskörper versehen. Große Trennwinkel können aber eine Vergröße-

Die Erfindung wird an Hand des nachfolgenden 65 rung des mittleren Abstandes 18 mit sich bringen.

Ausführungsbeispieles beschrieben. Zur Erläuterung Um diesen mittleren Abstand zu verringern, kön-

der Beschreibung werden die nachfolgenden Figuren nen die einander zugekehrten Seiten der Schwinger

hinzugezogen. *Es zeigt. ,. ₍ V-förmig, zahnförmig usw. ausgebildet werden.

Unter einem Einstrahlwinkel 21,22 wird der Winkel zwischen der Normalen zur An koppelungsebene und der Normalen auf einen Schwinger verstanden. Dieser Winkel ist durch die räumliche Trennung von Sender und Empfänger bedingt. Der Einstrahlwinkel 5 21 bzw. 22 wird für eine gewünschte Prüftiefe auf maximale Reflexion eingestellt. Der Einstrahlwinkel beträgt beispielsweise für einen Schallkopf mit Araldit-Vorlaufkörper und einem Meßkörper aus Stahl mit einer Phasengrenze in 5 bis 10 cm Tiefe 3°. Für Prüfstücke von geringer Dicke kann dieser Winkel bis zu 30° betragen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erschöpft sich nicht in dem angeführten Ausführungsbeispiel. So kann sie nicht nur zur Feststellung der Phasengrenze, sondern auch zur Inhomogenitätsprüfung von Blechen oder erstarrten Strängen dienen. Im weiteren können der Trenn- und der Einstrahlwinkel veränderbar gemacht werden.

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Lokalisierung von Inhomogenitäten mit dem Ultraschall-Echo-Prinzip, insbesondere zur Bestimmung der Phasengrenze fest/flüssig beim Stranggießen, wobei als Sender und Empfänger wirkende Schwinger elektrisch und akustisch getrennt, winkelig zueinander angeordnet und mit einer Flüssigkeit an das Meßstück gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (4) und der Empfänger (5) in der Ankoppelungsebene (9) wink lig (20) zueinander angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g kennzeichnet, daß der mittlere Abstand (18) zw sehen dem Sender (4) und dem Empfänger (5) ί klein ist, daß der Störuntergrund klein gehalte wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d; durch gekennzeichnet, daß die Winkel (21,2ΐ zwischen der Normalen zur Ankoppelungseber (9) und der Normalen auf die Schwinger (4, ί bis 30° betragen.

4. Vorrichtung mit Vorlaufkörper nach eine) der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichne daß der Vorlaufkörper (6) auf der der zwische dem Sender (4) und dem Empfänger (5) eil gebauten Trennwand (7) gegenüberliegenden Seil den Schwinger (4,5) überragt (17).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g< kennzeichnet, daß die mittlere Länge (16) de Vorlaufkörpers (6) ungleich der Nahfeldläng (15) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, di durch gekennzeichnet, daß der Vorlaufkörper (f aus einem Material mit optimalem Schallwidei stand besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwir ger (4,5) auf der der Ankoppelungsebene (9) at gekehrten Seite mit einem Dämpfungskörper (K 11) versehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen