DE904955C

DE904955C - Anordnung zur Werkstoffpruefung mit Ultraschall nach dem Ultraschallimpuls-Reflexionsverfahren

Info

Publication number: DE904955C
Application number: DES24683A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Adolf Lutsch
Original assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Current assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Priority date: 1951-09-04
Filing date: 1951-09-04
Publication date: 1954-02-25

Description

Bei der Konstruktion von Schwingern, die sowohl zum Senden als auch zum Empfangen von Ultraschallwellen bei der Werkstoffprüfung nach dem Ultraschallimpuls-Reflexionsverfahren benutzt werden sollen und z. B. aus piezoelektrischem Quarz oder Bariumtitanat bestehen, tritt die Aufgabe auf, nicht nur eine bestimmte Schwingung, sondern ein Frequenzband zu übertragen. Da z. B. der Quarz einen zu kleinen Durchlaßbereich hat, müssen deshalb besondere Maßnahmen getroffen werden. Man kittet hierzu zweckmäßig den Schwinger mit der Rückseite auf einen Block, der eine bestimmte definierte Dämpfung des Schwingers zur Folge hat. In der Auswahl geeigneten Dämpfungsmaterials ist man jedoch aus mehreren Gründen beschränkt. Es wird nämlich nicht nur eine Schallwelle in die erwünschte Richtung, sondern auch rückwärts in den Dämpfer hinein gesandt. Letztere darf keine Reflexionen ergeben, die sich dem eigentlichen Impulsbild überlagern. Mit anderen Worten, der Dämpferblock muß im akustischen Sinn einen unendlich großen Halbraum darstellen. Da die kleinste zu empfangende Spannung durch die Rauschgrenze gegeben ist, muß hier die Bedingung gestellt werden, daß Störechos, die aus dem Dämpfer zum Schwinger zurückkommen, in ihrer Intensität unter der Rauschgrenze liegen.
Es sind folgende Bedingungen an das Dämpfermaterial zu stellen: I. Der Schallwiderstand Z v muß einen bestimmten optimalen Wert haben; 2. die Absorption a soll so groß wie möglich sein; 3. es muß eine ausreichende mechanische Festigkeit gewährleistet sein, da der Dämpfer zugleich als Halterung dienen soll.
Es kommen also wegen der unter 3 genannten Bedingung nur feste Körper in Frage. Diese weisen außerdem eine Scherelastizität auf, was sich im Zusammenhang mit der Bedingung 2 günstig auswirkt. Auf Grund der für eine Impulsübertragung notwendigen Bandbreite wählt man zunächst zweckmäßig einen Körper, der sich in bezug auf den Schallwiderstand und die Festigkeit optimal verhält. Um der Bedingung 2 zu genügen, müßte der Dämpfer eine relativ große Länge haben, damit der Dämpfungsfaktor e - a Z bei zu kleinem a einen genügend großen Wert hat.
Im Hinblick auf die Anwendung ist aber eine möglichst kleine Baulänge erforderlich. Diese wird dadurch erzielt, daß die freien Grenzflächen des Dämpfers so ausgebildet werden, daß mindestens direkt von einer Grenzfläche zurückfallende Reflexe nicht unmittelbar auf den Schwinger einwirken können, z. B. durch Abschrägung der hinteren Fläche bei einem genügend spitzen Winkel (Fig. I) und gegebenenfalls durch spitzwinklige, punktförmige Bohrungen in dieser (Fig. 2), wobei die Bohrungen mit einem festen, flüssigen oder gasförmigen Stoff ausgefüllt sein können.
Ein besonders günstiger Umstand ist, daß infolge der schrägen Fläche bei Aussendung von Longitudinalwellen sowohl reflektierte Longitudinal- als auch Transversalweilen entstehen.
Letztere werden unter einem anderen Winkel reflektiert und haben eine kleinere Geschwindigkeit, so daß sich die Energie in viele kleine Komponenten aufteilt, die zu verschiedenen Zeiten den Schwinger erreichen und so leicht klein gehalten werden können.
Eine weitere Möglichkeit, Störechos aus dem Dämpfungskörper klein zu halten, ist auch die Maßnahme nach Fig; 3. Während an der Grenzfläche Dämpfungskörper I-Luft praktisch IOO °10 Energie reflektiert werden, wird nach Fig. 3 ein Teil der Energie in den hinten auf den Dämpfungskörper I aufgekitteten Körper 2 hinein gesandt.
M an wählt hierzu zweckmäßig einen solchen mit hoher Absorption. Obwohl an der Grenzfläche der beiden Dämpfungskörper auch eine Reflexion stattfindet, da die Wellenwiderstände beider Stoffe verschieden sind, hat sich eine solche Anordnung als besonders günstig erwiesen. Die letzte Lösung kann auch kombiniert mit den obenerwähnten Maßnahmen angewandt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Anordnung zur Werkstoffprüfung mittels Ultraschall nach dem Ultraschallimpuls-Reflexionsverfahren, bei der die rückwärtige, nicht an das Werkstück angrenzende Fläche des Ultraschallschwingers an einen schallabsorbierenden Dämpfungskörper angrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß an der rückwärtigen Grenzfläche des Dämpfungskörpers Maßnahmen getroffen sind, die bewirken, daß die an dieser Fläche reflektierte Schallstrahlung zunächst zu anderen Grenzflächen des Dämpfungskörpers reflektiert und somit durch Mehrfachreflexion in einzelne Komponenten zerlegt wird, die nacheinander zum Schwinger zurückgelangen.
2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die rückwärtige Grenzfläche des Dämpfungskörpers gegenüber seiner an den Schwinger angrenzenden Fläche geneigt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rückwärtige Grenzfläche des Dämpfungskörpers (D) mit vorzugsweise spitzwinkligen Bohrungen (B) versehen ist,.die mit festen, gasförmigen oder flüssigen Stoffen hoher Schallabsorption ausgefüllt sind.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rückwärtige Schwingerfläche an einen Dämpfungskörper angrenzt, der aus zwei hintereinandergeschalteten, vorzugsweise durch Kitttmg miteinander verbundenen Körpern (D', D2) unterschiedlichen Schallwellenwiderstandes besteht, wobei vorzugsweise der mit seiner rückwärtigen Grenzfläche an Luft angrenzende Körper (D2) eine höhere Schallabsorption als der vorgeschaltete Körper besitzt.