Anwendung
Zerstörungsfreie Prüfungen zur Beurteilung der Integrität von Verbindungen ungleicher Materialien mit niedriger und hoher akustischer Impedanz wie Kunststoff, Glasfaser, Gummi oder Epoxidharz mit Metall, Glas oder Keramik.
Spezifische Anwendungen dieser Prüfungen sind u.a. mit einem Stahluntergrund verklebte Karbonfaser-Harz-Verbundwerkstoffe, Kunststoffauskleidungen in Metallrohren und -tanks, Kunststoff-Sicherheitsfolien auf Glas, Gummierungen von Metallwalzen und Epoxidharzbeschichtungen von Metallteilen. Das Verfahren wird auch bei Metalllagern eingesetzt, bei denen ein weiches Metall mit niedriger akustischer Impedanz wie Lagermetall auf ein hartes Metall mit hoher akustischer Impedanz (Stahl oder Messing) aufgebracht wird.
Problemstellung
Das gebräuchlichste Ultraschallprüfverfahren zur Beurteilung der Integrität einer Verbindung oder Schweißnaht ist die Bestimmung der Amplitude des Signals, das von der Grenzfläche beider Materialien reflektiert wird. Diese Methode funktioniert gut, wenn die beiden verbundenen Materialien ähnliche akustische Impedanzen aufweisen, wie Metall und Metall oder Kunststoff und Kunststoff. Wenn sich die beiden verbundenen Materialien jedoch in ihrer akustischen Impedanz stark unterscheiden, wie bei einer Verbindung von Kunststoff und Metall, ist die Änderung der Amplitude der reflektierten Signale bei guten und schlechten Verbindungen weniger deutlich. In diesen Fällen ist der am deutlichsten erkennbare Unterschied zwischen guter und schlechter Verbindung eine Umkehrung der Phase oder Polarität des Echos der Grenzfläche, an der die Verbindung von der Seite mit niedriger akustischer Impedanz geprüft wird.
Geräte
Diese Prüfung kann mit jedem Ultraschallgerät durchgeführt werden, das eine nicht korrigierte HF-Wellenformanzeige liefert, beispielsweise mit den tragbaren Prüfgeräten EPOCH 650 und EPOCH 6LT. Wählen Sie den Prüfkopf und die Frequenz entsprechend Ihrer spezifischen Anwendung; wir empfehlen in der Regel Breitband-Prüfköpfe.
Verfahren
Sowohl die Phase (oder Polarität) als auch die Amplitude eines reflektierten Signals an der Grenzfläche zwischen zwei Materialien werden durch die relative akustische Impedanz der beiden Materialien bestimmt. Die Phase oder Polarität des Echos von der Grenzfläche zwischen den Materialien wird umgekehrt oder invertiert, wenn die Reihenfolge der relativen akustischen Impedanzen umgekehrt wird (niedrig zu hoch bzw. hoch zu niedrig).
Die Prüfung muss von der Seite der Verbindung mit niedriger akustischer Impedanz aus durchgeführt werden. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass mit dieser Prüfung zwar das Vorhandensein oder Fehlen einer akustischen Verbindung erkannt werden kann, aber nicht die Festigkeit der Verbindung qualifiziert wird.
Die Abbildungen 1 und 2 zeigen Echos an einer Kunststoff-Luft- bzw. Kunststoff-Metall-Grenzfläche mit Phasenumkehr. Diese Abbildungen wurden mit einem Prüfgerät der EPOCH Serie und einem 5 MHz-Breitband-Kontaktprüfkopf V109 erstellt.
Abbildung 1 zeigt das Echo von der Rückseite eines 5 mm starken Stückes Plexiglas, wie es von einem 5 MHz-Breitbandprüfkopf mit einem im HF-Modus arbeitenden Fehlerdetektor EPOCH 650 erkannt wird. In diesem Fall wird die Schallenergie von der Grenzfläche zwischen einem Material mit relativ hoher akustischer Impedanz (Kunststoff) und einem Material mit sehr niedriger akustischer Impedanz (Luft) reflektiert. Bei dieser Konfiguration wird das Echo dieser Grenzfläche zwischen hoher und niedriger akustischer Impedanz als negatives Polaritätsecho erkannt.
Echo von nicht verklebtem Plexiglas | Echo von Plexiglas, verklebt mit Aluminium |
Hinweis
Die angezeigte Echopolarität ist je nach Signalverarbeitung im Gerät beliebig. Fehlerprüfgeräte und Impulsgeber/Empfänger von Olympus IMS liefern die hier präsentierten Anzeigen. Geräte anderer Hersteller können jedoch invertierte Signale anzeigen. Ein Prüfblock kann bei der Bestimmung dieses Faktors helfen. Das Grundprinzip der Phasenumkehr an einer Grenzfläche zwischen Materialien mit niedriger bzw. hoher Impedanz gilt in jedem Fall.
