Bestimmung der strukturabhängigen …1.pdfDie Streuung elastischer Wellen an (Grob-)Korn und/oder...
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Bestimmung der strukturabhängigen Ultraschallschwächung in Gusswerkstoffen am Beispiel von gegossenen Nickel- Aluminium-Bronzen Sebastian HUBEL * , Alexander DILLHÖFER * , Hans RIEDER * , Martin SPIES * , Sylvia LEEVER ** , Adri VAN KOOIJ ** * Fraunhofer Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, Fraunhofer-Platz 1, 67663 Kaiserslautern, Tel. 0631-31600-4344, Email [email protected] ** Wärtsilä Netherlands, Lipsstraat 52, 5151 RP Drunen, Niederlande Kurzfassung. Gusswerkstoffe wie Duplexstähle und Nickel-Aluminium-Bronzen spielen aufgrund ihrer Festigkeitseigenschaften und ihrer Korrosionsbeständigkeit eine wichtige Rolle unter anderem bei der Fertigung von Schiffsantriebskomponenten und Bauteilen im Off-Shore-Bereich. Aufgrund ihrer für den Ultraschall ungünstigen Eigenschaften zählen sie zu den schwerprüfbaren Werkstoffen. Die Streuung elastischer Wellen an (Grob-)Korn- und/oder Phasengrenzen führt zu einer mitunter beträchtlichen Schallschwächung und damit zu einem geringen Nutzsignal bei der bildgebenden Ultraschallprüfung. Durch die Simulation auf der Basis physikalischer Modelle gelingt es, diese Effekte quantitativ zu erfassen und verbesserte oder neue Prüfverfahren zu entwickeln, wenn die entsprechenden Materialparameter als Eingangsgrößen vorliegen. In diesem Beitrag befassen wir uns daher mit der experimentellen Bestimmung der frequenzabhängigen Schallschwächung. Die Untersuchungen mit Standard-Prüfköpfen unterschiedlicher Frequenz und Bandbreite haben wir an einem speziell gegossenen Bronze-Testkörper durchgeführt. Die in den verschiedenen Dickenbereichen während des Abkühlprozesses ausgebildeten Gefüge entsprechen den in realen Bauteilen vorhandenen Kornstrukturen und sind daher als repräsentativ für gegossene Schiffspropeller aus Cu3 anzusehen. Wir berichten über die Bestimmung der frequenz- abhängigen Schallschwächungskoeffizienten für die untersuchten Wanddicken von 30 mm bis 200 mm und deren Korrelation mit der im Gefüge vorliegenden Korngrößen. DGZfP-Jahrestagung 2011 - Poster 74 Lizenz: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/de 1
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Bestimmung der strukturabhängigen Ultraschallschwächung in Gusswerkstoffen
am Beispiel von gegossenen Nickel-Aluminium-Bronzen
Sebastian HUBEL*, Alexander DILLHÖFER*, Hans RIEDER*, Martin SPIES*, Sylvia LEEVER**, Adri VAN KOOIJ**
* Fraunhofer Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, Fraunhofer-Platz 1, 67663 Kaiserslautern, Tel. 0631-31600-4344, Email [email protected]
** Wärtsilä Netherlands, Lipsstraat 52, 5151 RP Drunen, Niederlande
Kurzfassung. Gusswerkstoffe wie Duplexstähle und Nickel-Aluminium-Bronzen spielen aufgrund ihrer Festigkeitseigenschaften und ihrer Korrosionsbeständigkeit eine wichtige Rolle unter anderem bei der Fertigung von Schiffsantriebskomponenten und Bauteilen im Off-Shore-Bereich. Aufgrund ihrer für den Ultraschall ungünstigen Eigenschaften zählen sie zu den schwerprüfbaren Werkstoffen. Die Streuung elastischer Wellen an (Grob-)Korn- und/oder Phasengrenzen führt zu einer mitunter beträchtlichen Schallschwächung und damit zu einem geringen Nutzsignal bei der bildgebenden Ultraschallprüfung. Durch die Simulation auf der Basis physikalischer Modelle gelingt es, diese Effekte quantitativ zu erfassen und verbesserte oder neue Prüfverfahren zu entwickeln, wenn die entsprechenden Materialparameter als Eingangsgrößen vorliegen. In diesem Beitrag befassen wir uns daher mit der experimentellen Bestimmung der frequenzabhängigen Schallschwächung. Die Untersuchungen mit Standard-Prüfköpfen unterschiedlicher Frequenz und Bandbreite haben wir an einem speziell gegossenen Bronze-Testkörper durchgeführt. Die in den verschiedenen Dickenbereichen während des Abkühlprozesses ausgebildeten Gefüge entsprechen den in realen Bauteilen vorhandenen Kornstrukturen und sind daher als repräsentativ für gegossene Schiffspropeller aus Cu3 anzusehen. Wir berichten über die Bestimmung der frequenz-abhängigen Schallschwächungskoeffizienten für die untersuchten Wanddicken von 30 mm bis 200 mm und deren Korrelation mit der im Gefüge vorliegenden Korngrößen.
DGZfP-Jahrestagung 2011 - Poster 74
Lizenz: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/de
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0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
0,000
0,020
0,040
0,060
0,080
0,100
0,120
0,140
0,160
0,180
Frequenzabhängige Schallschwächung
30 mm
Linear regression for 30 mm
50 mm
Linear regression for 50 mm
100 mm
Linear regression for 100
mm
200 mm
Linear regression for 200
mm
Frequenz [MHz]
Da
em
pfu
ng
[d
B/m
m]
0 50 100 150 200 250
0,000
0,020
0,040
0,060
0,080
0,100
0,120
0,140
0,160
0,180
Ortsabhängige Schallschwächung
1 MHz
Linear regression f or 1 MHz
1,2 MHz
Linear regression f or 1,2 MHz
1,5 MHz
Linear regression f or 1,5 MHz
2,25 MHz
Linear regression f or 2,25 MHz
2,5 MHz
Linear regression f or 2,5 MHz
2,6 MHz
Linear regression f or 2,6 MHz
2,65 MHz
Linear regression f or 2,65 MHz
4 MHz
Linear regression f or 4 MHz
Materialdicke [mm]
Da
em
pfu
ng
[d
B/m
m]
0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
0,000
0,020
0,040
0,060
0,080
0,100
0,120
0,140
0,160
0,180
30 mm
Linear regression for 30 mm
50 mm
Linear regression for 50 mm
100 mm
Linear regression for 100
mm
200 mm
Linear regression for 200
mm
Frequenz [MHz]
Dä
mp
fun
g [
dB
/mm
]
0 50 100 150 200 250
0,000
0,020
0,040
0,060
0,080
0,100
0,120
0,140
0,160
0,180
1 MHz
Linear regression for 1 MHz
1,2 MHz
Linear regression for 1,2 MHz
1,5 MHz
Linear regression for 1,5 MHz
2,25 MHz
Linear regression for 2,25 MHz
2,5 MHz
Linear regression for 2,5 MHz
2,6 MHz
Linear regression for 2,6 MHz
2,65 MHz
Linear regression for 2,65 MHz
4 MHz
Linear regression for 4 MHz
Materialdicke [mm]
Dä
mp
fun
g [
dB
/mm
]
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