Verfahren zur Übertragung von Ultraschall auf bewegte Körper, insbesondere zur Materialprüfung von Blechen, und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
In der Ultraschall-Materialprüfung macht die Übertragung der Ultraschallwellen auf bewegte Prüflinge, insbesondere Bleche, Bänder, Stangen usw., erhebliche Schwierigkeiten, ganz besonders, wenn die Oberflächen nicht glatt sondern sehr roh sind, wie dies im allgemeinen bei Grobblechen in Warmwalzwerken usw. der Fall ist. Um derartige Bleche zu prüfen, sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, beispielsweise das Blech in einer wassergefüllten Wanne entlangzuführen, während sich auf den einander gegenüberliegenden Seiten des Bleches der Ultraschallsender bzw. -empfänger befindet.
Bei sehr langen Blechen oder Bändern versagt diese Anordnung und man ist gezwungen Ein- und Austrittsfenster in den Wassertank zu schaffen, insbesondere wenn es sich um eine kontinuierliche Blechprüfung handeln soll. Derartige aus Gummiklappen gebildete Durchlassfenster bereiten in der Praxis nicht nur eruebliche technische Schwierigkeiten, sondern bedingen ausserdem einen bedeutenden Wasserverlust beim Ein- und Ausfahren des Bleches, so dass sich derartige Anordnungen bisher nicht haben durchsetzen können.
Das vorliegende Verfahren zur Ubertragung von Ultraschall auf bewegte Körper, insbesondere zur Materialprüfung von Blechen, beseitigt diese Übel- stände dadurch, dass mindestens ein Schallkopf im Boden eines Gefässes angeordnet ist, welches derart mit Koppelflüssigkeit beschickt wird, dass sie kontinuierlich überläuft und der Körper über den Rand des Gefässes hinweggeführt wird.
Die Figuren veranschaulichen Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
Fig. 1 zeigt die Vorrichtung parallel zur Durchlaufrichtung des Bleches.
Fig. 2 zeigt die Vorrichtung in Durchlaufrichtung des Bleches.
Fig. 3 zeigt die Vorrichtung mit Sender und Empfänger bei V-förmigem Strahlengang.
Für die Untersuchung von Blechen, Bändern usw. mittels Ultraschall ist ein Ultraschallsender erforderlich, der den Prüfling durchstrahlt. Auf der gegen überliegenden Seite befindet sich ein Empfänger, welcher die hindurchtretende Ultraschallenergie misst und auf diese Weise einen innern Materialfehler nachzuweisen gestattet. Die Anordnung eines Schallsenders oder -empfängers, welcher von oben her Bleche, Platten, Bänder oder Stangen usw. in Durchlaufrichtung abzutasten gestattet, ist bereits bekanntgeworden, so dass sich ein näheres Eingehen hierauf erübrigt.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun die Ankopplung eines unterhalb des Prüflings angeordneten Senders oder Empfängers, wobei jedoch bei Anwendung des Durchstrahlungsverfahrens als Sender oder Empfänger wirkende Schallköpfe auch oberhalb des Prüflings vorgesehen sein müssen.
In Fig. 1 ist mit 1 der Prüfling, beispielsweise ein Blech, bezeichnet. Das Blech liegt auf dem obern Rande einer Wanne 2 auf, in welcher sich eine Koppelflüssigkeit 3 befindet, beispielsweise Wasser, das mit einem Netzrnittel versehen ist. In dieser Wanne befinden sich der Breite des zu untersuchenden Bleches entsprechend ein oder mehrere Ultraschallsender oder -empfänger, welche jeweils aus einem mit einem piezoelektrischen Kristall 4 verbundenen Rüssel 5 aus gut schalleitendem Material bestehen, welcher möglichst gut an den Wellenwiderstand der Koppelflüssigkeit 3 angepasst ist. Der Rüssel besteht hierbei aus einem Kunststoff möglichst niedrigen Wellenwiderstandes, welcher noch dadurch besonders an denjenigen der Koppelflüssigkeit angepasst ist, dass das Rüsselende in einer Verzahnung ausläuft.
