DE1945873C3

DE1945873C3 - Prüfvorrichtung zum Prüfen von Rundschweißnähten mittels Ultraschall

Info

Publication number: DE1945873C3
Application number: DE19691945873
Authority: DE
Inventors: Jean Massy Marini (Frankreich)
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1968-09-13
Filing date: 1969-09-10
Publication date: 1975-04-30
Also published as: FR1600873A; GB1255870A; DE1945873A1; DE1945873B2

Description

Anordnung zur Werkstoffprüfung mit Hilfe von Erst die erfindungsgemäß vorgesehene Vereinigung Ultraschallimpulsen beschrieben, die darauf abzielen, aller dieser Merkmale bei einer Prüfvorrichtung dei den durch die von einem Schallgeber abgestrahlten 60 eingangs erwähnten Art in Verbindung mit einei Ultraschallimpulse erfaßbaren Raum zu vergrößern. zwangsweise kontinuierlichen Arbeitsweise mil Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß dem Schall- gleichzeitigem Vorschub des Ultraschallwandlen geber und dem Prüfling zwei Relativbewegungen zu- einerseits und des Schreiborgans der Registriereineinander in zwei zueinander senkrechten Richtungen richtung andererseits entlang jeweils zweier Bewe ermöglicht werden. Synchron mit der auf diese Weise g₅ gungsrichtungen jedoch führt zu einer Anzeige de: bewirkten zweidimensionalen Abtastung des Prüf- Prüfungsergebnisses in der Weise, daß sich nur oberlings durch die vom Schallgeber ausgesandten Ultra- halb einer zulässigen und einstellbaren Toleranzschallimpulse wird ein Elektronenstrahl in einem grenze liegende Fehler bemerkbar machen, so daC

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der Prüfungsergebnisse bei einer Die dargestellte Prüfvorrichtung arbeitet mit

^ ^nosBemao ausgebildeten Prüfvorrichtung erst- Längswellen. Sie besitzt einen Ultraschallwandler 30

ι o.Vrh uneeschultem und unerfahrenem Personal für die Aussendung und den Empfang von Ultra-

ui «en werden kann, wie dies für Massenunter- schallwellen, der von einem Mechanismus getragen

uberiasbcu _rforderlich ^ _{ohne daß} dadurch die zu 5 wird, der seine Verschiebung in einer Schrauben-

,He Prüfungszuverlässigkeit beeinträchtigt wird. bewegung um die Achse 32 der Rundschweißnaht

«weist sich die erfindungsgemäß ausgebildete ermöglicht. Der Ultraschallwandler 30 liefert einen

Jrichtijng als geeignet auch für die Prüfung Ultraschallimpuls 34, der senkrecht auf die Ober-

Seißnähten In Materialien, bei denen die fläche der Hülse 23 gerichtet ist. Um eine gute KoniftUne eine körnige Struktur aufweist; solche io tinuität des Transmissionsweges zu gewahrleisten, ist

»Hen zu denen insbesondere auch austeni- die Hülse 23 mit einem unteren Stopfen 33 versehen,

Stahl sehört liefern auch bei fehlerfreier Aus- und der so gebildete hohle Raum ist mit einer Kopp-

no der Schweißnähte Dauerechosignale, die mit lungsflüssigkeit, wie Wasser, gefüllt. Auf den Ultra-

hUher üblichen Prüfvorrichtungen nur bei schallimpuls 34 folgen mit zeitlichem Abstand ein Aufmerksamkeit und langjähriger Erfahrung i₅ erster Echoimpuls 36 der von dei" f ¹^* ^R£

en des Bedienungs- und Auswertungsperso- flexion der Ultraschallwellen an der Orenznacne

η auf Schweißnahtfehler zurückzuführenden zwischen der Kopplungsflüssigkeit und dem Metall

mmilsen zu unterscheiden sind und daher der Hülse 23 herrührt, ein zweiter Echoimpuls 38

T der Prüfung große Schwierigkeiten be- von der Reflexion an der Schweißnaht (em mehr »Pt haben mit der erfindungsgemäß ausgebildeten *o oder weniger starkes Echo je nachdem ob die

o^l f nrnchtunT jedoch das Prüfergebnis nicht beein- Schweißnaht einwandfrei oder fehlerhaft ist) und

Prüfvorrichtung jeoocn 6 schließlich Echoimpulse, die von aufeinanderfoigen-

^flUSFürⁿdie weitere Erläuterung der Erfindung wird den Reflexionen an der Grenzfläche zwischen Ko_PP-

