din en 12668-2

DEUTSCHE NORM

© DIN Deutsches Institut für Normung e.V. ⋅ Jede Art der Vervielfältigung, auch auszugsweise,nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut für Normung e. V., Berlin, gestattet.

Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin

Entwurf September 2001

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EN 12668-2

Zerstörungsfreie PrüfungCharakterisierung und Verifizierung der Ultraschall-Prüfausrüstung

Teil 2: PrüfköpfeDeutsche Fassung EN 12668-2:2001

Ref. Nr. DIN EN 12668-2:2001-09Preisgr. 18 Vertr.-Nr. 2318

Normenausschuss Materialprüfung (NMP) im DIN Deutsches Institut für Normung e. V.

ICS 19.100

Non-destructive testing — Characterization and verificationof ultrasonic examination equipment — Part 2: Probes;German version EN 12668-2:2001

Essais non destructifs — Caractérisation et vérification del’appareillage de contrôle pour ultrasons — Partie 2: Traducteurs;Version allemande EN 12668-2:2001

Die Europäische Norm EN 12668-2:2001 hat den Status einer Deutschen Norm.

Nationales Vorwort

Diese Europäische Norm ist im Komitee CEN/TC 138 „Zerstörungsfreie Prüfung“ unter intensiver deutscherMitarbeit ausgearbeitet worden. Für die deutsche Mitarbeit ist der Arbeitsausschuss NMP 823„Ultraschallprüfung“ des Normenausschusses Materialprüfung (NMP) verantwortlich.

Fortsetzung 54 Seiten EN

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EUROPÄISCHE NORM

EUROPEAN STANDARD

NORME EUROPÉENNE

EN 12668-2

Mai 2001

ICS 19.100

Deutsche Fassung

Zerstörungsfreie PrüfungCharakterisierung und Verifizierung

der Ultraschall-PrüfausrüstungTeil 2: Prüfköpfe

Non-destructive testing — Characterization and verificationof ultrasonic examination equipment —

Part 2: Probes

Essais non destructifs — Caractérisation et vérification del’appareillage de contrôle pour ultrasons —

Partie 2: Traducteurs

Diese Europäische Norm wurde von CEN am 16. April 2001 angenommen.

Die CEN-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschäftsordnung zu erfüllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denendieser Europäischen Norm ohne jede Änderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzen Stand befindliche Listendieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Management-Zentrum oder bei jedem CEN-Mitglied auf Anfrageerhältlich.

Diese Europäische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Französisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache,die von einem CEN-Mitglied in eigener Verantwortung durch Übersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Management-Zentrum mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen.

CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland,Island, Italien, Luxemburg, Niederlande, Norwegen, Österreich, Portugal, Schweden, Schweiz, Spanien, der Tschechischen Republik unddem Vereinigten Königreich.

EUR OP ÄIS C HES KOM ITEE FÜR NOR M UNGEUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATIONC O M I T É E U R O P É E N D E N O R M A LI S A T I O N

Management-Zentrum: rue de Stassart, 36 B-1050 Brüssel

© 2001 CEN Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchemVerfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CENvorbehalten.

Ref. Nr. EN 12668-2:2001 D

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Inhalt

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Vorwort............................................................................................................................................................... 31 Anwendungsbereich.................................................................................................................................. 32 Normative Verweisungen.......................................................................................................................... 43 Begriffe, Symbole und Abkürzungen....................................................................................................... 44 Allgemeine Anforderungen zur Übereinstimmung ................................................................................ 55 Technisches Merkblatt des Herstellers für Prüfköpfe ........................................................................... 66 Messausrüstung ........................................................................................................................................ 96.1 Elektronische Geräte.............................................................................................................................. 96.2 Vergleichskörper und andere Ausrüstung.............................................................................................. 9

7 Anforderungen an die Prüfkopfeigenschaften ..................................................................................... 117.1 Äußeres Erscheinungsbild ................................................................................................................... 117.2 Form des Hochfrequenz-Impulses....................................................................................................... 127.3 Impulsspektrum und Bandbreite .......................................................................................................... 127.4 Relative Echo-Empfindlichkeit.............................................................................................................. 137.5 Abstand-Amplituden-Kurve .................................................................................................................. 137.6 Elektrische Impedanz oder statische Kapazität ................................................................................... 147.7 Parameter zum Schallbündel von Tauchtechnik-Prüfköpfen............................................................... 157.8 Schallbündelparameter — Senkrechtprüfköpfe mit einem Schwinger für direkten Kontakt ............... 197.9 Schallbündelparameter — Winkelprüfköpfe mit einem Schwinger für direkten Kontakt ..................... 237.10 Schallbündelparameter — Senkrecht-SE-Prüfköpfe für direkten Kontakt ........................................... 277.11 Schallbündelparameter — SE-Winkelprüfköpfe für direkten Kontakt .................................................. 29

Anhang A (normativ) Berechnung der Nahfeldlänge für nicht fokussierende Prüfköpfe........................ 48Anhang B (informativ) Kalibrierkörper für Winkelprüfköpfe ....................................................................... 51

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Vorwort

Diese Europäische Norm wurde vom CEN/TC 138 „Zerstörungsfreie Prüfung“ erarbeitet, dessen Sekretariatvon AFNOR gehalten wird.

Diese Europäische Norm muss den Status einer nationalen Norm erhalten, entweder durch Veröffentlichungeines identischen Textes oder durch Anerkennung bis November 2001, und etwaige entgegenstehendenationale Normen müssen bis November 2001 zurückgezogen werden.

Diese Europäische Norm besteht aus den folgenden Teilen:

EN 12668-1, Zerstörungsfreie Prüfung – Charakterisierung und Verifizierung der Ultraschall-Prüfausrüstung –Teil 1: Prüfgeräte.

EN 12668-2, Zerstörungsfreie Prüfung – Charakterisierung und Verifizierung der Ultraschall-Prüfausrüstung –Teil 2: Prüfköpfe.

EN 12668-3, Zerstörungsfreie Prüfung – Charakterisierung und Verifizierung der Ultraschall-Prüfausrüstung –Teil 3: Komplette Prüfausrüstung.

Anhang A ist normativ. Anhang B ist informativ.

Entsprechend der CEN/CENELEC-Geschäftsordnung sind die nationalen Normungsinstitute der folgendenLänder gehalten, diese Europäische Norm zu übernehmen:

Belgien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Luxemburg,Niederlande, Norwegen, Österreich, Portugal, Schweden, Schweiz, Spanien, die Tschechische Republik unddas Vereinigte Königreich.

1 Anwendungsbereich

Diese Europäische Norm gilt für Prüfköpfe für die zerstörungsfreie Prüfung mit Ultraschall mitMittenfrequenzen zwischen 0,5 MHz und 15 MHz, fokussierend oder ohne fokussierende Vorrichtungen inden folgenden Kategorien:

a) Prüfköpfe für den direkten Kontakt mit einem oder zwei Schwingern, die Longitudinalwellen oderTransversalwellen erzeugen;

b) Tauchtechnik-Prüfköpfe.

Wenn materialabhängige Ultraschallwerte in dieser Norm angegeben werden, beruhen sie auf Stahl mit einerSchallgeschwindigkeit von (5 920 ± 50) m/s bei Longitudinalwellen und von (3 255 ± 30) m/s beiTransversalwellen.

Wiederkehrende Überprüfungen für Prüfköpfe sind nicht in diesem Teil der Norm enthalten. RoutinemäßigeKontrollen zur Beurteilung von Prüfköpfen mit Methoden, die am Prüfort angewendet werden können, sind inEN 12668-3 aufgeführt.

Wenn mit Zustimmung der Vertragspartner außer den in EN 12668-3 aufgeführten Parametern auch nochzusätzliche Parameter während der Lebensdauer des Prüfkopfes gemessen werden müssen, so sollten dieVerfahren zur Beurteilung für diese zusätzlichen Parameter aus den im vorliegenden Teil der Normaufgeführten Verfahren ausgewählt werden.

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2 Normative Verweisungen

Diese Europäische Norm enthält durch datierte oder undatierte Verweisungen Festlegungen aus anderenPublikationen. Diese normativen Verweisungen sind an den jeweiligen Stellen im Text zitiert, und diePublikationen sind nachstehend aufgeführt. Bei datierten Verweisungen gehören spätere Änderungen oderÜberarbeitungen nur zu dieser Europäischen Norm, falls sie durch Änderung oder Überarbeitungeingearbeitet sind. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe der in Bezug genommenenPublikation (einschließlich Änderungen).

EN 1330-4, Zerstörungsfreie Prüfung – Terminologie – Teil 4: Begriffe der Ultraschallprüfung.

EN 12223, Zerstörungsfreie Prüfung – Ultraschallprüfung – Beschreibung des Kalibrierkörpers Nr 1.

EN 12668-1, Zerstörungsfreie Prüfung – Charakterisierung und Verifizierung der Ultraschall-Prüfausrüstung –Teil 1: Prüfgeräte.

EN 12668-3, Zerstörungsfreie Prüfung – Charakterisierung und Verifizierung der Ultraschall-Prüfausrüstung –Teil 3: Komplette Prüfausrüstung.

EN 27963, Schweißverbindungen in Stahl – Kalibrierkörper Nr. 2 zur Ultraschallprüfung vonSchweißverbindungen (ISO 7963:1985).

EN ISO 9001, Qualitätsmanagementsysteme – Modell zur Darlegung des Qualitätsmanagementssystems inDesign, Entwicklung, Produktion, Montage und Kundendienst (ISO 9001:1994).

EN ISO 9002, Qualitätsmanagementsysteme – Modell zur Darlegung des Qualitätsmanagementsystems inProduktion, Montage und Kundendienst (ISO 9002:1994).

3 Begriffe, Symbole und Abkürzungen

Für die Anwendung dieser Europäischen Norm gelten die Begriffe nach EN 1330-4 zusammen mit denfolgenden Begriffen:

3.1tote Zonedie Ausdehnung des Bereiches unmittelbar hinter der Ankoppelfläche des Prüfobjektes, in der einvorgegebener Reflektor nicht gezeigt wird

3.2Fokusabstand (Nahfeldlänge)der Punkt auf der akustischen Achse, an der der Schalldruck sein Maximum erreicht

3.3horizontale Ebene des Schallbündelsbei Winkelprüfköpfen die Ebene, die senkrecht auf der vertikalen Ebene des Schallbündels steht und dieakustische Achse im Werkstoff enthält

3.4Arbeitsfrequenz (Mittenfrequenz) f0im Frequenzspektrum eines Echos werden die oberen und unteren Grenzfrequenzen zur 6-dB-Amplitudenabnahme bestimmt. Mit diesen oberen und unteren Frequenzen fu und fl wird die Mittenfrequenzberechnet:

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3.5Spitze-Spitze-Amplitude hder Abstand zwischen der größten positiven und der größten negativen Auslenkung des Impulses (sieheBild 1)

3.6Prüfkopf-Datenblattein Blatt, das zu jedem Prüfkopf gehört und das Informationen über die Prüfkopfeigenschaften gibt; dasPrüfkopfdatenblatt muss nicht notwendigerweise ein Prüf-Zertifikat über die individuellen Prüfkopfeigen-schaften sein

3.7Impulsdauerdas Zeitintervall, in dem der Betrag der Amplitude des nicht gleichgerichteten Impulses 10 % derMaximalamplitude übersteigt, wie in Bild 1 gezeigt

3.8Bezugsseitedie Bezugsseite ist die rechte Seite eines Winkelprüfkopfes, wenn man in Richtung des Schallbündels sieht;es sei denn, sie ist durch den Hersteller anders festgelegt

3.9relative Bandbreite ∆freldas Verhältnis zwischen der Differenz der oberen und unteren Grenzfrequenzen fu und fl und derMittenfrequenz f0 in Prozenten ausgedrückt

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3.10Schielwinkel für Senkrechtprüfköpfe δder Winkel zwischen der Achse des Schallbündels und der Senkrechten auf die Ankoppelfläche imEinschallungspunkt (siehe Bild 2)

für Winkelprüfköpfeder Winkel zwischen den Seitenflächen des Prüfkopfgehäuses und der Projektion der gemessenenSchallbündelachse auf die Koppelfläche des Prüfkopfes (siehe Bild 3)

3.11SchwingerElement im Prüfkopf, das elektrische Schwingungen in mechanische Schwingungen umwandelt undumgekehrt; meist werden piezoelektrische Schwinger verwendet

3.12vertikale Ebene des Schallbündelsbei Winkelprüfköpfen die Ebene, in der sowohl die Schallbündelachse im Prüfkopfkeil als auch dieSchallbündelachse im Prüfobjekt liegen

4 Allgemeine Anforderungen zur Übereinstimmung

Ein Prüfkopf entspricht dieser Norm, wenn er folgende Anforderungen erfüllt:

a) Der Prüfkopf muss die technischen Anforderungen dieser Norm erfüllen.

b) Der Prüfkopf trägt eine einzigartige fortlaufende Nummer, aus der die Arbeitsfrequenz, dieSchwingergröße, der Einschallwinkel, die Wellenart hervorgeht, oder aber er trägt eine Kennnummer, mitder diese Informationen gefunden werden können.

c) Für den entsprechenden Prüfkopftyp und die entsprechende Prüfkopfeserie gibt es ein Datenblatt, dasdie Eigenschaften in Übereinstimmung mit Abschnitt 5 dieser Norm angibt.

