DE1648765A1

DE1648765A1 - Device for non-destructive testing of hot workpieces with ultrasound

Info

Publication number: DE1648765A1
Application number: DE19671648765
Authority: DE
Inventors: Otto Ing Ganglbauer; Edmund Proll; Alfred Dipl-Ing Silber
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1966-04-26
Filing date: 1967-01-13
Publication date: 1972-01-05
Also published as: AT285209B

Description

Vorrichtung zum zerstörungsfreien PrAfen heißer Werkstocke mit Ultraschall Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum zerstörungsfreien Prüfen heißer Werkstücke, die zumindest an einer, vorzugsweise wenigstens an zwei gegenüberliegenden Seiten im wesentlichen ebene Oberflächen aufweisen, insbesondere von Brammen, Blechen, Schienen und anderen gewalzten Profilen mit Ultraschall nach dem Impuls-Echoverfahren, mit wenigstens einem relativ zum Werkstück verstellbaren, insbesondere verschiebbaren und z. B. als Schlitten oder Scheibe ausgebildeten Aufsatzstück, das eine oder mehrere nach unten gegen das Werkstück zu offene Höhlungen aufweist, in n welche von oben der bzw. die Schallsender und-empfänger einrigen, wobei jede Höhlung mit Ein-und Auslässen für eine beim Betrieb die Höhlung durchströmende Kopplungsflüssigkeit versehen ist.Device for non-destructive testing of hot workstocks with ultrasound The invention relates to a device for the non-destructive testing of hot workpieces, at least on one, preferably at least on two opposite sides have essentially flat surfaces, in particular of slabs, sheets, Rails and other rolled profiles with ultrasound using the pulse-echo method, with at least one adjustable, in particular displaceable, relative to the workpiece and Z. B. designed as a slide or disc top piece, one or more has cavities open to the bottom against the workpiece, in which n from above the sound transmitter and receiver (s) some, with each cavity with inlets and outlets for a coupling liquid flowing through the cavity during operation is provided.

Vorrichtungen dieser Art können entweder mit einem einzigen, sowohl Sender als auch Empfänger darstellenden Schwinger pder auch mit gesonderten Schwingern für Sendung und Empfang ausgestattet werden. Für größere Werkstücke und zur SerienprUfung werden häufig auch mehrere Aufsatzstücke nebeneinander angeordnet, um auf diese Weise das Werkstück in mehreren PrW£spuren gleichzeitig zu prüfen. Aufgabe der Ultraschallprüfung ist vor allem die Fehlerordnung, also die Feststellung von vorhandenen Einschlüssen, Höhlungen, Abweichungen von einem vorhandenen Sollmaß usw.. Devices of this type can be used with either a single, both Transmitter as well as receiver representing transducers pder also with separate transducers be equipped for transmission and reception. For larger workpieces and for series testing often several top pieces are arranged side by side in order to access them Way to test the workpiece in several test tracks at the same time. Task of ultrasonic testing is above all the fault order, i.e. the determination of existing inclusions, Cavities, deviations from an existing nominal dimension, etc.

Bei einer bekannten Vorrichtung, die allerdings nur zum Prüfen kalter WerkstUcke, insbesondere verlegter Eisenbahnschienen geeignet ist, besitzt das Aufsatzstück die Form eines Trichters, der mit seiner Offnung innerhalb einer auf das Werkstück aufsetzbaren Stützscheibe mündet, oben abgeschlossen ist, im Bereich der oberen Abschlußwand oberhalb der Öffnung den Sender und Empfänger bildenden Schwinger angeordnet hat und unmittelbar unterhalb der oberen Abschlußwand mit einander gegenüberliegenden AnschlUssen fUr den Zu-und Ablauf versehen ist, so daB sich ein verhältnismäßig großer Vertikalabstand dieser Anschlüsse zur Öffnung ergibt. Innerhalb des Behälters ergibt sich eine turbulente Strömung. Bei einer Variante dieser Konstruktion enthält das Aufsatzstück ein oben vom Sender-Empfänger abgeschlossenes Rohr, das unmittelbar unterhalb des oberen Endes einen Anschluß für den Flüssigkeitszulauf aufweist, gegen das zu prüfende Werkstück offen und oberhalb dieser Offnung mit Mantelbohrungen versehen ist, die dem FlUssigkeitsablauf in einen ringförmigen Sammelraum und aus diesem in eine Ablaufleitung gestatten. Der Flüssigkeitsdurchlauf verläuft hier im Prüfbereich in Richtung der Schallstrahlen, so daß in der Flüssigkeit enthaltene Gasbläschen relativ lange Zeit Fehlanzeigen hervorrufen können. In a known device, which, however, is only cold for testing Workpieces, in particular laid railroad tracks, are suitable for the attachment piece the shape of a funnel, which with its opening inside a on the workpiece attachable support disc opens, is completed at the top, in the area of the upper End wall arranged above the opening, the transmitter and receiver forming transducer has and immediately below the upper end wall with opposite one another Connections for the inflow and outflow are provided so that a proportionate large vertical distance of these connections to the opening results. Inside the container the result is a turbulent flow. In a variant of this construction contains the top piece is a tube closed at the top from the transmitter-receiver, which immediately has a connection for the liquid inlet below the upper end, against the workpiece to be tested open and above this opening with Jacket bores are provided, which the liquid drains into an annular collecting space and allow from this into a drainage line. The flow of liquid continues here in the test area in the direction of the sound beams so that it is contained in the liquid Gas bubbles can cause false readings for a relatively long time.

