DE1801182C3

DE1801182C3 - Ultrasonic testing of plate-shaped! material

Info

Publication number: DE1801182C3
Application number: DE19681801182
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr.-Ing. 3340 Wolfenbüttel; Berner Klaus Dipl.-Phys. 3320 Salzgitter Kügler
Original assignee: Stahlwerke Peine-Salzgitter AG, 315OPeine
Filing date: 1968-10-04
Publication date: 1976-08-12

Description

2. Verwendung nach Anspruch 1, daidurch ge- Nachteil ist durch den sogenannten schalloptischen kennzeichnet, daß zusätzlich unter einem zweiten Prüfkopf überwunden worden, deir gleichzeitig den diskreten, fest eingestellten Winkel in den Prüf- gesamten interessanten Winkelbereich oder das geling eingeschallt wird, der im Prüfling im Bereich samte interessante Winkelspektrum ausstrahlt und von 60 bis 70° liegt. »5 empfängt (Stahl und Eisen, 87, 1967, Nr. 20,2. Use according to claim 1, there being a disadvantage due to the so-called sound-optical indicates that a second test head has also been overcome, deir at the same time discreet, fixed angle in the entire test area of interest or that succeeds is sounded in, which radiates the entire interesting angular spectrum in the test object and is from 60 to 70 °. »5 receives (Stahl und Eisen, 87, 1967, no. 20,

3. Verwendung nach Anspruch 1, bei der der S. ti98ff).3. Use according to claim 1, in which the S. ti98ff).

Schallkegelquerschnitt der Prüfköpfe (15, 18) Den Vorteilen dieser Prüfmethode steht der nichtSound cone cross-section of the test heads (15, 18) The advantages of this test method do not stand

mittels einer aus Konkav- (16) und Konvexlinse unerhebliche Nachteil gegenüber, daß mit einem Mo-by means of a concave (16) and convex lens insignificant disadvantage compared to the fact that with a Mo-

(17) oder aus Konkav- (20) und Konvexspiegel nitor das ganze Gebirge der Durchschallungsimpulse(17) or from concave (20) and convex mirrors nitor the whole range of transmission pulses

(19) bestehenden Schalloptik ohne wesentliche 3° verschiedener Wellentypen gleichzeitig überwacht(19) existing sound optics are monitored simultaneously without a significant 3 ° of different wave types

Veränderung der Divergenz vergrößert wird. wird, so daß zur Fehleranzeige nur der Abfall des je-Change in divergence is increased. so that only the drop in each

4. Verwendung nach Anspruch 2, bei der jeder weils höchsten überwachten Echos beiträgt. Auf Prüfkopf durch teilweise Abdeckung des Schall- diese Weise ergeben Wellentypen, deren Durchschalstrahls mit einem Kunststoffkeil (7) oder durch lungsimpulse kleiner sind, die aber auf den gesuchten Reflexion des Sch all Strahles an zweiflächigen, in 35 Fehler am empfindlichsten ansprechen können, im der Vorlauf strecke der Prüfköpfe angeordneten Monitor keine Fehleranzeige.4. Use according to claim 2, in which each contributes the highest monitored echoes. on Probe by partially covering the sound - in this way, wave types result, their transmission beam with a plastic wedge (7) or by lung impulses are smaller, but which are on the wanted Reflection of the sound beam at two-sided, in 35 errors the most sensitive, im The monitor arranged in the forward section of the probes does not display any errors.

