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Ultraschall und seine Anwendung - Реферат

Pr?ftechnik, die Pr?fungsm?glichkeit an gr??eren Schwei?nahtdicken und durch bessere Nachweisbarkeit bestimmter Fehlerarten (z.B.: Risse, Bindefehler) ist die Ultraschallpr?fung auch zu einer wertvollen Erg?nzung der R?ntgen- und Gammadefektoskopie geworden, vor allem aufgrund keiner Sch?digung der Gesundheit und durch eine kosteng?nstigere Alternative zu anderen Methoden (wie z.B. R?ntgenstrahlen). Bei der Qualit?tskontrolle mittels Ultraschall sind zwei Richtungen zu unterscheiden. Einmal kann aus der Messung von Geschwindigkeit und Absorption eine integrale Information ?ber die Struktur, die Qualit?t des hergestellten Stoffes geliefert werden. Zum anderen liefert der Ultraschall augenblicklich eine Aussage zu Eigenschaften von Verbunden. Der Schallstrahl des Ultraschalls breitet sich aufgrund seiner quasioptischen Eigenschaften gerichtet wie das Licht aus. Beugungserscheinungen treten nur dann auf, wenn die verursachenden Hindernisse die Gr??enordnung der Wellen haben. Ultraschallwellen werden von Metallen kaum absorbiert. Es wird die Eigenschaft der Reflexion von Schallwellen ausgenutzt, die an Grenzfl?chen, aber auch an Fehlstellen, die z.B. durch Risse entstanden, auftritt. Trifft solch ein Schallimpuls auf einen Schwei?nahtfehler, so wird er je nach Gr??e und Form an der Trennfl?che reflektiert. Die zur?ckkehrenden Wellen werden vom Pr?fkopf wieder aufgenommen und auf dem Bildschirm als mehr oder weniger hohes Fehlerecho angezeigt, es kann somit die Fehlergr??e in L?nge und Breite, jedoch nicht in Tiefe angen?hert nachgewiesen werden (H?he des Fehlerechos ist nicht immer gleich der Gr??e des Fehlers). Die Fehlerart des Werkst?ckes kann allerdings mittels Ultraschall nicht erkannt werden. Eine der wichtigsten Anwendungen ist die Qualit?tskontrolle im Flugzeugbau.
Zerst?rungsfreie Werkstoffpr?fung:
Neben der Qualit?tskontrolle wird der Ultraschall also auch zur zerst?rungsfreien Werkstoffpr?fung verwendet. Ein wesentlicher Vorteil des Ultraschalls in der Metallurgie besteh darin, dass im homogenen Material die Schallabsorption wesentlich geringer ist als bei R?ntgenstrahlen und somit eine genauere Bestimmung der Fehler im Werkst?ck mittels Ultraschalls erfolgen kann. Es gelingt auch bis zu 10m lange Strecken zu durchschallen und Fehlerstrukturen im Material bzw. Verunreinigungen sichtbar zu machen. Bei der zerst?rungsfreien Werkstoffpr?fung werden Schwei?n?hte analysiert und der Schwei?vorgang kann kontrolliert beobachtet werden. Zur Schwei?nahtpr?fung werden h?ufig Impulsverfahren angewendet. Eventuelle Lunker oder andere Inhomogenit?ten k?nnen leicht aus dem Impulsbild sichtbar festgestellt werden. Es gibt viele kommerzielle Ger?te. Neue Entwicklungen auf diesem Gebiet sind dadurch gekennzeichnet, dass komplizierte Wandler eingesetzt wurden, die z.B. einen w?hlbaren Winkelbereich ?berstreichen Mit Mikroprozessoren ausgestaltete Ger?te k?nnen dann ?u?erst vielgestaltige Auswertungen erm?glichen. Form, Gr??e, Verteilung der Einsch?sse oder Fehlerstellen k?nnen ermittelt werden, wenn nicht nur die Amplitude, sondern auch der Frequenzinhalt der erhaltenen Signale analysiert wird.
Ultraschallpr?fung:
Das Verfahren beruht auf dem Prinzip der Laufzeitmessung des Schalls. Fehler im Werkst?ckinneren, wie Risse, Lunker in Gussteilen und Gasblasen, aber vor allem Bindefehler in Schwei?n?hten, kann man nach Lage und Gr??e auf einem Bildschirm als Resonanzwelle sichtbar machen, bei fehlerfreiem Werkst?ck d?rfen keine Resonanzwellen auftreten. Die Schallwellen, ausgesendet von einem Schallkopf, werden n?mlich an der Werkst?ckr?ckwand, aber auch an Fehlerstellen reflektiert. An den Grenzfl?chen solcher Fehlerstellen treten ?nderungen der akustischen Eigenschaften auf und die Ursachen der Schallschw?chung in diese F?llen sind diffuse Reflexionen, also keine Absorption. Durch Versetzen des Schallkopfes k?nnen Gr??e und Lage des Fehlers im Werkst?ck lokalisiert werden. Nach dem selben Prinzip l?sst sich auch die Dicke von Werkst?cken, z.B.: Blechdicke von Beh?ltern, Rohrwandst?rke bestimmen. Die Eichung und Bedienung von Ultraschallger?ten verlangt allerdings viel Geschick und Erfahrung.
