DE1648768C3 - Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung von Rohren auf Fehlerstellen - Google Patents

Description

wird, die durch eine Erzeugungslinie der Rohrober-

Austrittsstelle desselben besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung zwischen der

senderseitigen Eintrittsstelle des Schallbündels in 30 fläche und durch die Rohrachse definiert ist.
das Rohr und der Austrittsstelle des Bündels Gemäß einer bevorzugten Variante der vorliegen

den Erfindung wird dann, wenn zwischen dem Rohr und dem einfallenden und austretenden Ultraschall

längs einer Erzeugenden des Rohres, die durch die Eintrittsstelle geht, zwischen 20 und 200 mm gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 35 um die Achse des Rohres herum durchgeführt wird, gekennzeichnet, daß der eingangsseitige Winkel die Ganghöhe der Relativbewegung höchstens gleich

dem Abstand gewählt, der zwischen der Eintrittshllbdl d d A

bündel eine schraubenlinienförmige Relativbewegung

(<*) des Schallbündels mit der Normalen der Rohrfläche zwischen 5 und 18^ gewählt wird.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Rohren auf Fehlerstellen, bei dem ein Ultraschallbündel an einer Stelle der Rohrwand eingeleitet und die Schallenergie-Abschwächung des an einer anderen Stelle nach Mehrfachreflexionen innerhalb des Rohres empfangenen Ultraschallbündels, das in derselben stelle des Ultraschallbündels und dessen Ausgangs stelle liegt.

Die vorteilhafte Wirkung des eifindungsgemäßen Verfahrens beruht darauf, daß das Bündel nach Reflexion an einem Oberflächenfehler und nachfolgender Mehrfachreflexion unter der Wirkung der Rohrkrümmung relativ schnell aus seiner anfänglichen Fortpflanzungsebene herausgedreht wird, eine Tendenz, die um so stärker ist, je kleiner der Krüm-

Bei den Verfahren der eingangs genannten Art ist es bekannt, das Ultraschallbündel in einer Ebene senkrecht zur Achse des Rohres einzuleiten und an

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mungsradius des Rohres ist. Auf diese Weise kommt es auch bei relativ schwachen Oberflächenfehlern bei einer genügend weiten Entfernung des Fehlers vom

Ebene wie das anfallende Ultraschallbündel verläuft, $o Empfänger, die ohne weiteres immer eingestellt wergemessen wird. den kann, zu einer erheblichen Abschwächung der

am Schallempfänger austretenden Schallenergie. Diese Abschwächung ist relativ groß gegenüber der natürlichen Abschwächung, die das Schallbündel einer anderen Stelle innerhalb der Querschnittsebene 55 beim Durchlaufen einer relativ langen Strecke vom zu empfangen. Um alle Felllerstellen zu erfassen, Sender zum Empfänger erleidet, so daß ein großer muß hierbei der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger auf dem Rohr parallel zur Rohrachse längs des Rohres bewegt werden (USA.-Patentschrift2795133). 60

Bei einer anderen Verfahrensgattung, dem sogenannten Impuls-Echo-Verfahren, ist es bekannt, Fehler in ebenen Platten oder in Rohren mittels der an den Fehlern auftretenden Reflexionen zu erfassen, Rohrabschnitt geprüft werden kann, ohne daß sich die Gefahr ergibt, daß eine unzureichende Signalanzeige erfolgt.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich, wenn die Entfernung zwischen der senderseitigen Eintrittsstelle des Schallbündels in das Rohr und der Austrittsstelle des Bündels längs einer Erzeugenden des Rohres, die

wobei der die Reflexionen empfangende Schallwand- 65 durch die Eintrittsstelle geht, zwischen 20 und

ler gleichzeitig Sender und Empfänger ist. Bei einem Verfahren dieser Gattung, welches für die Prüfung von Gasflaschen verwendet wird, pflanzt sich das Ul-200 mm und wenn der eingangsseitige Winkel des Schallbündels mit der Normalen der Rohrfläche zwischen 5 und 18° gewählt wird.

Um die Erfindung besser verständlich zu machen, wird diese an Hand eines Ausführungsbeispiels in den Figuren näher erläutert.

F i g. 1 veranschaulicht schematisch wie die Prüfung der Dicke eines Stahlrohres ausgeführt wird;

Fig. 2 entspricht der Fig. 1, zeigt aber den Fall, daß ein Oberflächenfehler im Lauf des Ultraschallbündels liegt;

Fig.3 veranschaulicht im Querschnitt das in Fig. 2 veranschaulichte Rohr und zeigt, wie das Ultraschallbündel aus der Ebene abgelenkt wird, in der es normalerweise verlaufen würde.

