CZ2010239A3 - Zarízení pro nedestruktivní zkoušení a zjištování povrchových a vnitrních vad a/nebo tlouštky kovového materiálu, zejména bezešvých ocelových láhví - Google Patents

Abstract

Zarízení pro nedestruktivní zkoušení a zjištování povrchových a vnitrních vad a/nebo tlouštky kovového materiálu, zejména tlakových ocelových láhví válcového tvaru, zahrnující odnímatelný nosic (6) ultrazvukových sond (1, 2, 3, 4, 5), priléhající k povrchu otácejícího se mereného materiálu (7), se kterým je vázán akustickou vazbou. Nosic (6), uzpusobený pro pohyb po délce mereného materiálu (7), má vnitrní dutinu (8), jejíž prurez se plynule zužuje ve smeru k merenému materiálu (7) až do úzkého výstupního otvoru (9), vyplnenou protékající imersní kapalinou. Do této dutiny (8) nosice (6) jsou shora zaústeny a v ní upevneny jednotlivé ultrazvukové sondy (1, 2, 3, 4, 5). Tato dutina (8) je opatrena pruchozím otvorem pro vtok imersní kapaliny, do které zasahují ultrazvukové sondy (1, 2, 3, 4, 5), a vytvárejí tak jejich akusticky sdružený prostor. Nosic (6) je ve své spodní cásti, privrácené k merenému materiálu (7), opatren k nemu pripevnenou odnímatelnou tvarovanou vložkou (10) s otvorem , navazujícím na výstupní otvor (9) nosice (6) a tak uzpusobeným pro výtok imersní kapaliny k povrchu mereného materiálu (7), ke kterému vložka (10) pres úzkou mezeru priléhá. Osy jednotlivých sond (1, 2, 3, 4, 5) smerují do v podstate jednoho bodu na povrchu mereného materiálu (7) v okolí místa z dutiny (8) nosice (6) vytékající imersní kapaliny.

Description

Zařízení pro nedestruktivní zkoušení a zjišťování povrchových a vnitřních vad a/nebo tloušťky kovového materiálu, zejména bezešvých ocelových láhví.

Oblast techniky

Předmětem vynálezu je ultrazvukové zařízeni pro nedestruktivní zkoušení a zjišťování vad a tloušťky kovového materiálu, zejména tlakových bezešvých ocelových láhví, kovových trubek i plného materiálu, např. kovových válců.

Dosavadní stav techniky

V současné době se pro zjišťování vad, případně i tloušťky kovového materiálu běžně používá ultrazvukové kontroly. Jedním ze základních problémů této metody vždy byla dostatečná akustická vazba ultrazvukového generátoru a detektoru, kdy byla navržena celá řada zlepšení, popisovaných např. v patentových dokumentech, EP 0467211, USA 3763695, 5074151, 5161412, 5201226, 5383365, 5992236, CA 1175542 a dalších. S ohledem na vysoký útlum akustických vln na rozhraní vzduch kapalina je měřený materiál buďto ponořen v kapalině, obvykle ve vodě, případně se vytváří tenká vrstva kapaliny mezi sondou a povrchem měřeného předmětu. Oba tyto způsoby mají své nevýhody, kterými jsou jednak nadměrná velikost zařízení a potíže s technikou ponoření měřeného předmětu v lázni, anebo obtížné udržování stejnoměrné tenké vrstvy kapaliny na povrchu měřeného materiálu při pohybu sondy nad ním. Je velmi obtížné spolehlivě měřit materiál, jehož povrch je tvarově deformován. Cílem předloženého vynálezu je usnadnit a zefektivnit ultrazvukové nedestruktivní zjišťování vad materiálu s nerovným tvarově deformovaným povrchem.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je zařízení pro nedestruktivní zkoušení a zjišťování povrchových a vnitřních vad a/nebo tloušťky kovového materiálu, zejména tlakových ocelových láhví válcového tvaru, zahrnující odnímatelný nosič ultrazvukových sond, přiléhající k povrchu otáčejícího se měřeného materiálu, se kterým je vázán akustickou vazbou. Podstata vynálezu spočívá v tom, že nosič, uzpůsobený pro pohyb po délce měřeného materiálu, má vnitřní dutinu, jejíž průřez se plynule zužuje

