DE102013001357A1

DE102013001357A1 - Phased-Array-System und Verfahren zur Untersuchung von spiralförmigen Unterpulverschweißnähten (HSAW: Hellical Submerged Arcs Weld)

Info

Publication number: DE102013001357A1
Application number: DE102013001357A
Authority: DE
Inventors: Chrisophe Imbert; Jinchi Zhang; Benoit Lepage
Original assignee: Olympus NDT Inc
Current assignee: Olympus Scientific Solutions Americas Corp
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2013-08-01
Anticipated expiration: 2033-01-29
Also published as: DE102013001357B4; CN103226131B; CA2803502A1; CA2803502C; US20130199297A1; CN103226131A; US9032802B2

Abstract

Phased-Array-System und Untersuchungsverfahren, das zur Untersuchung einer HSAW für alle standardmäßigen Arten von Fehlern ausgelegt ist, die sich in der Nähe der Innen- und Außenfläche eines Rohrs befinden, in einem Arbeitsgang, wodurch die Notwendigkeit, die Prüfköpfe in dem einen Arbeitsgang der Abtastung mechanisch einzustellen, verringert wird. Die Anordnung umfasst die Verwendung mindestens eines linearen PA-Prüfkopfs zur Schichtungsuntersuchung genau über der HAZ-Zone, mindestens ein Paar PA-Prüfköpfe zur Untersuchung von Längsdefekten und zur Erkennung von Löchern und mindestens zwei Paare PA-Prüfköpfe zur Untersuchung von Querdefekten.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen und die Priorität der Vorläufigen US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 61/590,877, eingereicht am 26. Januar 2012, mit dem Titel A PHASED ARRAY SYSTEM FOR INSPECTING HELLICAL SUBMERGED ARCS (Phased-Array-System zur Untersuchung von spiralförmigen Unterpulverschweißnähten (HSAW)), deren gesamte Offenbarung durch Bezugnahme zum Bestandteil dieser Anmeldung wird.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich generell auf ein Verfahren und ein System für die Untersuchung von Fehlern in Prüflingen mit Phased-Array-Ultraschallgeräten und insbesondere auf ein Phased-Array-System (Phasengesteuertes Feld-System), das für die Untersuchung von spiralförmigen Unterpulverschweiß-nähten (HSAW) entwickelt wurde.
HINTERGRUND
Vorgang des Unterpulverschweißens
Bei dem Vorgang des Unterpulverschweißens (SAW: Submerged Arcs Weld) handelt es sich um ein Verfahren des elektrischen Schmelzschweißens, das mit einem verdeckten Lichtbogen durchgeführt wird. Im Gegensatz zum Lichtbogenschweißen mit Schweißelektroden ist der Lichtbogen in diesem Fall nicht sichtbar und brennt unter einer Schicht von Schlacke und Schweißmittel. Eines der charakteristischen Merkmale des Unterpulverschweißens (SAW) ist seine hohe Abschmelzleistung, die im Wesentlichen aus der verwendeten hohen Stromstärke in Kombination mit einer günstigen Wärmebilanz stammt. Diese Ablagerung, die auch Schweißraupe genannt wird, ist ein Hindernis für die Untersuchung, da sie einen Überstand bildet, der mechanische Einschränkungen für die Positionierung von Wasserkeilen schafft.
Spiralnahtunterpulverschweißen (HSAW genannt) ist eine Variante des SAW-Verfahrens und wird im Allgemeinen bei vielen Anwendungen in der Stahlindustrie verwendet, einschließlich dem Verbinden von warmgewalzten Coils (verschiedener Breite), bei denen eine spiralförmige Naht um das fertige Rohr erzeugt wird. SAW-Schweißen oder Unterpulverschweißen bedeutet, dass die Elektrode, die zum Verbinden der Coil-Kanten verwendet wird, in Schweißmittel getaucht wird, um das Schweißbad gegen Verunreinigung zu schützen. Mit HSAW und Längsnaht-UP-Schweißen (Längsnahtunterpulverschweißen; LSAW: Longitudinal Submerged Arcs Weld) hergestellte Rohre werden als Leitungsrohre für den Transport von Öl und Gas eingesetzt. HSAW wird im Allgemeinen auch beim Transport von Wasser eingesetzt.
Mit HSAW hergestellte Rohre weisen einen großen Durchmesser auf, der von 16'' (406,4 mm) bis 100'' (2540 mm) reicht, bei einer maximalen Dicke von 25 mm (1 Zoll).
Schweißnahtwinkel ändern sich je nach Coil-Breite und Rohrdurchmesser. Die Schweißnahtwinkel liegen in einem Bereich von ungefähr 51 bis 75 Grad. Außerdem gibt es verschiedene Arten von Schweißnähten, die unterschiedliche Arten von Untersuchungslösungen erfordern. Die Schweißnahtwinkel sind Schlüsselparameter für die vorgeschlagene Lösung, da sie direkt die Neigungsrichtung der Längs- und Querdefekte definieren.
Die Vorhersage der Breite und Überhöhung der Schweißnaht ist der Gegenstand fortgeschrittener Forschung zu Metallografie- und Schweißprozessen; zur Auswertung dieser Parameter gibt es keine einfachen Formeln. Die integrierte Ausbildung von HSAW-Straßen kann als Teil der Funktionen einer herkömmlichen Spiralrohrproduktionsanlage betrachtet werden. Diese Art des Produktionsprozesses erfordert eine Inline-Untersuchungsanordnung, bei der die Rohrlänge unendlich ist und die Speicherung der Untersuchungsdaten mit der sich bewegenden Säge synchronisiert werden muss.
Für Anlagen mit separater Ausbildungs- und SAW-Straße mit einem Produktionsprozess wird eine Offline-Untersuchungsanordnung benötigt, bei der die Rohrlänge begrenzt ist und vor Beginn der Untersuchung bekannt ist.
Bestehendes Prüfverfahren für die Ultraschalluntersuchung von geschweißten Rohren
Zur Schweißnahtüberprüfung in Rohren wird der zu prüfende Querschnitt auf die Schweißnaht selbst und auf die an die Schweißnaht angrenzende Wärmeeinflusszone (HAZ = Heat affected zone) reduziert. Der Schweißprozess ist bereits automatisiert, um ein automatisiertes Prüfsystem lohnenswert zu machen.
Für die üblicherweise existierenden Untersuchungs- und Messaufgaben, die von einer Gruppe oder einem Array von Einzel- oder Doppelelement-Prüfköpfen durchgeführt werden, werden Ultraschallprüfköpfe (US-Prüfköpfe; UT-probe: ultrasonic testing probe) für die Untersuchung der Defekte wie folgt benötigt.

i. Längsdefekte, einschließlich innerer (LID: longitudinal inner defects) und äußerer (LCD: longitudinal outer defects) Kerben, Durchgangsdefekte (TDH: through-hole defects).
ii. Längsdefekte, Mittelnaht-Zwischenwand-Flachbodenbohrung (MWFBH: mid-seam mid-wall flat-bottom hole).
iii. Querdefekte (innere und äußere Kerben oder abgekürzt: TID (transversal inner defects) bzw. TOD (transversal outer defects)).
iv. Schichtungsprüfung in der Wärmeeinflusszone (HAZ).
v. Messung der Wanddicke in der HAZ.

Für Untersuchungsstandards wird typischerweise die Erkennung des Referenzdefekts aus mehreren Richtungen benötigt. Laut Definition in dem Untersuchungsstandard „DNV-OSOF101 ANHANG D" (Absatz 1311, 1312 und 1313, im Folgenden „Standard" genannt) ist es erforderlich, gegenüberliegende Prüfkopfanordnungen zu verwenden (von jeder Seite der Schweißnaht). Gegenüberliegende Prüfkopfanordnungen für Längsdefekte bei HSAW werden als vorwärts (FW: forward) und rückwärts (BW: backward) bezeichnet, während gegenüberliegende Prüfkopfanordnungen für Querdefekte bei HSAW werden als rechtsdrehend (CW: clock-wise) und linksdrehend (CCW: counter-clock-wise) bezeichnet.
Bei den bestehenden herkömmlichen Verfahren, die Ultraschallprüfungen zur Untersuchung von HSAW verwenden, wird für jede Überprüfung der oben aufgeführten Defekte ein entsprechenden und im Wesentlichen präziser Einfallswinkel benötigt. Es sind Paare von Längsprüfköpfen und manchmal Tandemprüfköpfe, Quer- und Schichtungsprüfköpfe vorgesehen. Daraus ergibt sich schnell ein Prüfsystem mit einer Vielzahl von elektronischen Kanälen und Prüfköpfen.
Es ist bekannt, dass zur Durchführung oben genannter Aufgaben bei der gängigen Praxis, UT-Prüfköpfe zur Durchführung der Untersuchung zu verwenden, mindestens vier Gruppen mit einer Gesamtanzahl von mindestens 18 benötigt werden. Außerdem ist zu beachten, dass bei der gängigen Praxis nicht nur diese hohe Anzahl von Prüfköpfen beteiligt ist, sondern dass außerdem jedes dieser Paare von Prüfköpfen eine präzise mechanische Einstellung in Bezug auf den Rohrdurchmesser und die Dicke erforderlich ist, damit die Untersuchung zuverlässig ist. Die Anforderung einer solchen ständigen Einstellung behindert die Produktionsrate in einem hohen Maße. Ansonsten ist die Zuverlässigkeit der Untersuchung beeinträchtigt.
Da es möglich sein muss, die Prüfmechanik in Bezug auf den Schweißwinkel einzustellen, und die Platzverhältnisse ziemlich beengt sind, wenn mehr als vier Prüfkopfpaare benötigt sind, sind häufig eine zweite Schweißnahtprüfmechanik und ein zweiter Maschinenstand erforderlich.
Außerdem ermöglicht die Verwendung von UT-Prüfkopfpaaren, die in Bezug auf die Schweißnaht zentriert sind, die Erkennung von typischen Defekten in der Schweißnaht und zudem den Gebrauch des Durchschallungssignals für die konstante Koppelprüfung zwischen den beiden Prüfköpfen. Fehlt das V-Übertragungssignal oder ist es schwach, liegt der Grund entweder bei der Kopplung, dem Prüfkopf bzw. den Prüfköpfen oder dem Gesamtsystem, das nicht richtig funktioniert. Somit wird das Übertragungssignal konstant überwacht, um einen stabilen Betrieb des Systems zu gewährleisten. Kann der typische Ultraschallstrahl nicht die gesamte Wanddicke abdecken, müssen mehr Prüfkopfpaare als eines verwendet werden.
Bestehende Anstrengungen sind aus den Patenten US 3,552,191 , US 3,868,847 und US 4,131,026 ersichtlich, in denen jeweils Verbesserungen für das System oder das Verfahren der Verwendung von herkömmlichen Einzel- oder Doppelelement-UT-Prüfköpfen zur Durchführung der oben umrissenen Untersuchung aufgezeigt sind.
In US 3,552191 werden Ultraschallprüfköpfe verwendet, um einige Bereiche einer HSAW in flacher (nicht gekrümmter) Ausführung durch mechanisches Bewegen der Prüfköpfe zu untersuchen. In US 3,868,847 und US 4, 131, 026 werden eine Reihe fester Messwandler (Ultraschallprüfung) in unterschiedlichen Betriebsarten verwendet, um eine Längsbindenaht abzutasten.
Die Lehre von US 5,583292 betrifft die Anwendung von Phased-Array-Technologie für die Untersuchungen von Schweißähten. Jedoch erfolgt hier die Untersuchung der Schweißnaht durch Messen der Wanddicke einer Schweißnaht. Die Untersuchung von Schweißnähten über die volle Breite in allen Fehlerbereichen entlang eine spiralförmigen Schweißnaht, wie es laut Standard gefordert wird, wird hier nicht behandelt. Der Inhalt der vorstehend genannten US-Patente wird durch Bezugnahme zum Bestandteil dieser Anmeldung.
Die Untersuchung von Schweißnähten erfordert eine gleichmäßige spiralförmige Rohrbewegung in Bezug auf die Prüfköpfe, wodurch die Nachführung der Naht zu einer wesentlichen, aber schwierigen Aufgabe wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Dementsprechend ist es eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Phased-Array-System und das Untersuchungsverfahren bereitzustellen, das in einer nicht herkömmlichen Weise ausgelegt ist und mit dessen Hilfe eine HSAW für alle Standardarten von Fehlern, die sich in der Nähe der inneren und äußeren Flächen des Rohrs befinden, in einem Arbeitsgang untersucht werden können, wodurch es nicht mehr erforderlich ist, die Prüfköpfe in dem einen Abtastvorgang mechanisch einzustellen.
Die oben genannte Aufgabe wird vorzugsweise durch die Verwendung von sieben linearen PA-Prüfköpfen gelöst, die wie folgt in einer Linie mit der Rohrmantellinie ausgerichtet sind:

• Ein Prüfkopf zur Schichtungsuntersuchung genau über der Wärmeeinflusszone (HAZ). Die HAZ ist allgemein bekannt und ist in den Zeichnungen der vorliegenden Offenbarung nicht gesondert gezeigt.
• Zwei Paare von PA-Prüfköpfen für die Untersuchung von Längsdefekten und die Erkennung von Löchern, die herkömmlicherweise mit Hilfe von UT-Prüfköpfen in Vorwärts- und Rückwärts-Richtung (FW und BW) erfolgen.
• Zwei Paare von PA-Prüfköpfen für die Untersuchung von Querdefekten, die herkömmlicherweise mit Hilfe von UT-Prüfköpfen in rechtsdrehender (CW) und linksdrehender (CCW) Richtung erfolgt.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein PA-System bereitzustellen, um alle typischen Fehler beim HSAW zu untersuchen, wodurch die Notwendigkeit verringert wird, die Prüfköpfe mechanisch auf eine ganze Reihe von Rohrwanddicken einzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein PA-System bereitzustellen, um alle typischen Fehler beim HSAW zu untersuchen, indem eine neuartige Kombination von mechanischen Winkeln, Brennweiten, speziellen Schallwegen und Näherungsverfahren für die PA-Prüfköpfe verwendet wird.
Bei Untersuchungsverfahren, in denen die Verschleißplatten verwendet werden, um den Wasserkeil an den Rohrdurchmesser anzupassen, gibt es nur einen Krümmungsradius.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein PA-System bereitzustellen, um Längsnahtfehler zu untersuchen, wobei die Untersuchung der inneren und äußeren Kerben von nur einer Seite des Fehlers mit nur einem Prüfkopf erfolgen kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein PA-System bereitzustellen, um Längsnahtfehler zu untersuchen, wobei ein Tandemverfahren innerhalb zwei unterschiedlichen Öffnungen eines einzelnen PA-Prüfkopfs verwendet wird, die unabhängig sowohl für die Inline- als auch die Offline-Untersuchung verwendet werden könnte.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein PA-System bereitzustellen, um Quernahtfehler zu untersuchen, wobei die Untersuchung der inneren und äußeren Kerben erfolgen kann, indem beim Arbeiten im Pitch-Catch-Modus nur ein Paar Prüfköpfe auf der Seite der äußeren Kerben platziert wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein PA-Untersuchungsverfahren bereitzustellen, bei dem eine Koppelprüfung verwendet wird, das bisher in der gängigen Praxis noch nicht für Phased-Array-Systeme verwendet worden ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Ansicht der Anordnung aller PA-Prüfköpfe, die für das Phased-Array-System zur Untersuchung von HSAW entwickelt wurde, um ein vollständiges Abtasten in einem Arbeitsgang nach der vorliegenden Offenbarung zu erreichen.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Paars von PA-Prüfköpfen 12a oder 12b zur Erkennung von Längsnahtfehlern, die in 1 gezeigt sind. Die Längsnahtfehler umfassen Längsinnendefekt-Kerben an unterschiedlichen Stellen der Schweißnahtbreite, Längsaußendefekt-Kerben an unterschiedlichen Stellen der Schweißnahtbreite, ein Durchgangsdefekt und eine Mittelnaht-Zwischenwand-Flachbodenbohrung (MWFBH) in der Mitte der Schweißnaht.
3 zeigt eine schematische Ansicht der linearen Abtastung über die Schweißnaht mit Hilfe der PA-Prüfköpfe 12a und 12b zur Erkennung von Längsinnendefekt- und Längsaußendefekt-Kerben. Wie gezeigt, arbeiten die Öffnungen 20a der Prüfköpfe 12a und 12b im P-C-Modus (Pitch-Catch-Modus) zusammen, um die Koppelprüfung durch Punkt 301 durchzuführen.
4 zeigt eine schematische Ansicht von zwei Paaren PA-Prüfköpfen im P-C-Modus, 14a und 14b oder 14c und 14d, zur Erkennung von Queraußendefekten in der Schweißnaht, die in 1 gezeigt sind.
5 zeigt eine schematische Ansicht der linearen Abtastung über die Schweißnaht mit zwei Paaren PA-Prüfköpfen im P-C-Modus zur Erkennung von Queraußendefekten (TOD).
6 zeigt eine detaillierte schematische Ansicht von zwei Paaren PA-Prüfköpfen im P-C-Modus, 14a und 14b oder 14c und 14d, zur Erkennung von Querinnendefekten (TID), die in 1 gezeigt sind.
7 zeigt eine detaillierte schematische Ansicht der linearen Abtastung über die Schweißnaht mit zwei Paaren PA-Prüfköpfen im P-C-Modus zur Erkennung von Querinnendefekten. Die Öffnung 401d des Prüfkopfs 14b und die Öffnung 401d-2 des Prüfkopfs 14d arbeiten im P-C-Modus zusammen, um die Koppelprüfung durch 701 durchzuführen.
8 zeigt eine detailliertere schematische Ansicht des PA-Prüfkopfes 10 zur Erkennung von Schichtungsfehlern, die in 1 gezeigt sind.
9 ist ein Flussdiagramm der Strahlverfolgung für die Erkennung der Längsnahtfehler, die in 2 und 3 gezeigt sind.
10 zeigt eine Endansicht einer beispielhaften Strahlverfolgung für die Erkennung der Längsnahtfehler, die in 2 und 3 gezeigt sind. Es werden jeweils ein Strahl für die Erkennung der Außendefekt-Kerben und die Erkennung der Innendefekt-Kerben sowie ein Strahl für die Erkennung von Mittelnaht-Zwischenwand-Flachbodenlöchern (MWFBH) gezeigt.
11 zeigt eine Draufsicht einer beispielhaften Strahlverfolgung für die Erkennung der Längsnahtfehler, die in 2 und 3 gezeigt sind.
12 zeigt eine Winkelfehlausrichtung zwischen einem Empfangsvektor A in der Strahlebene des Prüfkopfs und einen zurückkehrenden Vektor B, der an dem Prüfkopf ankommt.
13 zeigt ein Flussdiagramm der Strahlverfolgung zur Erkennung der Quernahtkerben, die in 4 und 5 sowie 6 und 7 gezeigt sind.
14 zeigt eine beispielhafte Strahlverfolgung zur Erkennung der Quernahtkerben, die in 4 und 5 sowie 6 und 7 gezeigt sind; (a) Endansicht. Es werden jeweils ein Strahl für die Erkennung der Außendefekten (OD: outer defects) und ein Strahl für die Erkennung von Innendefekten (ID: inner defects) gezeigt; (b) Prospektionsansicht.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNG
Die bevorzugte Ausgestaltung nach der vorliegenden Offenbarung umfasst die Anwendung eines oder mehrerer Phased-Array-Erfassungssysteme mit einer Vielzahl von Phase-Array-Prüfköpfen und unter Verwendung der Anordnung der Phased-Array-Prüfköpfe und der entsprechenden Abtastbrennweiten, um eine vollständige Inline-Untersuchung von HSAW zu erreichen.
Der Gebrauch von Abkürzungen richtet sich nach den Industriekonventionen. Die folgende Terminologie sollte beachtet werden, um das Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu unterstützen.