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Die Qualität von Prüfköpfen wird nach einer der beiden folgenden Methoden bestätigt:

a) Wo eine große Anzahl von identischen Prüfköpfen unter einem Qualitätsmanagementsystem gefertigtwerden, z. B. nach EN ISO 9001 und EN ISO 9002, werden Messungen an einer statistisch relevantenAnzahl von Prüfköpfen durchgeführt. Der Hersteller stellt ein vorgedrucktes Dokument — genanntDatenblatt — zur Verfügung, das die Werte zu den entsprechenden Parametern mit Toleranzen aufführt.

b) Durch Herausgabe eines Dokumentes — genannt Herstellererklärung —, das die Messwerte für eineneinzelnen Prüfkopf angibt. Dies kommt infrage, wenn nur eine kleine Stückzahl von Prüfköpfen gleichenTyps gefertigt wird oder wenn es sich um Prüfköpfe für besondere Prüfaufgaben handelt.

5 Technisches Merkblatt des Herstellers für Prüfköpfe

Die Tabelle 1 gibt eine Übersicht über die Informationen, die ein Hersteller in einem Datenblatt zu jedemPrüfkopf liefern muss, der in den Bereich dieser Norm fällt (I Information, M Messung, C Berechnung). DasDatenblatt muss darüber hinaus auch Informationen geben über die zur Kontrolle benutzten Geräte, ihreEinstellungen, die Ankoppelbedingungen usw.

Außerdem muss der Hersteller den erlaubten Temperaturbereich für den Prüfkopf angeben sowie allebesonderen Bedingungen für Lagerung und Transportsicherung.

Der Lieferant und der Besteller können vereinbaren, falls notwendig, einige Informationen auszulassenund/oder einige andere Angaben, die nicht in Tabelle 1 enthalten sind, einzuschließen.

Für Prüfköpfe, die bei erhöhten Temperaturen betrieben werden, muss der Hersteller darüber informieren,welche höchste Temperatur bei welcher Prüfdauer erlaubt ist, auch über den Einfluss der Temperatur auf diePrüfempfindlichkeit und den Einschallwinkel.

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6 Messausrüstung

6.1 Elektronische Geräte

Das Ultraschallgerät (oder ein labormäßiger Impulssender/-empfänger), das für die Überprüfungen nachAbschnitt 7 benutzt wird, muss vom gleichem Typ sein wie auf dem Prüfkopf-Datenblatt angegeben undmuss, soweit anwendbar, die Forderungen nach EN 12668-1 erfüllen. Wenn mehr als ein Ultraschallgerät imDatenblatt aufgeführt ist, muss die Überprüfung mit allen diesen Geräten durchgeführt werden.

Die Überprüfung muss mit den zum gewählten Ultraschallgerät im Datenblatt genannten Kabeln undelektrischen Anpassvorrichtungen durchgeführt werden.

ANMERKUNG Prüfkopfkabel von mehr als 2 m Länge können einen erheblichen Einfluss auf die Prüfkopfeigen-schaften haben.

Zusätzlich zum Ultraschallgerät oder einem labormäßigen Impulssender/-empfänger sind zur Kontrolle vonPrüfköpfen nach dieser Norm noch folgende Ausrüstungsgegensände erforderlich:

a) ein Oszilloskop mit einer Mindestbandbreite von 100 MHz;

b) ein Frequenzanalysator mit einer Mindestbandbreite von 100 MHz oder ein Oszilloskop/Digitaloszilloskop zur Fourier Transformation (FFT);

c) ein Impedanz-Messgerät.

Die folgende zusätzliche Ausrüstung kann wahlweise hinzugezogen werden:

nur für Prüfköpfe für direkten Kontakt:

d) ein elektromagnetisch-akustischer Prüfkopf und Empfänger;

e) einen Plotter zur Aufnahme von Richtcharakteristiken.

nur für Tauchtechnik-Prüfköpfe:

f) ein Hydrophon als Empfänger mit einem aktiven Durchmesser von weniger als dem Doppelten derWellenlänge (zur Mittenfrequenz) des zu messenden Prüfkopfes, aber nicht kleiner als 0,5 mm. DieBandbreite des Verstärkers sollte größer als die Bandbreite des zu messenden Prüfkopfes sein.

6.2 Vergleichskörper und andere Ausrüstung

Die Kontrollen an Prüfköpfen für direkten Kontakt müssen mit den folgenden Vergleichskörpern durchgeführtwerden:

a) Halbzylindern mit unterschiedlichen Radien (R) im Bereich von 12 mm bis 200 mm. Es wird ein Satz mitAbstufungen entsprechend dem Faktor 2R empfohlen. Die Stahlqualität muss die gleiche sein, wie inEN 27963 definiert. Die Dicke der Vergleichskörper muss größer oder gleich seinem Radius sein, aberhöchstens 100 mm betragen;

b) Stahlkörper mit parallelen Flächen mit Querbohrungen von 3 mm Durchmesser, wie sie in Bild 4a)gezeigt werden. Die Abmessungen des Körpers müssen die folgenden Anforderungen erfüllen:

Länge (l), Höhe (h) und Breite (w) müssen so beschaffen sein, dass die Seiten des Körpers nichtauf das Ultraschallbündel einwirken können.

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Die Tiefe der Bohrungen (d1, d2, ...) muss derart sein, dass mindestens drei Bohrungen außerhalbdes Nahfeldes liegen.

Die Abstände (s) zwischen den Bohrungen müssen derart sein, dass das Amplitudenprofil entlangder Bohrungen einen Amplitudenabfall von mindestens 26 dB zwischen zwei benachbartenBohrungen zeigt.

Die Stahlqualität ist die gleiche, wie in EN 27963 definiert.

c) Stahlkörper mit geneigten Flächen, die eine Nut aufweisen, wie sie in Bild 4b gezeigt werden undStahlkörper mit Bohrungen mit halbkugeligen Boden, wie sie in den Bildern 4c und 4d gezeigt werden.Die Stahlqualität ist die gleiche, wie in EN 27963 definiert. Diese Stahlkörper dienen zur Messung derBündeldivergenz in der horizontalen bzw. in der vertikalen Ebene;

d) ein alternativer Stahlkörper zur Bestimmung des Einschallpunktes, des Einschallwinkels und derBündeldivergenz für Winkelprüfköpfe wird in Anhang A beschrieben;

e) ein Stahlmaß;

f) Messfühler beginnend bei einer Dicke von 0,05 mm.

ANMERKUNG Wenn nur spezielle Prüfköpfe gemessen werden, sind nicht alle hier erwähnten Stahlkörper erforder-lich, z. B. sind Stahlkörper zur Bestimmung des Einschallpunktes und des Einschallwinkels nicht erforderlich, wenn nurSenkrecht-Prüfköpfe gemessen werden müssen.

Zur Überprüfung von Tauchtechnik-Prüfköpfen müssen die folgenden Reflektoren und die folgendezusätzliche Ausrüstung benutzt werden:

g) eine Stahlkugel oder eine Stange mit halbkugeligem Ende mit glatter, reflektierender Oberfläche. DerDurchmesser der Kugel (oder Halbkugel) ist zu jedem Frequenzbereich in der Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2 — Durchmesser von Stahlkugeln (Stangen) für unterschiedliche Prüffrequenzen

Durchmesser d der Kugel oder StangePrüfkopf-Mittenfrequenz in MHz

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0,5 ≤ f ≤ 3 3 < d ≤ 5

h) eine große, ebene Scheibe. Die Abmessungen dieses Reflektors müssen mindestens das Zehnfache derSchallbündelbreite des zu messenden Prüfkopfes am Ende des Fokusbereiches betragen, wie er in7.7.2.2 definiert ist.

Die Dicke muss mindestens das Fünffache der Wellenlänge des verwendeten Prüfkopfes betragen, wobei dieSchallgeschwindigkeit des Werkstoffes des Reflektors benutzt wird.

i) ein Tauchtechnik-Tank, ausgerüstet mit einer manuellen oder mechanisierten Verfahrbrücke mit fünffreien Achsen:

drei lineare Achsen X, Y, Z

zwei Drehachsen Θ und Ψ.

j) Aufzeichnungsgeräte: Wenn die Ultraschallsignale automatisch aufgezeichnet werden, ist der Herstellerdafür verantwortlich, dass das System mit ausreichender Genauigkeit arbeitet. BesondereAufmerksamkeit ist dabei dem Einfluss der Bandbreite, dem räumlichen Auflösungsvermögen, derDatenverarbeitung und der Datenspeicherung auf die Genauigkeit der Ergebnisse zu widmen.

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In dieser Norm werden die Koordinatensysteme wie in Bild 12 und in Bild 13 benutzt.

Die Abtastmechanik sollte in der Lage sein, mit Prüfkopf und Reflektor in der X- und Y-Richtung zu fluchten,d. h. sie darf bei 100 mm Abstand in der Z-Richtung nur um ± 0,1 mm in der X- und Y-Richtung abweichen.

Die Wassertemperatur im Tank muss während der Vermessung des Schallbündels von Tauchtechnik-Prüfköpfen nach 7.7. im Bereich von (20 ± 2) °C gehalten werden.

Der Einfluss der Schallschwächung im Wasser muss berücksichtigt werden. Bei breitbandigen Prüfköpfenund hohen Prüfrequenzen verursacht sie eine Frequenzerniedrigung beim Echo.

Die Tabelle 3 zeigt die Frequenzerniedrigung in Abhängigkeit von der Wasserstrecke.

Tabelle 3 — Frequenzerniedrigung in Prozent der Mittenfrequenz f0 in Abhängigkeitvom zurückgelegten Weg in Wasser für die relativen

Bandbreiten 50 % und 100 %.

f0 Band-breite gesamter Schallweg in Wasser, mm

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100 5 10 13 17 21 24 27 29 32 34 44 51 56 61 64 67

50 2 4 6 7 9 11 12 14 15 17 23 29 34 38 41 4525

100 7 14 20 24 29 33 36 39 42 45 55 62 67 70 74 76

50 3 6 8 10 13 15 17 19 21 23 30 37 42 47 50 5430

100 10 19 26 32 37 41 45 48 51 54 64 70 74 78 80 82

7 Anforderungen an die Prüfkopfeigenschaften

7.1 Äußeres Erscheinungsbild

7.1.1 Methode

Durch Augenschein wird das Äußere des Prüfkopfes kontrolliert, ob die Identifizierung korrekt ist, ob dieEinzelteile korrekt zusammengesetzt sind, und ob eine Beschädigung vorliegt, die die Zuverlässigkeit jetztund in der Zukunft beeinträchtigen könnte. Bei Prüfköpfen für direkten Kontakt muss die Planheit derKontaktfläche mit einem Stahlmaß und Messfühlern gemessen werden.