κ, _a,if Hie Zeichnung Bezug genommen, in der lungsflüssigkeit und Metall herrühren,

nunmehr auf die Ze»g ',ß _erfin £ ^ _{offensichtlich unbed}ingt notwend.g, daß der

^e;ⁿ S ausEebSte Prüfvorrichtung veran- nutzbare Echoimpuls 38 nicht mit einem anderen

dungsgernaß ausgebiioete r B Echoimouls zusammenfällt. Das kann man stets

nutzbare Echoimpuls 38 nich

_Echoimpuls zusammenfällt. Das kann man stets

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FT/eiÄfenür den mechanhchen Aufbau « im ««„.liehen konstant i_S., erhält man so eme em- *T'IrüCrichlg von Fig. 3 in einem Mi»,- ^»J»*—„» _Torscha„»„₈ 4. vor-

mittels Lichtbogenschwe.ßung in emer Argonatoo- ^^^""^ctauog. Diese Aufgabe wire

eine mangelnde Durchdringung erwähn , ^icue gf^^S^in kartesischen Koordinate, durch Elektronenstrahlbeschuß erzeugte Schweiß- J^^^JS _eine wiedergabe der Schweiß i hhnde Schwe»ßnaht 26 nicht 6₅ steuert so α lif i dr di

eine mangelnde Durchdringung erwähn , ^icue gf^^S^in kartesischen Koordinate, durch Elektronenstrahlbeschuß erzeugte Schweiß- J^^^JS _eine wiedergabe der Schweiß naht 28 die vorhergehende Schwe»ßnaht_ 26 nicht 6₅ steuert so α _projektion liefert, in der di

erreicht und ein Schlitz (im rechten Te.l der F ig.7 naht «i torrn α BH J ^^ _erscheinei gezeigt) sowie Einschlüsse oder Homogemtatsfehler Fet^^le _M ^_n™_wird ^g durch ein Potentiometer

entstehen können.

gesteuert, das in Abhängigkeit von der Verschiebung Koordinaten arbeitendes Registriergerät benutzi des Ultraschallwandlers 30 längs der Achse 32 ver- werden, jedoch hat ein Gerät der ersten Art der stellt wird, und durch ein Potentiometer 46, das zwei Vorteil, daß es im Handel verfügbar ist.
Signale liefert, die jeweils sin α und cos α propor- Der Amplitudendiskriminator 42 kann wie ir

tional sind, wobei α der Drehwinkel des Ultraschall- 5 F i g. 4 geschaltet sein. Der Echoimpuls 38 wird an wandlers 30 bezüglich eines bestimmten, jedoch will- den Eingang von vier Amplitudenwählern 56,, 56₂, kürlich gewählten Ausgangspunkts ist. Die Potentio- 56₃, 56₄ gelegt, die in benachbarten Kanälen lieger meter 44 und 46 sind zu einem in F i g. 4 schematisch und jeder ein Relais steuern, das an die Zuleitung gezeigten elektrischen Kreis geschaltet. Die zwischen des Schreibstiftes 52 einen Stromerzeuger 58,, 58₂ dem Ausgang 50 des Potentiometers 46 und seinen io 58₃ und 58₄ anschließt, wobei der dem niedrigster Schleifern abgegriffenen Spannungen haben die Form Kanal entsprechende Erzeuger 58, vorteilhafterweise

tatsächlich einen Strom 0 liefern kann. Die von der

K₀₁) sin <x, Stromerzeugern 58,, 58₂, 58₃, 58₄ gelieferten Ströme

"" *l cos<*; sind entsprechend dem für den jeweiligen Kanal

hierin sind· ¹⁵ S^e'^tent^^en Amplitudenwert verschieden voneinander

In F i g. 4 ist das zum Wähler 56, gehörige Relais

K₀ und K₀₁ Konstanten, geschlossen gezeigt, so daß der Stromerzeuger 58_S

χ das Verhältnis der momentanen Verschiebung einem Strom I₂ an den Schreibstift 52 abgibt,
des Schleifers des Potentiometers 44 zu seiner Der mechanische Teil der Vorrichtung kann die

Gesamtverschiebungsamplitude, 20 in F i g. 6 und 7 gezeigte Ausbildung besitzen, wenn

λ der Winkel der Drehung des Ultraschallwand- die Vorrichtung zur Prüfung der durch Elektronenlers 30 von einer Ausgangsstellung her, bei der strahlschweißung zwischen einer Hülse 23 und einei die Schleifer des Potentiometers 46 ihre End- Platte 24 erzeugten Schweißnaht bestimmt ist. Die stellung einnehmen. dargestellte Vorrichtung besitzt ein tragendes Ge-

25 häuse, das auch zur Zentrierung der Vorrichtung au1

Wenn man die Spannungen K₁ und K₂ an die Ab- der Hülse 23 dient, deren Achse senkrecht verläuft lenkplatten eines Kathodenstrahloszillographen oder und eine Einrichtung zur Verschiebung des Ultra an die Steuerelemente für die Verschiebung eines schallwandlers 30.

