DE1816255B2 - Verfahren zur zerstoerungsfreien pruefung von schweissnaehten mittels ultraschallenergie - Google Patents

Description

Die beiden Schallstrahlbündel werden jedoch mittels jeweils eines Ultraschallschwingers erzeugt. Für jede

Schallrichtimg einen Schwinger einzusetzen, gehört zum Stand derlechnik im Prüfkopf bau. genauso wie dies in den beiden zuerst genannten Druckschriften zum Ausdruck gekommen ist. Die Anwendungsschwierigkeiten — Überwachung, Kontrolle — sind

dieselben. Die in der L SA.-Patentschrift 3 100 987 Geschriebene Prüfkopfbauart stellt sinngemäß durch die Verwendung zweier getrennter Ultraschallschwinger auch nur eine Kombination zweier bekannter Piezo-Schallköpfe d. -. die ohne Schwierigkeiten in einem gemeinsamen Gehäuse auf einem gemeinsamen Kunststoffblock untergebracht werden können.

Das Ziel der Erfindung ist es, die aufgezeigten Nachteile der bisherigen Prüfung zu vermeiden und eine Lösung zu finden, die die Prüfung von Längs- und Querfehlern in Schweißnähten in ebenso betriebssicherer Weise ermöglichen, wie dies bisher ausschließlich für die Prüfung auf Längsfehler gegeben ist, und daß in einem Durchschallungsverfahren das einwandfreie Arbeiten der Prüfköpfe sowie die einwandfreie Ankopplung an das Werkstück kontrolliert werden. Mit dem Einsatz von Ultraschallköpfen, die das Senden und das Empfangen von mehre.en Schallstrahlbündeln gleichzeitig zum Prüfen einer Naht auf Schvveißfehler ermöglichen, soll gleichzeitig eine Funktionsprüfung vorgenommen werden können.

Die Lösung nach der Erfindung schlägt für ein Verfahren nach der vorbeschriebenen Gattung vor, daß auf jeder Seite der Schweißnaht nur jeweils ein Ultra-

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r;. Km dem du: verschiedenen Utr^chall- und /u.le.ch über «eitere Sehallsirahlbündei mit den

>...ÜU son den beulen enigcgengese./ien dazugehörenden Monnor-Hlenden Prülunuen aui Quer-

",,! ^H™ Schwing au^ehen. xer- fehler, während heim Mcr.cn Takt die Ultn.schallköpie

,","■'" ..,,πι ,r -, ilire Funktionen abermals tausehen.

Der. ,_:..^ha kop mit nur einem ernten I lira- .; [3er Gedanke. d,e beidseitig Schallabstrahl.mg

(chaiK·.--'"!-«-' lur «He Schall, ichiungen eimöyl.ehi eines Pie/oschw incers für den Bau solcher Prüfköpfe

,!,ehe- „mien ,überweisen. _{/u nul/en}_ _|jeui ^„^,^ _{nahe vidmchr} ,_{chl t!cr}

Betr...,.el man , 1 . den Ouerlehlcr.uchv.eN: _{hcilliuc Prüf}u_{prbau son der ldec ;uls}, _daß\„e _ei>e

De, ,rl...benutz e Schallstrahl trim die SdmeiU- Seile eines für Prüf/wecke bestimmten l.araschall-

„aht i:ii:■--.; iK'n Winkel kleiner als ·«! 1 , l,_{;imi mir} ,, | Vsoschwmuers an ein schallübertraeendes Medium

durch !··-; cxion /u dem hmpiangspruikopi _yelangen. an.ekoppelfwird. wahrend im Gecensal/ da/u die

Das r. ..^r nur dann der all. wenn ein Querfehler andere Seite des Piezo-Sehw infers an einen soücnann-

auftr.u. :hi lehlcrlre.en I all gelangt kein Signal /um ten Dämpfungskörper aus scludlvermchtendem MaIe-