Andere bekannte Vorrichtungen, die zum Prüfen heißer Werkstücke Verwendung finden, besitzen etwa in gleicher Hohe wie die mit dem Ultraschallglied ausgestatteten Kopfe in die Höhlung mündende Zuläufe, wobei die Flüssigkeitszufuhr innerhalb der Höhlung etwa in Richtung der Schallstrahlen erfolgt und die Flüssigkeit am lierkstuck abgeleitet wird und über Spalte bzw. Other known devices used to inspect hot workpieces find, have about the same level as those equipped with the ultrasonic member Inlets opening into the cavity, with the fluid supply within the Cavity takes place approximately in the direction of the sound rays and the liquid at the lierkstuck is derived and via column or

Offnungen normal zur Schallstrahlenrichtung austreten kann. Es ist auch bekannt, ein Aufsatzstück mit drei oder mehreren mit Flüssigkeit beschickbaren Höhlungen auszustatten, wobei nur innerhalb einer Höhlung der bzw. die Ultraschallschwinger angeordnet sind. Der Zweck dieser Konstruktion besteht darin, durch gleichmaßige Beschickung aller Höhlungen mit Flüssigkeit eine schwebende AbstUtzung des Aufsatzstückes am Werkstück zu erzielen.Openings normal to the direction of the sound beam can emerge. It is also known, an attachment piece with three or more can be charged with liquid Equip cavities, with the ultrasonic transducer or transducers only within a cavity are arranged. The purpose of this construction is to through uniform Loading of all cavities with liquid a floating support of the top section to achieve on the workpiece.

In der Praxis zeigt sich, dam bei der PrUfung heißer Werkstücke mit Vorrichtungen der genannten Art dadurch Schwierigkeiten auftreten, daß die Flüssigkeit teilweise am heißen Werkstück verdampft wird. Ein sich am Werkstück bildender Dampffilm und von diesem aus in der Flüssigkeit hochsteigende Dampfbläschen schlucken nicht nur einen GroBteil der vom Schallsender abgestrahlten, an sich fUr die PrUfung bestimmten Schallenergie, sondern täuschen vielfach auch Pehlerechos vor. Um die Stärke des entatehenden Dampffilmes zu verringern bzw. um diesen Dampffilm Uberhaupt zum Verschwinden zu bringen, wurde es schon vorgeschlagen, zwischen das Aufsatzstück und das Werkstock ein starkes elektrisches Feld anzulegen, durch das eine Ionisierung der den Dampffilm bildenden Flüssigkeitsmoleküle herbeigefübrt werden soll, so daß die gebildeten Ionen zu den Polen des elektrischen Feldes abwandern und der Film aufgelöst wird. Man kann nun zwar tatsächlich den Dampffilm zum Verschwinden bringen, doch kommt es zur Elektrolyse der Flüssigkeit und damit zu einer verstärkten Gasbildung, bei der Verwendung von Wasser als Kopplungsflüssigkeit. zur Knallgasbildung. Die in der Flüssigkeit aufsteigenden Gasblasen beeinträchtigen meist den Prüfvorgang in noch stärkerem Maße als die sonst aufsteigenden Dampfblasen. In practice, it is evident when testing hot workpieces Devices of the type mentioned thereby arise difficulties that the liquid is partially evaporated on the hot workpiece. A vapor film forming on the workpiece and vapor bubbles rising from this point in the liquid do not swallow only a large part of that emitted by the sound transmitter and intended for the test Sound energy, but also often simulate error echoes. To the strength of the to reduce the resulting vapor film or around this vapor film At all To make it disappear, it has already been suggested, between the top section and to apply a strong electric field to the work stick, through which an ionization of the liquid molecules forming the vapor film is to be brought about so that the ions formed migrate to the poles of the electric field and the film is resolved. You can actually make the steam film disappear, but there is electrolysis of the liquid and thus increased gas formation, when using water as the coupling liquid. to generate oxyhydrogen. the Gas bubbles rising in the liquid usually impair the test process to an even greater extent than the otherwise rising vapor bubbles.