Schreibstiftes auf einem Zeichentisch (wie schema- Der Ultraschallwandler 30 wird von einer Stangf

tisch in F i g. 3 gezeigt) anlegt, beschreibt der Licht- 30 60 getragen, deren unteres Ende zu diesem Zwed punkt auf dem Leuchtschirm des Oszillographen mit einer Klemme 62 versehen ist. Die Stange 6( oder der Schreibstift auf dem Zeichentisch nach reicht durch die ganze Vorrichtung und ist mit zwe Maßgabe der Verschiebung des Ultraschallwandlers unabhängigen Mechanismen versehen, von dener 30 eine innerhalb zweier in F i g. 5 schematisch ge- der eine ihre Verschiebung längs ihrer Achse unc zeigter konzentrischer Kreise liegende Spirale. Es ist 35 der andere ihre Drehung um ihre Achse ermöglicht oft vorzuziehen, einen Zeichentisch mit elektroemp- Der Verschiebungsmechanismus besteht aus eine findlichem Papier zu benutzen, dessen Schreibstift 52 mit der Stange 60 unverschiebbar, jedoch frei um sif mit einer Vorrichtung zur Verschiebung in karte- drehbar verbundenen Hülse 64, die durch einen von sischen Koordinaten versehen ist, da so die Auf- tragenden Gehäuse gehaltenen und in eine Längsnu zeichnung in großem Maßstab erfolgt und dauernd 40 der Hülse 64 eingreifenden Zapfen 66 drehfest ge verfolgt werden kann. Wenn die Helligkeit des Licht- halten wird und ein Außengewinde besitzt, das ii punktes oder die durch den Schreibstift gehende ein Gewinde einer im tragenden Gehäuse verschieb Stromstärke, wie in Fig. 3 gezeigt, durch einen bar, jedoch frei drehbar gehaltenen Muffe 68 einge Amplitudendiskriminator festgelegt ist, unterbricht schraubt ist. Die Muffe 68 trägt ein Zahnrad 70, da: dieser den Elektronenstrahl oder den Strom so lange, 45 von einem Motor 72 mittels einer Kette 74 angetrie wie die Amplitude des der Reflexion an der Schweiß- ben wird. Die Einschaltung des Motors 72 bewirk naht entsprechenden Echoimpulses 38 unterhalb die Drehung der Muffe 68 und eine Verschiebunj einer gegebenen Schwelle bleibt, und auf dem der Hülse 64, welche die Stange 60 mitnimmt.
Leuchtschirm aes Oszillographen oder auf dem elek- Der Mechanismus zur Drehung der Stange 60 be

troempfindlichen Papier auf dem Zeichentisch ist so steht aus einem Zahnrad 76, das in eine Nut 77 ii nichts sichtbar. Wenn die Amplitude des Echo- der Stange 60 verschiebbar eingekeilt und im Ge impulses 38 steigt und den Schwellenwert überschrei- häuse unverschiebbar gehalten ist und in Eingrif tet, legt der Amplitudendiskriminator 42 die Inten- mit einer Schnecke 78 steht, die mit der Welle eine sität des Elektronenstrahls im Oszillographen oder Motors 80 gekuppelt ist Der Motor 80 treibt so da des Stroms für den Schreibstift auf einen Wert fest, 55 Zahnrad 76 und die Stange 60 mit einer hohen, in der innerhalb vorbestimmter Stufen gewählt ist. Man allgemeinen über 100 liegenden Untersetzung an.
erhält so ein Leuchtschinnbild oder eine Aufzeich- Die Motoren 72 und 80 können mit einem Regle

nung auf dem elektroempfindlichen Papier von der versehen sein, damit sie mit konstanter Geschwindig in F i g. 7 gezeigten Art, worin die fehlerhaften Be- keit laufen. Man kann aber auch für den Motor T, reiche in Form von mehr oder weniger dunklen 60 eine Programmiervorrichtung vorsehen, welche d* Flecken, je nach der Schwere des Fehlers, erschei- Umdrehungsgeschwindigkeit für den Ultraschall nen. Man sieht beispielsweise im rechten Teil der wandler 30 in dem Maße verringert, wie er sich nacl Schweißnaht eine dunklere Zone, die einer mangeln- oben verschiebt und der Schreibstift 52 auf den den Eindringtiefe entspricht (die Elektronenstrahl- Zeichentisch einen Kreis mit größerem Durchmesse schweißnaht 28 hat die Lichtbogenschweißnaht 26 65 beschreibt. Auf diese Weise kann man dem Schreib nicht erreicht). stift 52 eine wesentlich gleichbleibende lineare Ge