• P-C: Pitch-Catch-Modus
• P-E: Pulse-Echo-Modus
• ID und CD: Innendurchmesser bzw. Außendurchmesser
• MWFBH: Mittelnaht-Zwischenwand-Flachbodenbohrung
• TDH: Durchgangsdefekt; through-drill holes
• TOF: Time Of Flight (Laufzeit)
• FW und BW: Untersuchungen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, um beide Seiten der Defekte (Kerben) abzudecken
• CW und CCW: Untersuchungen in rechtsdrehender und linksdrehender Richtung in der gängigen Praxis, um beide Seiten der Defekte abzudecken.

Die bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung ist unter Bezugnahme auf 1 vorgesehen, wobei ein angeordnetes PA-System verwendet wird, um alle Defekte, die in dem obigen Abschnitt „Hintergrund” aufgeführt sind, in einem Arbeitsgang der Rohrabtastung abzudecken, wobei die minimale Anzahl von Prüfköpfen verwendet wird und nur der geringste Aufwand an mechanischer Einstellung während einer Abtastsitzung erforderlich ist.
Es sollte beachtet werden, dass 1 einen beispielhaften Fall veranschaulicht, in dem alle im Abschnitt „Hintergrund” aufgeführten möglichen Defekte untersucht werden sollen. Es sollte sich von selbst verstehen, dass sich die Untersuchungsanordnung abhängig von den unterschiedlichen Arten von Defekten, die abgedeckt werden sollen, ändern kann; eine derartige Änderung befindet sich im Umfang und entspricht der Lehre der vorliegenden Offenbarung.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 weist die beispielhafte Anordnung der PA-Prüfköpfe nach der vorliegenden Offenbarung drei unterschiedliche Schichten von Prüfköpfen wie folgt auf.

• Schicht 1, erkennbar als Prüfkopf 10, wird zur Untersuchung der Wärmeeinflusszone (auf der Nahtlinie oder in deren Nähe; im Folgenden HAZ genannt) auf Schichtungsdefekte benutzt. Während der Untersuchung bewegen sich die Prüfköpfe spiralförmig in Relation zu dem Rohr, und zwar grundsätzlich oben auf der Nahtlinie, wobei die Prüfköpfe fest positioniert bleiben, unabhängig vom Schweißnahtwinkel. Es sollte beachtet werden, dass es vorteilhaft ist, die anderen Schichten mit den Prüfköpfen so nahe wie möglich bei der oberen Mantellinie zu platzieren, um die Auswirkungen von Unterschieden im Schweißnahtwinkel zu reduzieren. Einzelheiten des Prüfkopfs 10 sind in 1 und 8 gezeigt.
• Schicht 2, erkennbar als Prüfkopf 12a und 12b, ist symmetrisch in Bezug auf eine Mantellinie angeordnet (nahe der oberen Mantellinie), um in einem Abtastvorgang die Längskerben, Durchgangsdefekte und Mittelnaht-Zwischenwand-Flachbodenlöcher (MWFBH) sowohl in Vorwärts- (im Folgenden FW genannt) als auch in Rückwärts-Richtung (im Folgenden BW genannt) zu erkennen. Einzelheiten sind in 1, 2 und 3 zu finden.
• Schicht 3, erkennbar als erstes Paar von Prüfköpfen 14a und 14b und als zweites Paar von Prüfköpfen 14c und 14d, wobei jedes Paar symmetrisch in Bezug auf eine Mantellinie (nahe der oberen Mantellinie) angeordnet ist, um die Querkerben in rechtsdrehender und linksdrehender Richtung zu erkennen. Einzelheiten sind in 1 und 4 bis 7 zu finden.

Wie aus 1 ersichtlich ist, werden für diese Anordnung nur sieben lineare Phased-Array-Prüfköpfe erforderlich, um die Aufgaben durchzuführen, die ansonsten 18 herkömmliche UT-Prüfköpfe mit Lösungen nach dem Stand der Technik benötigen. Und was noch wichtiger ist, die vorliegende Anordnung verringert die Notwendigkeit, die Prüfköpfe ständig wegen des kombinierten Gebrauchs von mechanischen Winkeln, Öffnungspaarungen, Öffnungsabtastungen und elektronischen Winkeln automatisch einzustellen. Einzelheiten hierzu sind in der nachfolgenden Beschreibung enthalten.
Es sollte auch beachtet werden, dass in Verbindung mit dieser beispielhaften Anordnung der PA-Prüfköpfe jede Wasserkeilachse immer parallel zu einer Mantellinie des Rohrs verläuft. Auf diese Weise wird eine allgemein gebräuchliche Verschleißplatte mit nur einem Krümmungsradius benötigt. Eine Anordnung des Wasserkeils gemäß der Mantellinie ist vorteilhaft, weil sie viel einfacher und viel wirkungsvoller ist als eine Anordnung des Wasserkeils bei Verwendung einer spiralförmigen Schweißnaht als Referenz, was bei der herkömmlichen Untersuchungsanordnung der Fall ist. In diesem Fall sind eine Verschleißplatte mit einer komplexen Form und zwei Krümmungsradien oder wasserbespritzte Prüfköpfe erforderlich.
Wie in der beispielhaften Anordnung der PA-Prüfköpfe in 1 gezeigt ist, sind die PA-Prüfköpfe linear und grundsätzlich parallel zu der Rohrmantellinie angebracht. Für die Anordnung bei Erkennung von Längsnahtdefekten und der von Quernahtdefekten erhält man den richtigen Strahlwinkel für jeden Referenzdefekt durch eine Kombination aus mechanischem Winkel, der durch die Prüfkopfhalterung gegeben ist, und einem elektronischen Winkel, der durch die Brennweite gesteuert wird, die während der Untersuchung an den PA-Prüfköpfen angewendet wird (der mechanische Winkel ist in 2 gezeigt). Zur Erkennung von Längsdefekten liefern der elektronisch gesteuerte Lenkwinkel und die elektronisch gesteuerte Öffnungstranslation entlang des Prüfkopfs zwei verfügbare Freiheiten für die Aufhebung der mechanischen Einstellungen der Prüfkopfpositionen, wenn sich die Rohrwanddicke oder der Schweißnahtwinkel ändert. Zur Erkennung von Querdefekten ermöglicht ein Paar Prüfköpfe im P-C-Modus eine lineare Abtastung über die Breite der Schweißnaht, ohne dass eine häufige mechanische Einstellung erforderlich ist. Die Wirksamkeit der Einstellung der Brennweite in jedem PA-Prüfkopf macht die Notwendigkeit überflüssig, mechanische Einstellungen vorzunehmen oder strahlverbreiterte Prüfköpfe zu verwenden, wie dies bei bestehenden UT-Prüfvorgängen vonnöten ist.
Es sollte beachtet werden, dass die oben in 1 beschriebene Anordnung den Vorteil der PA-Prüfköpfe in vollem Umfang nutzt, d. h. die Breite des Abtastbereichs kann kleinen Unterschieden bei der Schweißnahtposition Rechnung tragen und ein teures und aufwändiges Schweißnahtverfolgungssystem vermeiden, wie es bei herkömmlichen UT-Prüftechniken erforderlich ist, die im Abschnitt ”Hintergrund” beschrieben sind.
Untersuchungsverfahren für Längskerben, TDH und MWFBH
Wie aus 2 und 3 ersichtlich ist, sind die Längs-PA-Prüfköpfe 12a bzw. 12b für die Untersuchungen, die ansonsten in gängiger Praxis in FW- und BW-Richtung durchgeführt werden, parallel zu der Rohrachse angebracht, und die Prüfkopfachse bildet einen Winkel α in Bezug auf die Achse der spiralförmigen Schweißnaht. Bei Montage in der Prüfkopfhalterung wird jeder PA-Prüfkopf mechanisch um einen Winkel θ_L geneigt, wobei sich die Normale des natürlichen Strahlaustrittspunkts auf der Rohroberfläche befindet. Dann wird ein elektronischer Lenkwinkel β_L (nicht abgebildet, dem Fachmann jedoch allgemein bekannt) erzeugt, um eine Kerbe zu erkennen, die in einem Winkel α ausgerichtet ist. Der Lenkwinkel β_L ist der gleiche wie der, der bei der Untersuchung von inneren und äußeren Durchmesserflächen verwendet wird.
Wie in 2 gezeigt ist, steht die Position der ersten Öffnung 20a auf dem linearen PA-Prüfkopf 12a in Beziehung zu der Erkennung der äußeren (OD) Längskerbe LOD, die sich mittig auf der Schweißnahtraupe befindet. Die Entfernung des ersten Elements der ersten Öffnung 20a zum Mittelpunkt der Schweißnaht ist abhängig von der Rohrwanddicke und dem bei dem Vorgang verwendeten Untersuchungswinkel (die Entfernung ändert sich gegenüber dem Rohrdurchmesser nur geringfügig, da der Rohrdurchmesser im Allgemeinen relativ groß ist). Die Öffnung 20b steht in Beziehung zu der Erkennung der inneren Längskerbe LID, für die ein Schenkel des Schallstrahls mehr als die Öffnung 20a verwendet wird.
Die Entfernung zwischen dem Prüfkopf oder, genauer gesagt, die Flanke des Wasserkeils und dem Mittelpunkt der Schweißnaht mit dem Bezugszeichen D_L in 2 wird berechnet, um eine akzeptable Erkennungsleistung aufrechtzuerhalten und eine mechanische Störung zwischen dem Wasserkeil und der Schweißraupe zu vermeiden.
Bei der Optimierung der Entfernung DL wird der Schweißnahtwinkel α berücksichtigt. Das in der vorliegenden Offenbarung beschriebene Verfahren hat die Aufgabe, den Wasserkeil an einer festen Position zu halten, unabhängig von dem Schweißnahtwinkel und unabhängig von der Wanddicke.
Unter Bezugnahme auf 2 wird die Entfernung D_L durch Kombination der folgenden Faktoren bestimmt:

• Mindestwanddicke des Rohrs WT_min, wobei WT (wall thickness) die Wanddicke bezeichnet
• Wasserkeilwinkel θ_L
• Schweißnahtwinkel α
• Breite der Schweißnahtraupe W_R