Hierdurch geht gewissermassen der höhere Wellenwiderstand des Kunststoffes kontinuierlich in den niedrigeren der Koppelflüssigkeit über, was eine besonders gute Anpassung bewirkt. Um zu vermeiden, dass sich Luftbläschen, Schmutz usw. in der Verzahnung absetzen, kann das verzahnte Ende mit einer Schicht 7 von gummielastischer Konsistenz überzogen sein, welche ebenfalls einen Wellenwiderstand besitzen soll, der sich von demjenigen der Koppelflüssigkeit möglichst wenig unterscheidet. Die Sender oder Empfänger sind in den Boden des Gefässes 2 so eingebaut, dass sie bis dicht an die Flüssigkeitsoberfläche herangeführt sind, jedoch den Körper, insbesondere das Blech, nicht berühren. Da es für das Auflösungsvermögen vorteilhaft sein kann, möglichst diskrete und voneinander getrennte Schallbündel zu erhalten, ohne die umgebende Flüssigkeit im Gefäss zu erregen, können die Sender bzw.
Empfänger mit einem abschirmenden Luftmantel 8 umgeben sein.
Um eine Beschädigung der Ultraschallsender oder -empfänger zu vermeiden, sind in Laufrichtung des zu prüfenden Bleches Streben 9 angeordnet, welche den einen Gefässrand mit dem andern verbinden und ein Eindringen des Prüflings in das Gefäss verhindern.
Es ist vorteilhaft, um die Wanne 2 herum eine Fangrinne 10 anzuordnen, welche gestattet, die aus dem Gefäss 2 überlaufende Koppelflüssigkeit aufzufangen und mit Hilfe einer Pumpe 11 in das Gefäss 2 zurückzupumpen. Die Anordnung arbeitet also so, dass die Pumpe 11 für ein kontinuierliches Ober- laufen des Gefässes 2 sorgt, so dass eine gute Benetzung der Unterseite des Prüflings 1 gewährleistet ist.
Fig. 2 zeigt die Anordnung in Durchlaufrichtung des Bleches gesehen. Hierbei bedeuten in gleicher Weise wiederum 1 das Blech, 2 das Gefäss, 3 die Koppelflüssigkeit, 4 die piezoelektrischen Kristalle, 5 die Rüssel, 7 den Überzug, 8 den schallundurchlässigen Mantel und 9 die Streben. Die Auffangrinnen 10, die Pumpe 11 usw. sind fortgelassen.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bei welcher Sender und Empfänger in V-förmiger Anordnung angeordnet sind und unter Reflexion der Strahlung an der Rückseite des Bleches eine Prüfung von einer Seite aus gestatten. Sender und Empfänger können hierbei in dem gleichen Gefäss, oder zur Vermeidung eines direkten Schallüberganges auch in getrennten Gew fässen angeordnet sein, wie in Fig. 3 dargestellt. Es bedeuten hier wiederum 1 den Prüfling, 2 das Gefäss bzw. die Gefässe, 3 die Koppelflüssigkeit, 4 die piezoelektrischen Quarze, 5 die Rüssel, 8 den abschirmenden Luftmantel, welcher bei der Anordnung gem.
Fig. 3 evtl. in Fortfall kommen kann. Mit 6 ist der Strahlengang angegeben. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass Sender und Empfänger von unten aus zur Wirkung kommen, so dass jeglicher Aufbau von oben entfällt, ferner dass die Platte bzw. das Blech oder Band in der gesamten Breite von nur zwei Schallköpfen erfasst werden kann. Der Durchlauf des Bleches erfolgt senkrecht zur Zeichenebene. Allerdings ist eine Lokalisierung des Fehlers dann nicht möglich. Ebenfalls ist infolge der Winkelabhängigkeit der Plattenwellen die Einstellung subtiler und nicht unabhängig von der Plattendicke wie bei der vorher beschriebenen Durchstrahlung.
Method for transmitting ultrasound to moving bodies, in particular for material testing of sheet metal, and device for carrying out the method
In ultrasonic material testing, the transmission of ultrasonic waves to moving test objects, in particular sheet metal, strips, rods, etc., causes considerable difficulties, especially if the surfaces are not smooth but very raw, as is generally the case with heavy plates in hot rolling mills, etc. Case is. In order to test such sheets, various proposals have been made, for example to guide the sheet along in a water-filled tub while the ultrasonic transmitter or receiver is located on the opposite sides of the sheet.
In the case of very long sheets or strips, this arrangement fails and one is forced to create entry and exit windows in the water tank, especially when it is a question of continuous sheet metal testing. Such passage windows formed from rubber flaps not only cause considerable technical difficulties in practice, but also cause a significant loss of water when the sheet metal is retracted and extended, so that such arrangements have not yet been able to prevail.
