Aufgabe des Koppelmittels
In der Kontakt-Ultraschallprüfung (UT) muss zwischen dem Prüfkopf und der Bauteiloberfläche eine akustische Verbindung hergestellt werden. Luft hat eine akustische Impedanz von nur ca. 0,0004 MRayl — selbst dünnste Luftschichten (Mikrometer-Dicke) reflektieren den Schall nahezu vollständig und verhindern eine wirksame Schalleinleitung ins Bauteil. Das Koppelmittel (auch Kontaktmittel) überbrückt diesen Luftspalt, indem es die Oberflächentopographie benetzt und einen kontinuierlichen, schallleitenden Pfad herstellt.
Anforderungen an Koppelmittel
Ein geeignetes Koppelmittel muss folgende Eigenschaften aufweisen:
- Gute Benetzung der Bauteiloberfläche und der Prüfkopf-Kontaktfläche
- Ausreichende Viskosität — zu dünnflüssig läuft es sofort weg, zu zähflüssig hinterlässt es ungleichmäßige Schichtdicken
- Keine Korrosionswirkung auf den Werkstoff (besonders bei Aluminium, Magnesium, Kupferlegierungen)
- Keine negative Beeinflussung des Werkstücks (Rissinitiierung, Sprödbruch bei hochfesten Stählen durch wasserstoffhaltige Medien)
- Temperaturstabilität im Arbeitstemperaturbereich
- Leichte Entfernbarkeit nach der Prüfung
- Unbedenklichkeit für den Prüfer (Haut, Atemwege) und die Umwelt
Gebräuchliche Koppelmittel
Wasser ist das einfachste und am häufigsten verwendete Koppelmittel, besonders im Tauchbad (Immersionsprüfung) und beim Wasserstrahl-Verfahren. Die Impedanz von ca. 1,5 MRayl ist für die meisten Werkstoffe ausreichend. Auf vertikalen Flächen ist reines Wasser wegen seiner niedrigen Viskosität ungeeignet.
Glycerin hat eine höhere Viskosität als Wasser und bleibt auch auf vertikalen Flächen haften. Es eignet sich für Wanddickenmessungen und bietet gute akustische Eigenschaften. Glycerin ist wasserlöslich und leicht zu reinigen.
Ultraschallgel (Carbomer-Gel, ähnlich medizinischem Ultraschallgel) ist das Standardkoppelmittel in der ZfP-Praxis. Es kombiniert gute Benetzung, geeignete Viskosität, kein Abtropfen und ist in der Regel korrosionsneutral. Gele sind zertifiziert nach ASME oder nuclear-grade verfügbar.
Maschinenöl und Motoröl sind leicht verfügbar und wirksam, hinterlassen jedoch Rückstände und können Werkstoffe angreifen. Bei Lebensmittelkontakt sind nur NSF-H1-zertifizierte Öle erlaubt.
Hochtemperaturpasten (z. B. auf Basis von Bornitrid oder Graphit) werden bei Prüftemperaturen über 100 °C eingesetzt, wenn herkömmliche Koppelmittel verdampfen oder sich zersetzen. Sie ermöglichen Prüfungen bis 500 °C und darüber.
Normforderungen und Dokumentation
Normen wie EN ISO 22232 (UT-Ausrüstung) und werkstückspezifische Prüfnormen fordern, dass das verwendete Koppelmittel keine negativen Auswirkungen auf den Werkstoff hat und im Prüfbericht dokumentiert wird. Bei der Prüfung von austenitischen Stählen und Nickelbasislegierungen sind chloridfreie Koppelmittel vorgeschrieben, um Spannungsrisskorrosion zu vermeiden.
Tauchbad als Alternative
Beim Tauchbad-Verfahren (Immersionsprüfung) wird das gesamte Bauteil in einem Wasserbad unter Taucher- oder Breitstrahl-Prüfköpfen bewegt. Die Kopplung ist gleichmäßig und reproduzierbar. Der Wasservorlauf wird Teil des Schallwegs und muss bei der Auswertung berücksichtigt werden. Dieses Verfahren ist Standard in der automatisierten Serienprüfung (AUT) von Schmiedeteilen, Scheiben und Platten.