FUr die Prüfung heißer Werkstücke ist auch bereits ein Gerät bekanntgeworden, bei dem ein Schallsender und-empfanger bildender Schwinger am oberen Ende eines Schalleitstabes sitzt, der durch einen mit Kühlflüssigkeit beschickten Behälter hindurchgeführt ist und über eine Schicht geechmolzenen Glases an den zu prüfenden Gegenstand angekoppelt werden kann. Eine derartige Vorrichtung ist wegen des aufwendigen Ankopplungsmittela und dem dem Verschleiß unterworfenen Schalleitstab nur fUr Spezialzwecke verwendbar, wobei sich überdies der Nachteil ergibt, daB vielfach der aufgebrachte GlasUberæug auf dem überprüften WerkstUck haften bleibt und durch besondere Reinigungsvorgänge entfernt werden muß. A device has already become known for testing hot workpieces with the transducer forming a sound transmitter and receiver at the upper end of one Sound-conducting rod is seated, which is fed by a container filled with coolant is passed through and over a layer of molten glass to the test Object can be coupled. Such a device is because of the complex Coupling means and the sound conducting rod, which is subject to wear, only for special purposes can be used, with the further disadvantage that the applied GlasUberæug adheres to the checked workpiece and due to special cleaning processes must be removed.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei der die KopplungsflUssigkeit im Prüfbereich, also in jenem Bereich, in dem sie Schailstrahlen vom Sender zum Werkstock und Echos vom Sender zum Schallempfänger leitet, weitgehend von Dampf-und Glasbläschen freigehalten werden kann und bei der im genannten Bereich auch eine Dampfblasenbildung am Werkstück weitgehend verhindert wird. The object of the invention is to create a device as described in the introduction mentioned type, in which the coupling fluid in the test area, i.e. in that area, in which they send shail rays from the transmitter to the workstock and echoes from the transmitter to the sound receiver directs, largely kept free of steam and glass bubbles can and in the case of the mentioned area also a formation of vapor bubbles on the workpiece is largely prevented.

Die gestellte Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Höhlung bzw. Höhlungen des AufsatzstUckes in an sich bekannter Weise auf der einen Seite mit Einlassen und auf der bezüglich der Schallsender bzw. The task at hand is achieved with a device of the type mentioned solved according to the invention in that the cavity or cavities of the attachment piece in a manner known per se on the one hand with admission and on the other hand the sound transmitter or

-empfänger diametral gegenüberliegenden Seite mit Auslässen fü die Flüssigkeit versehen sind, und daß die Höhlung bzw. Höhlungen so ausgebildet sind, daß die Stroßungsrichtun der Flüssigkeit innerhalb der Höhlung normal zur Scballstrablung und in Richtung der relativen Bewegung zwischen WerkstUck und AufsatzstUck verläuft, wobei in die oberen BegrenzungstlEchen der Höhlung bzw.-receiver diametrically opposite side with outlets for the Liquid are provided, and that the cavity or cavities are formed so that the direction of flow of the fluid within the cavity is normal to the flow of the ball and runs in the direction of the relative movement between workpiece and attachment, whereby in the upper delimitation areas of the cavity or

Höhlungen mRndende Spalte, Ranale od. dgl. zur Ableitung von Gas-oder Dampfbläschen vorgesehen sind.Hollow gaps, runners or the like for the discharge of gas or Steam bubbles are provided.

