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"Verwendung eines einzelnen, mit einer Schallootik versehenen Prüfkopfes
einer PrüfkoPfeinheit zum Prüfen der Schweißnähte von Blechen" FUr die Ultraschallprüfung
von Blechen und Bändern auf Innenfehler sind mehrere Verfahren bekannt, die sich
grundsätzlich in folgende zwei Gruppen einteilen lassen: a) Prüfung in senkrechter
Richtung zur Prüflingsoberfläche, wobei die gesamte Oberfläche durch einen oder
mehrere Prüfköpfe abgetastet wird; b) Prüfung mit Plattenwellen.
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Die unter a) genannte Gruppe läßt sich weiterhin unterteilen in die
Senkrechtdurchschallung mit einfachem Schalldurchgang und die Senkrechtdurchschallung
mit zweifachem Schalldurchgang (Reflexion), die nach dem Impuls-Echo-Verfahren durchgeführt
wird.
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Eingehende Untersuchungen haben ergeben, daß die Prüfung mit senkrechter
Durchschallung für viele PrUfaufgaben den Nachteil zu geringer Fehlererkennbarkeit
besitzt. Entweder sind mit derartigen PrUfmethodn oberflächennahe Fehler, die weniger
als etwa 1 mm Abstand von der Oberfläche haben, nicht zu erkennen, oder es sind
bei höheren Prüfgeschwindigkeiten von mehr als
0,5 m/s nur Fehlergrößen
eindeutig feststellbar, die den Prüfstrahl voll abdecken.
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Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten wurde insbesondere für dünne
Bleche und Bänder das Plattenwellenprüfverfahren entwickelt, das sowohl quer als
auch längs zur Walzrichtung anwendbar ist.
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Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die mit Plattenwellen arbeitenden
Prüfverfahren den Nachteil besitzen, daß einmal die genaue Einhaltung des Einstrahlwinkels
der Ultraschallköpfe für die FeSeranzeige eine wichtige Rolle spielt, zum andern,
daß die verschiedenen Wellenarten auf unterschiedliche Fehlerarten in jeweils kennzeichnender
Weise mehr oder weniger empfindlich ansprechen. Das heißt, daß es zu jeder Blechdicke
und zum Nachweis der verschiedenen Fehlerarten jeweils optimale Binschallwinkel
gibt. Daraus folgt für eine Prüfanlage, daß je nach der zu prüfenden Blechdicke
ein entsprechender Prüfwinkel eingestellt werden muß.
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Dieser unerwiinschte Zeitverluste hervorrufende Nachteil ist durch
den sogenannten schalloptischen Prüfkopf überwunden worden, der gleichzeitig den
gesamten interessanten Winkelbereich oder das gesamte interessante Winkelspektrum
ausstrahlt und empfängt (Stahl und Eisen, 87, 1967, Nr. 20, Seite 1198 ff).
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Den Vorteilen dieser Prüfmethode steht der nicht unerhebliche Nachteil
gegenüber, daß mit einem Monitor das ganze Gebirge der Durchschallungsimpulse verschiedener
Wellentypen gleichzeitig überwacht wird, so daß zur Fehleranzeige nur der Abfall
des jeweils höchsten überwachten Echos beiträgt. Auf diese Weise ergeben Wellentypen,
deren Durchschallungsimpuls s kleiner ist, die aber auf den gesuchten
Fehler
am empfindlichsten ansprechen können, im Monitor keine Fehleranzeige.
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Zur Schweißnahtprtifung mittels Ultraschall ist durch die GB-PS 716
687 bereits eine Prüfkopfeinheit bekannt geworden, die aus zwei Prüfköpfen besteht,
die über ein Verbindungselement in bestimmtem Abstand voneinander auf einer Seite
eines Prüflings gehalten sind, wobei entweder beide PrUfköpfe gleichzeitig als Sender
und Empfänger oder der eine als Sender und der andere als Empfänger betrieben werden
können sowie unter einem fest eingestellten, gleichgroßen aber entgegengesetzt gerichteten
Winkel in den Prüfling einstrahlen. Diese bekannte Prüfkopfeinheit ist jedoch nicht
zum Prüfen der Schweißnähte von Blechen mit einer Dicke ron mehr als 10 mm auf Dopplungen
und oberflächenparallele, flächenförmige Einschlüsse, insbesondere oberflächennahe
Schlackenzeilenfehler ausgelegt. Diesbezüglich hat man nämlich bisher die Auffassung
vertreten, daß beispielsweise großflächige Dopplungen im Material nicht von Transversalwellen
angezeigt werden, wie auch aus der zuvor diskutierten Literaturstelle iiervorgeht.