Anwendung in Elektronik und Mikroelektronik
Ultraschallschwei?en:
Zu einer ausgereiften Technologie haben sich in den zur?ckliegenden 30-40 Jahren das Ultraschalll?ten und -schwei?en entwickelt. L?ten und Schwei?en stellen eine Anwendung des Leistungsultraschalls dar. Verfolgte man urspr?nglich vor allem das Ziel, Aluminium und Aluminiumlegierungen zu l?ten, gelingt es heute, viele Metalle durch Ultraschall zu schwei?en. Die zu schwei?enden Komponenten k?nnen gleichartige und ungleichartige Metalle sein. Auch Plaste schwei?t man mit Ultraschall. F?r das L?ten mit Ultraschall nutzt man die Ultraschallkavitation aus. Man ben?tigt ein Flussmittel z.B. Zinn, das zum L?tzweck erw?rmt werden muss. Die bekannteste Ultraschallschwei?methode ist das Kaltpressschwei?en. Dieses Kaltpressschwei?en hat den Nachteil, dass hohe Dr?cke erforderlich sind und erhebliche Verformungen auftreten. Beim Kaltpressschwei?en kommt es zu einer innigen Ber?hrung der Teile in der Schwei?ebene und zu einer stoffschl?ssigen Verbindung. Dabei werden die Oberfl?chenschichten zerst?rt und mit den Verschmutzungen seitlich herausgequetscht. Eine Ultraschallschwei?maschine hat die Aufgabe, hochfrequente mechanische Schwingungen zu erzeugen, diese der Schwei?stelle zuzuleiten und Schwei?teile unter Druck zu fixieren.
Ultraschallmikroskop:
Das Mikroskop ist einGer?t, mit dem von einem sehr kleinen, f?r das Auge nicht mehr wahrnehmbares Objekt ein deutlich vergr??ertes Bild erzeugt wird. In Luft oder anderen durchsichtigen Stoffen sind wir es gew?hnt, mit dem optischen Mikroskop zu arbeiten. Schallwellen werden in Luft und in Gasen stark ged?mpft, ihre Reichweite ist gering. In Festk?rpern und Fl?ssigkeiten k?nnen sie jedoch eindringen, auch wenn sie optisch undurchsichtig sind. Schallwellen besitzen hier gegen?ber Lichtwellen einen gro?en Vorteil. Mit dem akustischen Mikroskop werden Objekte deutlich, die sich durch elastische Eigenschaften und verschiedene Schallgeschwindigkeiten unterscheiden. Beim Ultraschall erm?glicht der an Grenzfl?chen unterschiedlicher akustischer Impedanz reflektierte Schall den Aufbau eines Bildes. Lichtmikroskop und Ultraschallmikroskop sind keine Konkurrenten, sondern erg?nzen einander. Vorteilhaft einsetzbar sind akustische Mikroskope (Ultraschallmikroskope) in der biologischen und medizinischen Forschung. Viele Strukturen lebender Zellen haben Abmessungen im Mikrometerbereich. Kleine Strukturelemente unterscheiden sich h?ufig stark in ihren elastischen Eigenschaften. Da die Proben in Wasser eingebettet sind und weder getrocknet noch angef?rbt oder dem Vakuum ausgesetzt werden m?ssen, ist die Untersuchung am lebenden Material m?glich. Besonders gut geeignet sind akustische Mikroskope auch in der Elektronik, z.B. bei der Untersuchung mikroelektronischer Schaltkreise. Die gewonnen akustischen Bilder sind kontrastreicher als optische Aufnahmen. Als weitere Einsatzm?glichkeit seien genannt die zerst?rungsfreie Werkstoffpr?fung, die Pr?fung von Metalloberfl?chen und die Untersuchung von Festk?rpern auf verschiedene Zust?nde.
Anwendung des Leistungsultraschalls
Zielstellung des Leistungsultraschalls ist die bewusst gezielte Stoffver?nderung oder -zerst?rung. Deshalb ist es berechtigt zu sagen, dass das Ultraschallschwei?en eine Anwendung des Leistungsultraschalls ist, da dort unter hohem Druck Material ver?ndert wird, indem es zusammengeschwei?t wird. In der Biotechnologie werden Fermente aus tierischem und pflanzlichem Material mittels Ultraschallkavitation extrahiert. Hier wird der Ultraschall zur Zerst?rung von sch?dlichen Mikroorganismen verwendet, z.B. beim Tierarzt die Ultraschallzahnsteinentfernung bei Tieren mittels Ultraschall.
Literaturangabe
- Bertelsmann Universallexikon A-Z. 1.Auflage. Bertelsmann Bibliographisches Institut. Leipzig. 1988.
- Jugendlexikon. Gerhard Butzmann. 14.Auflage. Bertelsmann Bibliographisches Institut. Leipzig. 1987.
- Neues Gro?es Sch?lerlexikon. Erik Fock und Heinz Gascha. Sonderausgabe. 1994.
- Schwei?erlehrbuch. Zentralinstitut f?r Schwei?technik. Halle.
- Ultraschall in Wissenschaft und Technik. Georg Sorge und P. Hautmann. 1.Auflage. BSB B.G. Teubner Verlagsgesellschaft. Leipzig. 1985.
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