Die Menge der durch Höhlung bzw. Hdhlungen go-Führten Kopplungsflüsaigkeit wird sa groB gewählt, daß eine starke lokale KUhlung des heiBen WerkstUckes stattfindet, und damit eine Dampfbläschenbildung weitgehend verhindert wird. Trotzdem auftretende Gas-und Dampfbläscher werden sofort aus dem PrUfbereich entfernt und können kaum Störungen verursachen. Die Form der Höhlungen wird so. gewählt, daß die Strömung auch bei hohen strömungsgeschwindigkeiten laminar bleibt. Die Wahl der. Strömungsgeschwindigkeit hängt fUr eine bestimmte Vorrichtung von der tbertemperatur und dem Wärmeleitvermögen sowie der Rauhigkeit des Werkstückes, dem Abstand des Aufsatzstockes vom WerkstUck, der Viskosität der verwendeten Kopplungsflüssigkeit und von der Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstück und Aufsatzstück ab. Praktisch können das Aufsatzstück gegenUber dem Werkstück, des Werkstück gegenüber dem AufsatzstUck oder auch beide Teile gegeneinander verstellt werden. Die jeweils geeignete Strömungsgeschwindigkeit läßt sich leicht dadurch ermitteln, daB man die austretende Flussigkeit beobachtet und die Strömungageschwindigkeit so einregelt, daB die geringste Bläschenbildung und Turbulenz feststellbar ist. zufolge der gewählten Strömungsrichtung wird grundsatzlicb verhindert, daß sich Gasbläschewn am Schallsender bzw.-empfanger ansetzen. Die EntlUftungsbohrungen, die auch durch Spalte oder Kanäle ersetzt werden können, leiten allenfalls aufsteigende Gas-oder Dampfbldschen sofort ab, so daß die Bildung eines Gaspolaters im oben liegenden Bereich der Höhlung verhindert wird. Ein ähnlicher Effekt laßt sich dadurch erzielen, daß man eine Höhlung vorsieht, die im Bereich des Ausl@sses ibre grömte Höhe aufweist, deren Decke also vom Einlaß zum Auslaß ansteigt. The amount of the coupling fluid passed through the cavity or sheaths is chosen so that a strong local cooling of the hot workpiece takes place, and thus the formation of vapor bubbles is largely prevented. Still occurring Gas and steam bubbles are immediately removed from the test area and can hardly Cause interference. The shape of the cavities will be like this. chosen that flow remains laminar even at high flow velocities. The choice of. Flow velocity depends for a certain device on the overtemperature and the thermal conductivity as well as the roughness of the workpiece, the distance between the top stick and the workpiece, the viscosity of the coupling liquid used and the relative speed between the workpiece and the top section. You can practically use the top section opposite the workpiece, the workpiece compared to the attachment or also both parts can be adjusted against each other. The appropriate flow rate in each case can easily be determined by observing the exiting liquid and regulates the flow velocity in such a way that the slightest bubble formation and turbulence is detectable. according to the selected direction of flow is in principle prevents gas bubbles from attaching to the sound transmitter or receiver. The ventilation holes, which can also be replaced by gaps or channels, at most lead ascending ones Gas or vapor bubbles immediately, so that the formation of a gas polater in the upper part Area of the cavity is prevented. A similar effect can be achieved by that a cavity is provided which has the greatest height in the area of the outlet, the ceiling of which rises from the inlet to the outlet.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen Fig. 1-4 ein AufsatzstUck im Langsmittelschnitt, in Draufsicht, im Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2 bzw. im Querschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 2 und die fig. 5 und 6 ein weiters Aufsatzstück im Längsmittelschnitt und in Draufsicht. The subject matter of the invention is illustrated, for example, in the drawing. 1-4 show an attachment piece in longitudinal center section, in plan view, in section according to the line III-III of FIG. 2 or in cross section according to the line IV-IV of FIG. 2 and fig. 5 and 6 a further attachment piece in longitudinal center section and in plan view.