Die zu 9, 10 und 11 gehörenden Beschreibungen enthalten detaillierte Schritte zur Durchführung jeder Reihe von Untersuchungen D_L.
Es sollte beachtet werden, dass – wie im vorhergehenden Abschnitt ”Hintergrund” in Bezug auf den UP-Schweißprozess beschrieben – während des Schweißens oft eine Ablagerung entsteht, die zu einer großen Schweißraupe führt. Die Breite der Schweißraupe hängt von der Wanddicke des Rohrs ab. Daher könnte es notwendig sein, zwei oder mehr Prüfkopfpositionen in Betracht zu ziehen, einen großen Bereich von Wanddicken vor Beginn der Untersuchungen abzudecken. In diesem Fall erhält man eine optimierte Entfernung D_L für einen gegebenen Bereich von Wanddicken.
Die Erkennung von Durchgangsdefekten (TDH), wie sie in 2 gezeigt sind, ist ähnlich der Untersuchung von Längs-OD-Kerben (LOD) und Längs-ID-Kerben (LID).
Es ist offensichtlich, dass für MWFBH eine aus den Öffnungen 21a (oder Sender T) und 21b (oder Empfänger R) bestehende Tandemanordnung direkt mit dem PA-Prüfkopf umgesetzt werden kann, der zur Erkennung von Längsdefekten, wie in 2 gezeigt, verwendet wird. In diesem Fall ist es das Ziel, die Position der Sende- und Empfangsöffnungen in Abhängigkeit der Wanddicke und des Schweißnahtwinkels α zu berechnen. Weitere Einzelheiten sind in der Abbildung in 3 gezeigt.
Es wird nun auf 3 Bezug genommen. Die Koppelprüfung kann mit den Prüfköpfen 12a und 12b durchgeführt werden, indem der Strahl auf den Rohraußendurchmesser an eine Stelle gelenkt wird, die gleich weit von den zwei Prüfköpfen entfernt ist, dann der erste Prüfkopf aktiviert wird und danach das an der vorhergesagten Öffnung des zweiten Prüfkopfs empfangene Signal überwacht wird. Dieses Verfahren der Koppelprüfung ist ähnlich dem der X-Anordnung, die in herkömmlichen UT-Prüfsystemen für HSAW verwendet wird. Noch besser ist, dass der mittlere Skip-Punkt 301 der zwei gegenüberliegenden Öffnung 20a-20a in den Prüfköpfen 12a bzw. 12b weg von der Schweißzone verlagert werden konnte, um ein Signal zu erhalten, das unabhängig von der Schweißgeometrie ist. Die Koppelprüfung kann in einem unabhängigen Kanal durchgeführt werden, in dem die Senderöffnung und die Empfängeröffnung in den gegenüberliegenden Prüfköpfen zur Zusammenarbeit paarweise angeordnet sind.
Durch die Auswahl von unterschiedlichen Öffnungen (oder Öffnungspositionen) an dem PA-Prüfkopf wird die Erkennung von Außenkerben LOD durch Abtasten der Öffnungen 20a-1, 20a bis 20a-2 oder von Innenkerben LID durch weiteres Abtasten der Öffnungen 20b-1, 20b bis 20b-2 in einem Abtastvorgang ermöglicht. Es kann beachtet werden, dass in dieser Anordnung die Öffnungen in der Gruppe 20a näher liegen als die Öffnungen in der Gruppe 20b. Der Schweißnahtbereich wird somit durch Abtasten der Öffnungen über die Schweißnahtbreite, wie in 3 gezeigt, erreicht.
Untersuchungsverfahren für Querdefekt im Pitch-Catch-Modus
Unter Bezugnahme auf 4 sind auch die Quer-PA-Prüfköpfe parallel zu der Rohrmantellinie angebracht. Die Prüfkopfachse bildet einen Winkel α in Bezug auf die Achse der spiralförmigen Schweißnaht. Ein Paar von Prüfköpfen, das aus einem Sender 14a und einem Empfänger 14b besteht, bildet eine Pitch-Catch-Anordnung, mit der die Schweißnaht in CCW-Richtung abgetastet wird. Bei Montage in der Prüfkopfhalterung werden die PA-Prüfköpfe mechanisch um einen Winkel zur Normalen des natürlichen Strahlaustrittspunkts auf der Rohroberfläche geneigt. Die geneigten Winkel sind mit θ_T und θ_Tr bezeichnet, wie in 4 für die Prüfköpfe 14a und 14c bzw. 14b und 14d gezeigt. Diese Winkel werden auch mechanische Winkel genannt.
Es sollte beachtet werden, dass mechanische Winkel in normalen herkömmlichen Phased-Array-Vorgängen normalerweise bei Null gehalten werden, was bedeutet, dass Phased-Array-Prüfköpfe herkömmlicherweise normal auf den Untersuchungsflächen platziert werden. Jedoch werden hier mechanische Winkel verwendet, die konsistent und deutlich größer als Null sind, in Kombination mit Leitwinkeln, um die Untersuchungsaufgaben der vorliegenden Offenbarung durchzuführen.
Danach wird ein elektronischer Strahl, der über die zwei Öffnungen 401a bzw. 401b mit den Winkeln β_TOD und ß_TrOD (nicht abgebildet, dem Fachmann jedoch allgemein bekannt) gelenkt wird, erzeugt, um im Pitch-Catch-Modus die äußere Kerbe TOD zu erkennen.
Unter Bezugnahme auf 6 wird mit dem gleichen Paar Prüfköpfen ein elektronischer Strahl, der über die zwei Öffnungen 401c bzw. 401d mit den Winkeln β_TID und β_TrID (nicht abgebildet, dem Fachmann jedoch allgemein bekannt) gelenkt wird, erzeugt, um die innere Kerbe TID zu erkennen.
Unter Bezugnahme auf 4 und 6 sind die äußeren und inneren Kerben mit dem Winkel α + π/2 ausgerichtet. Die Entfernung zwischen dem ersten Element jedes Prüfkopfs und der Schweißnahtmitte wird mit D_T bzw. D_{T_R} für die Senderprüfköpfe bzw. die Empfängerprüfköpfe bezeichnet. Die umlaufende Trennung zwischen einem Paar von zwei Prüfkopfmittelpunkten wird mit H bezeichnet.
Wie in 4 gezeigt, wird über den Pitch-Catch-Schallweg, der an der Senderöffnung 401a startet und an der Empfängeröffnung 401b endet, die äußere Kerbe TOD am rechten Rand der Schweißnaht erkannt; gleichermaßen wird, wie in 6 gezeigt, mit dem gleichen Paar Prüfköpfen über den Pitch-Catch-Schallweg, der an der Senderöffnung 401c startet und an der Empfängeröffnung 401d endet, die innere Kerbe TID am rechten Rand der Schweißnaht erkannt. Die Unterscheidung der Erkennung von Kerbe TOD und Kerbe TID wird durch unterschiedliche Brennweiten gesteuert, d. h. die elektrischen Leitwinkel β_TOD und β_TID, β_TrOD und β_TrID sind unterschiedlich, die Positionen der Öffnungen 401a und 401c sind unterschiedlich, und die Positionen der Öffnungen 401b und 401d sind unterschiedlich.
Unter Bezugnahme auf 5, wird das Paar Prüfköpfe 14a und 14b verwendet, um die Öffnungen im P-C-Modus abzutasten. Für den P-C-Modus werden die Öffnungspaare 401a und 401b, 401a-1 und 401b-1 sowie 401a-2 und 401b-2 verwendet, um die gesamte Schweißnaht vom rechten Rand bis zum linken Rand abzudecken. Bei Fortschreiten über die Schweißnaht wird die Kerbe TOD über die Länge der Kerbe abgetastet (die Untersuchungspunkte liegen parallel zu der Mantellinie des Rohrs). Durch das Abtasten der Öffnungen ist es möglich, die volle Breite der Schweißnaht und die vollständige Dicke der Schweißnaht abzudecken.
Ähnlich wie in 7 gezeigt, wird auch die Kerbe TID durch die Öffnungspaare von 401c und 401d bis 401c-2 und 401d-2 abgetastet. Durch das Abtasten der Öffnungen ist es möglich, die volle Breite der Schweißnaht und die vollständige Dicke der Schweißnaht abzudecken.
Wie bemerkt werden kann, sollte gleichermaßen ein zweites Paar Prüfköpfe 14c und 14d für die Untersuchung von TOD- und TID-Kerben in CW-Richtung, wie in 4 bis 7 gezeigt, verwendet werden.
Es sollte beachtet werden, dass wegen der Verwendung des P-C-Modus die umlaufenden Positionen der Paare von Prüfköpfen 14a und Prüfkopf 14b oder 14c und 14d geändert werden müssen, sobald sich der Schweißwinkel oder die Wanddicke ändert. Dies tritt beim Wechsel unter verschiedenen Chargen von Rohren, die untersucht werden, auf. Die Entfernungen D_{T_T} und D_{T_R} sollten sich ebenfalls ändern, wenn zwischen einer Wasserkeilgrundfläche und der Schweißnaht eine geometrische Störung vorhanden ist oder sich ein Prüfkopf zu weit entfernt von der Schweißnaht befindet. Diese Werte können durch Änderungen der Wanddicke und des Schweißwinkels beeinflusst werden, jedoch sind mit Hilfe des Abtastens der Öffnungen nur eine diskrete Werte erforderlich, um eine Anpassung an diese Änderungen bei den Rohrparametern zu erzielen. Die Vorteile des offenbarten P-C-Modus gegenüber den herkömmlichen UT- oder Phased-Array-Verfahren sind wie folgt.
Bei der linearen Abtastung der P-C-Anordnung wird die volle Breite der Schweißnaht größtenteils ohne mechanische Einstellung abgedeckt; und durch die Abdeckung der Breite, wie sie bei der linearen Abtastung erfolgt, wird das Signal-Rausch-Verhältnis im Vergleich zu einem gestreuten Strahl, wie er bei herkömmlichen US-Prüfungen verwendet wird, verbessert. Der Refraktionswinkel der linearen Abtastung ist konstant und liefert gleichmäßige Echosignale über die Breite der Schweißnaht.
Aufgrund der Flexibilität bei der Strahllenkung und der Abtastung von Öffnungen werden sowohl Queraußenkerben (TOD) als auch Querinnenkerben (TID) mit einem Paar Prüfköpfe abgetastet (in CW- oder CCW-Richtung). Durch dieses Merkmal wird die Anzahl der Prüfköpfe verringert.
Unter Bezugnahme auf 7 kann gleichermaßen eine Koppelprüfung mit einem Paar Prüfköpfe 14a und 14c oder 14b und 14d durchgeführt werden, indem der Strahl mit dem ersten Prüfkopf des ersten Paars so auf den Rohrinnendurchmesser gelenkt wird, dass der reflektierte Strahl von dem zweiten Prüfkopf bei einer vorgegebenen Öffnung empfangen wird. Dieses Koppelprüfverfahren ist ähnlich dem der X-Anordnung, die bei herkömmlichen HSAW-Systemen benutzt wird. Noch vorteilhafter ist es, dass der mittlere Skip-Punkt der beiden gegenüberliegenden Öffnungen von der Schweißzone weg verlagert werden könnte, um ein Signal zu erhalten, das von der Schweißnahtgeometrie unabhängig ist. Zum Beispiel kann durch Bewegen der Öffnungspositionen der mittlere Skip-Punkt 701 der Öffnung 401d in Prüfkopf 14b und der Öffnung 401d-2 in Prüfkopf 14d von seiner aktuellen Position nach rechts verlagert werden. Die Koppelprüfung kann in einem unabhängigen Kanal erfolgen, in dem die Senderöffnung und die Empfängeröffnung in einem Paar von gegenüberliegenden Prüfköpfen jeweils zusammenarbeiten.
Untersuchungsverfahren für Schichtungsdefekte
Unter Bezugnahme auf 1 und 8 ist die Schichtungsuntersuchung für die Wärmeeinflusszone (HAZ) vorgesehen, und der lineare PA-Prüfkopf 10 befindet sich auf der oberen Mantellinie des Rohrs, um die Auswirkung der Veränderung des Schweißnahtwinkels zu gering wie möglich zu halten. Die Entfernung L_Min ist der minimale mechanische Abstand, der in der Verschleißplatte erforderlich ist, um der Veränderung des Schweißnahtwinkels Rechnung zu tragen.
Die Veränderung der Schweißraupenbreite mit der Wanddicke muss wiederum bei der Auswertung der Entfernung L_Min berücksichtigt werden. Es könnte notwendig sein, dass mehrere Entfernungen L_Min in Abhängigkeit von der Rohrgröße vorliegen.
Es sollte beachtet werden, dass in der in 8 gezeigten bevorzugten Ausgestaltung nur die Endöffnungen von Prüfkopf 10 für die Schichtungsuntersuchung verwendet werden.
Alternativ kann auch eine Anordnung mit zwei kürzeren PA-Prüfköpfen oder zwei UT-Prüfköpfen anstelle eines langen Prüfkopfs für die HAZ-Untersuchung in Erwägung gezogen werden. In diesem Fall sind die Prüfköpfe immer noch in der gleichen Halterung befestigt, aber getrennt von einer festen Entfernung, die gleich oder kleiner der Mindestbreite L_Min der Schweißraupe ist. Anschließend wird die Abtastung von Öffnungen eingesetzt, um die HAZ abzudecken.
Einrichten der Betriebsparameter
Hier werden beispielhafte Fälle verwendet, um weitere Einzelheiten zum Einrichten von Betriebsparametern für den Einsatz des PA-Systems der vorliegenden Offenbarung vorzulegen. Die folgende Vorgehensweise wird vorzugsweise angewendet, um vor Beginn jeder Charge von Untersuchungen der Prüflinge das PA-System mit bestimmten geometrischen Parametern, wie zum Beispiel Durchmesser und Dicke, korrekt einzurichten. Dies erfolgt entsprechend für die Prüfkopfanordnungen 12a oder 12b in 1 zur Erkennung von Längsdefekten im P-E-Modus und im Tandemmodus und für die Prüfkopfanordnungen 14a–14b oder 14c–14d in 1 für die Erkennung von Querdefekten im P-C-Modus.
Für einen funktionsfähigen Aufbau der Prüfkopfanordnungen in 1, entweder für die Erkennung von Längsdefekten oder für die Erkennung von Querdefekten, ist ein Satz vorgegebener Parameter für Wasserkeil, Prüfkopf, Strahllenkung und relative Positionen zwischen dem Prüfkopfpaar 14a–14b oder 14c–14d in Abhängigkeit von der Rohrgeometrie, der Schweißnahtbreite und des Schweißnahtwinkels erforderlich. Im Vorgang der Parametereinrichtung wird dieser Satz Parameter berechnet, der im Folgenden ”Betriebsparameter” genannt wird.
Ein linearer Prüfkopf liefert zwei elektronisch gesteuerte Achsen, die verwendet werden, um bestimmte mechanische Bewegungen des Prüfkopfs auszugleichen. Bei der einen Achse handelt es sich um die Öffnungsverlagerung entlang des Prüfkopfs und bei der anderen um die Winkellenkfähigkeit. Der Umfang für den Ausgleich der mechanischen Bewegungen der Erkennungen von Längsdefekten und der Erkennungen von Querdefekten müssen jeweils in dem Vorgang der Parametereinrichtung analysiert werden.
Betriebsparameter für die Untersuchung der Längsdefekte im P-E-Modus
Wie oben beschrieben, sind die in 1 gezeigten Prüfköpfe 12a oder 12b so angeordnet, dass sie zur Erkennung von Längs-ID- und Längs-AD-Kerben im P-E-Modus arbeiten. Um die Anzahl der verwendeten Prüfköpfe zu reduzieren, wird der gleiche Satz Prüfköpfe im Tandemmodus für die Erkennung von MWFBH (siehe 2) benutzt. Die Erkennung von MWFBH wird bei größeren Rohrwanddicken benötigt, wie zum Beispiel 12 mm oder darüber.
Um zu verhindern, dass der Raum zwischen der Wasserkeilgrundfläche und dem Rand der Schweißnaht zu klein wird, wird die Strahl-Skip-Nummer zur Erkennung von Längs-ID-Kerben vorzugsweise auf 1,5 gesetzt und die zur Erkennung von AD-Kerben auf 1.
Der Vorgang zur Berechnung der Betriebsparameter für diese Erkennungen ist in 9 beschrieben, die mit Hilfe von 10 und 11 besser verstanden werden kann. Eine Bedingung, die notwendig ist, um die Betriebsparameter festlegen zu können, ist es, dass der Winkel der Schweißnaht α in 11 nicht unerwünscht klein ist. Der Grund hierfür ist dem Fachmann bekannt, denn ansonsten kann die gesamte Breite der Schweißnaht von dem Prüfkopf, der parallel zu der Rohrachse angeordnet ist, nicht effizient abgedeckt werden. Diese Bedingung gilt, weil Rohre mit HSAW der Schweißnahtwinkel α immer größer als 50 Grad ist.
Unter Bezugnahme auf 9, beschreibt Schritt 901 die erforderlichen Eingabeparameter, zu denen die folgenden gehören:

– Rohrparameter: Durchmesser, Dicke, Schergeschwindigkeit und Schweißnahtwinkel;
– Prüfkopfparameter: Öffnungsgröße und Elementsteigung;
– Wasserkeilparameter: mechanischer Winkel 81, der durch Maximieren der untersuchbaren Schweißnahtbreite ausgewählt wird, und Wassersäule.

In Situationen, in denen Rohre mit größerer Wanddicke untersucht werden müssen und ein zu untersuchendes MWFBH zu erwarten ist (siehe MWFBH in 10 oder in 11, in denen der flache Boden des Lochs durch den Schnittpunkt der Zwischenwand 1007 und der Mittelnaht 1107 definiert ist), muss außerdem die Entfernungstoleranz für den zurückkehrenden Strahl 1004f an dem Prüfkopf 12a bestimmt werden.
In Schritt 902 sind die Details zu den Parameterberechnungen für den Fall, dass es keine MWFBH gibt, wie folgt:

• Berechnung des Lenkwinkels, der einen normalen Einfall zur Schweißlinie ermöglicht.
• Berechnung der Strahl-Skip-Punkte für Untersuchungen von Längs-ID- und Längs-AD-Kerben. Der Schallweg erstreckt sich von 12a, 1002a bis d und zurück nach 12a, wie in 10 gezeigt.
• Bestimmung der maximal untersuchbaren Schweißnahtbreite 1112W _B1 für die Untersuchung von ID- und AD-Kerben.
• Bestimmung der Start- und Endeblendenpositionen, 1103a und 1103b, wie in 10 gezeigt, gemäß der maximal untersuchbaren Schweißnahtbreite.
• Bestimmung der Prüfkopflänge und der Mindestanzahl von Elementen, die zur Durchführung der Untersuchung notwendig ist.