7.1.2 Zulässigkeitsgrenze

Über der gesamten Ankoppelfläche des Prüfkopfes darf die Abweichung von der ebenen Fläche nicht größersein als 0,05 mm.

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7.2 Form des Hochfrequenz-Impulses

7.2.1 Methode

Die Amplitude und die Impulsdauer des Echos werden mit einer Messeinrichtung wie in Bild 5 (Kontakt-Prüfköpfe) oder wie in Bild 13 (Tauchtechnik-Prüfköpfe) bestimmt.

a) Bei Prüfköpfen für direkten Kontakt mit einem Schwinger wird das Echo aus einem Halbzylinder benutzt,dessen Radius größer ist als das 1,5fache der Nahfeldlänge des Prüfkopfes oder der bei fokussierendenPrüfköpfen innerhalb des Fokusbereiches liegt.

b) Bei SE-Prüfköpfen wird ein Halbzylinder benutzt, dessen Radius am nächsten zum Fokusabstand desverwendeten Prüfkopfes liegt.

c) Bei Tauchtechnik-Prüfköpfen wird ein großer, ebener Reflektor eingesetzt, der sich bei fokussierendenPrüfköpfen im Fokusabstand und bei ebenen Prüfköpfen im Abstand von mehr als einer Nahfeldlängebefinden muss.

Die Einstellungen des Ultraschallgerätes müssen notiert werden, und die Spitze-Spitze-Amplitude desSendeimpulses muss gemessen werden. Es wird empfohlen, den Verlauf des Sendeimpulses aufzuzeichnen.Wünschenswert ist, dass diese Aufzeichnung des Sendeimpulses dem Prüfbericht hinzugefügt wird.

7.2.2 Zulässigkeitsgrenzen

Die Impulsdauer darf um nicht mehr als ± 10 % von der Herstellerangabe abweichen.

7.3 Impulsspektrum und Bandbreite

7.3.1 Methode

Es werden die gleichen Vergleichskörper und die gleiche Messanordnung wie in 7.2 benutzt. Über dasReflektorecho wird eine Blende gesetzt und das Frequenzspektrum wird mit einem Frequenzanalysator odereiner Fast-Fourier-Transformation bestimmt.

Störende Echos aus dem Prüfkopfkeil, dem Gehäuse, dem Dämpfungskörper usw. dürfen nicht zusammenmit dem Echo aus dem Vergleichskörper analysiert werden. Die Blendenlänge muss mindestens dasDoppelte der Impulsdauer betragen, wobei die Blende auf das Maximum des Impulses zentriert wird.

Die unteren und oberen Grenzfrequenzen für eine 6-dB-Abnahme des Echos müssen gemessen werden. Beieiner Tauchtechnik-Messung müssen die Werte nach Tabelle 3 korrigiert werden.

Mit diesen oberen und unteren Grenzfrequenzen fu und fl wird die Mittenfrequenz f0 berechnet:

ff = f lu ×0 (1)

Die Bandbreite beträgt: ∆f = fu - fl (2)

und die relative Bandbreite, in Prozent, wird berechnet als: ∆frel = (∆f/f0) × 100 (3)

7.3.2 Zulässigkeitsgrenzen

Die Mittenfrequenz muss bis auf eine Abweichung von ± 10 % mit der im Datenblatt angegebenen Frequenzübereinstimmen. Die -6-dB-Bandbreite muss innerhalb einer Abweichung von ± 15 % mit der Nennbandbreiteübereinstimmen. Wenn das Spektrum zwischen fl und fu mehr als ein Maximum aufweist, darf die Differenzzwischen benachbarten Minima und Maxima nicht mehr als 3 dB betragen.

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Bei breitbandigen Prüfköpfen mit einer relativen Bandbreite über 100 % dürfen die untere Frequenz nichthöher als fl +10 % und die obere Frequenz nicht niedriger als fu - 10 % sein.

7.4 Relative Echo-Empfindlichkeit

7.4.1 Methode

Das Ultraschallgerät wird auf Betrieb mit getrenntem Sender und Empfänger geschaltet. Die relative Echo-Empfindlichkeit wird definiert als:

Srel = 20 log10(Ve/Va) (4)

Dabei ist Ve die Spannung Spitze-Spitze eines Echos von einem definierten Reflektor, vorzugsweise eben,vor der Verstärkung, und Va ist die Spannung Spitze-Spitze, die nach 7.2 am Prüfkopf anliegt.

Vergleichsmessungen der Prüfkopfempfindlichkeit an verschiedenen Ultraschallgeräten können unterschied-liche Werte zeigen, weil die Prüfkopfempfindlichkeit durch unterschiedliche Ankoppelbedingungen und durchdie Impedanzen von Sender, Prüfkopf, Verbindungsleitung und Empfänger beeinflusst werden. Deshalbmüssen diese Parameter im Datenblatt aufgeführt werden.


Die relative Echo-Empfindlichkeit muss bis auf eine Abweichung von ± 3 dB mit den Herstellerangabenübereinstimmen.

7.5 Abstand-Amplituden-Kurve

7.5.1 Methode

Die Amplitude von Ultraschallimpulsen ändert sich mit der Entfernung vom Prüfkopf. Bei der Bewertung vonReflektorechos werden deshalb bei allen Prüfkopfarten Abstand-Amplituden-Kurven benötigt, die auf die inder Tabelle 4 genannten Reflektoren bezogen sind.

Tabelle 4 — Reflektoren für Abstand-Amplituden-Kurven

Kontakttechnik Tauchtechnik

Kreisscheibenreflektoren Flachbodenbohrungen Rundstangen mit ebenen Endflächen

Zylinderreflektoren Querbohrungen Rundstangen

Kugelreflektoren halbkugelige Bohrungen Stangen mit halbkugeligem Ende oder Kugeln

Bei Kontakt-Prüfköpfen werden Kreisscheiben-Reflektoren, Querbohrungen und Bohrungen mithalbkugeligem Boden gleichermaßen benutzt. Bei Tauchtechnik-Prüfköpfen wird üblicherweise eine kleineStahlkugel zur Messung der Abstand-Amplituden-Kurve verwendet (siehe 7.7.2). Bei SE-Prüfköpfen muss dieakustische Trennschicht parallel zu den Querbohrungen ausgerichtet werden.

Für eine Reihe von Reflektoren gleicher Größe, aber mit verschiedenen Abständen zum Prüfkopf, werden dieempfangenen Echoamplituden über dem Abstand aufgetragen. Zu jeder Kurve müssen mindestens achtMesspunkte vorhanden sein. Die verwendeten Abstände müssen bei fokussierenden Prüfköpfen denFokusbereich überdecken, bei nicht fokussierenden Prüfköpfen müssen sie das Nahfeldende einschließen.

Abstände und Amplituden werden auf dem justierten Bildschirm des im Datenblatt des Prüfkopfes erwähntenUltraschallgerätes gemessen.

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Zur Ermittlung einer Störpegelkurve wird am Ort jedes optimierten Reflektorechos die Differenz zwischenEchoamplitude und Störpegel bestimmt, indem die Verstärkung solange erhöht wird, bis der Störpegel dieursprüngliche Höhe des Reflektorechos erreicht.

Wenn es nicht möglich ist, die Verstärkung so weit zu erhöhen, kann die Differenz abgeschätzt werden.

Wenn z. B. das Reflektorecho 40 % der vollen Bildschirmhöhe erreicht, bedeutet der Störpegel bei

20 % eine zusätzliche Differenz von 6 dB,

10 % eine zusätzliche Differenz von 12 dB,

5 % eine zusätzliche Differenz von 18 dB

zu der Differenz der Abschwächerwerte.

Die Störpegelwerte werden gemessen, indem der Reflektor entfernt und die Koppelfläche des Prüfkopfesvom Ankoppelmittel gesäubert wird.

Ein Diagramm, das mindestens eine Abstand-Amplituden-Kurve zeigt, muss für jeden Prüfkopftyp vorhandensein und dem Datenblatt des Herstellers beigefügt werden. Dieses Diagramm muss auch eine Störpegel-Kurve enthalten.

Das Bild 6a zeigt ein Beispiel für verschiedene Abstand-Amplituden-Kurven für kreisförmige Reflektoren,berechnet für Kreisscheiben-Reflektoren in Stahl (AVG-Diagramm). Das Bild 6b zeigt die gemesseneAbstand-Amplituden-Kurve für eine 3-mm-Querbohrung.


Innerhalb des Fokusbereiches darf die dB-Differenz eines festgelegten Reflektors, z. B. einer 3-mm-Querbohrung, zum Störpegel um nicht mehr als 3 dB von der Herstellerangabe abweichen.

7.6 Elektrische Impedanz oder statische Kapazität

7.6.1 Methode

Für Prüfköpfe mit einer elektrischen Anpassschaltung, z. B. mit Induktionsspulen parallel oder in Reihe zumSchwinger, gibt es kein Frequenzband, in dem die Impedanz oder die Phase konstant bleibt. ZurCharakterisierung dieser Prüfköpfe ist also eine vollständige Impedanz/Phasen-Kurve erforderlich.

Die Impedanz des Prüfkopfes wird mit einem in EN 12668-1 beschriebenen Netzwerk-Analysator oder einemImpedanz/Phasen-Analysator gemessen. Der Prüfkopf wird direkt mit seinem fest verbundenen Kabel an denAnalysator angeschlossen. Hat er ein auswechselbares Kabel, darf die Anschlussleitung nicht länger als100 mm sein. Kontakt-Prüfköpfe werden an einen Kalibrierkörper angekoppelt. Tauchtechnik-Prüfköpfewerden in Tauchtechnik gemessen.

Über der Frequenz wird eine Kurve für den Betrag der Impedanz und für die Phase gemessen. Das benutzteFrequenzband muss dabei symmetrisch zur Mittenfrequenz des Prüfkopfes liegen.

Bei Prüfköpfen ohne elektrische Anpassschaltungen wird die Kapazität aus den gemessenenImpedanz/Phasen-Kurven durch den Impedanz/Phasen-Analysator berechnet.

Bei Frequenzen, die unterhalb von 30 % der Mittenfrequenz des Prüfkopfes liegen, ist die Kapazitätannähernd konstant (Prüfkopf-Kapazität — statische Kapazität).

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Der gemessene Betrag der Impedanz und die gemessene Phase bzw. die statische Kapazität, müsseninnerhalb von ± 20 % Abweichung mit den Herstellerangaben übereinstimmen.

7.7 Parameter zum Schallbündel von Tauchtechnik-Prüfköpfen

7.7.1 Allgemeines

Die Messtechnik besteht darin, unter Benutzung eines Zielobjektes das Schallbündel in Wasser zuuntersuchen. Dieses Zielobjekt kann ein kleiner, fast punktförmiger Reflektor oder ein Hydrophon-Empfängersein. Die Schallbündel-Parameter werden bestimmt, indem der Reflektor oder das Hydrophon relativ zumSchallbündel bewegt werden, entweder, indem das Zielobjekt bewegt wird oder der zu untersuchendePrüfkopf.

Wenn das Zielobjekt ein Reflektor ist, wird die Impuls-Echo-Methode benutzt. Auf diese Weise werdensowohl die Sende- als auch die Empfangseigenschaften des Prüfkopfes bestimmt. Wenn das Zielobjekt einHydrophon ist, wird die Durchschallungs-Methode benutzt. Dann werden nur die Sendeeigenschaften desPrüfkopfes ermittelt.

Für alle Schallbündel-Parameter beim gleichen Prüfkopf müssen immer der gleiche Reflektor oder dasgleiche Hydrophon benutzt werden.

Der Ort des maximalen Echos kann beim Messen mit verschiedenen Reflektoren oder einem Hydrophonleicht unterschiedlich sein. Infolgedessen müssen aus Gründen der Wiederholbarkeit die benutzteAusrüstung und die Parameter des Zielobjektes zusammen mit den Ergebnissen festgehalten werden.

Zielobjekte sind in 6.1 f) und 6.2 g) aufgelistet.

Die Einstellung des Ultraschallgerätes oder des Impulssender-Verstärkers muss die gleiche sein, wie in 7.2beschrieben (Impulsstärke, Dämpfung, Bandbreite, Verstärkung). Wenn jedoch die Einstellung, z. B. derVerstärkung, während der Messungen geändert wird, so sind die neuen Werte in das Messprotokolleinzutragen.