Metall spiegeln (12) unter den fest eingestellten Zur Schweißnahtprüfung mittels Ultraschall istMetal mirror (12) under the fixed settings For weld seam testing using ultrasound

Winkeln in den Prüfling (8) einstrahlt. durch die britische Patentschrift 716 687 bereits eineAngles into the test item (8). by the British patent 716 687 already one

5. Verwendung nach Anspruch 2 mil: zwei Mo- Prüfkopfeinheit bekanntgeworden, die aus zwei nitoren zur getrennten Überwachung eier Durch- 40 Prüfköpfen besteht, die über ein Verbindungselement schallungsimpulse. in bestimmtem Abstand voneinander auf einer Seite5. Use according to claim 2 mil: two Mo test head unit has become known, which consists of two sensors for separate monitoring of eier through 40 probes, which are connected via a connecting element sound impulses. at a certain distance from each other on one side

eines Prüflings gehalten sind, wobei entweder beide Prüfköpfe gleichzeitig als Sender und Empfänger oder der eine als Sender und der andere als Emp-45 fänger betrieben werden können sowie unter einem fest eingestellten, gleich großen, aber entgegengesetzt gerichteten Winkel in den Prüfling einstrahlen. Dieseof a test object are held, with either both probes at the same time as transmitter and receiver or one can be operated as a transmitter and the other as a receiver and under one irradiate fixed, equally large, but oppositely directed angles into the test object. This

Für die Ultraschallprüfung von Blechen und Bän- bekannte Prüfkopfeinheit ist jedoch nicht zum Prüdern auf Innenfehler sind mehrere Verfahren be- fen von plattenförmigem Material einer Dicke von kannt, die sich grundsätzlich in folgende zwei Grup- 50 mehr als 5 mm auf Dopplungen und oberflächenpapen einteilen lassen: rallele, flächenförmige Einschlüsse, insbesondereFor the ultrasonic testing of sheet metal and strips, however, the test head unit known is not for testing Several methods are required for internal defects using plate-shaped material with a thickness of known, which are basically divided into the following two groups - 50 more than 5 mm on doublings and surface papers can be divided into: parallel, sheet-like inclusions, in particular

a) Prüfung in senkrechter Richtung zur Prüflings- oberflächennahe Schlackenzeilenfehler ausgelegt, oberfläche, wobei die gesamte Oberfläche durch Diesbezüglich hat man nämlich bisher die Auffaseinen oder mehrere Prüf köpfe abgetastet wird; sung vertreten, daß beispielsweise großflächigea) Test designed in a direction perpendicular to the test object - slag line defects near the surface, surface, whereby the entire surface by this you have so far been the Auffaseinen or multiple probes is scanned; solution represented that, for example, large-scale

b) Prüfung mit Plattenwellen. 55 Dopplungen im Material nicht von Transversalwel-Die unter a) genannte Gruppe läßt sich weiterhin len angezeigt werden, wie auch aus der zuvor disku-b) Test with plate waves. 55 duplications in the material not from Transversalwel-Die under a) mentioned group can still be displayed len, as also from the previously discussed

unterteilen in die Senkrechtdurchschallung mit einfa- tierten Literaturstelle hervorgeht,
ehern Schalldurchgang und die Senkrechtdurchschal- Diese Auffassung wird auch in »Feingerätetech-subdivide into the vertical sound transmission with the annotated literature,
brazen sound passage and the vertical transmission This view is also used in »Feingerätetech-

lung mit 2:weifachem Schalldurchgang (Reflexion), nik« 9. Jahrgang, Heft 12, 1960, S. 557 vertreten, die nach dem Impuls-Echo-Verfahren durchgeführt 60 wonach die Prüfung mittels Plattenwellen für die zuwird, vor genannten Fehler als optimal angesehen wird.ment with 2: white sound transmission (reflection), nik «9th year, issue 12, 1960, p. 557 represented, which is carried out according to the pulse-echo method 60, according to which the test using plate waves is before the mentioned error is considered to be optimal.