Offensichtlich kann an Stelle eines in kartcsischen schwindigkcit geben und für einen Kanal einer be Koordinaten arbeitenden Zeichentisches ein in Polar- stimmten Amplitude eine gleiche Schwärzung de

7 ^V 8

elektroempfindlichen Papiers erhalten, gleichgültig, in der Größenordnung von 20 cm und einer Tiefe

ob der Schreibstift 52 eine Spirale von kleinem oder von 6 cm in einer Zeitspanne von etwa 2 Minuten

großem Durchmesser schreibt. prüfen, während eine Prüfung von Hand nur von

Eine Leitung 82 in F i g. 6 dient dazu, dem Ultra- einer sehr erfahrenen Bedienungsperson durchge-

schallwandler 30 Signale zuzuführen und die Echo- 5 führt werden könnte und etwa 20 Minuten dauern

impulse abzunehmen, und sie ist durch am Gehäuse würde.

befestigte Lamellen und mit der Stange 60 und dem Die gewählten Dreh- und Verschiebungsgeschwin-Zahnrad 76 rotierende Ringe 86 mit einem äußeren digkeiten hängen offensichtlich weitgehend von der Stromanschluß 84 verbunden. Die Potentiometer 44 gewünschten Genauigkeit und den Ansprechmöglich- und 46 werden vom Gehäuse bzw. einer beweglichen io keiten der zugehörigen Elektronik ab. Man kann mit Platte 88; getragen. Diese Platte 88 wird durch Säulen einer angepaßten Vorrichtung eine Umdrehungs- $0 gefülhrt und drehfest gehalten und ist mit der geschwindigkeit in der Größenordnung von Stange (i0 unverschiebbar verbunden. Die Stange 60 200 U/min für Schweißnahtdurchmesser in der ist mit der die Schleifer tragenden Achse des Poten- Größenordnung von 20 cm bei Verwendung eines tiometers 46 drehfest verbunden, während der 15 verhältnismäßig üblichen Ultraschallgenerators erSchleifer des Potentiometers 44 durch eine an der reichen. Die Versuche wurden mit Umdrehungs-Platte 88 befestigte Stange 92 verschoben wird. Die geschwindigkeiten von etwa 20 mm/min durchge-Potentiometer 44 und 46 sind in der in F i g. 5 ge- führt. In allen Fällen waren die Aufzeichnungen zeigten Weise geschaltet. außerordentlich leicht zu lesen und ließen die fehler-

Mit einer derartigen Vorrichtung lassen sich unter »0 haften oder zweifelhaften Bereiche klar in Form von

Verwendung eines Registriertisches mit elektroemp- dunkleren Flecken auf einem nicht gefärbten Grund

findlichem Papier Schweißnähte mit einem Radius erkennen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