Enipl'^-.--'- _1Ίι,Ι angekoppelt ist. Dieser Dampfuntiskörper dient

ts .ν!., somit mit lilte dieses Schahstraliles auch 15 da/u, die rückseitic vom Sclnvincer abgestrahlten und nicht . ::iiolliert werden, ob der Scnde.chwinger in nicht «enutzten Schallwellen zu absorbieren und »leici.-dicscr.-oi cm Signal erzeugt. Soll das ermöglicht wer- zeitic die Form und Dauer der Ultraschallwellenden. - '·raucht man dazu einen zueilen Scliallstrahl. Impulse im Sinne ürößimöulicher Kürze zu beein- «lcr r : ικ.Ί %om selben Sende-IV/oscbv.inger aus- iiussen.

gehen -.ü'ii. der aber dann z. B. genau in kiclnungauf 20 Lin Prüfkopf. wie nut der '-riindunu beschrieben,

den 1 i:i;Mangsprufkopi /ieli und uom dauernd ein besitzt keinen derartigen, in de- Reael "für notwendig

Signal · . nirsacht. solange der Sendeschw .,iger arbeilet. erachteten Dämpfungskörper

Das \.-r!,;.ndcnsem und die Stärke diese, Signal- ge- An Hand der Darstellungen, die den Gegenstand

siaiici- _s also, die Hinktion des Sendesdiv.mgers zu der hrhndun» als Ausführunnsbeispiel scliematisch

koiiiiv!:;cren und zu beurteilen. Diese Verfahrens- 25 wiedergeben, wird das Verfahren erläutert. Ls zeim im

weise ixJingt. daß beide Schallsirahlen, der Prüf- und einzelnen

der /ur Kontrolle verwendete Strahl. \on ein und 1^; i «. 1 eine Anordnunc der Ultraschallköpfe lür die

demselben Schwinger ausgehen. Würde er /. B. durch Durchführung des Verfahrens.

eine i /iiiche Ubeihitzung seine piezoelektrische Polari- F i ». 2 einen Ultraschallkopf mit einem nach zwei

sation \crlieren. so würde dies durch das Ausbleiben 30 Seiten" schallabstrahlenden Uliraschallschwinger in

des /i:r Kontrolle verwendeten, direkt auf den Γ:ι.,ρ- Ansicht.

fan.ü.-.pnii'kopf zielenden Schallstrahles angezeigt wei- F i g. 3 den Ultraschallkopf der Fig. 2 in Seitenden, ansicht und

W erden für beide Schallrichtungen jedoch getrennte Fig. 4 eine Wiedergabe der Monitor-F.instellung

Pie/usclminger in den Sende- und Empfangsprüf- 35 am Ultraschallgerät einsprechend der Anordnung der

köpfen \erwendet (vgl. USA. -Patentschrift 3 100 987), Fig. 1.

so könnte im vorliegenden Fall nur das Schwinge.paar Auf einem Werkstück 17 mit einer in Längsrichtung

überwacht werden, das sich direkt anstrahlt. Das verlaufenden Schweißnaht 18 mit einem Längsfeder

andere Scnwingerpaar, mit dem auf Querfehler ge- 181 und den Queifehlern 182 werden zwei Ultraschall-

priift wird, ist dagegen nicht kontrollierbar. 40 köpfe 28, 29, die auf je einer Seite der Schweißnaht 18

Zweckmäßigerweise erfolgt die Anwendung des vorgesehen sind und sich gegenüberstehen, parallel zur

vorgeschlagenen Verfahrens zur zerstörungsfreien Schweißnaht 18 geführt.