Eingehende Untersuchungen haben ergeben, daß Zu dem gleichen Schluß kommt der in »Das Indu-In-depth investigations have shown that the man in »Das Indu-

die Prüfung mit senkrechter Durchschallung für viele strieblatt«, Stuttgart, Januar 1960, 60. Jahrgang, Prüfaufgaben den Nachteil zu geringer Fehlererkenn- Nr. 1, S. 1 bis 7, abgedruckte Aufsatz, demzufolge barkeit besitzt. Entweder sind mit derartigen Prüfme- 65 Transversalwellen zur Ermittlung beispielsweise von thoden oberflächennahe Fehler, die weniger als etwa Dopplungen nicht geeignet sind. Die auf S. 5 dieser mm Abstand von der Oberfläche haben, nicht zu Veröffentlichung abgedruckte Tabelle I macht diese erkennen, oder es sind bei höheren Prüfgeschwindig- Auffassung besonders deutlich und weist auf die er-the test with vertical transmission for many strieblatt ", Stuttgart, January 1960, 60th year, Test tasks have the disadvantage of too little error identification no. 1, pp. 1 to 7, printed article, accordingly availability. Either transverse waves of this type are used to determine, for example, methods near-surface defects that are less suitable than doubling, for example. The ones on p. 5 of this mm distance from the surface, Table I, not printed for publication, makes this recognize, or it is particularly clear at a higher test speed and indicates the

^{1 3} 4 ^{1 3} 4

heblichen Vorzüge der Verwendung von Plattenwel- ken, einbringt, oder daS man bei in Wassertrögen anlenhin. geordneten Prüfköpfen zweiflächige Metallspiegelthe considerable advantages of using wilted plates, or that one is attached to water troughs. orderly probes two-surface metal mirrors

Schließlich ist in »Mitteilungen der Forschungsge- benutzt, um Teile des Schallstrahls unter den entsellschaft Blechverarbeitung«, 15. April 1955, Nr. 8, sprechend verschiedenen Winkein zu reflektieren. S. 101, ein Reflexionsverfahren mit einem Winkel- 5 J_n weiterer Ausgestaltung der Erfindung können prüfkopf beschrieben, wobei Sender und Empfänger für die Piüfkopfeinheit auch Prüfköpfe verwendet im selben Prüfkopf mit gleicher Strahlrichtung an- werden, deren SchaUkegelquerschmtt mittels einer geordnet sind und eine Kante des Priiflings zum Schalloptik ohne wesentliche Veränderung der Zwecke der Reflexion anschauen. Zwar ist darin Divergenz vergrößert wird. Die dazu notwendige auch eine Dcppelanordnung von Winkelprüfköpfen io Schalloptik kann entweder bei Verwendung eines erwähnt, jedoch sind diese nicht gegenüberliegend, Kunststoffvorlaufes aus der Kombination einer Konsondern vielmehr nebeneinanderliegend angeordnet, kav- mit einer Konvexlinse aus Kunststoff oder bei so daß sie in die gleiche Richtung schallen. Es han- Verwendung eines Wasservorlaufs aus zwei einander delt sich dabei somit nicht um ein Durchschallungs- entsprechend zugeordneten Spiegeln, nämlich einem verfahren. »3 Konvex- und einem Konkavspiegel, bestehen. Finally, in "Notices of research used to reflect parts of the sound beam under the company sheet metal processing", April 15, 1955, No. 8, speaking at different angles. S. 101, a reflection method with an angle 5 Y _n further embodiment of the invention may be described probe, wherein the transmitter and receiver for the Piüfkopfeinheit even probes used in the same testing head having the same beam direction are turned on, the SchaUkegelquerschmtt are ordered by means of a, and an edge of the test subject to look at sound optics without significantly changing the purposes of the reflection. It is true that divergence is increased therein. The necessary double arrangement of angle probes can either be mentioned when using a sound optics , but these are not opposite, plastic flow from the combination of consoles rather arranged side by side, cav- with a convex lens made of plastic or so that they sound in the same direction . The use of a water flow from two mirrors that are associated with each other is therefore not a matter of a correspondingly assigned mirrors, namely a process. »3 convex mirrors and one concave mirror exist.

