DE19610641C1 - US-Prüfvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine US-Prüfvorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung nach der Impuls-Echo-Methode eines relativ dazu sich bewegenden Werkstückes mit einem Prüfkopfträger gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.

Eine gattungsmäßige US-Prüfvorrichtung ist aus der DE-G 91 10 160 sowie der DE 40 26 458 A1 bekannt. Diese besteht aus einem Prüfkopfträger, an dem mindestens zwei Prüfköpfe angeordnet sind, deren Schallstrahlachsen sich im Bereich des Werkstückes in einem Punkt schneiden und einer das Fließmedium führenden die Vorlaufstrecke bildenden Kammer, die eine der Werkstückoberfläche zugewandte Austrittsöffnung aufweist und mit dem Prüfkopfträger verbunden ist, wobei jedem Prüfkopf eine über eine bestimmte Länge der Kammer sich erstreckende, einen Kanal bildende separat geführte Vorlaufstrecke zugeordnet ist, deren Achse mit der jeweiligen Schallstrahlachse fluchtet.

Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist der hohe Wasserverbrauch wegen der relativ großen Austrittsöffnung der Kammer. Weiterhin treten immer wieder Störungen der US-Prüfung durch Blasen in der Wassersäule auf, die eine aufwendige Entgasungseinrichtung erforderlich machen. Der hohe Wasserverbrauch hat seine Ursache auch darin, daß in den Prüfpausen zwischen zwei Werkstücken das Koppelmedium weiterlaufen muß. Das hat wiederum zur Folge, daß im Falle einer Rohrprüfung beim Einfahren in die Prüfanlage das Koppelmedium in das Rohr einlaufen kann und zu US-Störungen führt. Das Rohr muß entweder in aufwendiger Weise mit Stopfen versehen werden, oder zwangsweise ausgeblasen und die Prüfung erneut gestartet werden. Durch diese Problematik ist eine 100%ige US-Endenprüfung von Rohren nicht sichergestellt, so daß zusätzlich die Enden von Hand nachgeprüft werden müssen.

Schließlich sei noch auf die US 36 31 714 verwiesen, die einen Prüfkopf zeigt, bei dem ebenfalls mit dem Prüfkopfträger eine Kammer verbunden ist, deren Hohlraum mit Koppelmedium ausgefüllt ist. Eine zugeordnete Einrichtung bringt von der Seite Fluid zwischen Kammer und Werkstückoberfläche.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine US-Prüfvorrichtung anzugeben, mit der die geschilderten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird mit den im Hauptanspruch angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird der abgeschlossene Hohlraum der Prüfvorrichtung, wobei der Prüfkopfträger und die Kammer eine Einheit bilden, mit Koppelmedium gefüllt. Vorzugsweise ist dies entgastes, destilliertes oder entmineralisiertes Wasser. Es kommen aber auch andere Koppelmedium wie ein Wasser-Glycol-Gemisch oder Glycerin in Frage. Der Hohlraum ist werkstückabgewandt, d. h. zu den Prüfköpfen hin flüssigkeitsdicht und werkstückzugewandt, d. h. zur Austrittsöffnung hin flüssigkeitsdicht aber ultraschalldurchlässig verschlossen. Vorzugsweise wird als werkstückzugewandter Verschluß eine Folie und als werkstückabgewandter Verschluß für die Prüfköpfe ein Dichtring beispielsweise ein O-Ring verwendet. Für die Befestigung der Folie hat es sich als günstig herausgestellt, diese zwischen zwei einen Mittenausschnitt aufweisenden Plattenhälften einzuklemmen und das Plattenpaket an der Unterseite des Elementes zu befestigen. Da die Stirnfläche der Öffnung etwas hervorsteht, wird die Folie beim Anschrauben der Platten straff gespannt. Ein hutförmiges Formteil, das über die Öffnung gespannt wird, ist ebenso denkbar. Die Folie muß wasserdicht, wasserfest, elastisch, form- und UV-lichtbeständig sein. Außerdem muß die Folie ultraschalldurchlässig sein mit geringer Durchgangsdämpfung. Der Reflexionsfaktor soll so gering wie möglich sein und wenigstens 30 dB unter dem Oberflächenecho der Senkrechteinschallung liegen. Diese Bedingungen werden vorzugsweise erfüllt durch eine Folie aus Latex mit einer Dicke von 0,25 mm. Dickere Latexfolien, wie z. B. im Bereich von 0,5-0,8 mm sind ebenso geeignet und bieten einen größeren mechanischen Schutz der Wasserkammer, engen aber unter Umständen den zu prüfenden Wanddickenbereich bei der Senkrechteinschallung ein.