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Diese Auffassung wird auch in "Feingerätetechnik" 9.
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Jahrgang, Heft 12, 1960, Seite 557 vertreten, wonach die Prüfung mittels
Plattenwellen für die zuvor genannten Fehler als optimal angesehen wird.
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Zu dem gleichen Schluß kommt der in "Das Industrieblatt", Stuttgart,
Januar 1960, 60. Jahrgang, Nummer 1, Seiten 1 bis 7, abgedruckte Aufsatz, demzufolge
Transversalwellen zur Ermittlung beispielsweise von Dopplungen nicht geeignet sind.
Die auf Seite 5 dieser Veröffentlc lichung abgedruckte Tabelle I macht diese Auffassung
besonders
deutlich und weist auf die erheblichen Vorzüge der Verwendung
von Plattenwellen hin.
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Schließlich ist in "Mitteilungen der Forschungsgesellschaft Blechverarbeitung",
15. April 1955, Nummer 8, Seite 101, ein ReSexionsverfahren mit einem Winkelprüfkopf
beschrieben, wobei Sender und Empfänger im selben Prüfkopf mit gleicher Strahlrichtung
angeordnet sind und eine Kante des Prüflings zum Zwecke der Reflexion anschallen.
Zwar ist darin auch eine Doppelanordnung von Winkelprüfköpfen erwähnt, jedoch sind
diese nicht gegenüberliegend sondern vielmehr nebeneinanderliegend angeordnet, so
daß sie in die gleiche Richtung schallen.
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Es handelt sich dabei somit nicht um ein Durchschallungsverfahren.
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Ausgehend von einer aus der GB-PS 716 687 bekannten Priifkopfeinheit
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Vereinfachung des konstruktiven
Aufbaus und Verwendung handelsüblicher Prüfköpfe eine zuverlässige Prüfung der Schweißnähte
von Blechen mit einer Dicke von mehr als 10 mm zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird
erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung eines einzelnen, mit einer Schalloptik
versehenen Prüfkopfs einer Prüfkopfeinheit, der gleichzeitig als Sender und Empfänger
betrieben wird und unter fest eingestelltem Winkel in den Prüfling einstrahlt, zum
Prüfen der Schweißnähte von Blechen mit einer Dicke von mehr als 10 mm auf Dopplungen
und oberflächenparallele, flächenförmige Einschlüsse, insbesondere oberflächennahe
Schlackenzeilenfehler, unter einem im Prüfling unabhängig von seiner Dicke einen
Winkel von etwa 450 erzeugenden Schallwinkel.
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Gegenüber der aus der GB-PS 716 687 zur Schweißnahtprüfung
bekannten
Prüfkopfeinheit stellt der erfindungsgemäße Vorschlag zunächst eine konstruktive
Vereinfachung dar, da nur ein Prüfkopf benötigt und somit auch die Handhabung erleichtert
wird, und verzichtet zudem bewußt auf die Ausbreitung von Plattenwellen im Prüfling,
so daß ein einmal festeingestellter Winkel für alle Dicken eingehalten werden kann,
wobei in vorteilhafter und zuverlässiger Weise die gerade beim Stand der Technik
als wenig wirkungsvoll angesehene Wellenart zur Verwendung kommt. Es ist also nicht
mehr erforderlich, die bei Anwendung von Plattenwellen zur Auffindung der Fehler
bzw. Fehlerarten für jede Blechdicke erforderliche neue Einstellung eines entsprechenden
Prüfwinkels vorzunehmen, und somit gelungen, die bisher für erforderlich gehaltene
jeweilige Winkelanpassung zu vermeiden und für alle Schweißnähte von Blechen mit
einer Dicke von mehr als 10 mm einen konstanten Einschallwinkel vorzusehen.