- 1 • · ·« · · · · · · · · « * · ·««· ♦ · · « • · · · · · · · · « «·« ·· »· ·* ··· «· ve směru k měřenému materiálu až do úzkého výstupního otvoru, vyplněnou protékající imersní kapalinou, do této dutiny nosiče jsou shora zaústěny a v ní upevněny jednotlivé ultrazvukové sondy. Tato dutina je opatřena průchozím otvorem pro vtok imersní kapaliny, do které zasahují ultrazvukové sondy, a vytvářejí tak jejích akusticky sdružený prostor. Nosič je ve své spodní části, přivrácené k měřenému materiálu, opatřen k němu připevněnou odnímatelnou tvarovanou vložkou s otvorem, navazujícím na výstupní otvor nosiče a tak uzpůsobeným pro výtok imersní kapaliny k povrchu měřeného materiálu, ke kterému vložka přes úzkou mezeru přiléhá. Přitom osy jednotlivých sond směřují do v podstatě jednoho bodu na povrchu měřeného materiálu v okolí místa z dutiny nosiče vytékající imersní kapaliny.

Nosič ultrazvukových sond mechanicky udržuje sondy v takové poloze, že jimi vysílané ultrazvukové paprsky jsou směrovány do co nejmenšího styčného bodu mezí nosičem a měřeným materiálem. Seskupení sond je situováno v dutém prostoru, do kterého je přiváděna kapalina, např. voda bez bublinek, která je nutná k akustické vazbě mezi sondami a měřeným materiálem. Tento prostor současně vytváří předsádku sond, to je mezeru mezi materiálem a odpovídající sondou, která se volí taková, aby odražená echa o povrchu měřeného materiálu nezasahovala do měřené oblasti. Účelem je, aby kapalina homogenně vyplňovala prostor mezi sondami a měřeným materiálem. Přítok kapalina je větší než odtok, kterému se brání při vyšších otáčkách měřeného materiálu tvarovanou podložkou. Výhodou je, že sondy jsou umístěny v jediném prostoru, takže jedním nosičem lze provádět více druhů měření různě orientovaných vad, příčné a podélné vady a tloušťku materiálu. Jednoměničové sondy mohou být umístěny napevno. Protože osy sond směřují v podstatě do jednoho bodu na měřeném materiálu, minimalizuje se otvor, kterým vytéká imersní kapalina na měřený povrch. Lze tak měřit otáčející se měřený materiál, otáčky mohou mít hodnotu až 5 ot./s při obvodové rychlosti do 2 m/s. Výhodou je rovněž, že sondy se nemusí seřizovat.

Vnitřní průřez dutiny nosiče může být ve tvaru kužele, v jehož středové ose je kolmo k povrchu měřeného materiálu situována sonda pro měření tloušťky materiálu a symetricky vůči ní odkloněné dvě dvojice sond pro měření podélných a příčných vad materiálu. Je možno měřit tloušťky do 25 mm. Průměr výstupního otvoru nosiče může v podstatě odpovídat průměru jednotlivých sond. Tvarovaná vložka pro

sníženi úniku imersní kapaliny z výstupního otvoru nosiče může být s výhodou z tvrdokovu.

Tvarovaná vložka může být uzpůsobena pro usměrnění výtoku imersní kapaliny z nosiče do tvaru paprsku této kapaliny, zajišťujícího přechod ultrazvukové vlny do měřeného materiálu. Jedná se o alternativní provedení víceměničové sondy s elektronickým řízením vychylováni ultrazvukového paprsku resp. s vyhodnocením informace vadách měřeného materiálu elektronickou cestou.

Zařízení může dále obsahovat sestavu sondy pro měření tloušťky dna rotačního kovového předmětu a příslušného nosiče.

