DE1648731A1

DE1648731A1 - Ultraschall-Sonde

Info

Publication number: DE1648731A1
Application number: DE19671648731
Authority: DE
Inventors: Richard Lewis
Original assignee: Stewarts and Lloyds Ltd
Current assignee: Stewarts and Lloyds Ltd
Priority date: 1966-08-24
Filing date: 1967-08-16
Publication date: 1972-08-10
Also published as: NL6711626A; US3555891A; NO125522B; AT285211B; CH475801A; LU54372A1; BE702995A; DE1648731B2; GB1201261A; DK123322B; DE1648731C3; SE335805B

Description

5696-57; Dr.Sd/sch I 648731

(Advice Note No. 4475;
G/PJ/L.79S2F)

Stewarts and Lloyds Limited,.Glasgow, C. 1., Schottland, Groi3britannien

Ultraschall-Sonde

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Ultraschall-Sonden. In einer Ultraschall-Sonde wird ein Flüssigkeitsstrahl zur Ankopplung eines Ultraschall-Generators an ein Prüfobjekt benutzt, wobei der Flüssigkeitsstrahl den Weg für die Ultraschall energie von dem Generator zu dem Prüfobjekt darstellt.

Ein Zweck der Erfindung besteht darin, eine Ultraschall- ^ Sonde anzugeben, welche besonders in denjenigen Fällen geeignet ist, in denen die Sonde und die Oberfläche des PrüfObjekts sich mit einer hohen Relativgeschwindigkeit gegeneinander bewegen. Jedoch ist die Erfindung auch für die Beniteung bei ruhenden Prüfobj ekt en anwendbar.

Gernäß der Erfindung hat die Ultraschall-Sonde einen Haupteinleitungskanal, der mit einem Ultraschall-Generator ausgerichtet

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ist und an diesem Generator seinen Anfang nimmt, um einen Flüssigkeitsstrahl auf das Prüfobjekt zu leiten. Es ist ferner eine Durchtrittsöffnung zur Zuleitung der Flüssigkeit vom Ultraschall-Generator in den Haupteinleitungskanal vorhanden, ferner ein Hilfseinleitungssystem zur Zuführung der Flüssigkeit an wenigstens eine Seite des Flüssigkeitsstroms vom Haupteinleitungskanal, und schließlich sind noch Mittel zur Zuleitung der Flüssigkeit an das HilfSeinleitungssystem vorhanden, ohne daß dabei eine Berührung mit dem Ultraschall-Generator stattfindet.

Bei der Benutzung einer Sonde, bei welcher die Sonde und die Oberfläche des Prüfobjektes sich mit einer hohen ReIativgeschwindigkeit gegeneinander bewegen, ist die Sonde so angeordnet, daß die Flüssigkeit von dem Hilfseinleitungssystem an wenigstens eine vordere Seite des den Haupteinleitungskanal verlassenden Flüssigkeitsstroms geführt wird, d. h. an diejenige Seite, welche nach der entgegengesetzten Richtung der Bewegungsrichtung des angrenzenden PrüfObjektes gerichtet ist. Dabei findet die Bewegung mit hoher Relativgesohwindigkeit zu der Sonde statt.

Durch die Erfindung wird ferner ein Verfahren zur Ultraschallprüfung vorgeschlagen, bei welcher eine Ultraschall-Sonde einen Flüssigkeitsstrahl auf die Oberfläche eines Prüfobjektes leitet. Die Sonde und die Oberfläche des Prüfobjektes bewegen

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sich mit einer hohen Relativgeschwindigkeit zueinander. Bei diesem Verfahren wird ein Hauptflüssigkeitsstrom mittels eines Ultraschall-Generators auf die Oberfläche des genannten Prüfobjekts geleitet und ein Hilfsflussigkeitsstrom wird ohne Berührung des erwähnten Generators an wenigstens eine Seite des Hauptstromes geführt, bevor dieser Hauptstrom die Oberfläche des Prüfobjektes trifft. ' |

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch eine Ultraschall-Sonde .

