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Pulse-Echo Ultrasonic Testing

1940
  • Floyd Firestone
Techniker bei der Durchführung einer Impuls-Echo-Ultraschallprüfung an einem Metallrohr in einem Labor.

Das Impuls-Echo-Verfahren ist die Grundlage der meisten Ultraschall Prüfung. Ein Schallwandler sendet einen kurzen, hochfrequenten Schallimpuls in ein Material. Dieser Impuls wandert so lange, bis er auf eine Begrenzung oder einen Fehler trifft und einen Teil der Energie als Echo zurückwirft. Derselbe Schallkopf erfasst dieses Echo, und anhand der Laufzeit wird die Tiefe des Reflektors berechnet, was die Erkennung von Fehlern und die Messung der Dicke ermöglicht.

Das Impuls-Echo-Verfahren beruht auf einem einfachen Prinzip der zeitlichen Abstimmung von Schallwellen. Ein spezielles Gerät, ein so genannter Impulsgeber-Empfänger, erzeugt einen elektrischen Hochspannungsimpuls. Dieser Impuls wird an einen Wandler gesendet, der ein piezoelektrisches Element enthält, das daraufhin schwingt und eine Hochfrequenz-Ultraschallwelle erzeugt. Diese Welle breitet sich durch das Prüfmaterial aus. Wenn sie auf eine Grenzfläche mit einer anderen akustisch Impedanz, wie einem Riss, einem Hohlraum oder der Rückwand des Materials, wird ein Teil der Wellenenergie reflektiert.

Die reflektierte Welle, das Echo, wandert zurück zum Wandler. Das piezoelektrische Element wandelt diese zurückkehrende akustische Energie wieder in ein elektrisches Signal um. Die Empfängerkomponente des Impulsgeber-Empfängers verstärkt dieses schwache Signal. Die interne Uhr des Systems misst die genaue Zeit, die zwischen der Aussendung des ersten Impulses und dem Empfang des Echos verstreicht. Dies wird als "Laufzeit" (Time-of-Flight, ToF) bezeichnet.

Bei Kenntnis der Schallgeschwindigkeit in dem zu prüfenden Material ([latex]c[/latex]) kann die Entfernung ([latex]d[/latex]) zum Reflektor mit der Formel [latex]d = (c mal ToF) / 2[/latex] berechnet werden. Die Division durch zwei ist notwendig, weil die gemessene Zeit den Weg des Schalls zum Reflektor und zurück berücksichtigt. Die Ergebnisse werden in der Regel als A-Scan auf einem Bildschirm angezeigt, der die Signalamplitude im Verhältnis zur Zeit aufzeichnet und es einem geschulten Bediener ermöglicht, Ort, Größe und Ausrichtung interner Fehler zu erkennen.

UNESCO Nomenclature: 3322
- Werkstoffkunde

Typ

Prüfverfahren

Unterbrechung

Revolutionär

Verwendung

Weit verbreitete Verwendung

Vorläufersubstanzen

  • Sonarentwicklung zur Unterwasserortung
  • Entdeckung des piezoelektrischen Effekts durch Jacques und Pierre Curie
  • grundlegendes Verständnis der Schallwellenausbreitung in Festkörpern
  • Industrieller Bedarf an interner Fehlererkennung in Fertigung und Infrastruktur

Anwendungen

  • Schweißnahtprüfung in kritischen Strukturen
  • Dickenmessung von Rohren und Tanks
  • medizinische Ultraschalluntersuchung zur Abbildung von Organen
  • Prüfung von Verbundwerkstoffen in der Luft- und Raumfahrt auf Delamination
  • Korrosionskartierung in der Öl- und Gasindustrie

Patente:

  • US2280226

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