Měřeným materiálem je materiál, vybraný ze skupiny, zahrnující rotační kovové výrobky např. bezešvé ocelové láhve, trubky, pracovní válce válcovacích stolic, dále zahrnující nádoby akumulátorů, kola, tyče, ploché kovové desky a kompozity.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen na připojených obrázcích. Na obr. 1 a 2 je vyobrazen příklad provedení tohoto vynálezu, na obr. 1 je v axonometrickém pohledu a na obr. 2 v bočním pohledu vyobrazena mechanická část zařízení pro nedestruktivní zkoušení a zjišťování povrchových a vnitřních vad a/nebo tloušťky bezešvých ocelových láhví. Na obr. 3 je znázorněn příklad provedení nosiče ultrazvukových sond, který přes tvarovanou vložku přes úzkou mezeru přiléhá k povrchu měřeného materiálu, v daném případě k bezesné ocelové tlakové láhvi. Je zde celkem pět sond, jedna dvojice pro detekci podélných vad, druhá dvojice pro detekci příčných vad měřeného materiálu a jedna sonda pro měření jeho tloušťky. Ke dnu měřené tlakové láhve přiléhá další nosič se sondou pro měření tloušťky dna.

Příklady provedeni vynálezu

Zařízení podle tohoto vynálezu sestává z mechanické části (ocelové konstrukce), zabezpečující pohyb (rotaci) měřeného materiálu 7 a části elektronické, zabezpečující vlastni ultrazvukovou kontrolu, včetně pohybu kontrolních nosičů 6 ultrazvukových sond 1 až 5 a 11 vyhodnocovacího zařízení.

-3Před tímto zařízením je umístěn nakulovací stůl (viz obr. 1 a 2) se vstupním roštem 13, na který jsou z předcházejícího technologického zařízení dopravovány bezešné ocelové láhve (měřený materiál 7). Z tohoto stolu jsou polotovary dávkovány do ultrazvukového zařízení, ve kterém se umisťují na hnací rolny 15, které při měřeni rotují a otáčejí měřeným materiálem 7 stanovenou obvodovou rychlostí. K vnějšímu povrchu měřeného materiálu 7 působením pohonu 12 v ose Z (svislé ose) se nosiče 6 působením tlakového vzduchu přiblíží k měřenému materiálu a následně na něj dosednou měřící hlavy zařízení, to je sestava nosiče 6 s kontrolními ultrazvukovými sondami 1 až 5. Tvarovaná vložka 10 na spodní straně nosiče 6 zajišťuje kontakt s povrchem měřeného materiálu tak, že vzájemné dosedací plochy mají od sebe určitou minimální vzdálenost, tak aby nosič 6 měl stabilnější polohu. Tato sestava se v průběhu měření pohybuje axiálně na rotujícím měřeném materiálu 7, čímž se získá výsledný šroubový pohyb resp. dráha po povrchu měřeného materiálu 7. Signál je snímán ultrazvukovými sondami 1 až 5 a elektronicky vyhodnocován. Po provedení ultrazvukové kontroly otáčení ustane, sondy 1 až 5 se zvednou a měřený materiál 7 je pomocí pneumatických vyhazovačů přemístěn na vykulovací stůl (výstupní rošt 14) za zařízení. Nevyhovující láhve (měřený materiál 7) jsou na základě signálu z ultrazvukového zařízení vyřazeny z technologického toku.

Pro zjišťováni podélných a příčných vad a pro měření tloušťky stěny měřeného materiálu 7 se použijí přímé ultrazvukové sondy 1 až 5 s kruhovými elektroakustickými měniči průměru 8 mm. Jsou situovány v odnimatelném nosiči 6, přiléhajícím k povrchu otáčejícího se měřeného materiálu 7, se kterým je vázán akustickou vazbou. Nosič 6, který se při měření pohybuje po délce měřeného materiálu 7, má vnitřní dutinu 8, vyplněnou protékající imersní kapalinou, např. vodou, kde průřez této dutiny 8 se plynule zužuje ve směru k měřenému materiálu 7 až do úzkého výstupního otvoru 9. Do této dutiny 8 nosiče 6 jsou shora zaústěny a v ní upevněny jednotlivé ultrazvukové sondy 1. až 5, kde dvojice sond J, 5 je určena pro detekci podélných vad měřeného materiálu 7, dvojice sond 2, 4 pro detekci jeho příčných vad a sonda 3 pro měření tloušťky jeho stěny. Dutina 8 je opatřena průchozím otvorem pro vtok imersní kapaliny, do které zasahují ultrazvukové sondy 1 až 5, čímž vytvářejí jejich akusticky sdružený prostor, tak zvanou předsádku. To znamená časovou mezeru mezi měřeným materiálem 7 a příslušnou sondou, která se volí taková, aby odražené echo od povrchu měřeného materiálu 7 nezasahovalo