In den folgenden Abschnitten werden zwei Methoden zum Ausmessen des Schallbündels vorgeschlagen. Sieunterscheiden sich nur durch die Art, wie die Messergebnisse aufgezeichnet werden:

a) direkte Messung spezifischer Schallbündel-Parameter

Diese erste Methode, die in 7.7.2 beschrieben wird, basiert auf direkten Messungen an festgelegtenStellen des Schallbündels (siehe Bild 7 bis Bild 11);

b) Messungen mit einem automatisierten Prüfsystem

Die zweite Methode, die in 7.7.3 beschrieben wird, basiert auf der automatisierten Sammlung vonMessdaten während des Abrasterns. Die Ergebnisse werden als C-Bild ausgegeben. Eine Kopiedieses Bildes muss den Messergebnissen beigefügt werden. Diese Kopie muss einen Maßstab unddie Tabelle der in 7.7.3 definierten akustischen Pegel enthalten.

Bevor Messungen des Schallbündels vorgenommen werden, die im folgenden Abschnitt beschriebenwerden, muss der Einfluss des Schielwinkels kompensiert werden, indem die Schallbündelachse nach denBildern 12 und 13 senkrecht auf die XY-Ebene ausgerichtet wird. Dies wird dadurch erreicht, indem diebeiden Winkel Θ und Ψ des Prüfkopfhalters so verstellt werden, dass das Echo eines ebenen Reflektors inder XY-Ebene maximal wird.

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7.7.2 Schallbündel-Querschnitte — Messungen direkt im Schallbündel

7.7.2.1 Allgemeines

Die Spitzen-Spannung des Echos muss mit einer der folgenden Methoden aufgezeichnet werden:

a) manuelles Aufschreiben der auf einem Oszilloskop angezeigten Amplitude;

b) automatisches Registrieren der Amplitude synchron mit der Bewegung auf Papier, über einen Plotteroder ein ähnliches Gerät.

Im letzteren Fall können der Fokusabstand, die Länge des Fokusbereiches, der Fokusdurchmesser,Querprofile und die Schallbündeldivergenz aus den gewonnenen Kurven abgeleitet werden.

Bild 12b zeigt die Ausrüstung, wenn mit einem Reflektor als Zielobjekt gearbeitet wird. Bild 13 zeigt dieAusrüstung, wenn mit einem Hydrophon gearbeitet wird.

Der Fokusabstand und die Länge des Fokusbereiches werden mit der axialen Kurve bestimmt, während derFokusduchmesser und die Schallbündeldivergenz aus den Kurven quer zur akustischen Achse ermitteltwerden.

7.7.2.2 Axiales Profil — Fokusabstand und Länge des Fokusbereiches

7.7.2.2.1 Methode

Das Zielobjekt wird auf die akustische Achse des Prüfkopfes gebracht. Das Zielobjekt muss das Zentrum desPrüfkopfes berühren. Die Koordinate der Prüfkopfvorderseite (oder der Linse) ist Z0 (siehe Bild 14).

Das Zielobjekt (oder der Prüfkopf) wird auf der Z-Achse bewegt, sodass sich der Abstand zwischen Zielobjektund Prüfkopf vergrößert. Gesucht wird der Abstand mit der höchsten Signalamplitude.

Dort wird durch Veränderung der X- und Y-Position die Signalamplitude weiter maximiert. Die zugehörigeAbstandkoordinate ist Zp und die zugehörige Spannung ist Vp.

Der Fokusabstand ist gegeben durch:

FD = |Zp — Z0| (5)

Durch Verringern und Vergrößern des Abstandes zwischen Prüfkopf und Zielobjekt sind die Grenzen desFokusbereichs zu ermitteln, d. h. die beiden Punkte, an denen die Spannung Vp um 6 dB abgenommen hat,wenn ein Reflektor benutzt wurde, bzw. um 3 dB abgenommen hat, wenn ein Hydrophon benutzt wurde. Dieentsprechenden Z-Koordinaten sind ZL1 und ZL2.

Die Länge des Fokusbereiches ist gegeben durch:

FL = |ZL2 − ZL1| (6)

7.7.2.2.2 Zulässigkeitsgrenzen

Der Fokusabstand und die Länge des Fokusbereiches müssen bis auf eine Abweichung von ± 15 % mit denHerstellerangaben übereinstimmen.

7.7.2.3 Querprofil — Fokusdurchmesser

7.7.2.3.1 Methode

Der gleiche Aufbau und die gleichen mechanischen Einstellungen wie in 7.7.2.2 werden benutzt. DasZielobjekt wird in den Fokus des Prüfkopfes gebracht, wie in 7.7.2.2 angegeben.

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Zur Bestimmung des Fokusdurchmessers in X-Richtung wird der Prüfkopf (oder der Reflektor oder dasHydrophon) in der X-Richtung bewegt, um die beiden Punkte X1 und X2 zu finden, an denen dieSignalamplitude vom Zielobjekt um 6 dB beim Reflektor (3 dB beim Hydrophon) abgenommen hat.

Zur Bestimmung des Fokusdurchmessers in der Y-Richtung wird zunächst das Zielobjekt in der X-Richtungauf die akustische Achse zurückgebracht. Dann wird die Messung wiederholt, jetzt aber mit einer Bewegungin der Y-Richtung, bis die beiden Punkte Y1 und Y2 gefunden sind, bei denen die Amplitude um 6 dB beimReflektor abgenommen hat (um 3 dB beim Hydrophon).

Die Fokusdurchmesser in X-Richtung und in Y-Richtung im Fokusabstand sind bestimmt durch:

WX1 = |X2 — X1| (7)

WY1 = |Y2 — Y1|


Die Fokusdurchmesser müssen innerhalb einer Abweichung von ± 15 % mit den Herstellerangabenübereinstimmen.

7.7.2.4 Querprofil — Schallbündeldivergenz

7.7.2.4.1 Methode

Die Messung der Schallbündeldivergenz ist nur bei Prüfköpfen erforderlich, die keine künstliche Fokussierungdurch akustische Linsen oder durch gekrümmte Schwinger aufweisen. Die Schallbündeldivergenz wird ausder gemessenen Schallbündelbreite ermittelt, die, wie in 7.7.2.3 beschrieben, aber im Fernfeld gemessenwird.

Die Messungen müssen wie folgt durchgeführt werden:

a) zuerst werden die Schallbündelbreiten WX1 und WY1 im Fokusabstand gemessen, wie in 7.7.2.3 be-schrieben;

b) das Zielobjekt (oder der Prüfkopf) wird dann an das Ende des Fokusbereiches gesetzt (ZL2), das nach7.7.2.2 bestimmt wurde.

Ermittelt werden nun die Werte X'1, X'2 und Y'1, Y'2, an denen die Signalamplitude beim Reflektor um 6 dB,bzw. beim Hydrophon um 3 dB, gegenüber dem Maximalwert VL auf der akustischen Achse abgenommenhat.

Die Schallbündelbreiten am Ende des Fokusbereiches sind gegeben durch:

WX2 = |X'2 — X'1| (8)

WY2 = |Y'2 — Y'1|

Die Schallbündeldivergenz in X-Richtung und in Y-Richtung wird mit den folgenden Gleichungen berechnet:

γX = arctan[(WX2 — WX1) / 2(ZL2 — Zp)] (9)

γY = arctan[(WY2 — WY1) / 2(ZL2 — Zp)]


Die Divergenzwinkel dürfen um nicht mehr als ± 10 % oder um nicht mehr als 1° von den Herstellerangabenabweichen. Dabei gilt der größere Wert.

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7.7.3 Schallbündel-Querschnitte — Messungen mit einem automatisierten System zur Abrasterung

7.7.3.1 Allgemeines

Während des automatischen Abrasterns mit dem Prüfkopf (oder mit dem Zielobjekt) in verschiedenenEbenen wird die Signalamplitude kontinuierlich aufgezeichnet. Die Amplitudenänderungen, bezogen auf denOrt, müssen unter folgenden Bedingungen aufgezeichnet werden:

a) Die Empfindlichkeit, die Amplitudenauflösung bei der Signalverarbeitung, die Geschwindigkeit und dasAuflösungsvermögen bei der Bewegung müssen ausreichend sein, um jeden Informationsverlust zuvermeiden. Das System muss einen ausreichend großen Dynamikbereich haben, um die höchstenSignale (z. B. im Fokus) ohne Sättigung und die kleinsten Signale mit einem genügenden Abstand zumStörpegel aufzunehmen.

b) Die maximale Signalspannung Vp im Fokus definiert den 0-dB-Pegel. Die Kodierung, die für die Pegel0 dB, -3 dB, -6 dB, -12 dB gewählt wird, muss als Legende auf dem Ausdruck erscheinen.

Die Durchführung der Messung erfolgt in drei Schritten:

a) Eine Abrasterung in der XZ- oder YZ-Ebene, die die akustische Achse einschließt, liefert den Fokus-abstand und die Länge des Fokusbereiches.

b) Zwei Abrasterungen in einer XY-Ebene im Fokusabstand und am Ende des Fokusbereiches. Dieseliefern die Schallbündeldurchmesser in X- und Y-Richtung im Fokus und am Ende des Fokusbereiches.Die Schallbündeldivergenz wird mit diesen Schallbündeldurchmessern in der XY-Ebene berechnet.

7.7.3.2 Schallbündel-Profil durch automatisches Abrastern — Fokusabstand und Länge desFokusbereiches

7.7.3.2.1 Methode

Der gleiche Aufbau wie in Bild 12b wird benutzt, wenn ein Reflektor eingesetzt wird. Wenn ein Hydrophonbenutzt wird, gilt das Bild 13.

Der Fokusabstand und die Länge des Fokusbereiches werden aus den Abrasterungen bestimmt, die dieSchallbündelachse enthalten.

Die Verschiebevorrichtung (Brücke) wird so justiert, dass

a) die Ebene der Bewegung die akustische Achse einschließt,

b) der durch das Raster überdeckte Teil der XZ- oder YZ-Ebene groß genug ist, um das Ende des Fokus-bereiches einzuschließen und auch die beiden Punkte der Querachse, an denen die Signalamplitude um6 dB (beim Reflektor) bzw. 3 dB (beim Hydrophon) gegenüber der akustischen Achse abgenommen hat.

Aus den C-Bildern werden die folgenden Messwerte entnommen:

a) der Fokusabstand FD, wie nach 7.7.2.2;

b) die Länge des Fokusbereiches FL, wie nach 7.7.2.2.

Ein Beispiel für diese Auswertung ist in Bild 15 angeführt.


Der Fokusabstand und die Länge des Fokusbereiches müssen mit einer Abweichung von weniger als ± 15 %mit den Herstellerangaben übereinstimmen.

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7.7.3.3 Schallbündel-Profil durch automatische Abtastung — Fokusdurchmesser und Schallbündel-divergenz

7.7.3.3.1 Methode

Der mechanische Aufbau ist der gleiche wie in 7.7.3.2 und in den Bildern 12b) und 13.

Die erste Abrasterung wird im Fokusabstand durchgeführt. Die Verschiebevorrichtung (Brücke) wird dabeiwie folgt justiert:

a) Die Z-Achse wird so justiert, dass sich das Zielobjekt im Fokus befindet, der wie in 7.7.3.2 bestimmtwurde. Die Bewegung erfolgt in der XY-Ebene, die den Fokus enthält, und senkrecht zurSchallbündelachse.

b) Das XY-Raster muss weit genug sein, um die Orte einzuschließen, an denen die Amplitude beim Reflek-tor um 20 dB unter Vp absinkt, bzw. um 10 dB, wenn ein Hydrophon benutzt wird.

Im Fokusabstand sind WX1 und WY1 die Durchmesser der Zonen (in X-, bzw. Y-Richtung gemessen), beidenen die Amplitude gegenüber Vp auf der akustischen Achse um 6 dB (beim Reflektor) bzw. 3 dB (beimHydrophon) abgenommen hat (siehe als Beispiel Bild 16).