Ausgehend von einer aus der britischen Patent- Die Erfindung erlaubt neben der Prüfung von BIe-Based on one from the British patent the invention allows in addition to the examination of BIe-

schrift 716 687 bekannten Prüfkopf einheit liegt der chen und Bändern in Walzrichtung auch PrüfVerfah-Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung ren von Blechen und Bändern quer zur WalzrichhandeJsüblicher Priifköpfe eine zuverlässige Prüfung rung. Um bei dem letztgenannten Verfahren das Aufvon plattenförmigem Material auf Dopiplungen und ao treten schalltoter Zonen zu vermeiden, können die oberflächenparallele, flächcnförmige Einschlüsse, zuvor erwähnten Priifköpfe mit relativ großem insbesondere oberflächennahe Schlackenzeilenfehler Schallkegelquerschnitt verwendet werden. Das Aufzu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsge- treten schalltoter Zonen kann auch dadurch vermiemäß gelöst durch die Verwendung einer Ultra- den werden, daß entweder die Prüfkopfeinheit in schall-Prüfkopfeinheit, bestehend aus zwei Prüfköp- as Prüfrichtung hin- und herbewegt oder das Prüfverfen, die über ein Verbindungselement in bestimmtem fahren mit einer aus mehreren Prüfkopfeinheiten be-Abstand voneinander auf einer Seite eines Prüflings stehenden Vorrichtung durchgeführt wird. gehalten sind, wobei entweder beide Prüfköpfe Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen, in 716 687 known test head unit, the task of the surfaces and strips in the rolling direction, including the test method invention, is to reliably test commercially available test heads using sheets and strips across the rolling direction. In order to avoid plate-shaped material from appearing on doublings and anechoic zones in the last-mentioned method , the surface-parallel, flat-shaped inclusions, previously mentioned test heads with a relatively large, in particular near-surface, slag line flaws sonic cone cross-section can be used. To enable the opening. This object is achieved according to the invention in anechoic zones can also be achieved by the use of an ultraden that either the test head unit in the sound test head unit, consisting of two test heads, moves back and forth in the test direction, or the test head, which is moved via a connecting element is carried out in certain driving with a device consisting of several probe units at a distance from one another on one side of a test object. are held, with either both probes. The invention is illustrated with reference to the drawings in

gleichzeitig als Sender und Empfänger oder der «ine denen mehrere Ausführungsbeispiele der im Rahmen als Sender und der andere als Empfänger betrieben 30 der Erfindung zu verwendenden Prüfkopfeinheiten werden können sowie unter einem fest eingestellten, dargestellt sind, näher erläutert. In den Zeichnungen gleich großen, aber entgegengesetzt gerichteten Winkel zeigtat the same time as transmitter and receiver or the «ine which several embodiments of the framework operated as a transmitter and the other as a receiver 30 of the invention to be used test head units can be and are shown under a fixed setting, explained in more detail. In the drawings shows equally large but oppositely directed angles

in den Prüfling einstrahlen, zum Prüfen von platten- Fig. 1 eine Prüfkopfeinheit mit Prüfling,radiate into the test specimen, for testing plate Fig. 1 a test head unit with test specimen,

förniigem Material einer Dicke von mehr als 5mm Fig.2 einen mit einem Kunststüffkeil versehenenFörniigem material a thickness of more than 5mm Fig.2 provided with a plastic wedge

auf Dopplungen und oberflächenparallele, flächen- 35 Prüfkopf,on doublings and surface-parallel, surface 35 test head,

förmige Einschlüsse, insbesondere oberflächennahe F i g. 3 einen mit einem mehrflächigen Metallspie-shaped inclusions, in particular near-surface F i g. 3 one with a multi-surface metal mirror

Schlackenzeilenfehler, unter einem im Prüfling unab- gel versehenen Prüfkopf,Slag line faults, under a test head that is not marked in the test object,

hängig von seiner Dicke einen Winkel von etwa 45° Fig.4 einen Prüfkopf mit innerhalb der Kunsterzeugenden Schallwinkel. Stoffvorlaufstrecke angeordneten Linsensatz,depending on its thickness an angle of about 45 ° Fig.4 a probe with within the artifacts Sound angle. Set of lenses arranged in the feed path,

