Berechnung hochfrequenter Signale für eine automatische UItraschallprüfung und Transversalwelleneinschallung mit einem auf der Kirchhoffschen Näherung beruhenden Ray Tracing Verfahren

Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung (zfP) werden im Rahmen von Fertigungsprüfungen und wiederkehrenden Prüfungen gemäß kerntechnischer Regelwerke eingesetzt. Geprüft wird z.B. auf Fehler, die unterschiedlicher Art sein können: Schlacken, Poren, Risse. Größe und Art realer Fehler sind nur begrenzt aus Prüfergebnissen ableitbar. Insbesondere bei Orientierung flächiger Fehler in Ausbreitungsrichtung des Wellenfeldes können diese absolut unterschätzt werden. Auch die heute eingesetzten Analysetechniken wie spezielle Prüfköpfe, fokussierende Ultraschallwandler, Erfassung der Registrierlänge, -6 dB Technik beschreiben den Fehler im Sinne einer sicheren Bewertung konservativ. RAY TRACING Verfahren werden heute eingesetzt, um durch Kenntnis der Ausbreitungsvorgänge im Bauteil optimale Verfahrwege der Prüfköpfe unter Berücksichtigung ihrer Eigenschaften wählen zu können. Im einfachsten Falle verfolgt ein Ray Tracing Programm innerhalb der Schallfeldcharakteristik die ausgesandten Strahlengänge zweidimensional. In dem hier beschriebenen Programm wird die Schallausbreitung dreidimensional verfolgt und geschieht in Verbindung mit einem CAD-Modul. Dies gestattet es, die Reflexion und Brechung an den Grenzen des Bauteiles bzw. an den Fehlern mittels ausgesandter Strahlengänge verfolgen zu können, auch unter Berücksichtigung der Modeumwandlung. Auf diese Art und Weise lässt sich verfolgen, von welchen Prüfkopfpositionen aus vom Fehler reflektierte Schallstrahlen zum Prüfkopf zurückgelangen. Dies sagt zwar aus, dass die Anordnung des Prüfkopfes zur Fehlerdetektion optimal gewählt worden ist, jedoch nichts über die zu erwartende Amplitude bzw. das Signal - Rausch Verhältnis. Wenn die Schallausbreitungsvorgänge mathematisch erfassbar sind, so ist es möglich, pro Prüfkopfort nicht nur die Maximalamplitude, sondern auch das zeitliche Signal des empfangenen Ultraschallsignals abzuspeichern und diese Signale als Eingangsgröße für das Rekonstruktionsverfahren SAFT (Synthetic Aperture Focussing Technique) [1-3] zu nutzen. In diesem Falle lässt sich das Prüfergebnis vorhersagen. Der Beitrag beschreibt in einem theoretischen Teil die numerischen Grundlagen für die Simulation automatisierter Prüfungen mit Transversalwellenprüfköpfen. Die Ergebnisse der Simulationen werden mit den experimentell erhaltenen Daten verglichen. Anschließend werden sowohl die theoretisch erzeugten als auch die experimentell erhaltenen hochfrequenten Datensätze als Eingangsgröße für das abbildende Verfahren SAFT verwendet und die erzielten Abbildungen miteinander verglichen.