Die zweite Abrasterung wird am Ende des Fokusbereiches durchgeführt. Der mechanische Aufbau und dieJustierung sind die gleichen wie im vorangegangenen Abschnitt, außer dass das Zielobjekt sich jetzt amEnde des Fokusbereiches befindet (ZL2), der nach 7.7.3.2 bestimmt wurde.

Aus dem Bild werden die Schallbündelbreiten WX2 und WY2 auf die gleiche Weise bestimmt, wie die WerteWX1 und WY1 im Fokus.

Die Divergenzwinkel werden durch die gleichen Berechnungen wie in 7.7.2.4 erhalten.


Die Divergenzwinkel dürfen um nicht mehr als ± 10 % oder um nicht mehr als ± 1° von denHerstellerangaben abweichen. Es gilt dabei der größere Wert.

Die Fokusdurchmesser dürfen nicht mehr als ± 15 % von den Herstellerangaben abweichen.

7.8 Schallbündelparameter — Senkrechtprüfköpfe mit einem Schwingerfür direkten Kontakt

7.8.1 Allgemeines

Die Messmethoden in diesem Abschnitt betreffen nur Prüfköpfe mit ebenen Ankoppelflächen. Prüfköpfe mitangepassten Kontaktflächen können nur auf Vergleichskörpern bewertet werden, die die gleiche Krümmungwie das Prüfobjekt haben, an das der Prüfkopf angepasst wurde.

7.8.2 Schallbündeldivergenz und Seitenkeulen

7.8.2.1 Methoden

Verschiedene Methoden können benutzt werden, um die Richtcharakteristik zu bestimmen:

a) Mit elektromagnetisch-akustischen Empfängern (EMA-Empfänger).

Der Prüfkopf wird an einen Halbzylinder (nach Bild 17) angekoppelt.

Beim Abfahren der zylindrischen Fläche des Vergleichskörpers misst der elektromagnetisch-akustische(EMA) Empfänger das empfangene Signal.

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Die Signalamplitude wird über der Winkelposition des EMA-Empfängers aufgetragen. DieseAufzeichnung muss die Hauptkeule und die anschließenden Nebenkeulen umfassen. Die Winkel zu den-3-dB-Positionen sind die Divergenzwinkel (Bild 17).

Die Divergenzwinkel müssen in zwei zueinander senkrechten Richtungen gemessen werden.

Bei rechteckigen Schwingern müssen diese Richtungen parallel zu der großen Seite (a) und derkleineren Seite (b) des Schwingers liegen.

b) Mit Vergleichskörpern, die Querbohrungen enthalten.

Mit Vergleichskörpern mit planparallelen Seiten, die 3-mm-Querbohrungen in verschiedenen Abständenenthalten, können, wie im Bild 4a gezeigt, die Divergenzwinkel in zwei zueinander senkrechten Ebenenbestimmt werden.

An jeder Bohrung wird die Position des Prüfkopfes bestimmt, an der das Echo seinen Maximalwert und— vorwärts und rückwärts gerichtet — die beiden um 6 dB niedrigen Werte erreicht. Diese werden in einDiagramm eingetragen.

Eine Gerade durch die Messwerte des Echomaximums zusammen mit der Senkrechten auf die Ebenedes Vergleichskörpers ergibt den Einschallwinkel des Prüfkopfes. Die Geraden durch die Randpunkteergeben zusammen mit der Senkrechten auf die Ebene des Vergleichskörpers die -6-dB-Divergenz-winkel.

Die Veränderung der Echoamplitude beim Überfahren der Bohrungen mit dem Schallbündel wirdbeobachtet.

Wenn eine Seitenkeule im Amplitudenprofil bei einer oder bei mehreren Bohrungen beobachtet wird,dann muss die Seitenkeule maximiert und ihre Lage im Vergleich zur Hauptkeule notiert werden. Auchdie Amplitude der Seitenkeule in Bezug zu der der Hauptkeule muss festgehalten werden.

c) Mit Vergleichskörpern, die halbkugelige Reflektoren enthalten.

Vergleichskörper mit planparallelen Seiten, die 10-mm-Bohrungen mit halbkugeligem Boden inverschiedenen Abständen enthalten, siehe Bild 4c, können zur Bestimmung der Divergenzwinkel in zweizueinander senkrechten Ebenen benutzt werden.

An jeder Bohrung sind die Positionen des maximalen Echos und die Positionen zur 6-dB-Abnahme —vorwärts und rückwärts gerichtet — zu messen und in ein Diagramm einzuzeichnen.

7.8.2.2 Zulässigkeitsgrenzen

Die Divergenzwinkel dürfen nicht um mehr als ± 10 % oder um nicht mehr als ± 0,5° von den Angaben desHerstellers abweichen. Es gilt dabei der größere Wert.

Seitenkeulen müssen mindestens 20 dB unter der Hauptkeule bei der Reflexionsmethode und mindestens10 dB bei der EMA-Methode liegen.

7.8.3 Schielwinkel und Prüfkopfversatz

7.8.3.1 Methoden

Bei Senkrecht-Prüfköpfen ist der Versatz der Abstand zwischen dem geometrischen Mittelpunkt desPrüfkopfes und dem gemessenen akustischen Mittelpunkt des Prüfkopfes (Bild 2).

Folgende Methoden können verwendet werden:

a) Mit einem elektromagnetisch-akustischen Empfänger (EMA-Empfänger).

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Zur Messung von Versatz und Schielwinkel wird ein Aufbau nach Bild 2 benutzt.

Zunächst wird das Ultraschallgerät auf Einzelschwinger-Betrieb geschaltet (Sender und Empfängerparallel) und der Prüfkopf angeschlossen. Durch Drehen und Verschieben des Prüfkopfes auf demHalbzylinder werden die Echos der Mehrfachechofolge aus dem Vergleichskörper maximiert. Dann wirdbei allen Reflexionen die Zylinderfläche senkrecht getroffen und der akustische Mittelpunkt desPrüfkopfes liegt genau auf der Mittellinie des Vergleichskörpers.

Indem diese Position beibehalten wird, wird dann in einem zweiten Schritt der elektromagnetisch-akustische Empfänger benutzt. Der Prüfkopf arbeitet jetzt nur noch als Sender.

Durch Bewegen des EMA-Empfängers über die zylindrische Oberfläche wird das maximaleEmpfangssignal gesucht, das als erstes die Zylinderfläche erreicht. Der gemessene Positionswinkel istder Schielwinkel δ.

Die Koordinaten Xc und Yc des geometrischen Mittelpunktes des Prüfkopfes ergeben zusammen mit denKoordinaten Ym der Mittellinie des Vergleichkörpers und Xm der Position des EMA-Empfängers denPrüfkopfversatz e:

)Y Y( + )X (X 22cmcm −− = e (10)


Gemessen werden die Verschiebungen Xm und Ym in zwei zueinander senkrechten Richtungen. Siekönnen aus den Messungen der Schallbündelachse in 7.8.2.1 b) entnommen werden.

Wenn Xc und Yc die Koordinaten des geometrischen Mittelpunktes des Prüfkopfes sind, dann kann derPrüfkopfversatz mit der gleichen Formel wie in 7.8.3.1 a) berechnet werden.

Die Schielwinkel δx und δy werden in zwei zueinander senkrechten Richtungen gemessen. Der resultie-rende Winkel δ wird berechnet als:

δ = tan - 1(sinδy/sinδx) (11)


Der Schielwinkel muss ≤ 2° bleiben. Der Versatz gegen den geometrischen Mittelpunkt des Prüfkopfes mussunter 1 mm bleiben.

7.8.4 Fokusabstand (Nahfeldlänge)

7.8.4.1 Methode

Bei einem nicht fokussierenden Prüfkopf ist der Fokusabstand identisch mit der Nahfeldlänge. Bei diesenPrüfköpfen ist die direkte Bestimmung des Fokusabstandes schwierig. Es wird deshalb empfohlen, bei diesenPrüfköpfen die Nahfeldlänge aus der gemessenen Mittenfrequenz f0 und den in zwei zueinander senkrechtenRichtungen gemessenen Divergenzwinkeln γ⊥ und γll zu berechnen, indem die Methoden aus dem Anhang Abenutzt werden.

Fokussierende Senkrechtprüfköpfe für direkten Kontakt müssen auf einem Vergleichskörper gemessenwerden, die Flachbodenbohrungen oder Querbohrungen enthalten, die innerhalb des Fokusbereiches liegen.

Bohrungen mit 2 mm oder 3 mm Durchmesser müssen zur Erzeugung einer Abstand-Amplituden-Kurvebenutzt werden (beste Näherung an die Messpunkte).

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Ein Messpunkt muss dabei in der Nähe des Maximums sein, das den Fokus in dem verwendeten Werkstoffbezeichnet. Fokusabstände, die durch Linsen oder durch gekrümmte Schwinger erzeugt werden, sind immerkürzer als die Nahfeldlänge eines ebenen Schwingers von gleicher Form und Frequenz.

7.8.4.2 Zulässigkeitsgrenze

Der Fokusabstand darf um nicht mehr als ± 20 % von den Herstellerangaben abweichen.

7.8.5 Fokusdurchmesser

7.8.5.1 Methoden

Der Fokusdurchmesser von fokussierenden Senkrechtprüfköpfen in direktem Kontakt kann mit einem EMA-Empfänger oder an Vergleichskörpern mit Querbohrungen oder Bohrungen mit halbkugeligem Boden analogzu 7.8.2 gemessen werden.

Folgende Methoden können verwendet werden:


Der Prüfkopf wird an einen Halbzylinder angekoppelt, dessen Radius etwa dem Fokusabstand desPrüfkopfes entspricht. Durch Bewegen des Empfängers auf der Zylinderoberfläche in zwei zueinandersenkrechten Richtungen werden die Winkel bestimmt, bei denen die Signalamplitude um 3 dBabgenommen hat (siehe 7.8.2.1 a)). Der Fokusdurchmesser des Prüfkopfes kann mit diesen Winkelnund dem bekannten Radius des Vergleichskörpers berechnet werden.


Wie in 7.8.2.1 b) für die Divergenzwinkel schon beschrieben wird der Prüfkopf in zwei zueinandersenkrechten Richtungen bewegt, bis das Echo von einer Querbohrung etwa im Fokusabstand desPrüfkopfes um 6 dB abgenommen hat. Diese Verschiebung ergibt den Fokusdurchmesser des Schall-bündels.

c) Mit Vergleichskörpern, die Bohrungen mit halbkugeligem Boden enthalten.

Wie in 7.8.2.1 c) für die Divergenzwinkel gezeigt, wird der Prüfkopf in zwei zueinander senkrechtenRichtungen bewegt, bis das Echo von dem halbkugeligen Reflektor etwa im Fokusabstand desPrüfkopfes um 6 dB abgenommen hat. Diese Verschiebung ergibt den Fokusdurchmesser desSchallbündels.


Der Fokusdurchmesser muss bis auf ± 10 % mit den Herstellerangaben übereinstimmen.

7.8.6 Länge des Fokusbereiches

7.8.6.1 Methode

In der Abstand-Amplituden-Kurve, die nach 7.5 oder 7.8.4 gemessen wurde, werden die Punkte bestimmt, andenen die Amplitude um 6 dB gegenüber dem Fokus abgenommen hat.

Die Differenz ihrer Koordinaten ergibt die Länge des Fokusbereiches.


Die Länge des Fokusbereiches muss innerhalb von ± 20 % mit den Herstellerangaben übereinstimmen.

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7.9 Schallbündelparameter — Winkelprüfköpfe mit einem Schwinger für direkten Kontakt

7.9.1 Allgemeines

Die Messmethoden in diesem Abschnitt gelten nur für Prüfköpfe mit ebener Kontaktfläche. Prüfköpfe mitgekrümmter Ankoppelfläche können nur auf Vergleichskörpern beurteilt werden, die die gleiche Krümmunghaben wie das Prüfobjekt, auf das der Prüfkopf angepasst wurde.