Wie in 10 gezeigt, startet der Schallweg an einer Blende in Prüfkopf 12a, verläuft dann durch die Skip-Punkte 1002a bis d und endet an der gleichen Blende in Prüfkopf 12a. Eine Längs-AD-Kerbe wird an dem Skip-Punkt 1002c durch die Eckfalle erkannt, und eine Längs-ID-Kerbe wird an 1002d durch die Eckfalle erkannt. Die in 11 gezeigte untersuchbare Schweißnahtdicke W_B1, die durch die Schweißnahtränder 1108a und 1008b festgelegt ist, wird durch das Kriterium bestimmt, dass der Schweißraupenbereich Strahlaussetzer nicht effizient unterstützen kann.
Ist eine Erkennung des MWFBH erforderlich (nur bei Rohren mit starker Wanddicke), erfolgt der Vorgang in einer Schleife, die aus den Schritten 904–906 besteht. In Schritt 904 setzt das Modul den anfänglichen Strahllenkungswinkel für die Senderblende 1005a von 11. In Schritt 905 werden dann die in 10 und 11 gezeigten Schallwege 1105a, 1004a–1004f, die bei der Rückkehr zu Blende 1105b enden, berechnet. In Schritt 906 wird geprüft, ob der Strahl den Prüfkopf 12a innerhalb der Entfernungstoleranz quert. Falls ja, wird mit Schritt 907 fortgefahren, wenn nicht, wird zu Schritt 904 zurückgekehrt.
Seit der Erkennung des MWFBH, bei der insgesamt weniger ID- und AD-Skips im Tandemmodus verwendet werden, muss bewirkt werden, dass sich die zugehörigen Blenden dem Schweißnahtrand oder den näher an der Schweißnaht befindlichen ID- und AD-Skip-Punkten nähern, und so die untersuchbare Schweißnahtbreite verringern. Daher muss die zuvor erhaltene untersuchbare Schweißnahtbreite W_B1 überarbeitet oder auf die Schweißnahtbreite W_B2 reduziert werden, die durch die Schweißnahtränder 1107a und 1107b, die in 11 gezeigt sind, definiert ist. Dies erfolgt in Schritt 907.
Es sollte beachtet werden, dass sich der Strahl, der in 11 bei Blende 1105a startet und bei Blende 1105b ankommt, nicht in der gleichen Strahlebene des Prüfkopfs befinden und daher eine falsche Winkelausrichtung in Bezug auf irgendeine Blende in Prüfkopf 12a, der bei jedem beliebigen Lenkwinkel empfängt, aufweisen kann. Dies wird noch detaillierter in 12 erläutert. Der Strahlvektor B, der bei Prüfkopf 12a ankommt, verläuft nicht parallel zu Vektor A, der von jeder beliebigen Blende in dem Prüfkopf erzeugt wird. Es gibt immer einen Vektor A, der zu der Strahlebene von Prüfkopf 12a gehört und dessen Richtung der von Vektor B am nächsten kommt. Um die Parameter korrekt einzurichten, wird die Richtung von Vektor A als Lenkwinkel zum Empfang von Strahl 1004f in 10 gewählt.
Diese falsche Winkelausrichtung könnte die Empfangsempfindlichkeit herabsetzen. Jedoch wurde nach umfangreichen Berechnungen für den gesamten Durchmesserbereich von HSAW-Rohren, der von 16'' (406,4 mm) bis 100'' (2540 mm) reicht, beobachtet, dass der falsch ausgerichtete Winkel nie größer als 2 Grad ist, was tatsächlich ein sehr kleiner Winkel in Relation zu dem Strahlstreuwinkel von 2,25-MHz-Prüfköpfen ist.
Es sollte beachtet werden, dass dieser Ansatz, bei dem Vektor A in Näherung an Vektor B verwendet wird, einen weiteren neuartigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung darstellt und es ermöglicht, dass mit einem einzigen Prüfkopf, wie zum Beispiel 12a oder 12b, die Längsdefekte untersucht werden können und dass bei der Untersuchung von Querdefekten mit einem einzigen Paar Prüfköpfen, wie zum Beispiel 14a und 14b oder 14c und 14d, sowohl CD- als auch ID-Kerben untersucht werden können.
Es sollte beachtet werden, dass die Senderblende 1105a und die Empfängerblende 1105b in 11 zur Erkennung des MWFBH ausgetauscht werden können, ohne dass dies das Ergebnis der Parametereinrichtung beeinträchtigt.
Im letzten Schritt 908 liegen die Parameter für die Anordnung des Prüfkopfs 12a oder 12b in 1 wie folgt vor.

• Strahllenkwinkel für die Untersuchung von ID- und AD-Kerben und Blendenpositionen an Prüfkopf 110112a;
• Entfernung zwischen Prüfkopfrand und Mittelpunkt der Schweißnaht D_LDL;
• Maximale untersuchbare Schweißnahtbreite W_B1B1112;
• Erforderliche Mindestanzahl an Prüfkopfelementen;
• Alle Refraktionswinkel.

Gibt es ein MWFBH, das zu erkennen ist, sind die Ergebnisse aus der Routine 904–907 für dieses Szenario für folgende Parameter gegeben.

• Strahllenkwinkel beim Senden zur Erkennung des MWFBH und Refraktionswinkel;
• Strahllenkwinkel beim Empfangen zur Erkennung des FBH und Refraktionswinkel;
• Überarbeitete maximale untersuchbare Schweißnahtbreite W_B2B;
• Sender- und Empfängerblendenpositionen 1105a und 1105b.

Unter Bezugnahme auf die beispielhafte Strahlverfolgung oder die beispielhafte Einrichtung der Betriebsparameter in 10 und 11, ermöglicht folglich bei einer Änderung des Schweißnahtwinkels α ohne Prüfkopfbewegung die Strahllenkung des Phased-Array-Prüfkopfs einen rechtwinkligen Strahleinfall auf die Schweißnaht mit Winkel a, während die Blenden 1103a bis 1103b für die lineare Abtastung eine bestimmte Schweißnahtbreite für die Erkennung sowohl von ID- als auch AD-Kerben mit einem konstanten Refraktionswinkel ausreichend abdecken; gleichermaßen kann bei der Abdeckung des MWFBH die Winkellenkung von zwei Blenden 1105a und 1105b in Kombination mit einer Translation der beiden Blenden verwendet werden. Ändert sich die Wanddicke, aber es gibt dennoch keinen geometrischen Konflikt zwischen der Wasserkeilgrundfläche und dem Schweißnahtrand, kann eine Translation der Blenden ohne Prüfkopfbewegung in Prüfkopf 12a entlang der Rohrachse in der Nähe der Schweißnaht oder auch weiter entfernt davon erfolgen (eine Änderung der Dicke erfordert nicht unbedingt eine Änderung der Lenkwinkel).
Einrichten der Betriebsparameter für die Untersuchung der Querdefekt im P-C-Modus
Wie oben beschrieben ist das Paar Prüfköpfe, die mit 14a–14b oder 14c–14d in 1 bezeichnet sind, so angeordnet, dass sie zur Erkennung sowohl von Quer-ID- als auch von Quer-AD-Kerben (TOD bzw. TID in 14b) arbeiten. Die Vorgehensweise, die in 13 für die Berechnung der Betriebsparameter, die für das korrekte Einrichten des PA-Systems erforderlich sind, gezeigt sind, wird wie folgt beschrieben (und kann mit Hilfe der 14a und 14b noch besser verstanden werden).
Unter Bezugnahme auf 13 werden in Schritt 1301 die folgenden Prüfbedingungsparameter in das PA-System eingegeben.

• Rohrparameter: Durchmesser, Dicke, Schergeschwindigkeit und Schweißnahtwinkel;
• Prüfkopfparameter: Blendengröße und Elementsteigung;
• Wasserkeilparameter für Sender 14a: Wasserkeilwinkel θ_T, der zum Maximieren der untersuchbaren Schweißnahtbreite ausgewählt wird, Wassersäule und Wellengeschwindigkeit in Wasser;
• Wasserkeilparameter für Empfänger 14b: Wassersäule;
• Strahlteilungswinkel bei Erkennung von Quer-AD-Kerben zwischen dem einfallenden Strahl und dem reflektierten Strahl. Dieser Winkel wird durch Maximieren der untersuchbaren Schweißnahtbreite gewählt.
• Grenzwertbedingungen: Maximaler Refraktionswinkel (z. B. < 70 Grad), maximaler elektrischer Lenkwinkel (z. B. < 24 Grad) und maximaler Wasserkeilwinkel θ_Tr für den Empfänger 14b (z. B. < 22 Grad).
• Entfernungstoleranz für den zurückkehrenden Strahl an dem Empfänger 14b zur Erkennung von ID-Kerben.

Es gibt jeweils 2 Schritte für den Vorgang der Parametereinrichtung zur Erkennung von Quer-AD-Kerben und zur Erkennung von Quer-ID-Kerben, wobei das gleiche Paar Prüfköpfe 14a–14b oder 14c–14d in 1 verwendet wird.
In Schritt 1302 werden die Berechnungsschritte beschrieben, um die Parameter für die Erkennung von Quer-OD-Kerben TOD zu erhalten. In diesem Schritt gibt es keine Näherung in Bezug auf die Strahlverfolgung. Insbesondere erhält man die maximal untersuchbare Schweißnahtbreite 1409, die durch die Schweißnahtränder festgelegt und mit 1410a und 1401b auf der Außenfläche bezeichnet sind. Jeglicher Teil der Queraußenkerbe TOD, die sich mit der Schweißnaht bewegt, wird erkannt, indem sie auf den Strahl-Skip-Punkt 1403c einer der P-C-Modus-Blenden zwischen 1405a (1405b) und 1405c (1405d) trifft.
Insbesondere umfasst Schritt 1302 folgende Aktionen für die Berechnung:

• Berechnung der Lenkwinkel der Senderblende 1405a und der Empfängerblende 1405b im Pitch-Catch-Modus und des mechanischen Winkels des Senders 14a durch Maximieren der untersuchbaren Schweißnahtbreite (gleiches gilt für ID und OD).
• Nach der obigen Berechnung erhält man in 14(a) die Position des Empfängers 14b und die der untersuchbaren Schweißnahtbreite in Bezug auf die Position des Empfängers 14a. Man erhält den mechanischen Winkel des Empfängers 14b. Die Skip-Punkte 1403a bis 1403e werden gleichzeitig berechnet.
• Bestimmung des linearen Abtastbereichs, der bei der Position der Senderblende 1405c endet. Falls sich der Skip-Punkt 1403h in der Schweißnaht befindet, verringert sich die maximal untersuchbare Schweißnahtbreite 1409 entsprechend.