Prüfung von Schweißnähten, bei dem zwei parallel Als Ultraschallköpfe 28, 29 werden Ausführungen

zur Längsachse der Schweißnaht einander sich gegen- eingesetzt, die dem Aufbau, wie er in den noch zu be-

übcistehend geführte Ultraschallköpfe eingesetzt 45 schreibenden Fig. 2 und 3 wiedergegeben ist. mit

sind, in sich wiederholenden, kontinuierlichen Takten einem nach zwei Seiten Ultraschallstrahlenbündel aus-

in der Weise, daß folgende Funktionen erfüllt werden: sendenden Ultraschallschwinger K) (Fig. 2) entsprechen. Diese Ultraschallköpfe 28. 29 können unter

a) Prüfung auf Längsfehler verschiedenen Winkeln die Ultraschallstrahlenbündel

b) Prüfumi auf Querfehler 5« 281, 282 und 283 bzw. 291. 292. 293 aussenden, von

denen das Ultraschallstrahlenbündel 281 bzw. 29»

c) An- und Durchkopplungsprüfung senkrecht auf die Längsachse der Schweißnaht trifft.

während die Ultrasehallstrahlenbimdel 282 und 283

Die Prüfungen nach diesen Funktionen können ein- bzw. 292, 293 unter den Winkeln γ und Λ. die zwischen zein oder in Kombination und mit Vertauschen der 55 0 bis 90 liegen, auf die Schweißnaht 18 treffen. BeiTätigkeit der beiden Ultraschallköpfe als Arbeitstakte spielsweisc beträgt der Winkel-/ ■-·■= 45 zwischen den geschaltet werden. Uitraschallstrahlcnbündeln 281 und 282 und der Win-Bcispielsweise sendet beim ersten Takt der eine der kel i) — 60 zwischen den Ultraschallstrahlenbündeln beiden Ultraschallköpfe, während der andere Ultra- 281 und 283.

schallkopf nicht eingeschaltet ist, und empfängt über 60 Das Prüfverfahren arbeitet nach mehreren sich ein Schallstrahlbündel an in der Schweißnaht vor- periodisch wiederholenden Takten und ermöglicht handcncn Längsfehlern reflektierte Schallwellen, deren durch die unterschiedlichen Wege der Ultraschall-Signale über eine Monitor-Blende gemessen werden. strahlenbündel 281, 282, 283 bzw. 291, 292, 293 ein Beim zweiten Takt uiuschen die Ultraschallköpfe ihre Ausblenden der geprüften Bereiche über entsprechende Funktionen, beim dritten Takt erfolgen über das senk- ⁵ Monitor-Einstellungen am Ultraschallgerät, wie in recht zur Schweißnaht gerichtete Schallstrahlbündcl in F i g. 4 schematisch dargestellt ist.
an sich bekannter Weise mit Hilfe des Durchschal- Die nachfolgende Tabelle zeigt an zwei Beispielen lungsverfahrens eine An- und Durchkopplungsprüfung die Arbeitsweise bzw. die Reihenfolge der Takte.

	Senden mit Ultraschallkopf	29	Lit raschallstrahlcnbiindcl	—	Empfangt.	η	über	Monitor-Blende	X
	28 I	—	281,281' I 282,282'	—	283/283'		291/281	292 282' 29Λ283'	—
I. 1 2 3	X	—	—	—	—		—	—	ζ
11. 1 ->		X X			—		—	—
3 4	Z	—		—

Im Takt 1 des Beispieles 1 arbeitet der Ultraschallkopf 28 als Sender und Empfänger, der Ultraschallkopf 29 ist nicht eingeschaltet. Damit prüft man mit dem Ultraschallstrahlenbündel 281 über die Monitor-Blende 281' die Schweißnaht 18 auf Längsfehler 181. Beim Takt 2 sind die Funktionen der beiden Ultraschallköpfe 28, 29 vertauscht. Während des 3. Taktes sendet der Ultraschallkopf 28 die Ultraschallstrahlenbündel 281. 282. 283 in drei Richtungen aus. Der Ultraschallkopf 29 dient nun als Empfänger dieser drei Ultraschallstrahlenbündel 281/291 sowie 282 und 283 — falls sie an Querfehlern reflektiert und als Ultraschallstrahlenbündel 292 und 293 zu ihm gelangen. Über die Monitor-Biendcn 28!', 282', 283' werden die drei Signale der drei Ultraschallstrahlenbündel 281, 282, 283 in Verbindung mit den Ultraschallstrahlenbündeln 291, 292, 293 voneinander getrennt erfaßt. Die Monitor- Blende 28Γ — Ultraschallstrahlenbündel 281 — 291 — überprüft die Funktion der Ultraschallköpfe 28, 29 und deren Ankopplung an das Werkstück 17. Durch entsprechende Verstärkung und/oder Leistungsregelgeräte kann in bekannter Weise der im Ultraschallkopf 29 im Durchschallungsverfahren erhaltene Schallpegel auf einen Normalwert eingeregelt werden. Die über die Monitor-Blenden 282' und 283' erfaßten Ultraschallstrahlenbündel 281 + 292 und 283 + 293 dienen der Anzeige von Querfehlern 182,183 in der Schweißnaht IS. Die Zeitdauer der einzelnen Takte kann gleich oder verschieden lang bemessen sein.