I 945 873

2
KathodenstrahlosziUographen abgelenkt, der außer-

Patentanspruch- dem in seiner Intensität durch ώε auf die abgestrahl-

raieniansprucn. ^ Ultraschallimpulse ausgelosten Echoimpulse ge-

Priifvorrichtung zum Prüfen von Rund- steuert wird, so daß aufatm
schweißnähten mittels Ultraschall mit einem 5 Kathodenstrahloszillographen ei
Ultraschallwandler, der mittels eines Antriebs für den Prüfling entsteht, an Hand de^n et
relativ zur zu prüfenden Rundschweißnaht ent- Fehler erkannt werden können, wozu' js Jedoc^, ™«, lang deren Achse verschiebbar und um diese lang dauernden,Schulung undausgedehnter Erfah-Achse drehbar ist, und mit einer Registrierein- rung für das Bedienung*pe rsoiaal bedarf.
richtung zum Registrieren von aus auf vom i. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde _eine Ultraschallwandler abgestrahlte Ultraschall- Prüfvorrichtung der obenerwähnten Art so auszuimpulse zurückgehenden Echoimpulsen abgelei- bilden, daß sie bei einem Einsatz fur die Prüfung teten Prüfsignalen mit der Größe der Echo- von Rundschweißnahten, wie s,e beispielsweise auf impulse entsprechender Intensität und zur kerntechnischem Gebiet in sehr großer Anzahl aus-Relativbewegung von Ultraschallwandler und t₅ zuführen sind, eine Fehleranzeige liefert, die sich Rundschweißnaht synchroner Bewegung der An- auch von ungeschultem und unerfahrenem Personal zeige über eine Registrierfläche, gekenn- rasch und zuverlässig deuten laßt, so daß weder-zu ζ e i c h π e t d u r c h die Kombination der Merk- beanstandende Fehler übersehen noch fälschlich male, daß der Antrieb für die Bewegung des nicht vorhandene Fehler angenommen werden
Ultraschallwandlers (30) relativ zur Rund- ao Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemaß gelost schweißnaht (26, 28) den Ultraschallwandler durch die Kombination der Merkmale, daß der Aneine kontinuierliche Schraubenlinie durchlaufen trieb für die Bewegung des Ultraschallwandlers läßt, der in der Registriereinrichtung eine konti- relativ zur Rundschweißnaht den Ultraschallwandler nuierliche und synchrone Bewegung eines eine kontinuierliche Schraubenlinie durchlaufen laßt, Schreibstiftes längs einer Spirale mit der Schrau- a₅ der in dor Registriereinrichtung eine kontinuierliche benlinie entsprechender Windungszahl entspricht, und synchrone Bewegung eines Schreibstiftes längs und daß zwischen den Ultraschallwandler und einer Spirale mit der Schraubenlinie entsprechender die Registriereinrichtung in Serie zueinander eine Windungszahl entspricht, und daß zwischen den nur während der dem Eintreffen der Echoimpulse Ultraschallwandler und die Registriereinrichtung in (38) am Ultraschallwandler entsprechenden Zeit- 30 Serie zueinander eine nur während der dem Einintervalle geöffnete Torschaltung (40) und ein treffen der Echoimpulse am Ultraschallwandler entmehrkanaliger Amplitudendiskriminator (42) ein- sprechenden Zeitintervalle geöffnete Torschaltung gefügt sind, über die der Schreibstift nur während und ein mehrkanaliger Amplitudendiskriminator einder dem Eintreffen von Echoimpulsen entspre- gefügt sind, über die der Schreibstift nur während chenden Zeitintervalle und mit einer dem jeweils 35 der dem Eintreffen von Echoimpulsen entsprechenangesprochenen Kanal im Amplitudendiskrimi- den Zeitintervalle und mit einer dem jeweils angenator entsprechenden Intensität für eine Markie- sprochenen Kanal im Amplitudendiskriminator entrung der Registrierfläche erregbar ist. sprechenden Intensität für eine Markierung der Regi-

strierfläthe erregbar ist.
40 Die erfindungsgemaß ausgebildete Prüfvorrichtung

arbeitet in Lösung der oben gestellten Aufgabe mit

einer Kombination von Merkmalen, die zwar für sich genommen zumindest teilweise vorbekannt sind, erst

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zum in ihrem gegenseitigen Zusammenwirken jedoch zu

Prüfen von Rundschweißnähten mittels Ultraschall 45 dem erwünschten Ziel einer quasi narrensicheren

mit einem Ultraschallwandler, der mittels eines An- Fehleranzeige führen.

triebs relativ zur zu prüfenden Rundschweißnaht So ist die Bewegung eines Prüfkopfes relativ zu

entlang deren Achse verschiebbar und um diese einem Prüfling in einer axialen Verschiebung einer-

Achse drehbar ist, und mit einer Registriereinrich- seits und einer Drehung um eine Achse andererseits

tung zum Registrieren von aus auf vom Ultraschall- 5° bereits auf den Seiten 295 und 296 des Buches

wandler abgestrahlte Ultraschallimpulse zurück- »Werkstoffprüfung mit Ultraschall« von J. und

gehenden Echoimpulsen abgeleiteten Prüfsignalen H. Krautkrämer (1966) vorbeschrieben, und eine

mit der Größe der Echoimpulse entsprechender zeitliche Echoimpulsausblendung ist für sich genom-

Intensität und zur Relativbewegung von Ultraschall- men aus der US-PS 3 036 151 bekannt, während die

wandler und Rundschweißnaht synchroner Bewe- 55 US-PS 2 969 671 eine Prüfvorrichtung beschreibt, bei

gung der Anzeige über eine Registrierfläche. der die Echoimpulse in ihrer Amplitude analysierl

In der DL-PS 17 223 sind ein Verfahren und eine werden.