In den Zeichnungen ist ein Stahlrohr 1 veranschaulicht, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geprüft wird.

Ein als Schallquelle arbeitender Wandler 2 leitet ein Bündel von Ultraschallwellen, welches einen kleinen öffnungswinkel aufweist, auf den Punkt Λ der Erzeugenden oder Erzeugungslinie 3 der äußeren Zylinderfläche des Rohres 1. ao

In einer gewissen Entfernung vom Punkt A ist auf den Punktß, der sich gleichfalls auf der Linie der Erzeugenden 3 befindet, die Achse eines als Schallempfänger arbeitenden Wandlers 4 gerichtet, der die von dem Wandler! ausgehenden Schallwellen emp- as fängt.

Um die Übertragung des Ultraschallbündels zwischen dem Prüfling und den Wandlern sicherzustellen, verwendet man Wasserschläuche oder Wasserstrahlen 5, die schematisch in den Zeichnungen veranschaulicht sind, weil sie für die Ankoppelung von Ultraschallwellen in der Ultraschalltechnik allgemein gebräuchlich sind.

Die Achse des Schallbündels 6, welches von dem Wandler 2 ausgesandt wird, wird so eingestellt, daß sie in einer Durchmesserebene des Rohres verläuft, wobei die Durchmesserebene durch die Erzeugende 3 hindurchgeht.

Wenn also das Rohr 1 genau zylindrische und konzentrische Begrenzungsflächen aufweist, führt das Bündel 6, wie dies aus F i g. 1 ersichtlich ist, eine Anzahl von Reflexionen an der inneren und äußeren Oberfläche des Rohres aus, bleibt aber hierbei immer genau in der Durchmesserebene wie an der Eintrittsstelle des Strahlenbündels. Das austretende Bündel 7 befindet sich somit in derselben Ebene wie das eintretende Bündel 6 und tritt in der Richtung aus, in der die Achse des Wandlers 4 verläuft.

Wie man aus der Zeichnung ersehen kann, bildet das Ultraschallbündel 6 mit der Normalen der Rohroberfläche einen Winkel (dieser Winkel wird in Wasser gemessen, welches als Koppelflüssigkeit für die Fortpflanzung des Ultraschallbündels zum Punkt A dient). Es ist ersichtlich, daß man, indem einerseits der Wert dieses Winkels und andererseits die Entfernung zwischen den Punkten A und B verändert wird, es so einrichten kann, daß nach einer bestimmten Anzahl von Reflexionen an den Wandungen des Rohres das Bündel im Punktß empfangen wird.

In den F i g. 2 und 3 ist veranschaulicht, wie ein FehlerS, der in einer leichten Dickenvariation des Rohres 1 besteht, eine Ablenkung des Ultraschallbündels hervorruft, welches dann den Weg 7' einschlägt, und außerhalb des Ansprechbereiches des Wandlers 4 an diesem vorbeiläuft. Man ersieht insbesondere aus F i g. 3, daß die Projektion des einfallenden Bündels in die Ebene der Fig. 3, die senkrecht zur inneren uud äußeren Oberfläche des Rohres veiläuft, nicht mehr senkrecht an der inneren Oberfläche reflektiert wird, wenn es sich um einen Fehler nach der Art des Fehlers 8 handelt, der in der Zeichnung veranschaulicht ist.

Unter solchen Bedingungen wird der an der Fehlerstelle reflektierte Schallstrahl aus der Ebene, welche durch die Erzeugende 3 und die Achse des Rohres verläuft, ausgelenkt und durcheilt eine Bahn von schraubenlinienförmigem Verlauf im Innern des Rohi mantels, auch wenn der Schallstrahl nicht auf einen weiteren Fehler trifft.

Es ist somit ersichtlich, daß es die Erfindung ermöglicht, mit großer Genauigkeit alle Fehler festzustellen, die sich auf der Oberfläche des Rohres 1 befinden.

Um die Prüfung eines Stahlrohres mit einem äußeren Durchmesser von 244 mm und eine Dicke von 8,9 mm durchzuführen, verwendet man die Wandler 2 und 4, die einen Durchmesser von 10 mm aufweisen und deren Achse in der gleichen Ebene liegen, die durch die Rohrachse hindurchgeht.

Die Entfernung des Rohres von dem Ende jedes Wandlers kann leicht variieren und liegt beispielsweise zwischen 5 und 25 mm. Man verwendet Wasser als Koppelflüssigkeit. Der Winkel, den jeder der Wandler mit der Normalen des Rohres bildet, beträgt 10°.