Das Beispiel II zeigt eine andere der vielzähligen Kombinationen der einzelnen sich aus den Prüffunktionen ergebenden Arbeitstakte.

Den Aufbau des zum Einsatz gelangenden Ultraschallkopfes in seinen Einzelheiten zeigen die F i g. 2 und 3.

Ein Ultraschallschwinger 10 — die gezeichnete symmetrische Lage ist nicht zwingend, unter Umständen kann aus beispielsweise energetischen Gründen eine unsymmetrische Lage vorteilhafter sein — ist eingebetU·: in einen schalleitenden Kunststoffkörper 11, beispielsweise aus Polymethacrylsäureester, und zwar derart, daß er ein Ultraschallstrahlenbündel 12 nach der einen Seite und ein Ultraschallstrahlenbündel 13 nach der anderen Seite sendet. Die Ultraschallstrahlenbündel 12, 13 treffen auf eine reflektierende, schräg geführte Fläche 14 des Kunststoff körpers 11, die so verläuft, daß die reflektierten Ultraschallstrahlenbündel 12, 13 durch eine gemeinsame Ankoppelfläche 15 den Ultraschallkopf 16 verlassen. Die Ultraschallstrahlenbündel 12, 13, die beim Übergang vom Kunststoffkörper 11 in ein Werkstück 17, beispielsweise ein Rohr oder ein anderes schalen- oder plattenförmiges Prüfgut, eine weitere Brechung erfahren, haben dabei durcr Größe und Geometrie des Kunststoff körpers 11 zwe verschiedene Richtungen erfahren, die miteinandei einen Winkel β zwischen 0 bis 90°, beispielsweise 30,4: oder 60^c, einschließen. Der Winkel β ist der Winke zwischen dem senkrecht auf die Längsachse eine Schweißnaht 18 auftreffenden Ultraschallstrahlenbün del 12 und dem Ultraschallstrahlenbündel 13.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren . ur zerstörungsfreien Prüfung von Schweißnähten auf in der Naht vorhandene Hel^rogeniiäten des Werkstoffes in Längsrichtung — Längsfehler — und in Querrichtung — Querfehler — - milteis Ultraschallenergie unter Einsat/ von beidseitig, p- --1IeI zur Längsachse derSchweißnaht einander gegenüber angeordneten Ultrasehallköpfen. die als Sender und oder Empfänger wirken und so geführt werden, daß ein Ultraschallstrahlenbündel senkrecht zur Längsachse der Schweißnaht verläuft, während andere Ultrasehallstrahlenbündel die Längsachse der Schweißnaht in einem Winkel kleiner als 90 schneiden, bei dem mit dem erst_c;nannien Ultraschallstrahlenbündel eine Ankoppiungs-Funktionsprüfung vorgenommen wird, wenn ein Ultraschallkopf auf der dem Sender gegenüberliegenden Seite der Schweißnaht als Empfänger geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite der Schweißnaht nur jeweils ein I Htraschallkopf, bei dem die verschiedenen Ultraschallstrahlenbündel von den beiden entgegengesetzten Seiten ein und desselben Schwinaers aussehen, verwendet wird.