Die zu erwartende größere Amplitude des Wiederholungsechos der Folie kann laufzeitmäßig, durch geeignete Wahl des mechanischen Abstandes zwischen Folie und Prüflingsoberfläche außerhalb des gewünschten Auswertebereiches gelegt werden.

Vorzugsweise wird der Prüfkopfträger aus Teflon hergestellt, da neben den mechanischen Eigenschaften die Wärmeausdehnungsverhältnisse zwischen Teflon und Wasser am günstigsten sind.

Damit das Koppelmedium in den Ringraumspalt zwischen Stirnseite der Öffnung und Werkstückoberfläche ungehindert fließen kann, weist die Platte flachverlaufende Kanäle auf, die mit dem neben der Öffnung mündenden Anschlußkanal in Verbindung stehen. Um den Wasserverbrauch noch weiter zu reduzieren, ist der Ringraum nach außen durch eine nachgiebige Manschette abgedichtet. Den Schutz zum zu prüfenden Werkstück hin übernimmt ein an der Unterseite befestigtes Verschleißelement.

Die Vorteile der vorgeschlagenen Anordnung sind darin zu sehen, daß der Wasserverbrauch um ca. 80% verringert werden kann, da auch in einer Prüfpause zwischen zwei Werkstücken die Wasserzufuhr abgeschaltet werden kann. Außerdem entfällt bei der Rohrprüfung die Gefahr des Hineinfließens des Koppelmediums, so daß eine 100%ige Endenprüfung möglich ist. Da die stehende Wassersäule und die Zufuhr des Koppelmediums in den Ringraumspalt insgesamt eine weniger turbulente Wasservorlaufstrecke bilden, ist das Stör-/Nutzverhältnis der Ultraschallsignale günstiger, so daß eine höhere Impulsfolgefrequenz und somit eine höhere Prüfgeschwindigkeit gefahren werden kann.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die erfindungsgemäße Vorrichtung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung

Fig. 2 im Querschnitt als Einzelteil der Prüfkopfträger

Fig. 3 eine Draufsicht des Prüfkopfträgers in Fig. 2

Fig. 4 eine Ansicht von unten auf die Prüfvorrichtung

Fig. 5 wie Fig. 4, jedoch als Explosionsdarstellung

Fig. 6 eine Draufsicht als Einzelteil die Verteilerplatte.