-4do měřené oblasti. Účelem je, aby kapalina homogenně vyplňovala prostor mezi sondami 1 až 5 a měřeným materiálem 7. Nosič 6 je ve své spodní části, přivrácené k měřenému materiálu 7, opatřen k němu připevněnou odnímatelnou tvarovanou vložkou 10 z tvrdokovu s průchozím otvorem, navazujícím na výstupní otvor 9 nosiče 6 a tak uzpůsobeným pro výtok imersní kapaliny k povrchu měřeného materiálu 7, ke kterému vložka 10 přes úzkou mezeru přiléhá. Osy jednotlivých sond 1 až 5 směřuji do v podstatě jednoho bodu na povrchu měřeného materiálu 7 v okolí místa z dutiny 8 nosiče 6 vytékající imersní kapaliny. Jako vazební prostředek je použita provozní voda, přitom vodní okruh je při provozu uzavřený. Pod měřeným materiálem 7 je uspořádána záchytná vana pro zachycení imersní kapaliny, s odtokem do sběrné nádrže s cirkulačním čerpadlem pro zajištění oběhu imersní kapaliny. Při čištění a vypouštění sběrné nádrže je vodní okruh napojen na centrální čistírnu odpadových vod. Součástí zařízení může být pracoviště oprav, případné zjištěných vad na zkoušených polotovarech měřeného materiálu 7, s možností jejich opětovné kontroly pomocí zpětné dopravy.

Ultrazvukové sondy 3 pro měření tloušťky stěny měřeného materiálu 7 jsou navázány vodním sloupcem o délce přibližně 10 až 30 mm, s osou orientovanou kolmo na zkušební povrch. Echo odražené od zkušebního povrchu musí být úzké a proto se použije frekvence větší než 4 MHz, která zaručí i vyšší přesnost měření tloušťky. Druhý typ ultrazvukových sond 1,2, 4, 5 jsou přímé sondy s měniči průměru 8 mm na frekvenci 4 až 6 MHz. Jejich osy (i příslušných vodních sloupců) jsou nakloněné tak, aby s optimální citlivostí zachytily vady charakteru trhlin na obou površích stěny měřeného materiálu 7 (láhve). Vady mohou mít různou orientaci vzhledem k normále v příčném nebo podélném směru a proto se ultrazvukové příčné vlny vysílají do dvou opačných směrů. Uspořádání sond 1 až 5 v nosiči 6 (jejích držáku) je naznačeno na obr. 3. Do nosičů 6 sond se jako imersní kapalina přivádí odplyněná voda z vodního hospodářství. Vnitřní průřez dutiny 8 nosiče 6 může být ve tvaru kužele (obr. 3), v jehož středové ose je kolmo k povrchu měřeného materiálu 7 situována sonda 3 pro měření tloušťky materiálu 7 a symetricky vůči ní odkloněné dvě dvojice sond 1,5 a 2,4) pro měřeni podélných a příčných vad materiálu 7.

Zařízení dále může obsahovat sestavu sondy 11 pro měření tloušťky dna rotačního kovového předmětu (např. láhve) a příslušného nosiče 6 (obr. 3).

-5• · ·φ ·· * · · ·♦ φ · · · · ·· t φ φ · · · « ·

Průměr výstupního otvoru 9 nosiče 6 v podstatě odpovídá průměru jednotlivých sond 1,2,3,4,5,11. Sestava nosiče 6 s příslušnými ultrazvukovými sondami 1 až 5 a 11 může pracovat buďto kontaktně, případně bezkontaktně. Kontaktně prostřednictvím odnímatelné tvarované vložky 10, která zajistí snížení odtoku imersní kapaliny z dutiny 8 nosiče 6 při vyšších otáčkách měřeného materiálu 7. Pro snížení odporu jejího tření a opotřebení je využito tvrdokovu, případně v kombinaci s valivými prvky, tvořenými válečky v jejích okrajích. Bezkontaktně s použitím takové vložky 10, která svým tvarem usměrňuje výrok imersní kapaliny do tvaru vodního paprsku, který zajistí přechod ultrazvukové vlny do měřeného materiálu 7.