Der erfindungsgemäße Vorschlag verzichtet be- 40 F i g. 5 einen Prüfkopf mit einem in der Wasserwußt auf die Ausbreitung von Plattenwellen im Prüf- vorlauf strecke angeordneten Spiegelsatz, ling, so daß ein einmal fest eingestellter Winkel für Gemäß F i g. 1 sind die beiden, den Prüfling 1 bealle Blechdicken eingehalten weiden kann, wobei in schallenden Priifköpfe 2 je mit einem Halteelement 3 vorteilhafter und zuverlässiger Weise die gerade beim versehen, mittels dessen sie über ein Verbindungsele-Stand der Technik als wenig wirkungsvoll angese- 45 ment 4 in bestimmtem Abstand voneinander gehalten hene Wellenart zur Verwendung kommt. Es ist also werden. Ein Abstand von einigen Dezimetern hat sich nicht mehr erforderlich, die bei Anwendung von für die Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen. Als Plattcnwellen zur Auffindung der Fehler bzw. Feh- Prüfköpfe können handelsübliche Winkelköpfe mit lcrarten für jede Blechdicke erforderliche neue Ein- Kunststoffvorlauf, Universalwinkelköpfe, sowie in stellung eines entsprechenden Prüfwinkels vorzuneh- 50 Wasserkammern eingebaute Normalprüfköpfe vermen, und somit gelungen, die bisher für erforderlich wendet werden.The proposal according to the invention is dispensed with. 5 a test head with a set of mirrors arranged in the Wasserwisst on the propagation of plate waves in the test lead stretch, so that a fixed angle for According to FIG. 1 are the two, the test specimen 1 can be adhered to for all sheet metal thicknesses, whereby in resounding test heads 2 each is advantageously and reliably provided with a holding element 3, by means of which it is indicated as less effective via a prior art connecting element 4 kept at a certain distance from each other hene wave type is used. So it is to be. A distance of a few decimeters has no longer been necessary, which has proven to be particularly advantageous in practice when using. As flat waves for the detection of defects or faulty probes, commercially available angular heads with cards for every sheet thickness required new plastic feed, universal angular heads, as well as normal probes built into a corresponding test angle can be used, and thus succeeded, which has previously been necessary will.

gehaltene jeweilige Winkelanpassung zu vermeiden Aus den in den Prüfling 1 eingezeichneten Zick-to avoid the respective angle adjustment from the zig-zag

und für alle Blechstärken oberhalb 5 mm einen kon- zacklinienS ist zu ersehen, daß beide Prüfköpfe unstanten Einschallwinkel vorzusehen. ter einem gleich großen, aber entgegengesetzt gench-and for all sheet metal thicknesses above 5 mm a concave line can be seen that both probes provide inconsistent angles of incidence. ter an equally large but oppositely

Dadurch, daß bei einer vorteilhaften Ausführungs- 55 teten Winkel in den Prüfling einschallen. form der Erfindung zusätzlich unter einem zweiten Der Prüfkopf 6 gemäß Fig. 2 ist in seiner Vorlaufdiskreten, fest eingestellten Winkel in den Prüfling strecke mit einem Kunstsioffkeil 7 versehen, der eingeschallt wird, der im Prüfling im Bereich von 60 einen Teil des durch den Prüfkopf 6 erzeugten bis 70° liegt, wird eine bessere Fehlexerkennbarkeit Schallstrahls derart abdeckt, daß der Prüfling 8 von erreicht, da die bestimmten, den beiden Einschall- 60 zwei Schallstrahlen 9 und 10 unterschiedlichen Einwinkeln entsprechenden Durchsdiallungsimpulse auf stiahlwinkels getroffen wird.Because, in an advantageous embodiment, angles radiate into the test object. The test head 6 according to FIG generated up to 70 ° , a better fault detection of the sound beam is covered in such a way that the test specimen reaches 8 from, since the specific transmissive impulses corresponding to the two sound beams 9 and 10 different angles are hit on stiahlwinkel.

