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Ultraschall-Rückstreuverfahren

zurück

Ultraschallwellen werden überall dort gestreut, wo sich die Dichte und / oder die elastischen Materialeigenschaften in einem begrenzten Bauteilbereich innerhalb des Schallstrahles verändern. Die Schallwellen werden im Allgemeinen in alle Richtungen gestreut, ein Teil auch zurück zum Ultraschallprüfkopf. Der Effekt, also die Größe der gestreuten und auch der rückgestreuten Schallenergie hängt zum Einen von der Veränderung der Dichte und / oder der elastischen Materialeigenschaften im Volumenbereich und zum Anderen vom Verhältnis der geometrischen Größe dieses Volumenbereiches (Streuers) zur Ultraschallwellenlänge ab.

method

Durch Anpassung der Ultraschallwellenlänge, d.h. durch Anpassen der Ultraschallfrequenz, wird die Stärke der Ultraschallrückstreuung beeinflusst. Sind die mittleren Korngrößen klein im Vergleich zur Ultraschallwellenlänge, ist die Streuung gering; bei größeren Körnern wird der Effekt stärker bis es schließlich an Körnern, die viel größer als die Wellenlänge sind, zur Schallreflexion kommt (siehe Abbildung oben).

Links

Bei der Bestimmung der Randschichthärtetiefe (Rht) nutzt man die Rückstreuung der Ultraschallwellen an den Körnern des Grundmaterials (siehe Abbildung links). Die Ultraschallfrequenz und damit die Wellenlänge ist so eingestellt, dass das Gefüge in der gehärteten oberflächennahen Zone nur vernachlässigbar geringe Streuung verursacht. Beim Übergang des Schallpulses in das Grundmaterial mit der ausgeprägten Kornstruktur (siehe Abbildung unten) wird aber signifikant Streuung verursacht. Aus der Zeit, die der Schallimpuls benötigt, um von der Bauteiloberfläche bis zu der Stelle an der Streuung verursacht wird zu laufen, ergibt sich die Dicke der gehärteten Schicht.

Damit ist klar: Die mittels Ultraschallrückstreuung bestimmte Rht ist nicht notwendigerweise identisch mit dem Rht-Wert, der metallographisch und / oder mittels Mikrohärtemessung und/oder mit irgendeinem anderen etablierten Verfahren bestimmt wird.

Mikrostructur

Ebenso klar ist aber auch, dass es in vielen Fällen eine gute Korrelation geben wird zwischen dem Ultraschall-Rht-Wert und dem Vergleichswert, denn beide Tiefen, die Tiefenlage des Grundgefüges und die mit etablierten Verfahren bestimmte Rht werden von den Prozessparametern des Härtens beeinflusst.

Die besten Resultate werden unter folgenden Bedingungen erreicht:

  1. die zu prüfenden Teile sind induktiv gehärtet;
  2. Teile sind geschmiedet, nicht gegossen;
  3. die kleinste zu messende Härtetiefe beträgt ca. 1,5mm, im manchen Fällen auch kleiner;
  4. martensitisches Material und Grundwerkstoff grenzen möglichst übergangslos aneinander, es gibt kein Zwischengefüge;
  5. die Korngröße des Grundmaterials reicht aus, um eine gute Rückstreuung von Transversalwellen mit einer Frequenz von 15 MHz zu erhalten.