The present method for transmitting ultrasound to moving bodies, in particular for material testing of metal sheets, eliminates these inconveniences in that at least one transducer is arranged in the bottom of a vessel, which is charged with coupling fluid in such a way that it overflows continuously and the body overflows the edge of the vessel is led away.
The figures illustrate exemplary embodiments of devices for carrying out the method.
Fig. 1 shows the device parallel to the direction of passage of the sheet.
Fig. 2 shows the device in the direction of passage of the sheet.
Fig. 3 shows the device with transmitter and receiver with a V-shaped beam path.
For the examination of sheet metal, strips etc. by means of ultrasound, an ultrasound transmitter is required which radiates through the test object. On the opposite side there is a receiver which measures the ultrasonic energy passing through and in this way enables an internal material defect to be detected. The arrangement of a sound transmitter or receiver, which allows sheets, plates, strips or rods etc. to be scanned from above in the direction of passage, has already become known, so that it is not necessary to go into this further.
The present invention now relates to the coupling of a transmitter or receiver arranged below the test object, although when using the radiographic method, sound heads acting as transmitters or receivers must also be provided above the test object.
In Fig. 1, 1 denotes the test object, for example a sheet metal. The sheet rests on the upper edge of a tub 2 in which there is a coupling liquid 3, for example water, which is provided with a network agent. In this tub there are one or more ultrasonic transmitters or receivers corresponding to the width of the sheet to be examined, each of which consists of a proboscis 5 connected to a piezoelectric crystal 4 made of sound-conducting material, which is adapted as well as possible to the wave resistance of the coupling liquid 3. The trunk consists of a plastic with the lowest possible wave resistance, which is particularly adapted to that of the coupling liquid in that the trunk end ends in a toothing.
As a result, the higher wave resistance of the plastic is to a certain extent continuously transferred to the lower one of the coupling liquid, which results in a particularly good adaptation. To prevent air bubbles, dirt, etc. from settling in the toothing, the toothed end can be coated with a layer 7 of rubber-elastic consistency, which should also have a wave resistance that differs as little as possible from that of the coupling fluid. The transmitters or receivers are built into the bottom of the vessel 2 in such a way that they are brought close to the surface of the liquid, but do not touch the body, in particular the sheet metal. Since it can be advantageous for the resolving power to obtain sound bundles that are as discrete as possible and that are separated from one another without exciting the surrounding liquid in the vessel, the transmitters or
Receiver be surrounded by a shielding air jacket 8.
In order to avoid damage to the ultrasonic transmitter or receiver, struts 9 are arranged in the running direction of the sheet to be tested, which connect one edge of the vessel to the other and prevent the test specimen from penetrating the vessel.
It is advantageous to arrange a gutter 10 around the tub 2 which allows the coupling liquid overflowing from the vessel 2 to be collected and pumped back into the vessel 2 with the aid of a pump 11. The arrangement works in such a way that the pump 11 ensures that the vessel 2 runs continuously overflow, so that good wetting of the underside of the test object 1 is ensured.
Fig. 2 shows the arrangement seen in the direction of passage of the sheet. In the same way, 1 is the sheet metal, 2 is the vessel, 3 is the coupling liquid, 4 is the piezoelectric crystals, 5 is the trunk, 7 is the coating, 8 is the soundproof jacket and 9 is the struts. The collecting channels 10, the pump 11, etc. are omitted.
3 shows an arrangement in which the transmitter and receiver are arranged in a V-shaped arrangement and allow a test from one side with reflection of the radiation on the rear side of the sheet. The transmitter and receiver can in this case be arranged in the same vessel or, to avoid a direct sound transfer, in separate vessels, as shown in FIG. Here again 1 denotes the test object, 2 the vessel or vessels, 3 the coupling liquid, 4 the piezoelectric crystals, 5 the proboscis, 8 the shielding air jacket, which in the arrangement according to FIG.
Fig. 3 can possibly be omitted. The beam path is indicated by 6. The advantage of this arrangement is that the transmitter and receiver come into effect from below, so that there is no need for any construction from above, and furthermore that the plate or sheet metal or strip can be detected over the entire width by only two transducers. The sheet passes through perpendicular to the plane of the drawing. However, it is then not possible to localize the error. Also, due to the angular dependence of the plate waves, the setting is more subtle and not independent of the plate thickness as with the previously described radiation.