7.9.2 Schalleintrittspunkt

7.9.2.1 Methode

Zur Bestimmung des Schalleintrittspunktes muss ein Vergleichskörper mit einem Viertelzylinder benutztwerden. Der Radius des Quadranten muss so groß sein, dass die reflektierende, zylindrische Fläche imFernfeld des Prüfkopfes liegt.

Der Prüfkopf wird so justiert, dass das Echo von der zylindrischen Oberfläche den maximalen Wert erreicht.Bei dieser Position stimmt der Schalleintrittspunkt mit der eingravierten Mittellinie des Quadranten überein.


Der Schalleintrittspunkt muss bis auf ± 1 mm mit dem durch den Hersteller markierten Punkt übereinstimmen.

Winkelprüfköpfe mit Schwingergrößen ≤ 15 mm und Prüffrequenzen ≤ 2 MHz erzeugen ein so breitesSchallbündel, dass das Echomaximum nur mit einer Ungenauigkeit von ± 2 mm bestimmt werden kann.

7.9.3 Einschallwinkel und Schallbündeldivergenz

7.9.3.1 Methoden

Zur Bestimmung der Schallbündel-Divergenzwinkel von Winkelprüfköpfen können ähnliche Methoden wie fürSenkrechtprüfköpfe benutzt werden, siehe 7.8:


Der Prüfkopf wird an einen halbzylindrischen Vergleichskörper angekoppelt.

Die Signalamplitude wird über dem Positionswinkel des EMA-Empfängers aufgetragen (Richtcharak-teristik).

Diese Aufzeichnung muss die Hauptkeule und die anschließenden Nebenkeule umfassen.

Die Winkel zu den -3-dB-Positionen liefern die Divergenzwinkel (Bild 17).

Die Divergenzwinkel müssen in zwei zueinander senkrechten Ebenen gemessen werden (horizontal undazimuthal). Die Lage des maximalen Signals liefert den Winkel der akustischen Achse (Einschallwinkel).

Die Parameter des schräg verlaufenden Schallbündels können aber auch aus C-Bildern entnommenwerden, die senkrecht zur Schallbündelachse liegen. Das Bild 18 zeigt ein Beispiel für ein C-Bild eines45°-Winkelprüfkopfes, gemessen mit einem EMA-Empfänger an einem Vergleichskörper mit einerRückwand unter einem Winkel von 45°.

b) Mit einem Vergleichskörper, der Querbohrungen enthält.

Zur Bestimmung des Einschallwinkels und der Divergenzwinkel in der vertikalen Ebene kann ein Ver-gleichskörper mit einer Reihe von 3-mm-Querbohrungen in verschiedenen Tiefenlagen benutzt werden,siehe Bild 4a.

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Zu jeder Bohrung werden die Prüfkopfestellungen, an denen das Echo seinen Maximalwert und bei derVorwärts- und Rückwärtsbewegung die -6-dB-Werte erreicht, und die Seitenkeulenpositionen in einemDiagramm festgehalten.

Die Geraden durch die Messpunkte für die akustische Achse und durch den Schalleintrittspunkt ergebenzusammen mit der Senkrechten auf die Ankoppelfläche den Einschallwinkel in der vertikalen Ebene. DieGeraden durch die -6-dB-Punkte ergeben, bezogen auf den Einschallwinkel die -6-dB-Divergenzwinkel indieser Ebene.

Die Veränderung der Echoamplitude beim Überfahren jeder Bohrung mit dem Schallbündel wirdbeobachtet. Wenn eine Seitenkeule im Amplitudenprofil bei einer oder mehreren Bohrungen beobachtetwird, dann muss die Seitenkeule maximiert und ihre Lage im Vergleich zur Hauptkeule notiert werden.Auch die Amplitude der Seitenkeule in Bezug zu der der Hauptkeule muss festgehalten werden.

Eine alternative Methode zur Bestimmung der Einschallwinkel, ebenfalls an Querbohrungen, ist imAnhang A beschrieben.

Um die Divergenzwinkel in der horizontalen Ebene zu bestimmen, wird ein Vergleichskörper mit einerNut entsprechend Bild 4b (für 45°- und 60°-Winkelprüfköpfe) benötigt. Die gleiche Methode wird zurBestimmung der 6-dB-Abnahme benutzt, aber der Prüfkopf wird jetzt seitwärts bewegt.

c) Mit einem Vergleichskörper, der Bohrungen mit halbkugeligen Böden enthält.

Zur Bestimmung des Einschallwinkels und der Divergenzwinkel in der horizontalen und der vertikalenEbene kann auch ein Vergleichskörper nach Bild 4d benutzt werden, der eine Reihe von 10-mm-Bohrungen mit halbkugeligen Böden enthält.

An jeder Bohrung werden die Positionen des Prüfkopfes, an denen das maximale Echo und, beiVorwärts- und Rückwärtsbewegung, die 6-dB-Abnahme auftritt, in einem Diagramm aufgetragen.

Die Geraden durch die Messpunkte für das maximale Echo und durch den Schalleintrittspunkt ergebenzusammen mit der Senkrechten auf die Ankoppelfläche den Einschallwinkel in der horizontalen und dervertikalen Ebene. Die Geraden durch die Randpunkte des Schallbündels zusammen mit demEinschallwinkel ergeben die -6-dB-Divergenzwinkel in diesen Ebenen.


Der Einschallwinkel muss innerhalb von ± 3° mit dem Nennwinkel für Frequenzen unter 2 MHz und innerhalb± 2° mit dem Nennwinkel für Frequenzen ab 2 MHz übereinstimmen. Die Divergenzwinkel dürfen nicht mehrals ± 10 % oder nicht mehr als ± 0,5° von den Herstellerangaben abweichen. Dabei gilt der größere Wert.

Bei der Reflexionsmethode müssen die Seitenkeulen ≥ 20 dB niedriger als die Hauptkeule für Nennwinkelzwischen 45° und 65° und ≥ 15 dB für größere Nennwinkel sein.

Bei der EMA-Methode gelten ≥ 10 dB und ≥ 8 dB.

7.9.4 Schielwinkel und Prüfkopfversatz

7.9.4.1 Methoden

Verfahren zur Messung des Schielwinkels und Prüfkopfversatzes


Zur Bestimmung von Schielwinkel und Versatz bei einem Winkelprüfkopf wird der gleiche Prüfaufbaubenutzt wie in 7.8.3 (Bild 3). Der Schielwinkel δ ist der Winkel zwischen der Bezugsseite des Prüfkopfesund der auf die Ankoppelfläche projizierten, gemessenen akustischen Achse (Bild 3).

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Zunächst wird der Prüfkopf auf einem halbzylindrischen Vergleichskörper angekoppelt und dasUltraschallgerät in den Echobetrieb geschaltet (Sender und Empfänger parallel). Durch Drehen undBewegen des Prüfkopfes wird die maximale Echofolge aus dem Halbzylinder erzeugt. In dieser Positionwird bei allen Reflexionen die Zylinderfläche senkrecht getroffen und der Schallaustrittspunkt befindetsich auf der Mittellinie des Vergleichskörpers.

Bei dieser Position ist der Winkel zwischen der Bezugsseite des Prüfkopfes und den Seitenflächen desHalbzylinders der gesuchte Schielwinkel δ.

Danach wird der EMA-Empfänger benutzt (der Prüfkopf arbeitet nur noch als Sender). Durch Bewegendes EMA-Empfängers wird die Position bestimmt, in der man das maximale Signal erhält, das als erstesdie Zylinderfläche erreicht.

Dabei ist Xm die Positionskoordinate des EMA-Empfängers und Xc die Koordinate des Schnittpunktesder Mittellinie des Vergleichskörpers mit der Mittellinie des Prüfköpfs, parallel zu seiner Referenzseite.

Mit diesen Koordinaten kann der Prüfkopfversatz e berechnet werden als:

e = (Xm − Xc)cosδ (12)

b) Mit Vergleichskörpern.

An Querbohrungen kann, wie in 7.8.3, nur der Schielwinkel gemessen werden.

Dazu wird der Prüfkopf auf einer großen, ebenen Fläche eines Vergleichskörpers durch Drehen in einePosition gebracht, an der das direkte Echo aus einer Kante des Vergleichskörpers maximal wird, sieheBild 19. Der Kantenreflektor muss dabei im Fernfeld des Prüfkopfes liegen.

Bestimmt wird der Winkel zwischen der Richtung, in der die Referenzseite des Prüfkopfes weist und derNormalen auf die Seitenfläche unter Zuhilfenahme eines Anschlagwinkels und eines Winkelmessers.Dieser Winkel ist der gesuchte Schielwinkel.

Wenn der Schielwinkel bei der ersten Messung über 1° liegt, müssen drei Messungen durchgeführt undder Mittelwert genommen werden.


Der Schielwinkel muss ≤ 2° betragen. Der Prüfkopfversatz gegenüber dem Mittelpunkt des Prüfkopfes muss≤ 1 mm bleiben.

7.9.5 Fokusabstand (Nahfeldlänge)

7.9.5.1 Methoden

Hier werden vergleichbare Methoden wir für Senkrechtprüfköpfe benutzt (siehe 7.8.4). Für nicht fokussie-rende Winkelprüfköpfe wird die Nahfeldlänge mit der gemessenen Mittenfrequenz f0 und den gemessenenDivergenzwinkeln γ┴ und γll mit den im Anhang A aufgeführten Gleichungen berechnet.

Bei fokussierenden Winkelprüfköpfen für direkten Kontakt werden die gleichen Methoden wie fürSenkrechtprüfköpfe benutzt (siehe 7.8.5).

Mit Flachbodenbohrungen oder Bohrungen mit halbkugeligem Boden oder mit Querbohrungen von kleinemDurchmesser wird eine Abstand-Amplituden-Kurve mit mindestens acht Messpunkten aufgenommen. DerPunkt der maximalen Amplitude bezeichnet den Fokusabstand.

Es wird empfohlen, alle Messpunkte in den Fokusbereich des Prüfkopfes zu legen. Ein Messpunkt solltedabei nahe am Fokus sein.

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Bezogen auf den Maximalwert muss mindestens der Bereich bis zu den -6-dB-Punkten überdeckt sein.

Fokusabstände, die durch Linsen oder durch gekrümmte Schwinger erzeugt werden, sind immer kürzer alsdie Nahfeldlänge des ebenen Schwingers, bei gleicher Form und Prüffrequenz.


Der Fokusabstand muss innerhalb von ± 20 % mit den Herstellerangaben übereinstimmen.

7.9.6 Fokusdurchmesser

7.9.6.1 Methoden

In ähnlicher Weise wie die Divergenzwinkel (siehe 7.8.2) können auch die Grenzen des Fokusbereiches miteinem EMA-Empfänger oder Querbohrungen bestimmt werden.

Die Messungen müssen in zwei zueinander senkrechten Richtungen mit einer der folgenden Methodendurchgeführt werden:


Der Prüfkopf wird auf einem Halbzylinder angekoppelt, dessen Radius etwa dem Fokusabstand desPrüfkopfes entspricht. Durch Bewegen über die zylindrische Oberfläche werden die Punkte bestimmt, andenen die Signalamplitude um 3 dB gegenüber dem Spitzenwert abgenommen hat.

Mit diesen Winkeln und dem bekannten Radius des Vergleichskörpers kann der Schallbündel-durchmesser im Fokus berechnet werden.


Wie in 7.8.2.1 b) beschrieben, wird der Prüfkopf bewegt, bis das Echo von einer Querbohrung im Fokus-abstand um 6 dB abgenommen hat. Diese Verschiebung ergibt die Schallbündelbreite im Fokus in dervertikalen Richtung.

Die Schallbündelbreite in der horizontalen Ebene kann nur mit der in 7.10.5.1 b) beschriebenen Methodebestimmt werden.

c) Mit Vergleichskörpern, die einen halbkugeligen Reflektor enthalten.

Wie in 7.8.2.1 c) beschrieben, wird der Prüfkopf bewegt, bis das Echo von einem halbkugeligen Reflektorim Fokusabstand um 6 dB abgenommen hat. Diese Verschiebung in horizontaler und vertikaler Richtungergibt die Schallbündelbreiten in beiden Ebenen.


Die Fokusdurchmesser müssen innerhalb von ± 10 % mit den Herstellerangaben übereinstimmen.

