Messköpfe zur Senkrechteinschallung von Transversalwellen

Dieses Anwendungsbeispiel fasst wichtige Informationen zu Messköpfen für Transversalwellen mit normalem Einschallwinkel zusammen, wie z. B. unseren V150-V157 und V220-V222 Serien. Diese Messköpfe werden üblicherweise mit Ultraschalldickenmessgeräten, Prüfgeräten oder Impulsgebern/Empfängern verwendet, um die Scherwellengeschwindigkeit in Prüfmaterialien zu messen, oft in Verbindung mit der Berechnung des Elastizitätsmoduls, wie in unserem Anwendungshinweis zur Messung des Elastizitätsmoduls beschrieben.

Funktionsweise von Messköpfen zur Senkrechteinschallung von Transversalwellen

Messköpfe für Transversalwellen mit normalem Einschallwinkel sind Einzelelement-Kontaktmessköpfe, die Transversalwellen direkt in das Prüfteil einschallen, ohne dass eine Einschallwinkelmodenwandlung erforderlich ist. Definitionsgemäß breiten sich diese Wellen senkrecht zur Prüfoberfläche aus, während die Partikelbewegung parallel zur Oberfläche verläuft. Die Messköpfe verwenden piezoelektrische Elemente, die senkrecht zur elektrischen Polungsrichtung geschnitten sind, sodass sie beim Ankoppeln im Transversalmodus und nicht im Longitudinalmodus (Kompressionsmodus) Impulse senden, wie in folgender Abbildung zu sehen ist.

Element von Longitudinalwelle

Element von Transversalwelle

5 wichtige Aspekte für die Verwendung von Messköpfen für Transversalwellen

Aufgrund ihrer speziellen Beschaffenheit müssen bei Messköpfen für Transversalwellen die unten aufgeführten Faktoren berücksichtigt werden, um eine gute Signale zu erzeugen.

1. Anregungsimpulsgrenze

Verwenden Sie Messköpfe für Transversalwellen immer mit der niedrigsten Anregungsspannung, die für eine bestimmte Prüfung möglich ist, vorzugsweise 100 Volt. Liegt der Messkopf im Laufe der Zeit zu viel Strom an, kann das Element sogar wieder zu einem Element im Longitudinalmodus umgewandelt werden. Dieser Effekt kann bei langfristiger Verwendung mit Impulsen im Bereich 300–400 V Impulse auftreten, die in den meisten Ultraschallprüfgeräten zur Verfügung stehen. Elemente mit höherer Frequenz (5 MHz und höher) sind am anfälligsten für diese Umpolung, da sie dünner sind. Es gibt keine Möglichkeit, diesen Effekt umzukehren. Bei einer solchen Beschädigung wird der umgepolte Messkopf im Wesentlichen zu einem Messkopf für Longitudinalwellen.

2. Ankopplung

Zum Einschallen von normalen Transversalwellen in das Prüfteil muss ein Koppelmittel von hoher Viskosität (z. B. unser SWC-2 [Q7700010]) für Transversalwellen verwendet werden. Standard-Koppelmittel für Ultraschall funktionieren nicht, da es sich um Flüssigkeiten oder Gel handelt. Eine grundlegende Eigenschaft einer Flüssigkeit ist, dass sie keine Scherspannung unterstützt. Demnach lassen Flüssigkeiten mit niedriger und mittlerer Viskosität, wie Koppelmittel für konventionellen Ultraschall, keine Transversalwellen durch.

Für optimale Ergebnisse, verwenden Sie eine sehr dünne Schicht des hochviskosen Koppelmittels SWC-2 mit festem Druck beim Ankoppeln. Es wird empfohlen, nur eine sehr kleine Menge Koppelmittel auf den Messkopf aufzutragen und es mit einer Rasierklinge oder einem Lineal zu einer dünnen Schicht zu verteilen. Koppeln Sie dann ihn an das Prüfteil und verteilen Sie das Koppelmittel durch Drehen des Messkopfs. In der Regel nimmt die Echoamplitude zu, wenn die Koppelmittelschicht immer dünner wird.

3. Polarisationsrichtung

Die Richtung der Polarisation der Schallwelle (die Achse der Partikelbewegung) ist normalerweise abhängig vom rechtwinkligen Anschluss in üblichen Gehäusen vom Typ RM (rechtwinkliger Microdot) und RB (rechtwinkliger BNC). Bei Messköpfen mit dem Anschluss SB (gerader BNC) oder SM (gerader Microdot) ist am Gehäuse eine Linie eingraviert, die die Polarisationsachse angibt. Bei anisotropen Materialien ist es üblich, dass die Impulslaufzeit und -amplitude variiert, wenn der Messkopf auf der Oberfläche des Prüfteils gedreht wird, wodurch sich die Ausrichtung der Partikelbewegung in Bezug auf die Richtung ändert, in der die mechanischen Eigenschaften des Materials variieren.

4. Schallschwächung im Material

Die Ausbreitung von Transversalwellen ist in herkömmlichen technischen Metallen und Keramiken gut, es sei denn, es liegt eine grobe Kornstruktur vor. In flexiblen Materialien, wie Gummi und weichen Kunststoffen, ist die Schallschwächung durch Transversalwellen jedoch häufig sehr hoch. Daher gibt es in der Regel kein verwertbares Transversalwellenecho, selbst bei richtiger Ankopplung. Normalerweise werden Transversalwellen mit niedrigen Ultraschallprüffrequenzen durch harte Kunststoffe, Acryl sowie Struktur-Verbundwerkstoffe übertragen, dies setzt allerdings die Wahl eines geeigneten Messkopfes und die richtige Geräteeinstellung voraus.

5. Artefakte mit Longitudinalwellen

Alle senkrecht einschallenden Transversalwellenelemente erzeugen auch immer Longitudinalwellenenergie. Normalerweise ist die longitudinale Komponente mindestens 30 dB geringer als das Transversalwellensignal. In Materialien mit sehr hoher Transversalschallschwächung und niedriger Longitudinalschallschwächung (wie bei flexiblen Kunststoffen) oder in Situationen, in denen nicht viskose Koppelmittel verwendet werden, kann die Transversalwellenkomponenten jedoch sehr abgeschwächt sein, während einige Longitudinalwellensignale als primäres A-Bild angezeigt bleibt. Dieses Phänomen kann auch auftreten, wenn Messköpfe für Transversalwellen durch übermäßig hohe Anregespannung beschädigt wurden, wie im obigen Abschnitt „Grenzwerte für Sendeimpulse“ erwähnt.

Für weitere Informationen zu Messköpfen für Transversalwellen mit normalem Einschallwinkel kontaktieren Sie uns.