In Fig. 1 ist in einem Querschnitt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung dargestellt. Das Kernstück der Prüfvorrichtung ist ein Prüfkopfträger 1 (siehe auch Fig. 2), auf dem insgesamt neun Prüfköpfe (Fig. 3) 2-10 angeordnet sind. Beispielhaft zeigt diese Darstellung die Prüfung eines Rohres 12 in der 12-Uhr-Lage. Durch Drehen des Zeichenblattes kann man auch die Prüfung z. B. in 3- oder 6- oder 9-Uhr-Lage simulieren. Jedem Prüfkopf 2-10 ist ein mit einem Koppelmittel, z. B. entgastes, destilliertes Wasser, gefüllter Kanal 13-21 zugeordnet, wobei vorzugsweise diese Kanäle 13-21 zylindrische Bohrungen sind. Im unteren Bereich des Prüfkopfträgers 1 gehen die Kanäle 13-21 ineinander über und bilden eine mit dem Koppelmedium gefüllte Kammer 22. Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik ist diese Kammer 22 aber auf der dem Prüfling 12 zugewandten Seite nicht offen, sondern erfindungsgemäß durch eine Folie 23 verschlossen. Die Einzelheiten des Verschlusses und des Klemmens der Folie 23 sind in Fig. 5 dargestellt. Am Prüfkopfträger 1 ist eine Tragplatte 24 befestigt, auf deren Unterseite die Führungsmechanik angeordnet ist (Fig. 4). In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Führungsmechanik aus zwei drehbar gelagerten hohlen Walzen 25, 26. Durch die hohle Walze 25, 26 ist eine Stange 27, 28 geführt, auf deren Ende je ein hier nicht dargestelltes Wälzlager angeordnet ist. Die Auflagepunkte der Walzen 25, 26 auf dem Prüfling 12 bilden zusammen mit dem Prüfort 31 ein Dreieck. Die Höhe dieses Dreiecks ist abhängig vom Durchmesser des Rohres 12 bzw. von der Krümmung der Mantelfläche. Damit bei einem Abmessungswechsel der Abstand zwischen Scheitelstellung des zu prüfenden Rohres und Prüfort 31 gleich bleibt, ist zwischen einem Aufnahmeteil 32, 33 für die Walzen 25, 26 und der Tragplatte 24 ein auswechselbares Unterlegeteil 34, 35, z. B. aus Kunststoff, angeordnet. Zum Wechsel des Unterlegteils 34, 35 werden die Befestigungsschrauben 29, 30 für das Aufnahmeteil 32, 33 gelöst. Damit kann in einfacher Weise die sich ergebende Höhendifferenz ausgeglichen werden. In Fig. 1 ist erkennbar, daß für kleinere Rohrdurchmesser ein dickeres Unterlegteil 34 und für größere Rohrdurchmesser ein schmales Unterlegteil 35 erforderlich ist.

Die Ankopplung zwischen Prüfvorrichtung und Prüfling 12 erfolgt nun in der Weise, daß über eine Verteilerplatte 36 (Fig. 6) Koppelmedien in den Zwischenraum 37 zwischen Folie 23 und Prüfling 12 fließt, wobei ein zu starker Abfluß des Koppelmediums durch die unterhalb der Verteilerplatte 36 angeordnete Verschleißplatte 38 verhindert wird. Der sich bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung ergebende Verbrauch an Koppelmittel beträgt im Unterschied zum bekannten Stand der Technik nur noch ein Bruchteil. Die Zufuhr des Koppelmittels, im Regelfall gereinigtes Fließwasser, erfolgt über im Prüfkopfträger 1 angeordnete Kanäle 39, 40, an dessen Eintrittsseite abgedichtet ein Anschlußstutzen 41 angeordnet ist.

Fig. 2 zeigt im gleichen Querschnitt wie Fig. 1 den Prüfkopfträger 1 als Einzelteil, wobei die Schnittebene um 90° gedreht wurde, um die Koppelmittelzufuhr deutlich zu machen. Vorzugsweise ist der Prüfkopfträger 1 aus Teflon gefertigt, da dieses Material gute mechanische Eigenschaften aufweist, einfach bearbeitbar ist und ähnliche Schalleigenschaften aufweist wie Wasser. Außerdem liegen die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Teflon und Wasser günstig beieinander.