7.9.7 Länge des Fokusbereiches

7.9.7.1 Methode

An den nach 7.5 oder 7.8.5 gemessenen Abstand-Amplituden-Kurven werden die Punkte bestimmt, andenen die Amplitude gegenüber dem Fokus um 6 dB abgenommen hat. Die Differenz ihrer Koordinantenergibt die Länge des Fokusbereiches.


Die Länge des Fokusbereiches muss innerhalb von ± 20 % mit den Herstellerangaben übereinstimmen.

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7.10 Schallbündelparameter — Senkrecht-SE-Prüfköpfe für direkten Kontakt

7.10.1 Allgemeines

Die in diesem Abschnitt aufgeführten Messmethoden gelten nur für Prüfköpfe mit ebenen Ankoppelflächen.Prüfköpfe mit gekrümmten Ankoppelflächen können nur auf Vergleichskörpern untersucht werden, die diegleiche Krümmung aufweisen wie das Prüfobjekt, an das der Prüfkopf angepasst wurde.

7.10.2 Übersprechdämpfung

7.10.2.1 Methode

Die Messungen werden mit einem Ultraschallgerät durchgeführt, das die Anforderungen nach EN 12668-1erfüllt.

Das Ultraschallgerät wird auf getrennten Sender-Empfänger-Betrieb geschaltet. Der SE-Prüfkopf wird dannan die Sende- und Empfangsbuchse angeschlossen. Der Prüfkopf wird an einen Vergleichskörperangekoppelt und ein Rückwandecho innerhalb des Fokusbereiches des Prüfkopfes erzeugt. Dieses Echowird auf 80 % der vollen Bildschirmhöhe justiert, die entsprechende Verstärkung wird festgehalten. Das Echovon der Ankoppelfläche wird dabei auf dem Schirm sichtbar. Bei angekoppeltem Prüfkopf wird jetzt dieVerstärkung soweit erhöht, bis das Echo von der Ankoppelfläche 80 % der vollen Bildschirmhöhe erreicht.Die dB-Differenz zur ersten Verstärkungseinstellung ergibt die Übersprechdämpfung.

Falls das Echo von der Ankoppelfläche nicht sichtbar wird, ist es nur möglich, eine untere Grenze für dieÜbersprechdämpfung anzugeben.


Die Differenz muss besser als 30 dB sein.

7.10.3 Abstand des Empfindlichkeitsmaximums (Fokusabstand)

7.10.3.1 Methode

Der Punkt der maximalen Amplitude in der Abstand-Amplituden-Kurve nach 7.5 liefert den Fokusabstand.

Zur Erzeugung einer Abstand-Amplituden-Kurve werden die Echoamplituden von 10-mm-Halbkugeln oder3-mm-Querbohrungen benutzt, mit Abständen, die innerhalb des erwarteten Fokusbereiches liegen(mindestens 8 Messpunkte).

Die Trennschicht im Prüfkopf muss dabei parallel zu den Querbohrungen ausgerichtet werden.


Die Position des maximalen Echos muss bis auf ± 20 % mit den Herstellerangaben übereinstimmen.

7.10.4 Axiale Länge des empfindlichen Bereiches (Länge des Fokusbereiches)

7.10.4.1 Methode

Aus der nach 7.5 gemessenen Kurve können auch die -6-dB-Punkte entnommen werden.


Die axiale Länge des empfindlichen Bereiches muss bis auf ± 20 % mit den Herstellerangabenübereinstimmen.

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7.10.5 Laterale Ausdehnung des empfindlichen Bereiches (Fokusdurchmesser)

7.10.5.1 Methoden

Zur Bestimmung der lateralen Ausdehnung des empfindlichen Bereiches können die folgenden Methodenbenutzt werden:


Diese Messung benutzt den gleichen Aufbau wie für Einschwinger-Prüfköpfe (siehe 7.9.3). DasSchallbündel wird für jeden Schwinger getrennt vermessen. Das kombinierte Schallbündelprofil wird ausdem Produkt beider Schallbündelmessungen gebildet.

Es wird ein halbzylindrischer Vergleichskörper mit einem Radius nahe beim Fokusabstand des zu unter-suchenden Prüfkopfes benutzt. Nacheinander wird jeder Schwinger einzeln betrieben und der EMA-Empfänger über die zylindrische Fläche des Vergleichskörpers bewegt. Bei jeder Position werden dieSignalamplituden beider Schwinger innerhalb des Bündelprofils aufgezeichnet.

Bei jedem Messpunkt innerhalb des Schallbündels werden die zu jedem Schwinger gemessenenAmplitudenwerte multipliziert (dB-Werte werden addiert). Diese Produkte ergeben die Richtcharakteristikdes SE-Prüfkopfes. Die -6-dB-Grenzen des Schallbündels liegen dort, wo diese Produkte um 6 dB unterdem Maximum liegen.

Die Messungen werden in zwei zueinander senkrechten Richtungen durchgeführt, nämlich parallel undsenkrecht zur Trennschicht des Prüfkopfes.

b) mit einem Vergleichskörper, der eine 3-mm-Querbohrungen enthält

Ein Vergleichskörper wird benutzt, der eine 3-mm-Querbohrung in der Nähe des Fokusabstandes desPrüfkopfes enthält.

Der Prüfkopf wird auf der Ankoppelfläche bewegt, bis das Echo der Querbohrung um 6 dB abgenommenhat. Diese Messpunkte ergeben die -6-dB-Grenzen des Fokusbereiches senkrecht zur akustischenAchse.

Damit zwei zueinander senkrechte Schallbündeldurchmesser erhalten werden, sind die Messungenparallel und senkrecht zur Trennschicht des Prüfkopfes durchzuführen.

c) mit einem Vergleichskörper, der eine Bohrung mit halbkugeligem Boden enthält

Es wird ein Vergleichskörper benutzt, der eine 10-mm-Bohrung mit halbkugeligem Boden in der Nähedes Fokusabstandes des Prüfkopfes aufweist.

Der Prüfkopf wird auf der Ankoppelfläche bewegt, bis das Echo des Halbkugelreflektors um 6 dBabgenommen hat. Diese Positionen ergeben die -6-dB-Grenzen des Fokusbereiches senkrecht zurakustischen Achse.

Die Messung muss senkrecht und parallel zur Trennschicht des Prüfkopfes durchgeführt werden, damitman zwei zueinander senkrechte Fokusdurchmesser erhält.


Die Fokusdurchmesser parallel und senkrecht zur Trennschicht müssen bis auf ± 20 % mit denHerstellerangaben übereinstimmen.

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7.11 Schallbündelparameter — SE-Winkelprüfköpfe für direkten Kontakt

7.11.1 Allgemeines

Die hier angeführten Methoden gelten nur für Prüfköpfe mit ebener Ankoppelfläche. Prüfköpfe mitgekrümmter Ankoppelfläche können nur auf Vergleichskörpern gemessen werden, die die gleicheKrümmmung wie das Prüfobjekt aufweisen, an das der Prüfkopf angepasst wurde.

7.11.2 Übersprechdämpfung

7.11.2.1 Methode

Die Übersprechdämpfung wird bei einem SE-Winkelprüfkopf in der gleichen Weise gemessen wie für einenSE-Senkrechtprüfkopf (siehe 7.10.2).


Die Differenz muss besser als 30 dB sein.

7.11.3 Schalleintrittspunkt

7.11.3.1 Methode

Der Schalleintrittspunkt wird mit einem Vergleichskörper wie bei einem Einschwinger-Winkelprüfkopfbestimmt (siehe 7.9.2).


Der Schalleintrittspunkt muss bis auf ± 1 mm mit dem vom Hersteller markierten Punkt übereinstimmen.

7.11.4 Einschallwinkel und Schallbündelquerschnitte

7.11.4.1 Methoden

Der Einschallwinkel von SE-Winkelprüfköpfen kann mit einem EMA-Empfänger oder mit Querbohrungen odermit Bohrungen mit halbkugeligem Boden bestimmt werden:


Diese Messung benutzt den gleichen Aufbau wie für Einschwinger-Prüfköpfe (siehe 7.9.3). DasSchallbündel wird für jeden Schwinger einzeln vermessen. Das kombinierte Schallbündelprofil wird alsProdukt aus den beiden Einzelquerschnitten berechnet.

Abwechselnd werden die beiden Schwinger betrieben und mit dem EMA-Empfänger die zylindrischeFläche des Vergleichskörpers abgefahren. Zu jeder Position werden die Signalamplituden für beideSchwinger aufgenommen.

Zu jedem Punkt innerhalb des Schallbündels werden die Amplitudenwerte beider Schwinger multipliziert(dB-Werte werden addiert). Diese Produkte ergeben die Richtcharakterisitk des SE-Prüfkopfes.

Die -6-dB-Grenzen des Schallbündels liegen dort, wo diese Produkte um 6 dB unter dem Maximumliegen. Der Einschallwinkel wird als arithmetischer Mittelwert aus den Bündelgrenzen berechnet.

b) Mit Querbohrungen von 3 mm Durchmesser.

Der Versuchsaufbau und die Methode sind die gleichen wie für einen Einschwinger-Prüfkopf (siehe7.9.3).

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c) Mit Bohrungen mit halbkugeligem Boden von 10 mm Durchmesser.

Der Versuchsaufbau und die Methode sind die gleichen wie für einen Einschwinger-Prüfkopf (siehe7.9.3).


Der Einschallwinkel muss bis auf ± 2° mit dem Nennwinkel übereinstimmen.

7.11.5 Abstand des Empfindlichkeitsmaximums (Fokusabstand)

7.11.5.1 Methode

Der Fokusabstand wird wie bei einem SE-Senkrechtprüfkopf bestimmt (siehe 7.10.3), wobei mindestens achtMesspunkte für die Abstand-Amplituden-Kurve vorhanden sein müssen.


Der Fokusabstand muss bis auf ± 20 % mit den Herstellerangaben übereinstimmen.

7.11.6 Axiale Länge des empfindlichen Bereiches (Länge des Fokusbereichs)

7.11.6.1 Methode

Die axiale Länge des empfindlichen Bereiches wird wie für einen SE-Senkrechtprüfkopf bestimmt (siehe7.10.4).


Die axiale Länge des Fokusbereiches muss bis auf ± 20 % mit den Herstellerangaben übereinstimmen.

7.11.7 Lateraler Durchmesser des empfindlichen Bereiches (Fokusdurchmesser)

7.11.7.1 Methoden

Die laterale Ausdehnung des empfindlichen Bereiches wird wie bei einen SE-Senkrechtprüfkopf bestimmt(siehe 7.10.5), indem man einen elektromagnetisch-akustischen Empfänger, 3-mm-Querbohrungen oder10-mm-Bohrungen mit halbkugeligem Boden benutzt.


Der Fokusdurchmesser muss bis auf ± 10 % mit den Herstellerangaben übereinstimmen.