Měřeným materiálem 7 je materiál, vybraný ze skupiny, zahrnující rotační kovové předměty např. bezešvé ocelové láhve, trubky, pracovní válce válcovacích stolic, ale např. i nádoby akumulátorů, kola, tyče, ploché kovové desky a kompozity.

Průmyslová využitelnost vynálezu

Předložený vynález je určen pro nedestruktivní zkoušení a zjišťování vad a tloušťky kovového materiálu, zejména tlakových bezešvých ocelových láhví, kovových trubek i plného materiálu, např. kovových válců.

Seznam vztahových značek

... první sonda pro detekci podélných vad

... první sonda pro detekci příčných vad

... sonda pro měření tloušťky stěny

... druhá sonda pro detekci příčných vad

... druhá sonda pro detekci podélných vad

... nosič

... měřený materiál

... vnitřní dutina

... výstupní otvor

... vložka

... sonda pro měření tloušťky dna

... pohon nosiče v ose Z

... vstupní rošt

... výstupní rošt

... hnací rolny

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro nedestruktivní zkoušení a zjišťování povrchových a vnitřních vad a/nebo tloušťky kovového materiálu, zejména tlakových ocelových láhví válcového tvaru, zahrnující odnímatelný nosič (6) ultrazvukových sond (1,2,3,4,5), přiléhající k povrchu otáčejícího se měřeného materiálu (7), se kterým je vázán akustickou vazbou, vyznačující se tím, že nosič (6), uzpůsobený pro pohyb po délce měřeného materiálu (7), má vnitřní dutinu (8), jejíž průřez se plynule zužuje ve směru k měřenému materiálu (7) až do úzkého výstupního otvoru (9), vyplněnou protékající imersní kapalinou, do této dutiny (8) nosiče (6) jsou shora zaústěny a v ní upevněny jednotlivé ultrazvukové sondy (1,2,3,4,5), a kde tato dutina (8) je opatřena průchozím otvorem pro vtok immersní kapaliny, do které zasahují ultrazvukové sondy (1,2,3,4,5), a vytvářejí tak jejich akusticky sdružený prostor, kde nosič (6) je ve své spodní části, přivrácené k měřenému materiálu (7), opatřen k němu připevněnou odnímatelnou tvarovanou vložkou (10) s otvorem, navazujícím na výstupní otvor (9) nosiče (6) a tak uzpůsobeným pro výtok imersní kapalíny k povrchu měřeného materiálu (7), ke kterému vložka (10) přes úzkou mezeru přiléhá, kde osy jednotlivých sond (1,2,3,4,5) směřují do v podstatě jednoho bodu na povrchu měřeného materiálu (7) v okolí místa z dutiny (8) nosiče (6) vytékající imersní kapaliny.
2. 2, Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní průřez dutiny (8) nosiče (6) je ve tvaru kužele, v jehož středové ose je kolmo k povrchu měřeného materiálu (7) situována sonda (3) pro měření tloušťky materiálu (7) a symetricky vůči ní odkloněné dvě dvojice sond (1,5 a 2,4) pro měření podélných a příčných vad materiálu (7).

   -7• · « *
3. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že dále obsahuje sestavu sondy (11) pro měření tloušťky dna rotačního kovového předmětu a příslušného nosiče (6).
4. 4. Zařízení podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že průměr výstupního otvoru (9) nosiče (6) v podstatě odpovídá průměru jednotlivých sond (1,2,3,4,5,11).
5. 5. Zařízení podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že tvarovaná vložka (10) pro snížení úniku imersní kapaliny z výstupního otvoru (9) nosiče (6) je z tvrdokovu.
6. 6. Zařízení podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že tvarovaná vložka (10) je uzpůsobena pro usměrnění výtoku imersní kapaliny z nosiče (6) do tvaru paprsku této kapaliny, zajišťujícího přechod ultrazvukové vlny do měřeného materiálu.
7. 7. Zařízení podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že měřeným materiálem (7) je materiál, vybraný ze skupiny, zahrnující rotační kovové výrobky např. bezešvé ocelové láhve, trubky, pracovní válce válcovacích stolic, dále zahrnující nádoby akumulátorů, kola, tyče, ploché kovové desky a kompozity.