Auf dem Bildschirm des Empfangsgerätes findet man ziemlich dichte Echofolgen, die gruppenweise gegliedert sind und die eine gewisse Entfernung vom Ausgangsecho einnehmen. Jedes der gruppierten Echos entspricht einem leicht unterschiedlichen Verlauf des Bündels, welches an den beiden Grenzflächen des Rohres reflektiert wird.

Wenn die beiden Wandler 100 mm voneinander entfernt sind (gemeint ist die Entfernung der Punkte A und B voneinander), so kann man eine Dickenveränderung des Rohres von 0,5 mm erfassen, wobei die Dickendifferenz über eine Zone von ungefähr 50 mm umfänglich verteilt ist. Der Empfang des Ultraschallbündels findet wieder statt, und die Registrierung des Fehlers wird somit ausgeschlossen, wenn der Abstand zwischen den beiden Wandlern weniger als 65 mm beträgt.

Man hat gleichfalls festgestellt, daß, selbst wenn die Entfernung zwischen den Wandlern in der Größenordnung von 65 mm liegt, man leichi: Fehler entdeckt, die eine Tiefe von 0,5 mm haben, wenn diese Fehler nur über eine Zone verteilt sind, die beispielsweise einem Oberflächenbereich von 1 bis 2 cm² entspricht.

Wenn die Entfernung zwischen den beiden Wandlern in der Größenordnung von 100 mm liegt, so genügt es zur Prüfung des Rohres, dasselbe in bezug auf die Prüfvorrichtung eine Schraubenlinie mit einer Ganghöhe von etwa 100 mm durchlaufen zu lassen. Eine solche Bewegung entspricht den Verschiebungen, die bei konventionellen Einrichtungen zur Werkstoffprüfung mit Ultraschall allgemein zugelassen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche: traschallbündel in einer Ebene fort, die durch die Achse der Flasche, und eine Erzeugende der zylindrischen Flaschenobelfläche definiert ist (E. A, W. Müller: Handbuch der zerstörungsfreien Materialprüfung, Abschnitt Q-31, S. 1, untere Hälfte; München 1959). Die bekannten Verfahren führen zu keinen oder völlig unzureichenden Fehleranzeigen, wenn Oberflächenfehler von Rohren erfaßt werden sollen, die in

1. Verfahrest zur zerstörungsfreien Prüfung von Rohren auf Fehlerstellen, bei dem ein Ultraschallbiindel an einer Stelle der Rohrwand eingeleitet und die Schallenergie-Abschwächung des an einer anderen Stelle nach Mehrfachreflexionen

innerhalb des Rohres empfangenen Ultraschall-

bündeis, das in derselben Ebene wie das einfal- io Form einer meist großflächigen Dickenabweichung lende Ultraschallbündel verläuft, gemessen wird, der Rohrwandung vorliegen. Die Impuls-Echo-Medadurch gekennzeichnet, daß zur Be- thode versagt hier insbesondere dann, wenn das Stimmung von Fehlerstellen, die durch eine Dik- Schallbündel in einer die Rohrachse enthaltenden kenabweichung der Wand des zu prüfenden Roh- Ebene in rfen Rohrmantel eingeschallt wird. Die Einres hervorgerufen werden, die Einleitung des Ul- 15 schallung in einer zur Rohrachse senkrechten Quertraschallbündels in einer Ebene vorgenommen schnittsebene führt zwar wegen der im allgemeinen wird, die durch eine Erzeugungslioie der Ronroberfläche und durch die Rohrachse definiert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zwischen dem Rohr und dem einfallenden und austretenden Ultraschallbündel eine schraubenlinienförmige Relativbewegung um die Achse des Rohres herum durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ganghöhe der Relativbewegung kürzeren Abstände zwischen Schallwandler und Fehler prinzipiell zu günstigeren Verhältnissen; diese sind aber auch noch völlig unbefriedigend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Oberflächenfehler von Rohren, insbesondere großflächige Dickenabweichungen der Wandungen des zu prüfenden Rohres, zuverlässig zu erfassen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge-

höchstens gleich dem Abstand ist, der zwischen aj löst, daß zur Bestimmung von Fehlerstellen, die der Eintrittsstelle des Ultraschallbündels und der durch eine Dickenabweichung der Wand des zu prüfenden Rohivs hervorgerufen werden, die Einleitung des Ultraschallbündels in einer Ebene vorgenommen