Ultrasoononderzoek
Glazen laten zingen, …
dat willen we niet, maar we maken wel gebruik van het meetprincipe dat erachter zit. Als huishoudelijke tip is het tikken met een vinger op een kopje of glas een eenvoudige methode om de onbeschadigdheid van drinkgerei vast te stellen. Ook grove fouten in smeed- of gietstukken kunnen met dezelfde methode worden vastgesteld door het licht gewijzigde geluid na het tikken met een hamer.
In beide gevallen is de fysische basis de verspreiding van mechanische trillingen als golven (geluidsgolven), die noodzakelijkerwijs aan een medium gebonden zijn. Onzichtbare en meestal verborgen defecten kunnen bij alle geluidsgeleidende materialen met behulp van ultrasoon geluid op niet-destructieve wijze worden opgespoord. Hierop zijn de ultrasone testprocedures volgens DIN EN 12680-3 (2012-03) voor ons product gietijzer gebaseerd, die zowel in het kader van procesbegeleidende tests als op reeds ingebouwde onderdelen kunnen worden toegepast.
Boven de menselijke gehoordrempel
Ultrasoon geluid is volgens de definitie het geluid met een frequentie boven de menselijke gehoorgrens, dus boven 20 000 Hertz (= 20 kHz). Het belangrijkste frequentiebereik voor ultrasoon onderzoek ligt tussen 0,5 MHz en 10 MHz en ligt daarmee duidelijk boven de gehoorgrens. Wanneer een ultrasone golf op een grensvlak (tussen medium 1 en medium 2) terechtkomt, wordt een deel gereflecteerd en een deel doorgelaten. Hoe groot deze delen zijn, hangt af van de verschillen tussen de twee aangrenzende media (bijvoorbeeld wat betreft geluidssnelheid en dichtheid). Bij de overgang van staal naar lucht is het verschil zo groot dat bijna 100% van de ultrasone golf wordt gereflecteerd.
In de praktijk wordt eerst een koppelingsmiddel zoals lijm, gel, water of olie op het materiaaloppervlak aangebracht, zodat het geluid zich vanuit de testkop in het materiaal kan verspreiden. Vervolgens wordt dit oppervlak met een ultrasone testkop gescand. Defecten in een gietstuk zijn meestal luchtinsluitingen (holtes, poriën, scheuren, …). Daarom wordt de ultrasone golven hier goed gereflecteerd en komt deze onder gunstige omstandigheden terug naar de testkop. Anders krijgt men echter een duidelijke signaalafwijking, wat altijd wijst op een mogelijke fout.
Uit de tijd die verstrijkt tussen het verzenden en ontvangen van het ultrasone signaal kan in staalmaterialen (met een minimaal koolstofgehalte) de positie van de onvolkomenheden in diepte en locatie vrij nauwkeurig worden bepaald. Voor nodulair gietijzer geldt echter een beperking, omdat de nodulieten (bolletjes) de ultrasone golven breken en afbuigen. De methode is alleen goed bruikbaar tussen vlakke, parallelle oppervlakken – het resultaat is daarom meestal slechts een “foutdetectie” met beperkte zeggingskracht. “Er is iets!”, maar wat er is, moet bijvoorbeeld met een zaagsnede (of een andere methode) worden vastgesteld.
Niet-destructief materiaalonderzoek met ultrasoon geluid is dus slechts één bouwsteen – voor elk onderzoeksdoel is er altijd een geschikte testmethode te vinden. Dit kan worden gezien als een analogie met de materialen die bij Brechmann-Guss worden geproduceerd. Of het nu gaat om aandrijftechniek, motorbouw of algemene machinebouw – tussen grijs gietijzer en ADI, nodulair gietijzer en Ni-Resist is voor elke toepassing een geschikte oplossing te vinden. Maar altijd onder het primaat …