Korrekte Dimensionierung von Reflektoren, die kleiner als eine Wellenlänge sind

Im Bereich der Ultraschallprüfung stellen sich zwei zentrale Fragen: Welche Fehler können erkannt werden und – falls Anzeichen festgestellt werden – schränken diese die Verwendung des Bauteils ein? Für beide Fragen ist ein Verfahren zur Fehlergrößenbestimmung Voraussetzung. In den letzten Jahrzehnten wurden Größenbestimmungsmethoden wie DGS (Distance Gain Size) oder DAC (Distance Amplitude Correction) für Fehler etabliert, die kleiner sind als das Strahlprofil. Diese Methoden nutzen die Echoamplitude und liefern Ergebnisse, die proportional zur Fehlerfläche sind. Diese Näherungsverfahren sind jedoch nur für Fehler größer als eine Wellenlänge genau, auch wenn die Erfahrung zeigt, dass sie für etwas kleinere Fehler angewendet werden können. Mit dem Fortschritt in der Werkstofftechnik und der Ultraschallprüfung wächst der Bedarf, kleinere Fehler zu erkennen und zu dimensionieren. Daher muss sowohl für Löcher mit flachem Boden als auch für scheibenförmige Reflektoren die Anwendbarkeit bei kleinen Fehlern überprüft werden. In dieser Veröffentlichung wird untersucht, wie kleine Defekte unterhalb einer Wellenlänge korrekt vermessen werden können. Unter Verwendung einer gitterbasierten Simulationsmethode werden die Echosignale von zylinder- und scheibenförmigen Reflektoren verschiedener Größen berechnet. Durch die richtige Wahl der Simulationsmethode und des Gitters wird sichergestellt, dass alle physikalischen Wellenmoden in die Simulation einbezogen werden und der Diskretisierungsfehler vernachlässigbar ist. Bei Defekten, die größer als eine Wellenlänge sind, zeigt sich eine gute Übereinstimmung zwischen der Simulation und der klassischen Defektgrößenbestimmung. Im Bereich zwischen einem Viertel einer Wellenlänge und einer Wellenlänge treten Resonanzeffekte auf, die dazu führen, dass klassische Methoden zur Defektgrößenbestimmung konservative Ergebnisse liefern. Im Bereich unterhalb eines Viertels einer Wellenlänge führen klassische DGS- und DAC-Größenbestimmungen zu einer Unterschätzung. Dies wird ausführlich erörtert, und es wird eine Formel zur Defektgrößenbestimmung abgeleitet, die sowohl für kleine als auch für große Defekte anwendbar ist.