Untersuchungen zu Mechanismus und technischer Umsetzung der akustischen Thermographie

In dieser Arbeit wurde mit einem dafür neu entwickelten 3D- Laservibrometermesssystem gezeigt, dass die Erwärmung des rissfreien Bulk mit der lokalen Spannung im Material korreliert und durch die Dämpfung des Ultraschalls (innere Reibung) hervorgerufen wird. Für die Erwärmung von Rissen wurden neben der Dämpfung Reibung sowie plastische Verformung identifiziert. Die gemessene quadratische Abhängigkeit der Erwärmung von der lokalen Auslenkung des Prüfteils lässt sich im Bild der Reibung durch die zusätzliche Modulation der Normalkraft, die die Rissflanken aneinanderpresst, beschreiben. Wegen der kleinen Auslenkungen in den Bauteilen ist es notwendig, nicht von einem reinen Gleitreibungsfall, sondern vielmehr von einem stark von Haftreibung dominierten Modus auszugehen. Plastische Verformung wurde nur im Extremfall beobachtet. Zwar tritt an Rissspitzen eine lokale Spannungsüberhöhungen auf, Rissspitzenverrundung und Rissschließen verhindern jedoch meist plastische Verformung und Risswachstum. Für die technische Umsetzung wurden die allgemein verwendeten Systeme auf Basis von Ultraschallschweißanlagen genauer untersucht und deren Unzulänglichkeiten – insbesondere hinsichtlich der Reproduzierbarkeit – aufgezeigt und begründet. Auf diesen Ergebnissen aufbauend wurde eine neue Technik entwickelt, die durch einen abstimmbare Erreger erlaubt, die Lage der individuellen Eigenfrequenzen zu berücksichtigen und das Prüfteil resonant anzuregen. Auf diese Weise ließ sich außerdem die Effizienz steigern, da zum Erreichen derselben Auslenkungen des Prüfteils ein Piezoerreger mit geringerer Leistung genügt. Schließlich wurden für eine technische Umsetzung notwendige Aspekte untersucht. Dazu gehören vor allem Methoden, die nicht automatisch gegebene Zerstörungsfreiheit zu charakterisieren und sicherzustellen. Daneben werden die Nachweisgrenzen, Techniken zur Aufbereitung der Infrarotdaten, die Gründe für das Auftreten von Fehlanzeigen sowie der Vergleich mit herkömmlichen ZfP-Methoden diskutiert.