Fig. 2 zeigt einen Axialschnitt durch eine Ultraschall-Sonde anderer Ausführung und

Fig. J5 zeigt einen Schnitt längs der Schnittebene IH-III ^ in Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Sonde enthält einen Sondenkörper 10 aus Teflon mit einer axialen Mittelbohrung, welche ihrerseits den Haupteinleitungskanal 11 bildet. Der Körper 10 ist in einem zylindrischen Gehäuse 12 gehaltert, das aus einer Aluminiumlegierung besteht. In ein Loch bzw. in eine Bohrung dieses Gehäuses 12 ist ein zylindrischer Transduktorhalter 13

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eingeschraubt, so daß ein Ultraschall-Generator gehaltert wird, der einen flachen piezoelektrischen Transduktor 14 am einen Ende des Kanals'11 enthält. Der Kanal 11 besitzt die gleiche Querschnittsfläche wie der Transduktor 14 und ist mit diesem Transduktor ausgerichtet.

Der Körper 10 hat einen ringförmigen Wasserzuführungskanal 15* in welchen Wasser über dne Einlassöffnung 15a in das Gehäuse 12 eingeleitet werden kann. Dieses Wasser wird durch eine Speiseleitung 16 geliefert und strömt zu einer Auslassöffnung 11a. Zwei diametral einander gegenüberliegende Zuführungsöffnungen 17 verlaufen von dem ringförmigen Kanal 15 zu dem Kanal 11 und unmittelbar zum Transduktor 14. 5 oder 6 gleichmäßig beabstandete Kanäle 18 verlaufen parallel zu dem Kanal und bilden ein HilfSeinleitungssystem, Diese Kanäle 18 shd in , dem Körper 10 um den Kanal 11 herum angeordnet. Dabei gehen diese Kanäle 18 unmittelbar von dem ringförmigen Kanal I5 aus und.münden in den Wasserauslassöffnungen l8a. Man sieht somit, daß der Kanal 11 und die Kanäle l8 ihr Wasser von dem ringförmigen Wasserzuführungskanal I5 beziehen, daß jedoch, während das Wasser in die Kanäle 18 unmittelbar aus dem ringförmigen Kanal 15 fließt, das Wasser zum Kanal 11 nach rückwärts durch die Öffnungen 17 auf die Vorderfläche des Transduktors 14 fließt und sodann vorwärts durch den Kanal 11. Die Zuführung des

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"•/assers sum Transduktor hat zur Folge.,· daß die Wirbelbildung in diesem Punkte verkleinert wird und stellt eine guteKopplun^* bei allen betriebsmäßig auftretenden Geschwindigkeiten dar *

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind die Auslässe 18a aus den Kanälen 18 ein wenig hinter dem Auslaß lla des β

Kanals 11 angeordnet. Eine flexible Hülse 19 ist an dem Körper 10 angeordnet und umschließt die Auslässe I8aund Ua. Die Hülse 19 ist in den Körper hineingesteckt und laßt sich leicht aus ihm herausnehmen und xvird durch eine Klammer 20 gehalten und reicht beispielsweise höchstens etwa 3/8 Zoll über den Auslaß des Kanales 11 hinaus. Die Hülse besteht aus flexiblem Polyvinylchlorid* Alles Wasser der Kanäle 11 und 18 tritt in die Hülse 19 ein und bildet ein Reservoir zwischen den Auslässen lla und l8a sowie einem Prüfobjekt, wobei dieses Reservoir ä

Weg für die Ultraschallenergie zu dem Prüf objekt bildet.

Die Sonde kann dazu benutzt werden, ein sich longitudinal bewegendes Rohr einer Prüfung zu unterwerfen, und zwar dadurch , daß man die Sonde schnell um die Außenseite des Rohres h^rum b^we^t. Di ο dargestellte Sonde ist mit ihrer Achse unter c-inem ".,'inkel von etwa 45° zu einer Tangente zu dem Rohr anzubringen, und somit ist das -freie Ende der Hülse 19 zu der Achse, dor Hai st-· geneigt, so daß die ganze Kante des erwähnten freien

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Endes dicht an die Oberfläche des zu prüfenden Rohres herangerückt werden kann. Unter normalen Betriebsbedingungen kann die Sonde um das zu prüfende Rohr herum mit Oberflächengeschwindigkeiten bis zu 4öO Zoll je Sekunde herum bewegt werden. Das Ende der Hülse 19 kann beispielsweise einen Abstand von bis zu 1/8 Zoll von der Rohroberfläche besitzen. - .

Die Sonde kann in Ultraschall-Prüfgeräten nach den englischen Patentschriften 1 0^8 491 und 1 04-0 242 und der complete specification der englischen Patentanmeldungen 12 704/65 und 2 958/66 benutzt werden.