In Schritt 1303 wird unter Bezugnahme auf 14b und auf Grundlage der oben erhaltenen nicht elektronische gesteuerten Parameter, d. h. der relativen Positionen zwischen den Prüfköpfen 14a, 14b und der Schweißnaht und dem Wasserkeilwinkel des Empfängers 14b, wird der Strahl 1404h, der von der Quer-ID-Kerbe TID zurückkehrt, berechnet. Die mit der Schweißnaht fahrende Kerbe wird an dem ID-Skip-Punkt 1404d erkannt, indem die Blendenposition und die Lenkwinkel sowohl in der Senderblende 1406a und der Empfängerblende 1406b (siehe Schallweg 14a, 1404a–g bis 14b in 14(a)) verändert werden. Der Distanzfehler des zurückkehrenden Strahls, der an der Empfängerblende 1406b ankommt, sollte innerhalb der eingegebenen Entfernungstoleranz liegen. Dann wird der Abtastbereich (d. h. die Positionen der Blenden 1406c und 1406d) gemäß der maximal untersuchbaren Schweißnahtbreite 1409 berechnet.
Es sollte beachtet werden, dass der Strahl, der bei Blende 1406a startet und bei Blende 14b ankommt, nicht in der Strahlebene von Prüfkopf 14b liegen darf und daher eine gewisse falsche Winkelausrichtung in Bezug auf eine beliebige Blende in dem Prüfkopf 14b, der bei jedem beliebigen Lenkwinkel empfängt, aufweisen kann. Dies ist in 12 erklärt. Der Strahlvektor B, der bei Prüfkopf 14b ankommt, verläuft nicht parallel zu Vektor A, der von jeder beliebigen Blende in dem Prüfkopf erzeugt wird. Es gibt immer einen Vektor A, der zu der Strahlebene von Prüfkopf 14b gehört und dessen Richtung der von Vektor B am nächsten kommt. Für das hier offenbarte Strahlverfolgungs- oder Parametereinrichtungsverfahren wird die Richtung von Vektor A als Lenkwinkel zum Empfang von Strahl 1404h in 14(b) gewählt.
Diese falsche Winkelausrichtung könnte die Empfangsempfindlichkeit herabsetzen. Jedoch wurde nach umfangreichen Berechnungen für den gesamten Durchmesserbereich von Rohren mit HSAW, der von 16'' (406,4 mm) bis 100'' (2540 mm) reicht, beobachtet, dass der falsch ausgerichtete Winkel nie größer als 2 Grad ist, was tatsächlich ein sehr kleiner Winkel in Relation zu dem Strahlstreuwinkel von 2,25-MHz-Prüfköpfen ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 14b sollte beachtet werden, dass die Senderblende 1406a und die Empfängerblende 1406b zur Erkennung von Quer-ID-Kerben vertauscht werden können, ohne dass dies das Ergebnis der Parametereinrichtung beeinträchtigt.
Es sollte außerdem beachtet werden, dass man die Position und der mechanische Winkel des Empfängerprüfkopfs 14b auch erhalten kann, indem zuerst die Quer-ID-Kerbe ohne Näherung in Bezug auf die Strahlverfolgung während der Einrichtung der Betriebsparameter erkannt wird und dann der Empfangslenkwinkel von Prüfkopf 14b für die Erkennung von Quer-AD-Kerben bestimmt wird, indem die falsche Winkelausrichtung auf ein Minimum beschränkt wird.
Schritt 1303 wird wie folgt zusammengefasst:

• Berechnung der Lenkwinkel der Senderblende 1406a und der Empfängerblende 1406b im Pitch-Catch-Modus durch Minimieren der Entfernung zwischen dem Empfänger 1402b und dem empfangenen Strahl durch Punkt 1404g, dessen Schallweg von 1406a bis 1406b verläuft und am Ende der Kerbe 1408TID bei Skip-Punkt 1404d reflektiert wird.
• Die Berechnung stoppt, wenn der Fehler innerhalb der Entfernungstoleranz ist.

Schließlich werden in Schritt 1304 die Parameter für die Anordnung des Prüfkopfpaars 14a–14b oder 14c–14d in 1 ausgegeben.
Unter Bezugnahme auf das Ergebnis der beispielhaften Parametereinrichtung von 14(b) und bei einer Prüfkopfbewegung nur in Richtung entlang der Schweißnaht deckt die lineare Abtastung eine bestimmte Schweißnahtbreite für die Erkennung sowohl von ID- als auch von OD-Kerben bei einem konstanten Refraktionswinkel ab. Das Merkmal kann eine gewisse mechanische Bewegung der Prüfköpfe entlang der Rohrachse kompensieren, solange es keinen geometrischen Konflikt zwischen der Wasserkeilgrundfläche und der OD-Schweißnahtkante gibt. Jedoch führt aufgrund des P-C-Modus eine Änderung des Schweißnahtwinkels α oder eine Änderung der Wanddicke zu einer Neupositionierung des Senderprüfkopfs 14a und des Empfängerprüfkopfs 14b in Umfangsrichtung des Rohrs.
Auf Grundlage der oben aufgeführten Lehren der besonderen Kenntnis und der neuartigen Behandlung des Vorgangs für die Einrichtung der Betriebsparameter, insbesondere in Bezug auf die Prüfkopfanordnung, wie sie in der vorliegenden Offenbarung beschrieben ist, sollte der Fachmann die detaillierte Berechnung des Sets von Betriebsparametern erhalten. Zusammenfassend schließen die Lehren über die Einrichtung der Betriebsparameter die Kenntnis und das Erreichen des gewünschten Bereichs und der Auflösung für ID und OD für die vollständige Breite der Schweißnaht ein, ohne dass die Prüfköpfe einer mechanische Einstellung bedürfen, indem eine Kombination aus Schallwegen, Skip-Punkten, mechanischem Winkel und Lenkwinkeln und der Art der Näherung verwendet wird.
Die Notwendigkeit einer mechanischen Einstellung des Prüfkopfwinkels kann alternativ durch Verwendung des Matrix-PA-Prüfkopfs beseitigt werden, für den man den elektronischen Leitwinkel in allen Richtungen erhalten kann. Ansonsten wäre die Verwendung eines solchen Prüfkopfs für die Untersuchung von Rohren mit HSAW im Rahmen der Erfindung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 3552191 [0016, 0017]
US 3868847 [0016, 0017]
US 4131026 [0016, 0017]
US 5583292 [0018]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„DNV-OSOF101 ANHANG D” (Absatz 1311, 1312 und 1313, im Folgenden „Standard” genannt) [0011]