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Diese besondere Eignung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verwendung
einer Prüfkopfeinheit für die Prüfung von Schweißnähten kommt dann besonders vorteilhaft
zum Tragen, wenn die Schalloptik zur Vergrößerung des Schallkegelquerschnitts des
Prüfkopfs, jedoch ohne wesentliche Veränderung der Divergenz, aus einer Konkav-
und einer Konvexlinse oder aus einem Konkav- und einem Konvexspiegel besteht. Dadurch
wird der Nahtquerschnitt vollständig und intensiv erfaßt.
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Die Fehlererkennbarkeit kann auch dadurch verbessert werden, daß bei
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung zusätzlich unter einem zweiten
diskreten, fest eingestellten Winkel in den Prüfling eingeschallt wird, der im Prüfling
im Bereich von 60 bis 700 liegt. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß die bestimmten,
den beiden
Einschallwinkeln entsprechenden Durchschallungsimpulse
auf dem Leuchtschirm getrennt liegen und daher mit zwei Monitoren einzeln überwacht
werden können.
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Ein unter zwei Winkeln in den Prüfling einschallender Prüfkopf kann
dadurch hergestellt werden, daß man den Schallstrahl entweder mit einem Kunststoffkeil
teilweise abdeckt oder den Prüfkopf durch Relexion des Schallstrahles an einem zweiflächigen,
in der Vorlaufstrecke des Prüfkopfes angeordneten Metallspiegel unter den fest eingestellten
Winkeln in den Prüfling einstrahlen läßt.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele
des im Rahmen der Erfindung zu verwendenden Prüfkopf-s dargestellt sind, näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen mit einem Kunststoffkeil versehenen Prüfkopf;
Fig. 2 einen mit einem zweiSlächigen Metallspiegel versehenen Prüfkopf; Fig. 3 einen
Prüfkopf mit i.nnerhalb der Kunststoffvorlaufstrecke angeordnetem Linsensatz; und
Fig. 4 einen Prüfkopf mit einem in der Wasservorlaufstrecke angeordneten Spiegelsatz.
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Im Rahmen der Erfindung können als Prüfköpfe handelsübliche Köpfe
mit Kunststoffvorlauf, Universalwinkelköpfe, sowie in Wasserkammern eingebaute Normalprüfköpfe
verwendet werden.
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Der Prüfkopf 1 gemäß Fig. 1 ist in seiner Vorlaufstrecke mit einem
Kuststoffkeil 2 versehen, der einen Teil des d.urch den Prüfkopf 1 erzeugten Schallstrahls
derartabdeckt,
daß der Prüfling 3 von zwei Schallstrahlen 4 und
5 unterschiedlichen Einstrahlwinkels getroffen wird.
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In Fig. 2 ist ein weiteres Beispiel zur Erzeugung mehrerer Einstrahlwinkel
dargestellt. Hierbei ist in der Vorlaufstrecke des Prüfkopfes 6 ein mehrflächiger
Metallspiegel 7 angeordnet, der aufgrund der nicht in einer Ebene liegenden Spiegelflächen
Schallstrahlen 8, 9 mit unterschiedlichem Einstrahlwinkel erzeugt.
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Zwei Möglichkeiten zur Vergrößerung des Schallkegelquerschnittes ohne
Vergrößerung der Divergenz sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Eine für die erfindungsgemäß
verwendete Prüikopfeinheit geeignete Schalloptik besteht aus einer innerhalb der
Kunststoffvorlaufstrecke des Prüfkopfes 10 angeordneten Bikonkavlinse 11, der eine
Bikonvexlinse 12 nachgeschaltet ist (Fig. 3) oder aus einem in der Wasservorlaufstrecke
des Prüfkopfes 13 angeordneten Konvexspiegel 14 mit entsprechend zugeordnetem Konkavspiegel
15. Die wírl^Lung der einzelnen Schalloptikelemente auf den SchallstrahAverlraut.ist
durch die Darstellung repräsentativer Strahlt des Schallkegels in den Zeichnungen
verdeutlicht.