dem Leuchtschirm getrennt liegen und daher mit In Fig. 3 ist ein weiteres Beispiel zur Erzeugungthe luminescent screen are separated and therefore with In Fig. 3 is a further example of generation

zwei Monitoren einzeln überwacht werden können. mehrerer Einstrahlwinkel dargestellt. Hierbei ist in Ein unter zwei Winkeln in den Prüfling einschallen- der Vorlaufstrecke des Prüfkopfes 11 ein mehrflächider Prüfkopf kann dadurch hergestellt werden, daß 65 ger Metallspiegel 12 angeordnet, der auf Grund der man entweder bei Winkelköpfen mit Kunststoffvor- nicht in einer Ebene liegenden Spiegelflächen Schalllauf in diesen Keile unterschiedlicher Kunststoffar- strahlen 13, 14 mit unterschiedlichem Einstrahlwinten. die Teile des Schallstrahls entsprechend ablen- kel erzeugt.two monitors can be monitored individually. several angles of incidence shown. Here, a multi-surface test head can be produced in a lead path of the test head 11 that is incident at two angles into the test object by arranging 65 ger metal mirrors 12, which, due to the mirror surfaces not lying in one plane, either in angled heads with plastic fronts in these wedges of different plastic arrows 13, 14 with different irradiation winters. the parts of the sound beam are generated accordingly.

Zwei Möglichkeiten zur Vergrößerung des Schallkegelquerschnittes ohne Vergrößerung der Divergenz sind in den F i g. 4 und 5 dargestellt. Eine für die erfindungsgemäß verwendete Prüfkopfeinheit geeignete Schalloptik besteht aus einer innerhalb der Kunststoffvorlaufstrecke des Prüfkopfes 15 angeordneten Bikonkavlinse 16, der eine Bikonvexlinse 17 nachge-Two ways to enlarge the cross-section of the sound cone without increasing the divergence, FIGS. 4 and 5 shown. One for the invention The sound optics used consist of a suitable sound optics within the plastic feed path of the test head 15 arranged biconcave lens 16, which is followed by a biconvex lens 17

schaltet ist (F i g. 4) oder aus einem in der Wasser vorlaufstrecke des Prüfkopfes 18 angeordneten Kon vexspiegel 19 mit entsprechend zugeordnetem Kon kavspiegel 20. Die Wirkung der einzelnen Schallop tikelemente auf den Schallstrahlverlauf ist durch dl· Darstellung repräsentativer Strahlen des Schallkegel in den Zeichnungen verdeutlicht.is switched (FIG. 4) or from a con vex mirror 19 with a correspondingly assigned concave mirror 20. The effect of the individual Schallop tic elements on the sound beam path is represented by the representation of representative beams of the sound cone illustrated in the drawings.

Hierzu 2 Blatt Zeichnung'"For this 2 sheets of drawing '"

Claims

Abilities of more than 0.5 m / s only allow for defect sizes. To overcome these difficulties was made

1. Use of an ultrasonic test head, especially for thin sheets and strips, the flatness, consisting of two test heads, which are developed via a 5 tenwellenprüfverfahren that can be used both across the connecting element at a certain distance and along the rolling direction.
It has been found, however, that the test methods with plates, with either both test heads working in the same wave form, the one as transmitter and receiver, or one as having, that once the exact adherence to the input The transmitter and the other operated as a receiver. The beam angle of the ultrasound heads for which errors can occur and under a firmly established display plays an important role; on the other hand, the fact that the different types of waves, of the same size but in opposite directions, at different angles in the Blast the test piece in, to learn more in each characteristic way or to test plate-shaped! Address material of a thickness less sensitively. This means that there are more than 5 mm on doublings and on the surface for every sheet thickness and for the detection of the various parallel, planar inclusions, in particular types of defects, in each case optimal angle of incidence, special slag line defects near the surface. From this it follows for a test system that, depending on the test angle that produces an angle of about 45 ° in the test object, regardless of its sheet metal thickness to be tested, must be set.
Sound angle. ^2O This causing undesirable loss of time