-- Die in Fig. 1 dargestellte Sonde ermöglicht eine gute akustische Ankopplung während ^^er Bewegung der Sonde mit hoher Geschwindigkeit um das Prüfobjekt herum. Ferner werden spurenhafte : Ultraschall-Reflefetionen aus der Grenzfläche Wasser-Prüf-™ objekt erheblich herabgesetzt und das Nutzsignal ist also besser i dent ifi zierbär. Der Abstand zwischen dem Ende der Sonde und dem Prüf objekt kann also größer gemacht werden als es bei einer ebenen Sonde der Fall wäre. Die Sonde kann ferner leicht über Erhöhungen auf dem Prüfobjekt hinwegbewegt werden»und der Sondenkörper wird dadurch vor Beschädigungen geschützt.

Diese Vorteile werden dadurch erreicht ₃ weil der Fluß des Wassers in den Kanälen und Durchtrittsöffnungen des Sondenkörpers 10 hohe Wassergeschwindigkeiten an der Stelle des Trans-'

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duktors 14 zu vermeiden gestattet und somit die Gefahr von Wirbelbildungen am Transduktor 14 verkleinert oder vermieden wird. Die Strömungslinien des Wassers am Ende der flexiblen Hülse sind· infolge der Zusammenwirkung des Wassers-aus".dem Kanal 11 mit dem Wasser aus den Kanälen 18 so beschaffen., daß eine gleichmäßige und glatte Wasserströmung erreicht wird. Man kann daher das Ende der flexiblen Hülse bis zu 1/8 Zoll vom Prüf objekt entfernt anordnen., so daß das Ultraschall-Rauschen eine sehr geringe Größe annimmt.

Die Sonde kann auch für statische Ultraschall-Messungen sowohl an der Oberfläche als auch für Scherungskurven-Prüfung verwendet werden.

Fig. 2 und 3 zeigen eine andere Ausführungsform einer Ultraschall-Sonde gemäß der Erfindung bei dieser letzteren Ausführungsform ist ein etwa zylindrischer Sondenkörper 110 mit einer axialen Mittelöffnung ausgerüstet, welche den Haupteinleitungskanal 111 bildet* Ein Gehäuse 112 besitzt einen zylindrischen Ansatz, in welchen der Sondenkörper 110 eingefügt wird, und ein Transduktor-Halter 113 ist in das eine Ende des Gehäuses 112 eingeschraubt und verschließt das eine Ende des zylindrischen Ansatzes. Ein Ultraschall-Generator in Form eines piezoelektrischen Transduktor 114 ist in dem Halter HJ in Richtung des

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Haupteinleitungskanals 111 angeordnet.

Der Sondenkörper 110 besitzt auf seinem Umfang eine ringförmige Nut, die einen ringförmigen Wasserzuführungskanal i.15 bildet, so daß das Wasser durch eine Einlaßöffnung 115a im Gehäuse 112 aus einer Speiseleitung 116 eingeleitet werden kann.

Mit Hilfe von vier gleichmäßig beabstandeten Schlitzen auf dem Umfang.des Sondenkörpers 110 werden Wasserzuführungsöffnungen 117 gebildet. Diese verlaufen Inder Längsrichtung des Sondenkörpers 110 von dem ringförmigen Wasserzuführungskanal 115 bis zu radialen Schlitzen 117a, so daß das Wasser von dem ringförmigen Wasserzuführungskanal II5 durch die Öffnungen II7 und die Schlitze 11Ja sowie über den Transduktor 114 in den Haupteinleitungskanal 111 eintreten kann. Dieses„Wasser tritt sodann·durch eine Austrittsöffnung in der Stirnfläche II9 des Sondenkörpers 110 hindurch.

Ein Hilfseinleitungssystem wird' durch 8 gleichmäßig beabstand e-te Kanäle 11-8 gebildet. Diese Kanäle II8 sind als Längsschlitze auf^dem "Umfang des .Sondenkörpers 110 vorgesehen und erstrecken sich von der ringförmigen Wasserzuleitungsöffnung 1_17 zu Auslaßöffnurigen an der vorderen Stirnfläche II9 des Sondenkörpers 110. " .