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Legendeh Spitze-Spitze-AmplitudeL Impulsdauer

Bild 1 — Typischer Ultraschallimpuls

Legende

1 Ultraschall-Prüfkopf δ Schielwinkel2 EMA-Empfänger e Versatz3 Echo

Bild 2 — Schielwinkel und Versatz bei einem Senkrechtprüfkopf

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Legende

1 Ultraschall-Prüfkopf α Einschallwinkel2 EMA-Empfänger δ Schielwinkel3 Echo e Versatz

Bild 3 — Schielwinkel und Versatz bei einem Winkelprüfkopf

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Maße in Millimeter

Bild 4a — Vergleichskörper mit 3-mm-Querbohrungen

Maße in Millimeter

Bild 4b — Vergleichskörper mit Nuten

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Maße in Millimeter

Bild 4c — Stahl-Vergleichskörper mit Querbohrungen und Bohrungenmit halbkugeligem Boden

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Legende1 Sender2 Tastspitze3 Oszilloskop4 Ultraschall-Prüfkopf5 Testkörper

Bild 5 — Messaufbau zur Bestimmung des Zeitintervalls eines Echos

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LegendeA RückwandB StörpegelD Abstand in mmG Verstärkung in dB

Bild 6a — Abstand-Amplituden-Kurve für Kreisscheibenreflektoren in Stahl

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LegendeA Rückwandecho D Abstand in mmB Querbohrung 3-mm-Durchmesser f FokusbereichC Störpegel G Verstärkung in dB

Bild 6b — Abstand-Amplituden-Kurve und Störpegel für 3-mm-Querbohrungen in Stahl

Legende1 PrüfkopfZ Abstand

Bild 7 — Herausragende Punkte auf der akustischen Achse von Tauchtechnik-Prüfköpfen

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LegendeG Verstärkung in DezibelZ Abstand in mmFD FokusabstandFL Länge des Fokusbereiches

Bild 8 — Abstand-Amplituden-Kurve eines nicht fokussierenden Tauchtechnik-Prüfkopfes

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Seite 39EN 12668-2:2001

Legende1 Verstärkung in Dezibel2 Abstand in mmFD FokusabstandFL Länge des Fokusbereiches

Bild 9 — Abstand-Amplituden-Kurve für einen fokussierenden Tauchtechnik-Prüfkopf

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Seite 40EN 12668-2:2001

Legende

A AmplitudeFw Fokusdurchmesser1 X- oder Y- Richtung

a) Impulsecho-Technik b) Hydrophon-Technik

Bild 10 — Schallbündel-Querschnitte für Tauchtechnik-Prüfköpfe

Legende

A Amplitude1 X- oder Y- Richtung

a) am Fokuspunkt b) am Ende des Fokusbereichs

Bild 11 — Schallbündel-Querschnitte im Fokusbereich eines Tauchtechnik-Prüfkopfes

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Seite 41EN 12668-2:2001

Legende1 Verzögerung 6 Positionserfassung2 Bildschirm 7 X-Y-Schreiber3 Impulsgenerator 8 Prüfkopf4 Tor 9 Platte5 Peak-Detektor

Bild 12a — Messaufbau zum Ausmessen des Schallbündels bei Tauchtechnik-Prüfköpfen –Justierung des Schallbündels

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Seite 42EN 12668-2:2001

Legende1 Verzögerung 6 Positionserfassung2 Bildschirm 7 X-Y-Schreiber3 Impulsgenerator 8 Prüfkopf4 Tor 9 Kugelreflektor5 Peak-Detektor

Bild 12b — Messaufbau zum Ausmessen des Schallbündels von Tauchtechnik-Prüfköpfenmit einem Kugelreflektor

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Seite 43EN 12668-2:2001

Legende1 Verzögerung 6 Positionserfassung2 Bildschirm 7 X-Y-Schreiber3 Impulsgenerator 8 Prüfkopf4 Tor 9 Hydrophon5 Peak-Detektor

Bild 13 — Messaufbau zum Ausmessen des Schallbündels von Tauchtechnik-Prüfköpfenmit einem Hydrophon

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Seite 44EN 12668-2:2001

Legende1 Bündelachse2 PrüfkopfZ Abstand

Bild 14 — Ausmessen des Schallbündels bei Tauchtechnik-Prüfköpfen –Justierung des Nullpunktes Z0 des Koordinatensystems

Legende1 Fokusabstand FD2 Länge des Fokusbereiches FL

Bild 15 — C-Bilder des Schallbündels eines nicht fokussierenden Tauchtechnik-Prüfkopfes

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Seite 45EN 12668-2:2001

Legende1 Fokusdurchmesser in X- Richtung, Wx2 Fokusdurchmesser in Y- Richtung, Wy

Bild 16 — C-Bilder des Schallbündels eines fokussierenden Tauchtechnik-Prüfkopfes

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Legende1 Schallbündel2 halbzylindrischer Testkörper3 akustische Achse4 EMA-Empfänger5 Hauptkeule6 PrüfkopfA Amplitude in dB

Bild 17 — Bestimmung der Schallbündeldivergenz und des Einschallwinkels

a) Testkörper b) C-Bild

Legende1 EMA-Empfänger2 Winkelprüfkopf3 Testkörper

Bild 18 — Bestimmung der Schallbündel-Parameter eines Winkelprüfkopfesmit einem EMA-Empfänger

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Seite 47EN 12668-2:2001

Legende1 Prüfkopf2 Schallbündel3 Linealδ SchielwinkelA SeitenansichtB Aufsicht

Bild 19 — Bestimmung des Schielwinkels mit der Kante eines Vergleichskörpers

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Anhang A(normativ)

Berechnung der Nahfeldlänge für nicht fokussierende Prüfköpfe

Die Nahfeldlänge eines nicht fokussierenden Schwingers wird berechnet mit den gemessenen Werten für dieMittenfrequenz f0 und den gemessenen Werten für die Divergenzwinkel γ in zwei zueinander senkrechtenRichtungen (γ┴ und γll).

A.1 Senkrechtprüfköpfe

Wenn γll der parallele Divergenzwinkel und γ⊥ der senkrechte Divergenzwinkel eines kreisförmigenSchwingers ist, dann wird seine Nahfeldlänge berechnet als

N0 = vb/(15,16f0 sin2[γ]) (A.1)

für beide Winkel γ⊥ und γll, wobei vb die Schallgeschwindigkeit im Vergleichskörper ist.

Der größere Wert N0 wird als die Nahfeldlänge des Kreisschwingers betrachtet.

Für rechteckige Schwinger werden die Divergenzwinkel parallel zu den Seiten a und b gemessen, wobeia ≥ b.

Mit dem gemessenen Divergenzwinkel γa parallel zur größeren Seite und der gemessenen Mittenfrequenz f0wird die effektive Seite aeff des Rechteckschwingers berechnet als

aeff = (0,442vb)/(f0 sin[γa]) (A.2)

Mit dem gemessenen Winkel γb parallel zur kleineren Seite und mit der Mittenfrequenz f0 wird die effektiveSeite beff berechnet als

beff = (0,442vb)/(f0 sin[γb]) (A.3)

Das Seitenverhältnis wird als beff/aeff bestimmt. Mit diesem Verhältnis kann der Faktor k aus dem Diagrammim Bild B.1 abgelesen werden.

Dann beträgt die Nahfeldlänge des rechteckigen Schwingers

N0 = (k aeff2 f0)/(4vb) (A.4)

(vb ist die Schallgeschwindigkeit im Vergleichskörper)

A.2 Winkelprüfköpfe

Die Nahfeldlänge muss für Winkelprüfköpfe mit ebenem Schwinger und ebener Kontaktfläche berechnetwerden, mit der gemessenen Mittenfrequenz f0 und den gemessenen Divergenzwinkeln γ in zwei zueinandersenkrechten Richtungen (azimuthal und horizontal).

Wenn γa der in der Einschallebene gemessene Winkel ist und γh der Winkel in der dazu senkrechten Ebene,dann wird die Nahfeldlänge eines kreisförmigen Schwingers mit der bekannten Schallgeschwindigkeit vb imVergleichskörper berechnet als

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N0h = vb/(15,16f0 sin2[γh]) (A.5)

(senkrecht zur Einschallebene)

N0a = vb/(15,16f0 sin2[γ]) (A.6)

(in der Einschallebene)

mit γ = γa cosβ / cosα

Dabei ist:

α der Winkel im Keil des Winkelprüfkopfes (Einfallwinkel);

β ist der Winkel im zu prüfenden Werkstoff (Einschallwinkel).

Der größere Wert von N0h und N0a ist die Nahfeldlänge des Prüfkopfes.

Für rechteckige Schwinger müssen zuerst die effektiven Seiten aeff und beff berechnet werden. Wenn a diegrößere Seite ist und b die kleinere Seite, dann gibt es zwei Fälle:

a) die große Seite liegt senkrecht zur Einschallebene:

aeff = (0,442vb)/(f0 sin[γa]) (A.7)

beff = (0,442vb)/(f0 sin[γ]) (A.8)

mit γ = γh cosβ / cosα

b) die große Seite liegt parallel zur Einschallebene:

aeff = (0,442vb)/(f0 sin[γ]) (A.9)

mit γ = γh cosβ / cosα

beff = (0,442vb)/(f0 sin[γh]) (A.10)

Das Seitenverhältnis (beff/aeff) wird berechnet. Zu diesem Seitenverhältnis gibt es einen Faktor k in Bild B.1.

Die Nahfeldlänge des rechteckigen Schwingers wird dann berechnet als

N0 = (k seff2 f0)/(4 vb) (A.11)

Dabei ist:

seff die größere Seite von aeff und beff ist und

vb die Schallgeschwindigkeit im Vergleichskörper.

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Legendek Korrekturfaktora Seitenverhältnis

Bild A.1 — Korrekturfaktor k zur Berechnung der Nahfeldlänge von rechteckigen Schwingern

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Anhang B(informativ)

Kalibrierkörper für Winkelprüfköpfe

Der Stahlkörper nach Bild B.1 besitzt einen Viertelzylinder und Querbohrungen mit 4 mm Durchmesser. DieStahlqualität und die Wärmebehandlung ist die gleiche wie für den Kalibrierkörper nach EN 27963.

Drei verschiedene Skalen in L-Form für die Einschallwinkel-Bereiche von

35° bis 65°,

60° bis 75°,

70° bis 85°

können auf denselben Vergleichskörper aufgesetzt werden (Bild B.1 und Bild B.2).

Zunächst wird die zum Einschallwinkel des Prüfkopfes passende Skale ausgesucht, d. h. für einen 45°-Prüf-kopf wird die Skale Nr. 3 mit einem Winkelbereich von 35° bis 65° benutzt. Diese L-förmige Skale wird aufden Vergleichskörper aufgesteckt, wobei die beiden Stifte der Skale zwei der drei 4-mm-Bohrungen desVergleichskörpers verschließen.

Die verbleibende Bohrung dient als Zylinderreflektor zur Bestimmung des Einschallwinkels. Zusätzlich dienteine magnetische Folie auf der Skale zur sicheren Befestigung auf dem Vergleichskörper. Die Kante derSkale dient als Lineal zur Führung des Prüfkopfes.

Danach wird der Prüfkopf im Mittelpunkt des Quadranten an den Vergleichskörper angekoppelt. DurchVerschieben des Prüfkopfes wird das Echo aus dem 100-mm-Radius maximiert. Dann markiert die Mittelliniedes Quadranten den Schallaustrittspunkt (Bild B.3a).

Im nächsten Schritt wird der Prüfkopf so an den Vergleichskörper angekoppelt, dass das Schallbündel die4-mm-Querbohrung trifft (Bild B.3b). Durch Bewegen des Prüfkopfes wird das Echo von der Bohrungmaximiert. Der Einschallwinkel wird dann von der Skale an der Stelle des Schallaustrittspunktes desPrüfkopfes abgelesen.

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Legende

1 magnetische Streifen2 zwei Stifte, die in die 4-mm-Bohrung passen3 4-mm-Bohrung

Bild B.1 — Stahlvergleichskörper mit auswechselbaren Skalen für Winkelprüfköpfein direktem Kontakt

ANMERKUNG Für die Werte a und d, siehe Tabelle 1.

Bild B.2 — L-förmige Skalen 1, 2 und 3 auf den Kalibrierkörper aufzustecken, Bild B.1

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Tabelle B.1 — Zahlenwerte zu den Gravierungen auf den Skalen in Bild B.2

Skale 1 Skale 2 Skale 3

Winkel ° a d Winkel ° a d Winkel ° a d

mm mm mm mm mm mm

64 30,8 0 54 55,1 0 34 47,2 0

66 2,9 56 4,2 36 3,6

68 6,4 58 9,0 38 7,5

70 10,5 60 14,2 40 11,5

72 15,4 62 20,2 42 15,8

74 21,6 64 27,0 44 20,4

76 29,4 66 34,8 46 25,3

78 39,8 68 43,9 48 30,5

80 54,3 70 54,8 50 36,2

82 76,0 72 68,1 52 42,4

84 112,0 74 84,4 54 49,1

56 56,6

58 64,8

60 74,0

62 84,4

64 96,3

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a) Bestimmung des Schalleintrittspunktes

b) Bestimmung des Einschallwinkels

Bild B.3 — Bestimmung der Schallbündelparameter von Winkelprüfköpfen

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