Begrüßung. Uwe Peterson - GAMPT mbh. NDT im Praktikum. Ultraschallwinkelkopf- und TOFD-Experimente
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- Michaela Bieber
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1 Begrüßung Uwe Peterson - GAMPT mbh NDT im Praktikum Ultraschallwinkelkopf- und TOFD-Experimente Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 1
2 GAMPT mbh - Firmenprofil GESELLSCHAFT FÜR ANGEWANDTE MEDIZINISCHE PHYSIK UND TECHNIK 1998 Firmengründung 2003 Zappendorf seit 2010 in Merseburg bei Halle Ultraschall in der Ausbildung Equipment für die Ausbildung an Fach- und Hochschulen Ultraschall in der Medizin Messung von Mikroblasen (BubbleCounter) THED - Time Harmonic Elastography (Kooperation mit Charité Berlin) Ultraschall in der Industrie Messungen dünner Schichten Ultraschallsonden nach Kundenspezifikation Forschung und Entwicklung (Entwicklung von Sensoren und Messtechnik) Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 2
3 GAMPT Ultraschall in der Ausbildung 18 Jahre Ultraschallgeräte und Zubehör für die Ausbildung 1999 erstes GAMPT-Scan-Ultraschallgerät für das Grundpraktikum Physik an der MLU Halle-Wittenberg Experimente zu Grundlagen und Anwendungen der Ultraschalltechnik in Physik, Medizin und Ingenieurswissenschaften Bildgebende Verfahren mit Ultraschall (A-Bild, B-Bild, M-Mode, Ultraschalltomographie, Dopplersonografie) Akustooptische Versuche zur Brechung (Zentralprojektion), Beugung (Debye- Sears) und Modulation von Laserlicht an bzw. durch Ultraschallwellen Anwenderspezifische Experimentiersets für Physiker, Mediziner und Ingenieure Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 3
4 NDT-Versuche Set 3 Ultraschall in den Material- und Ingenieurwissenschaften IND06 Winkelkopfprüfung Verwendung von Ultraschall-Winkelprüfköpfen zur Ungänzenortung... IND07 Risstiefenbestimmung (TOFD) Vergleich des Echoamplituden- und TOFD-Verfahrens hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Nachweisgrenzen... Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 4
5 Normalprüfkopf und Winkelprüfkopf Normalprüfkopf (Einschallung senkrecht zur Oberfläche) Veranschaulichung grundlegender Phänomene der Ultraschallausbreitung (Laufzeit, Schallgeschwindigkeit, Reflexion, Dämpfung, Auflösung,...) Winkelprüfkopf (Einschallung schräg zur Oberfläche) Untersuchung weiterführender Phänomene der Ultraschallausbreitung in Festkörpern (Modenwandlung, Brechung, Beugung,...) Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 5
6 Aufbau eins Winkelprüfkopfs Allgemeiner Aufbau (Prinzipskizze) GAMPT-Winkelprüfkopf Dämpfungskörper Wandlerelement Winkelvorlaufstrecke Winkel- Prüfkörper Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 6
7 Brechung und Reflexion Reflexion: α = Brechung: c c Medium 1 Medium 2 α' = sin α sin β einfallende einfallende Welle Welle α α α reflektierte reflektierte Welle Welle Beispiel: c Aluminium = 6300 m/s c Arcyl = 2700 m/s α = 17 Medium Medium 11 Medium Medium 22 ββ gebrochende gebrochende Welle Welle ß = 43 Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 7
8 Modenkonversion an Festkörpergrenze c L = E(1 υ) ρ(1 υ 2υ 2 ) c T = G ρ G = E 2(1 + υ) Longitudinalwelle E: Elastizitätsmodul, G: Schermodul, υ: Poissonzahl, ρ Dichte, c L T : longitudinale transversale Schallgeschwindigkeit einfallende Welle L α T α T α L L reflektierte Wellen Transversalwelle Körper 1 Körper 2 Rayleighwelle Rayleighwelle β T β L T L gebrochene Wellen Ausbreitungsrichtung Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 8
9 Kritische Winkel / Totalreflexion c c Acryl Alum. = sin α sin β β c Alum. = arcsin sin α c Acryl c Acryl = 2700 m/s c Alum.L = 6300 m/s c Alum.T = 3100 m/s Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 9
10 Transversalwellenechos Keil Echo im halben Sprungabstand Echo im vollen Sprungabstand T T Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 10
11 Longitudinalwellenechos Keil Echo im halben Sprungabstand Echo im vollen Sprungabstand L L Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 11
12 Transversalwellenechos Keil Echo im halben Sprungabstand Echo im vollen Sprungabstand Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 12
13 Winkelprüfkopf-Kalibrierung Schallaustrittspunkt: x = p 2 p υ Sprungabstand: x a = a + (p1 p0 ) 0 Brechungswinkel: p tan β = Schallgeschwindigkeit: 2 xa c = t t 1 1 a p 0 0 Verkürzte Projektionsabstände p 0 und p 1 im halben und vollen Sprungabstand Laufzeit in Vorlaufstrecke: 2 xa tυ = t0 c Prüfkörper für Winkelprüfköpfe Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 13
14 Ungänzenortung Suche nach Störstellen im Material Prüfkopf wird über die Oberfläche des Prüfobjekts geschoben bekannte Signale (z. B. Rückwandecho) dienen als Referenzpunkte unerwartete Echos deuten auf Störstellen hin durch Verschieben des Prüfkopfs kann eine vollständige Abtastung (Größenabschätzung) einer Störung erfolgen Reflexion an der Rückwand erlaubt das Auffinden von Störungen nahe der Oberfläche Rückwand Rückwand Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 14
15 Modenkonversion durch Beugung Winkelecho Reflexion an Rückwand und Rissfläche Kugelförmige Wellenfront Beugung an der Rissspitze Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 15
16 Winkel- und Beugungsecho Winkelecho Winkelecho Beugungs- Signal Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 16
17 TOFD Time of Flight Diffraction Standardisiertes Prüfverfahren (Schweißnahtprüfung) Grundprinzip des TOFD-Verfahrens TOFD im Experiment (IND07) SENDER SENDER fester Abstand fester Abstand EMPFÄNGER EMPFÄNGER SENDER EMPFÄNGER Rayleighwelle Rayleighwelle Rückwand Rückwand 1 - obere Rissspitze, 2 - untere Rissspitze 1 - obere Rissspitze, 2 - untere Rissspitze Rückwand Riss Beugungsechos Beugungsechos Rayleighwelle Rayleighwelle Rückwandecho Rückwandecho Beugungsecho Beugungsecho obere Rissspitze obere Rissspitze Rückwandecho Rückwandecho Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 17
18 TOFD-HF-Bilder Rückwandecho TOFD- Signal Rückwandecho TOFD-Signal Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 18
19 TOFD-(B)-Bild B-Bild Grauwertkodierung des Amplitudensignals TOFD-Bild Grauwertkodierung des HF-Signals Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 19
20 Rissprüfung am Modell Riss Rückwandecho Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 20
21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Weitere Informationen und Antworten auf Ihre Fragen erhalten Sie... an unserem Stand,... in unserem Praktikumskatalog... oder auf unserer Webseite unter Garching, Workshop "Innovative Lehrmittel..." (DPG, AGPP) 21
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