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Die Kanäle Il8 und der Kanal 110 v/erden also mit "Wasser aus dem ringförmigen WasserzufUhrungskanal 115 gespeist. Hin Teil des Wassers fließt durch die Kanäle 118 von dem Sondenkörper 110, ohne den Transduktor 114 zu berühren. Das durch die Schlitze 117a in den Kanal 111 eintretende und das von dem Sondenkörper 110 gelieferte Wasser fließt über den Transduktor 114. Diese Teilung des Wasserstromes vermindert oder verhindert vollständig die Bildung von Luftblasen, so daß also die Stirnfläche des Transduktors 114 blasenfrei bleibt und auch in den Wasserstrom, welcher die Ultraschallenergie zwischen dem Transduktor 114 und der Oberfläche des PrüfObjektes leitet, keine Luftblasen auftreten. ·

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Claims

/ο

Patentansprüche

Ι.. Ultraschall-Sonde mit einem Haupteinleitungskanal, welcher an einen Ultraschallgenerator anschließt und zur Zuleitung der Ultraschallenergie an ein Prüfobjekt dient, g e k e η η ze ich η et d u r c h wenigstens eine Durchtrittsöffnung zur Lieferung von Flüssigkeit von dem Ultraschallgenerator in den Haupteinleitungskanal, durch ein Hilfseinleitungssystem zur •Lieferung von Flüssigkeit an wenigstens eine Seite des Flüssigkeit sstroms der aus dem Haupt einleitungskanal austritt und durch ..-Mittel zur Zuführung von Flüssigkeit an das Hilfseinleitungssystern, ohne daß dabei eine Berührung mit dem Ultraschallgenerator stattfindet,

2. Ultraschall-Sonde nach Anspruch 1, d a du rc h g e k e η η ζ e i c h net , daß das Hilfseinleitungssystem eine Mehrzahl von •Flüssigkeit-Austrittsöffnungen besitzt -, die so angeordnet sind, daß sie im wesentlichen symmetrisch um die Flüssigkeits-Austrittsöffnung des Haupteinleitungskanals herum liegen. ~

2. Ultraschall-Sonde nach Anspruch 2, d a d u r c h g.e k e η η ze ic h η e t ,daß das Hilfseinleitungssystem eine Mehrzahl von weiteren Kanälen enthält, die um den Haupteinleitungskanal herum mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind.

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4. Ultraschall-Sonde nach Anspruch j5," d ad u r c h gekennzeichnet, daß die weiteren Kanäle parallel zu dem Haupteinleitungskanal verlaufen. .

5· Ultraschall-Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zuführung der Flüssigkeit einen gemeinsamen Flüssigkeits-Zuführungskanal enthält, welcher mit einer Mehrzahl der erwähnten Öffnungen und mit dem Hilfseinleitungskanal kommunizieren.

6. Ultraschall-Sonde nach einem, der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeits zuführung skanal ringförmig ist.

7· Ultraschall-Sonde nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aüstrittsöffnungen des Hilfseinleitungssystems umgekehrt wie der Flüssigkeitsstrom durch den Haupteinleitungskanal gerichtet sind.

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8. Ultraschall-Sonde nach einem der Ansprüche 2 bis 4 oder T) dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülse um die Auslaßöffnungen des Haupteinleitungskanals herum und um'das Hilfseinleitungssystem angeordnet ist und sich in der Riehtung des Flüssigkeitsstromes der erwähnten Auslaßoffnungen erstreckt. ·

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9- Ultraschall-S.onde naeh Anspruch 8, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Hülse flexibel ist. ·

10. Ultraschall-Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl der erwähnten öffnungen, ferner der Haupteinleitungskanal und das Hilfseinleitungssystem in einem Sondenkörper angeordnet sind, der in einen zylindrischen Ansatz eines Gehäuses eingefügt ist und daß das entgegengesetzte Ende des Ansatzes durch einen Halter geschlossen ist, in welchem der Ultraschallgenerator angebracht ist..

11. Ultraschall-Sondenkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen und das Hilfseinleitungssystem durch Sehlitze auf dem Umfang des Sondenkörpers gebildet werden.

12. Verfahren zur Ultraschall-Prüfung mittels einer Ultraschall-Sonde, welche einen Flüssigkeitsstrahl auf die Oberfläche eines PrüfObjektes richtet, wobei die Sonde und die Oberfläche des PrüfObjektes sich relativ zueinander mit hoher Geschwindigkeit bewegen, dadurch g e k e η η ζ e lehne t, daß ein Flüssigkeitshauptstrom von einem Ultraschallgenerator auf die Oberfläche des Prüfobjektes gerichtet wird und daß ein sekundärer Flüssigkeitsstrom ohne Berührung mit dem Generator'

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auf wenigstens eine Seite des Hauptstromes auftrifft, bevor der Hauptstrom die Oberfläche des Prüfobjektes trifft.

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