Eine Draufsicht des Prüfkopfträgers 1 zeigt Fig. 3. In diesem Ausführungsbeispiel sind auf dem Prüfkopfträger 1 insgesamt neun Prüfköpfe 2-10 angeordnet. Die Schallstrahlen aller Prüfköpfe 2-10 sind so ausgerichtet, daß nur ein einziger Prüfort 31 (Fig. 1) gebildet wird, der wahlweise sich auf der äußeren Oberfläche oder auf der Rückwand des zu prüfenden Werkstückes 12 befindet. Bei dieser Anordnung werden Paare von Prüfköpfen gebildet, die bei gleicher Prüffunktion einander gegenüberstehen und deren Schallstrahlen entgegengerichtet sind. Beispielsweise bilden die Prüfköpfe 4, 8 ein Prüfkopfpaar für die Längsfehlerprüfung (L1, L2). Ein anderes Paar für die Querfehlerprüfung (Q1, Q2) bilden die Prüfköpfe 2, 6. Der zentral in der Mitte angeordnete Prüfkopf 10 wird benutzt für die Dopplungs- und Wanddickenprüfung (DW). Die symbolisch eingezeichneten Pfeile 42 sollen die Fokussierung der Schallstrahlen auf einen gemeinsamen Punkt verdeutlichen. In dieser Ansicht ist auch der Anschluß 43 für die Koppelmedienzufuhr zu erkennen.

Fig. 4 zeigt eine Ansicht der Prüfvorrichtung von unten. Im Hinblick auf eine exakte Justierung der Prüfvorrichtung bei der Prüfung von Werkstücken mit gekrümmter Oberfläche ist der Prüfkopfträger 1 mitsamt seiner Tragplatte 24, des Aufnahmeteils 32, 33 für die Walzen 25, 26 mittels der Zapfen 45, 46 in einem hier nicht dargestellten Rahmengestell kardanisch aufgehängt.

Fig. 5 zeigt wie Fig. 4 den unteren Teil der Prüfvorrichtung, hier aber in einer Explosionsdarstellung. Von unten beginnend erkennt man die zapfenartige nach außen sich erstreckende Austrittsöffnung 47 des Prüfkopfträgers 1. Rechts und links daneben sind die Mündungen 48, 49 der beiden Koppelmedienzuleitungen 39, 40 zu erkennen (siehe auch Fig. 2). Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 wird über die zapfenartig ausgebildete Austrittsöffnung 47 eine Folie 23 z. B. aus Latex gespannt. Um die Folie 23 nicht nur zu klemmen, sondern auch zu fixieren, ist sie mit Bohrungen 51 versehen. Die eigentliche Klemmung erfolgt zwischen zwei Platten, zum einen in einer unteren Klemmplatte 50 und einer darüberliegenden Platte 36, die in Doppelfunktion Koppelmedium-Verteilerplatte und gleichzeitig Klemmplatte ist. Einzelheiten sind Fig. 6 zu entnehmen. Den Abschluß der Koppelmedienführung bildet ein Deckel 53. Die zuvor genannten Elemente, wie untere Klemmplatte 50, Folie 23, obere Klemmplatte 36 sowie Deckel 53 werden mittels von vier Schrauben 54 auf der mit Gewindebohrung 55 versehenen Unterseite des Prüfkopfträgers 1 befestigt.

Zwischen der Verschleißplatte 38 und dem Deckel 53 ist ein Schaumstoffring 56 angeordnet, der als Dicht- und als Federelement genutzt wird. Die Abdichtung stellt sicher, daß das aus der Verteilerplatte 36 austretende Koppelmedium nicht seitlich wegfließen kann, sondern konzentriert auf den Zwischenraum 37 (Fig. 1) geführt wird. Die Funktion als Federelement wird dafür benötigt, daß der Zwischenraum 37 bei eventuellen Ovalitäten oder Unebenheiten zum Prüfling 12 abgedichtet bleibt, und die auf die bewegliche Verschleißplatte 38 wirkenden Stöße nicht in voller Intensität auf die darunter liegenden empfindlichen Teile übertragen werden. Die Fixierung der Verschleißplatte 38 einschließlich des auf dieser aufgeklebten Schaumstoffringes 56 erfolgt über Schaftschrauben 57, die in entsprechende Gewindebohrungen 58 (Fig. 5) des Prüfkopfträgers 1 einschraubbar sind.