Nach den Fig. 1-4 ist ein scheibenförmiges AufsatzstUck 1 vorgesehen, das unterseitig einen auswechselbaren VerschleiBring 2 trägt. Von der Unterseite her ist in das AufsatzstUck 1 eine Höhlung 3 eingearbeitet, die durch einen zwischen Scheibe 1 und Ring 2 gehaltenen Steg 4 in zwei Höhlungshälften unterteilt ist. Jede der beiden Höhlungshälften ist mit einem Anschluß 5 fUr einen WasserzufUhrungsschlauch versehen. FUr die Ultraschallprüfung sind gesondert voneinander ein Sender 6 und ein Empfänger 7 vorgesehen, deren untere Enden beim Betrieb unterhalb der oberen Begrenzungsfläche 8 der Höhlung zu liegen kommen. Sender und Empfänger sind durch den Steg 4 und einen an diesen anschließenden weiteren Steg 4a akustisch getrennt. According to FIGS. 1-4, a disk-shaped attachment piece 1 is provided, which has a replaceable wear ring 2 on the underside. From the bottom forth a cavity 3 is incorporated into the attachment piece 1, which is through a between Disc 1 and ring 2 held web 4 is divided into two cavity halves. Every of the two cavity halves has a connection 5 for a water supply hose Mistake. For the Ultrasonic testing are separate from each other a transmitter 6 and a receiver 7 are provided, the lower ends of which are below during operation the upper boundary surface 8 of the cavity come to rest. Sender and receiver are acoustically through the web 4 and a further web 4a adjoining this separated.

Die den Höhlungshälften durch die Anschlüsse 5 zugeführte Flüssigkeit strömt im Bereich vom Sender und Empfänger senkrecht zur Schallstrahlung durch die Höhlung und kann liber den Einlassen 5 bezUglich dem Schallsender 6 und -empfänger 7 diametral gegenüberliegende Auslässe 9 im Ring austreten. Von der oberen Begrenzungsfläche 8 der Höhlungshälften germen ventlüftungsbohrungen 10 aus, über die sufsteigendes Gas bzw. aufsteigender Dampf rasez abgeleitet wird. The liquid supplied to the cavity halves through the connections 5 flows in the area of the transmitter and receiver perpendicular to the sound radiation through the Cavity and can through the inlets 5 with respect to the sound transmitter 6 and receiver 7 diametrically opposed outlets 9 emerge in the ring. From the upper boundary 8 of the cavity halves frame ventilating holes 10 over which the sufsteigende Gas or rising steam rasez is derived.

Bei der Ausführung nach den Fig. 5 und 6 besitzt des scheibenförmige Aufsatzstück 11 eine Höhlung 12, die vorne einen Einlaß 13 und binten in dem EinlaB diametral gegenüberliegenden, einen sich nach oben weitenden AuslaB 14, der sowohl der Ableitung der Flüssigkeit ale euch der Ableitung von Gas-oder Dampfbläschen dient, aufweist. Es ist nur ein einziger als Sender und Empfänger dienender Schallwandler 15 vorgesehen. In the embodiment according to FIGS. 5 and 6, the disk-shaped Top piece 11 has a cavity 12 which has an inlet 13 in front and bin in the inlet diametrically opposite, an upwardly widening outlet 14, which both the drainage of the liquid ale you the drainage of gas or vapor bubbles serves, has. There is only one sound transducer serving as a transmitter and receiver 15 provided.

Claims

P a t e n t a n s p r u c h: Device for non-destructive testing hot workpieces, at least one, preferably at least two opposite Sides have essentially flat surfaces, in particular from brands, scraps, Blcehen, rails and other painted profiles with @@@ @@ aschall according to the impulse behavior method, with at least one adjustable relative to the workpiece, e.g. as a doer Disc-shaped Ausatzstück, @as one or more downwards against the '..' erctückzuöffeHöhlungenaufweiot,: ':' which vr.ebenc'.bz ', /. dieScballoenderund-cpfhcruJ-protrude, each cavity with binding and outlets for a coupling liquid flowing through the cooling hole, g during operation is given away, because it has been shown that the cavity or cavities (3, 12) of the @ ufsatzstückes (1) in a manner known per se on the one hand with sinks (5, 13) and on which the sound transmitter and receiver are diametrically opposite Side with outlets (9, 14) are provided for the ease, and deß the Höhlungbzw. Cavities (3, 12) are formed so that the direction of flow of the liquid within the cavity normal to acoustic radiation and in the direction of relative movement runs between the workpiece and the attachment, whereby in the upper cii 0 the cavity or Holes (3, 12) opening gaps, channels or the like for the discharge of gas or vapor bubbles are provided.

L e r s e i t e