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfling von Schweißnähten auf in der Naht vorhandene Heterogenitäten des Werkstoffes in Längsrichtung — Längsfehler — und in Querrichtung -— Querfehler — mittels Ultraschallenergie unter Einsatz von beidseitig, parallel zur Längsachse der Schweißnaht einander gegenüber angeordneten Ullraschaliköpfen, die als Sender und/oder Empfänger wirken und so geführt werden, daß ein Ultraschallstrahlenbündel senkrecht zur Längsachse der Schweißnaht verläuft, während andere Ultraschallstrahlenbündel die Längsachse der Schweißnaht in einem Winkel kleiner als 90 schneiden, bei dem mit dem erstgenannten Ultrasciiallstrahlenbündel eine Ankopplungs-Funktionsprüfung vorgenommen wird, wenn ein Ultraschallkopf auf der dem Sender gegenüberliegenden Seite der Schweißnaht als Empfänger geschaltet wird.

   Die zerstörungsfreie Prüfung von Schweißnähten beispielsweise bei geschweißten Rohren mit Längsoder Schraubennaht mittels Ultraschall erfolgt vornehmlich in der Weise (J. und H. Krautkrämer: Werkstoffprüfung mit Ultraschall, 2. Auflage, Berlin— Heidelberg—New York, 1966, S. 389 und 390), daß ein jeweils beidseitig der Schweißnaht parallel geführtes Ultraschallkopfpaar, welches seine Schallimpulse senkrecht zur Schweißnaht aussendet und empfängt, für die Prüfung auf Längsfehler in der Naht und daß ein oder mehrere Ultraschallkopfpaare, die unter einem spitzen Winkel Schallstrahlbündel auf die Schweißnaht senden und von dort empfangen, für die Prüfung auf Querfehler in der Naht benutzt werden. Es werden also für die Feststellung von Längs- oder von Querfehltrn Prüfköpfe eingesetzt, die ausschließlich einen Prüfstrahl aussenden bzw. empfangen. m> daß für die Prüfung von Schweißnähten auf Fehler in unterschiedlichen Richtungen — längs und quer
   entsprechend viele Pn^:f köpfe eingesetzt werden, die sämtlich nur mit einer Strahlrichtung arbeiten, wie dies auch dem Vorschlag nach der deutschen Patentschrift 1 143 043 zu entnehmen ist.

   Der Nachteil des Einsatzes einer Vielzahl von Prüfköpfen wird darin offenbar, daß die Konirollen der

   ic Funktion dieser Prüfköpfe schwieriger und aufssendiaer werden. Es seien nur die Möglichkeiten von Störunt-en erwähnt, die sich ergeben, wenn entsprechend der Vielzahl der Prüfköpfe viele einzelne .'uikoppluniisilachen vorhanden sind.

   Zum Stand der Techi.ik gehören Ullrasehallköpie (USA.-Patenischrift 3 379 051 und 3 192 420). die «ieichzeitiii mehrere Schallstrahlbündel aussenden, die Γη unterschiedliche Richtungen über eine gemeinsame Ankoppelfläche auf das zu prüfende Werkstück aul-

   treffen. Diese Lösungen haben aber bisher keinen F.in- «an« in die Technik auf dem Gebiet des Einsatzes von Ultraschall für die Werkstoffprüfung zur Feststellung von Längs- und Querfehlern gefunden.

   Im Gegensatz hierzu zeigt die USA.-Patentschrift

   3 l00 9S7~eine Lö-ung, nach der es bei der Ultrasehallprüfung von Schweißnähten bekannt ist. von einem Ultraschallkopf mindestens zwei Schallstrahlbündel gleichzeitig zur Fehlerprüfung auszusenden bzw. gleichzeitig oder nacheinander zu empfangen.

   Diese "Schallsmihlbündel werden weiter über eine gemeinsame Ankoppelfläche in das Prüfmaterial eingeleitet bzw. aus dem Prüfmaterial aufgenommen. Dabei trifft ein Schallstrahlbündel senkrecht auf die sich in Tiefenrichtung erstreckende Achse der Schweißnaht.

   während das andere Schallstrahlbündel d:.. genannte Achse der Schweißnaht unter dem Winkel kleiner als 90 schneidet.