Claims

Verfahren für die Durchführung einer Ultraschalluntersuchung, mit der eine spiralförmige Spiralnaht eines Rohr mit Hilfe eines Ultraschall-Phased-Array-Systems untersucht wird, welches einen Satz Phased-Array-Prüfköpfe umfasst, wobei das Rohr eine Innen- und eine Außenfläche aufweist und wobei die Prüfköpfe jeweils zwei Enden und eine aktive Prüfkopfachse aufweisen und jeder der Prüfköpfe auf der Außenfläche des Rohrs positioniert ist und seine jeweilige aktive Achse in einer Linie mit der axialen Längsachse des Rohrs ausgerichtet ist und jeder der Prüfköpfe eine Vielzahl von Blenden aufweist, wobei der Satz Prüfköpfe gemeinsam eine Abtastbewegung entlang und unmittelbar benachbart zu der spiralförmigen Schweißnaht aufweisen, wobei die Positionen der Prüfköpfe im Wesentlichen fest in Relation zueinander bleiben, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Verwendung mindestens eines ersten Prüfkopfs, der über der Schweißnaht positioniert ist und die Axiallinie des Rohrs überlappt, um an der Schweißnaht befindliche Schichtungsdefekte zu untersuchen, b) Verwendung mindestens eines zweiten Paars linearer Prüfköpfe, die auf gegenüberliegenden Seites der Schweißnaht auf eine Weise positioniert sind, die es ermöglicht, dass ihre Brennweiten einander zugewandt und gleichzeitig auf den gleichen allgemeinen Bereich der Schweißnaht gerichtet sind, um die standardmäßig bekannten Arten von an der Schweißnaht befindlichen Längsdefekten vollständig zu untersuchen, c) Verwendung mindestens eines dritten und eines vierten Paars linearer Prüfköpfe, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten der Schweißnaht auf eine Weise positioniert sind, die es ermöglicht, dass die jeweiligen Paare von Brennweiten einander zugewandt und gleichzeitig auf den gleichen entsprechenden allgemeinen Bereich der Schweißnaht gerichtet sind, um die standardmäßig bekannten an der Schweißnaht befindlichen Querdefekte vollständig zu untersuchen, und wobei die Untersuchung in einem einzigen Arbeitsgang der Abtastbewegung über die spiralförmige Schweißnaht durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Satz Prüfköpfe gemeinsam nur entlang der Schweißnaht bewegbar ist und die Prüfköpfe im Wesentlichen in allen Richtungen außer der entlang der Schweißnaht befestigt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Entfernung zwischen dem ersten Element jeder Blende und dem Mittelpunkt der Schweißnaht für jedes entsprechend arbeitende Paar Blenden gleich ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei nur die Blenden während der Untersuchung aktiv sind, die sich näher an den beiden Enden des ersten Prüfkopfs befinden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei einige der Blenden des zweiten Paars Prüfköpfe im Pulse-Echo-Modus betrieben werden und so ausgelegt sind, dass eine Kombination aus Blendenabtastung, mechanischem Winkel und Lenkwinkeln des jeweiligen Prüfkopfs verwendet wird, um Längskerben zu untersuchen, die sich möglicherweise an jeder beliebigen Stelle der Schweißnaht befinden, einschließlich Stellen, die sich nahe der Innen- und Außenfläche befinden, über die volle Breite und über die vollständige Dicke der Schweißnaht.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das zweite Paar Prüfköpfe jeweils im Puls-Echo-Modus betrieben wird, um eine Seite der Längskerben zu untersuchen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei einige der Blenden des zweiten Paars Prüfköpfe im Tandemmodus betrieben wird und so ausgelegt werden können, dass beide Seite von Flachbodenbohrungen in der Zwischenwand des Rohrs untersucht werden können.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine vorgegebene Gruppe von Blenden des dritten und des vierten Paars von Prüfköpfen im Pitch-Catch-Modus betrieben werden, und zwar mit Hilfe einer Kombination aus Blendenabtastung, mechanischem Winkel und Lenkwinkeln des jeweiligen Prüfkopfs, um Querkerben zu untersuchen, die sich möglicherweise an jeder beliebigen Stelle der Schweißnaht befinden, einschließlich Stellen, die sich nahe der Innen- und Außenfläche befinden, und über die volle Breite der Schweißnaht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das dritte und das vierte Paar Prüfköpfe gleichzeitig verwendet werden, um die Querdefekte gleichzeitig in rechtsdrehender bzw. linksdrehender Richtung zu untersuchen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Blendenabtastung auf eine Weise durchgeführt wird, dass die Blenden in entsprechenden Paaren von Prüfköpfen sequenziell in Paaren für den Pitch-Catch-Betrieb angeordnet sind, um die volle Breite und die vollständige Breite der Schweißnaht nach Querdefekten abzutasten, einschließlich der Innen- und Außenflächen der Schweißnaht.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner einen Schritt der Koppelprüfung umfassend, bei der eine Prüfbrennweite, die von einer Blende eines Paars Prüfköpfe auf das Rohr angewendet wird, im Vergleich zu einer erwarteten Empfangsblende des entsprechenden Prüfkopfs des betreffenden Paars Prüfköpfe geprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Verwendung des zweiten Paars Prüfköpfe ferner einen zweiten Einrichtvorgang für die Einrichtung von Betriebsparametern umfasst, wobei der zweite Einrichtvorgang folgende Schritte umfasst: a) Analysieren eines Schallwegs einer Blende eines zweiten Paars Prüfköpfe, der an einer Blende an einem Ende eines zweiten Paars Prüfköpfe beginnt und die am weitesten entfernte Seite der Schweißnaht erreicht, auf der sich möglicherweise einer der Defekte befindet, wobei ein zurückkehrender Strahl an einer Empfängerblende des Prüfkopfs endet und der Schallweg die Verwendung mindestens eines mechanischen Winkels und von Lenkwinkeln involviert, b) Auswerten, ob sich der zurückkehrende Strahl innerhalb einer vorgegebenen Entfernungstoleranz befindet, c) Berechnen einer maximal untersuchbaren Schweißnahtbreite, die größer sein sollte als eine vorgegebene Schweißnahtbreite, die untersucht werden muss, d) Bestimmen der Betriebsparameter, einschließlich der jeweiligen Positionen des zweiten Paars Prüfköpfe, des mechanischen Winkels und der Lenkwinkel der Blenden, die zur Untersuchung der Längsdefekte verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Verwendung des dritten Paars Prüfköpfe ferne einen dritten Einrichtvorgang für die Einrichtung von Betriebsparameter umfasst, wobei der dritte Einrichtvorgang folgende Schritte umfasst: a) Analysieren eines Schallwegs, der an einer Blende an einem Ende des dritten oder des vierten Paars Prüfköpfe beginnt und die am weitesten entfernte Seite der Schweißnaht erreicht, auf der sich möglicherweise einer der Querdefekte befindet, wobei ein zurückkehrender Strahl an einer Empfängerblende des entsprechenden Prüfkopfs des entsprechenden Paars endet und der Schallweg die Verwendung mindestens eines mechanischen Winkels und von Lenkwinkeln involviert, b) Auswerten, ob sich der zurückkehrende Strahl innerhalb einer vorgegebenen Entfernungstoleranz befindet, c) Berechnen einer maximal untersuchbaren Schweißnahtbreite, die größer sein sollte als eine vorgegebene Schweißnahtbreite, die untersucht werden muss, d) Bestimmen der Betriebsparameter, einschließlich der jeweiligen Positionen des dritten oder vierten Paars Prüfköpfe, des mechanischen Winkels und der Lenkwinkel der Blenden, die zur Untersuchung der Querdefekte verwendet werden.
Phased-Array-System, ausgelegt für die Durchführung einer Ultraschalluntersuchung, mit der eine spiralförmige Spiralnaht eines Rohr untersucht wird, wobei das Rohr eine Innen- und eine Außenfläche aufweist und das System einen Satz Phased-Array-Prüfköpfe aufweist und mit diesem elektronisch gekoppelt ist, und wobei die Prüfköpfe jeweils zwei Enden und eine aktive Prüfkopfachse aufweisen und jeder der Prüfköpfe auf der Außenfläche des Rohrs positioniert ist und seine jeweilige aktive Achse in einer Linie mit der axialen Längsachse des Rohrs ausgerichtet ist und jeder der Prüfköpfe eine Vielzahl von Blenden aufweist, wobei der Satz Prüfköpfe gemeinsam eine Abtastbewegung entlang und unmittelbar benachbart zu der spiralförmigen Schweißnaht aufweisen, wobei die Positionen der Prüfköpfe im Wesentlichen fest in Relation zueinander bleiben, wobei der Satz Prüfköpfe Folgendes umfasst: a) Verwendung mindestens eines ersten linearen Prüfkopfs, der über der Schweißnaht positioniert ist und die Axiallinie des Rohrs überlappt, um die an der Schweißnaht befindliche Schichtung zu untersuchen, b) Verwendung mindestens eines zweiten Paars linearer Prüfköpfe, die auf gegenüberliegenden Seites der Schweißnaht auf eine Weise positioniert sind, die es ermöglicht, dass ihre Brennweiten einander zugewandt und gleichzeitig auf den gleichen allgemeinen Bereich der Schweißnaht gerichtet sind, um die standardmäßig bekannten Arten von an der Schweißnaht befindlichen Längsdefekten vollständig zu untersuchen, c) Verwendung mindestens eines dritten und eines vierten Paars linearer Prüfköpfe, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten der Schweißnaht auf eine Weise positioniert sind, die es ermöglicht, dass die jeweiligen Paare von Brennweiten einander zugewandt und gleichzeitig auf den gleichen entsprechenden allgemeinen Bereich der Schweißnaht gerichtet sind, um die standardmäßig bekannten an der Schweißnaht befindlichen Querdefekte zu untersuchen, und d) wobei das Phased-Array-System ferner mindestens ein Längsmodul für Betriebsparameter und mindestens ein Quermodul für Betriebsparameter umfasst, mit denen das System zur Untersuchung der vollen Breite der Schweißnaht sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenfläche in einem Arbeitsgang der Abtastbewegung ausgelegt wird.
System nach Anspruch 14, wobei der erste lineare Prüfkopf im Puls-Echo-Modus betrieben wird und nur die Blenden während der Untersuchung aktiv sind, die sich näher an den beiden Enden des ersten Prüfkopfs befinden.
System nach Anspruch 14, wobei einige der Blenden des zweiten Paars Prüfköpfe im Puls-Echo-Modus betrieben werden und unter Verwendung einer Kombination aus Blendenabtastung, mechanischem Winkel und Lenkwinkel des jeweiligen Prüfkopfs ausgelegt werden, um Längskerben zu untersuchen, die sich möglicherweise an einer beliebigen Stelle der Schweißnaht befinden, einschließlich Stellen in der Nähe der Innen- und Außenfläche, über die volle Breite und über die vollständige Dicke der Schweißnaht, wobei das zweite Paar Prüfköpfe jeweils so betrieben wird, dass es eine Seite der Längskerben untersucht.
System nach Anspruch 14, wobei einige der Blenden des zweiten Paars Prüfköpfe im Tandemmodus betrieben werden und zur Untersuchung beider Seiten von Flachbodenbohrungen in der Zwischenwand des Rohrs ausgelegt werden können.
System nach Anspruch 14, wobei eine vorgegebene Gruppe der Blenden des dritten und des vierten Paars Prüfköpfe im Pitch-Catch-Modus unter Verwendung einer Kombination aus Blendenabtastung, mechanischem Winkel und Lenkwinkeln des jeweiligen Prüfkopfs betrieben wird, um Querkerben zu untersuchen, die sich möglicherweise an einer beliebigen Stelle der Schweißnaht befinden, einschließlich Stellen in der Nähe der Innen- und Außenfläche, über die volle Breite der Schweißnaht.
System nach Anspruch 14, wobei das dritte Paar und das vierte Paar Prüfköpfe gleichzeitig verwendet werden, um die Querdefekte gleichzeitig in rechtsdrehender bzw. linksdrehender Richtung zu untersuchen.
System nach Anspruch 14, wobei die Blendenabtastung auf eine Weise durchgeführt wird, dass die Blenden in entsprechenden Paaren von Prüfköpfen sequenziell in Paaren für den Pitch-Catch-Betrieb angeordnet sind, um die volle Breite und die vollständige Breite der Schweißnaht nach Querdefekten sowohl auf der Innen- als auch der Außenfläche abzutasten.
System nach Anspruch 14, wobei das Längsmodul für Betriebsparameter zur Durchführung der folgenden Aufgaben ausgelegt ist: a) Berechnen eines Schallwegs, der an einer Blende an einem Ende eines zweiten Paars Prüfköpfe beginnt und die am weitesten entfernte Seite der Schweißnaht erreicht, auf der sich möglicherweise einer der Defekte befindet, wobei ein zurückkehrender Strahl an einer Empfängerblende des Prüfkopfs endet und der Schallweg die Verwendung mindestens eines mechanischen Winkels und von Lenkwinkeln involviert, b) Auswerten, ob sich der zurückkehrende Strahl innerhalb einer vorgegebenen Entfernungstoleranz befindet, c) Berechnen einer maximal untersuchbaren Schweißnahtbreite, die größer sein sollte als eine vorgegebene Schweißnahtbreite, die untersucht werden muss, d) Bestimmen der Betriebsparameter, einschließlich der jeweiligen Positionen des zweiten Paars Prüfköpfe, des mechanischen Winkels und der Lenkwinkel der Blenden, die zur Untersuchung der Längsdefekte verwendet werden.
System nach Anspruch 14, wobei das Quermodul für Betriebsparameter zur Durchführung der folgenden Aufgaben ausgelegt ist: a) Berechnen eines Schallwegs, der an einer Blende an einem Ende eines dritten Paars Prüfköpfe beginnt und die am weitesten entfernte Seite der Schweißnaht erreicht, auf der sich möglicherweise einer der Querdefekte befindet, wobei ein zurückkehrender Strahl an einer Empfängerblende des Prüfkopfs endet und der Schallweg die Verwendung mindestens eines mechanischen Winkels und von Lenkwinkeln involviert, b) Auswerten, ob sich der zurückkehrende Strahl innerhalb einer vorgegebenen Entfernungstoleranz befindet, c) Berechnen einer maximal untersuchbaren Schweißnahtbreite, die größer sein sollte als eine vorgegebene Schweißnahtbreite, die untersucht werden muss, d) Bestimmen der Betriebsparameter, einschließlich der jeweiligen Positionen des dritten oder vierten Paars Prüfköpfe, des mechanischen Winkels und der Lenkwinkel der Blenden, die zur Untersuchung der Querdefekte verwendet werden.