Zerstörungsfreie Prüfung

Akustische Verfahren

© Fraunhofer IKTS

Simulatorisch ermitteltes Schwingungsverhalten von keramischen Rohren für Batterieanwendungen.

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Ultraschallgoniometer HUGO bei der Messung von Oberflächengradienten.

Spezielle Elastodynamische Verfahren

Ähnlich den Ultraschallmethoden gehören auch die akustischen Methoden zu den Verfahren, die eine elastodynamische Wechselwirkung im Objekt nutzen, um Aussagen über dessen Zustand zu gewinnen. Häufig ist dies mit der Abstrahlung von akustischen Signalen verbunden. Die Klanganalyse zur Erkennung rissbehafteter Bauteile wie keramischen Gebrauchsgegenständen ist weitgehend bekannt und appliziert.

Die Wissenschaftler des IKTS vertiefen einerseits diesen zunächst rein empirischen Ansatz durch eine experimentelle und modelltheoretische Schwingungsanalyse. Andererseits wird der Begriff Akustik vom Fraunhofer IKTS relativ weit gefasst und bezieht alle elastischen Deformationen und Wellen ein. So gelingt es, über die Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen von der mechanischen Spannung, letztere zu bestimmen. Sehr hochfrequenter fokussierter Ultraschall erlaubt Abbildungen mit mikroskopischer Auflösung (Scanning Acoustic Microscopie = SAM) aus dem Volumen opaker Objekte.

Dort wo die Anwendung es erfordert, wird die Methodik weiter entwickelt, um gegebene Probleme zu lösen. Ein Beispiel ist die SAM-Tomographie, die auch bei sonst für Ultraschall schwierigen Fragestellungen eine räumliche Darstellung ähnlich der Röntgen-CT liefert. Eine weitere neuere Entwicklung ist die Abbildung von Gefügestrukturen an Oberflächen mittels streifend laufender elastischer Wellen, die optisch abgetastet werden. Nicht immer erlaubt die verfügbare Gerätetechnik die Nutzung der neuartigen Methoden. Wo es erforderlich ist, sind die Wissenschaftler des IKTS in der Lage, geeignete Gerätetechnik zu entwickeln und dem Kunden zur Verfügung zu stellen.

Anwendungsfelder

  • Schnelle Defektanalyse in ganzen Bauteilen
  • Bestimmung von Oberflächengradienten mechanischer Eigenschaften und Spannungszuständen
  • Nachweis von Schichtanhaftung, Inhomogenitäten und Rissen

Leistungsangebot

  • Methodenentwicklung und -adaption für individuelle Prüfbedingungen
  • Entwicklung und Validierung von angepassten Messsystemen
  • Service- und Beratungsleistungen
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Überwachung von Strukturschäden an thermisch belasteten Bauteilen mittels Schallemission und Hochtemperatur-Dehnungsmessung.

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3D-Schallemissions-Ortungsplot zur Lokalisierung von Kriechschädigungen.

Schallemissionsanalyse

Das Fraunhofer IKTS setzt die Schallemissionsanalyse erfolgreich in der Materialprüfung ein. Damit lassen sich schnell und sicher Bereiche orten, die infolge einer äußeren Belastung eines Bauteils, z. B. durch Risswachstum, Schall emittieren. Aus der Laufzeit der Signale von den einzelnen schallemittierenden Quellen zu einer Vielzahl von Sensoren kann auf die Position der aktiven Schädigung geschlossen werden. Dies erlaubt im Nachhinein die zielgerichtete Untersuchung mit konventionellen ZfP-Verfahren bzw. bietet Möglichkeiten zur Versuchssteuerung.

Die Schallemissionsprüfung wird vor allem bei statischen Tests von Faserverbundbauteilen erfolgreich eingesetzt, da in Verbundwerkstoffen durch Faserbrüche und Delaminationsprozesse sehr starke Schallemissionen detektiert werden können. Im Rahmen dynamischer Ermüdungstests stellen das starke Umgebungsrauschen und die ungünstigen akustischen Eigenschaften der Kompositwerkstoffe große Herausforderungen dar. Um diese zu lösen, bietet das Fraunhofer IKTS ein akustisches Messsystem an, das über eine hohe Messwertdynamik und spezielle Auswerte- und Ortungsalgorithmen verfügt. Darüber hinaus ermöglicht das System die Speicherung und Bewertung der vollständigen Wellenformen. Die Verteilungen von Schallemissionsparametern liefern schon während der Tests Hinweise auf geänderte Strukturzustände und erlauben so die Anpassung der Lastkollektive.

Technische Details

  • Hohe Variabilität des Schallemissions-Messsystems durch den modularen Aufbau aus 4-Kanal-Sensorknoten
  • Anpassung von institutseigener Hard- und Software an die entsprechende Messaufgabe

Anwendungsfelder

  • Entwicklung von Leichtbaustrukturen
  • Integritätsprüfung von Leichtbaustrukturen unter spezifischen Last- und Umweltbedingungen

Leistungsangebot

  • Messtechnische Begleitung von statischen und dynamischen Strukturermüdungstests (von Couponproben bis Großstrukturen)
  • Bereitstellung von Messequipment
  • Spezifische System- und Sensorauslegung
  • Einrichtung der Messsysteme vor Ort
  • Unterstützung bei der Bewertung aufgenommener Signale
  • Einsatz hochauflösender ZfP-Verfahren nach Ortung der Fehlerstellen und kundenangepasste Entwicklung von akustischen Messsystemen