Fig. 6 zeigt im vergrößerten Maßstab als Draufsicht die erfindungsgemäße Verteilerplatte 36. Diese weist zwei Öffnungen 59, 60 für die Koppelmedienzufuhr aus, die mit den im Prüfkopfträger 1 angeordneten Öffnungen 48, 49 in Verbindung stehen. Die Ausnehmungen in der Platte 36 sorgen für eine gleichmäßige Verteilung des Koppelmediums. Verdeutlicht wird diese Verteilung durch die in dieser Figur eingetragenen Pfeile. Die in der Mitte vorgesehene große Ausnehmung 61 ist so bemessen, daß deren Durchmesser größer ist als die zapfenartige Austrittsöffnung 47 des Prüfkopfträgers 1. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß das Koppelmedium die Austrittsöffnung 47 ringförmig umfaßt und dabei ein ringförmiger Spalt 62 (Fig. 1) frei bleibt. Um die Verteilerplatte 36 befestigen zu können, sind in den Randbereichen Bohrungen 63 angeordnet.

Claims (7)

1. US-Prüfvorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung nach der Impuls-Echo-Methode eines relativ dazu sich bewegenden Werkstückes (12) mit einem Prüfkopfträger (1), an dem mindestens zwei Prüfköpfe (2-10) angeordnet sind und der mindestens eine Anschlußbuchse (41) für die Zuführung des Koppelmediums und eine die Vorlaufstrecke bildende Kammer (22) aufweist, deren der Werkstückoberfläche (12) zugewandte etwas hervorragende Öffnung mit einer fluiddichten, elastischen und ultraschalldurchlässigen Folie (23) verschlossen ist und deren abgedichteter Hohlraum mit einem Fluid gefüllt ist und daß die Folie (23) mittels einer am Prüfkopfträger (1) anschraubbaren einen Mittenausschnitt (61) aufweisenden Platte (36) festklemmbar ist und die Platte flachverlaufende Kanäle aufweist, die im Raum zwischen Werkstückoberfläche und Folie (23) münden und mit der Anschlußbuchse (41) für die Zufuhr des Koppelmediums in Verbindung stehen und daß die Schallstrahlachsen der Prüfköpfe (2-10) so ausgerichtet sind, daß die auftreffenden Schallstrahlen im Bereich des Werkstückes (12) sich in einem Punkte (31) schneiden, wobei jedem Prüfkopf (2-10) eine einen Kanal (13-21) bildende separat geführte Vorlaufstrecke zugeordnet ist, deren Achse mit der jeweiligen Schallstrahlachse fluchtet, wobei die Kanäle (13-21) ineinander übergehen und die Kammer (22) bilden und daß die Folie (23) ein hutförmiges Formteil ist, das auf der Stirnfläche der zapfenartig nach außen sich erstreckenden Öffnung der Kammer (22) straff aufliegt und mittels der Platte im angrenzenden die Öffnung umgebenden Bereich befestigt ist und die Kanäle der Platte (36) in einen Ringraumspalt münden, der gebildet wird durch zapfenartig nach außen sich erstreckende Öffnungen der Kammer (22) und der diesen umgebenden Platte.

2. US-Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (23) zwischen einer unteren Klemmplatte (50) und der als Verteilerplatte ausgebildeten Platte (36) einklemmbar ist und die offenen Kanäle der Verteilerplatte (36) durch einen Deckel (53) abgedeckt sind.

3. US-Prüfvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Werkstück (12) zugewandten Plattenoberfläche (53) eine nachgiebige ringförmige abdichtende Manschette (56) angeordnet ist.

4. US-Prüfvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Manschette (56) und der Werkstückoberfläche ein Verschleißelement (38) angeordnet ist.

5. US-Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopfträger (1) zwei sich erstreckende Kanäle (39, 40) aufweist, die einander gegenüberliegend mit der Platte (36) in Verbindung stehen.

6. US-Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (23) eine Dicke im Bereich von 0,10 bis 1,0 mm hat.

7. US-Prüfvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke 0,25 mm beträgt.