Nondestructive characterization of planar defects using laser-generated ultrasonic shear waves

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Nondestructive characterization of planar defects using laser-generated ultrasonic shear waves

Wooh, S.C. / Wang, J.Y.

Es wird in dem umfangreichen Beitrag über eine Ultraschallprüftechnik berichtet, bei der longitudinale und transversale Ultraschallwellen an der Seitenfläche eines Eisenbahn-Schienenkopfes mit zwei getrennten Laserquellen erzeugt und interferometrisch empfangen werden. Da der Ausbreitungswinkel in Bezug zur Oberflächennormale bei den Longitudinalwellen mit zunehmendem Winkel abnimmt, bei den Transversalwellen aber zu einem Maximum bei 40 Grad ansteigt, wird die Transversalwelle nach Reflexion an der gegenüberliegenden Rückwand im fehlerfreien Fall vom Empfangslaser registriert. Bei Vorliegen eines Querfehlers und kontinuierlicher Abtastbewegung der beiden Laserquellen treten aufgrund der Umlenkreflexion am Fehler zwei Abschattungen auf, innerhalb derer keine Transversalwellen empfangen werden können. Durch Kalibrierung mit der Empfangsamplitude der ebenfalls empfangenen Oberflächenwelle können unterschiedlichen Empfangsamplituden der Scherwelle ausgeglichen werden. Verschiedene Querfehlerpositionen und Schräglagen werden aus den daraus geometrisch bedingten Schattenpositionen rechnerisch ermittelt und anhand von Testfehlern experimentell bestätigt. Die Fehlerlänge und Schräglage kann bestimmt werden, wenn bei der Abtastbewegung die umgelenkte Scherwelle an zwei dicht nebeneinanderliegenden Empfangspositionen registriert wird. Bei den Testfehlern handelt es um 12 und 24 mm lange, um 75 und 20 Grad geneigte Querfehler in einer Al-Schiene und um 26 und 30 mm lange Querfehler in zwei Stahlschienen. Der kürzere Fehler ist eine künstlich eingebrachte Oberflächennut und der 30 mm lange Fehler ist ein innerer Querriss in einer Schiene. Mit der Prüftechnik können alle Fehler nachgewiesen und in ihrer Größe und Schräglage quantitativ analysiert werden. (Brekow, G.)