Nondestructive Characterization of Material Properties by an Automated Ultrasonic Technique

  • J. P. Panakkal
  • H. Peukert
  • H. Willems
Conference paper

Summary

Ultrasonic velocity and/or attenuation measurement is a versatile tool for nondestructive characterization of material properties such as residual stress, texture, porosity, elastic constants, microstructure etc. In this contribution, an automated, computer-controlled system is described which enables fast and accurate measurement of the time-of-flight of ultrasonic signals as well as the frequency dependent attenuation α(f). A high speed digitiser is used for signal recording of the ultrasonic backwall-echoes. The evaluation of the recorded signals is performed involving Fast Fourier Transforms (FFT) for attenuation measurement and cross-correlation technique for time-of-flight measurement. Time resolution better than 1 ns is achieved by applying additional data interpolation. As examples of practical application, the determination of porosity in sintered material and the measurement of grain size in thin ferritic sheets are demonstrated.

Keywords

Porosity Attenuation Powder Compact Hull 

Zusammenfassung

Messungen von Ultraschallgeschwindigkeit und/oder Ultraschallschwächung bieten vielfältige Möglichkeiten zur zerstörungsfreien Charakterisierung von Materialeigenschaften wie z.B. innere Spannungen, Textur, Porosität, elastische Moduln, Korngröße u.a. In diesem Beitrag ist ein automatisiertes, rechnergesteuertes Meßsystem beschrieben, welches schnelle, hochgenaue Messungen der, Laufzeit von Ultraschallsignalen sowie die Messung der Frequenzabhängigkeit des Schwächungskoeffizienten α ermöglicht. Zur Aufnahme der US-Signale wird ein schneller Transientenrecorder mit einer maximalen Abtastrate von 200 MHz benutzt. Anschließend werden die digitalisierten Signale mittels Kreuzkorrelationsanalyse (Geschwindigkeitsmessung) bzw. schneller Fourier-Transformation (Schwächungsmessung) weiterverarbeitet. Durch zusätzliche Anwendung von Interpolationsverfahren wird eine Zeitauflösung von ~ 1 ns bei der Laufzeitmessung erreicht. Als Beispiel praktischer Anwendungsmöglichkeiten werden die Bestimmung der Porosität in Sinterwerkstoffen sowie die Messung der Korngröße in dünnen, ferritischen Blechen demonstriert.

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References

  1. 2.
    Goebbels, K.: Structure analysis by scattered ultrasonic radiation. In: Researçh Techniques in Nondestructive Testing (ed. R.S. Sharpe ), Vol. IV, Academic Press 1980, 87–157.Google Scholar
  2. 3.
    Panakkal, J.P.; Ghosh, J.K.; Roy, P.R.: Use of ultrasonic velocity for measurement of density of sintered fuel pellets. J. Physics D. Appl. Phys. 17 (1984) 1791–1795.CrossRefGoogle Scholar
  3. 4.
    Papadakis, E.P.: Ultrasonic velocity and attenuation measurement methods with scientific and industrial applications. In: Physical Acoustics (eds. W.P. Mason, R.N. Thurston ), Academic Press 1976, 277–374.Google Scholar
  4. 5.
    Schneider, E.; Herzer, R.: Automated analysis of stress states using ultrasonic techniques. 13. MPA-Seminar, Stuttgart, 8.-9.Okt. 1987.Google Scholar
  5. 6.
    Hull, D.R.; Kautz, H.E.; Vary, A.: Measurement of ultrasonic velocity using phase-slope and cross-correlation methods. Mat. Evaluation 43 (1985) 1455–1460.Google Scholar
  6. 7.
    Ondracek, G.: On the relationship between the properties and the microstructure of multiphase materials. Z. Werkstofftechnik 9 (1978) 831836.Google Scholar
  7. 8.
    Sayers, C.M.; Smith, R.L: The propagation of ultrasound in porous media. Ultrasonics 19 (1982) 201–204.CrossRefGoogle Scholar
  8. 9.
    Panakkal, J.P.; Willems, H.: Nondestructive evaluation of elastic parameters of sintered iron powder compacts (to be published).Google Scholar
  9. 10.
    Bhatia, A.B.: Ultrasonic Absorption. Oxford: Clarendon Press 1967.Google Scholar
  10. 11.
    Goebbels, K.: Gefügebeurteilung mittels Ultraschall-Streuung. Materialprüfung 17 (1975) 231–233.Google Scholar
  11. 12.
    Arnold, W.; Willems, H.: Korngrößenbestimmung in polykristallinen Werkstoffen mit Ultraschallverfahren. In: Walzen von Flachprodukten (eds. H. Calla and H. Jung) Verlag Informationsgesellschaft (1988) S. 225.Google Scholar
  12. 13.
    Faßbender, S; Kulakov, M.; Hoffmann, B.; Paul M.; Arnold W.: this Proceedings.Google Scholar
  13. 14.
    Paul, M.; Peukert, H.; Arnold, W.: to be presented at the 12th WCNDT, Amsterdam, April 1989.Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1989

Authors and Affiliations

  • J. P. Panakkal
    • 1
  • H. Peukert
    • 2
  • H. Willems
    • 3
  1. 1.Bhabha Atomic Research CentreBombayIndia
  2. 2.Rheinisch-Westfälischer TÜVEssenGermany
  3. 3.Fraunhofer-Institut für zerstörungsfreie PrüfverfahrenSaarbrückenGermany

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