DE19931350A1 - Prüfvorrichtung für die Ultraschallprüfung von Stangenmaterial - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfvorrichtung für die Ultraschallprüfung von Stangenmaterial a) mit einem rohrförmigen Behälter (20), der einen im wesentlichen zylindrischen Innenraum (22) ausbildet, welcher einen größeren Durchmesser hat als das Stangenmaterial und eine Zylinderachse (36) aufweist, b) mit mindestens einer Düse (32) für einen Wasserzulauf, die im wesentlichen tangential zu einem Innenmantel des Innenraums (22) angeordnet ist und in ihn mündet und c) mit mindestens einem Ultraschall-Prüfkopf (34), der mit dem Behälter (20) verbunden ist und eine aktive Fläche (38) hat, die vom zylindrischen Innenraum (22) aus frei zugänglich ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfvorrichtung für Ultraschall von Stangenmaterial. Derartige Prüfvorrichtungen sind in vielfältiger Ausführung bekannt, verwiesen wird hier nur beispielhaft auf das DE-Buch "Werkstoff­ prüfung mit Ultraschall", IV. Auflage, Autoren J. Krautkrämer und H. Krautkrämer.

Bei der Prüfung von Stangenmaterial geht es insbesondere um Innenfehler­ prüfung und Prüfung auf Oberflächenfehler, aber auch auf Prüfung der Ab­ messungen. Für die Ultraschallprüfung muß bekanntlich eine Wasserstrecke zwischen dem Ultraschall-Prüfkopf und der zu prüfenden Stange geschaffen und aufrechterhalten werden. Hierfür sind mehrere Techniken bekannt, bei­ spielsweise Prüfung in Tauchtechnik, Pfützentechnik oder mit einem ge­ führten Wasserstrahl. Weiterhin gibt es geschlossene Wasserkammern mit Prüfstückdurchlauf, die häufig als SPS bezeichnet werden. Nach dem Ein­ lauf des Prüfstücks in die geschlossene Wasserkammer dichtet das Prüf­ stück den Kammereinlauf und -auslauf ab. Die Wasserkammer wird mit Wasser gefüllt, um die Ankopplung zwischen Prüfkopf und Prüfstück zu er­ reichen. Die Prüfköpfe können dabei umfangssymmetrisch angeordnet wer­ den. Nachteilig ist die relativ lange Zeit, bis die Kammer mit Wasser gefüllt ist, es verbleiben ungeprüfte Enden. Weiterhin stören Luftblasen im Ankop­ pelwasser die Prüfung.

Darüber hinaus sind auch Rotationsprüfvorrichtungen bekannt. Durch Ro­ tation der gesamten Prüfkammer einschließlich der Prüfköpfe wird ein sta­ biler Wassermantel erzeugt. Durch ein- und auslaufseitig angeordnete Dichtsysteme ergibt sich ein im wesentlichen rohrförmiger Wassermantel, durch den die Prüfstücke transportiert werden können. Diese Art der Prüf­ technik hat eine hohe Prüfleistung, aufgrund der rotierenden Prüfkammer allerdings auch einen großen mechanischen Aufwand.

Unter Stangenmaterial wird im folgenden jegliche Art von länglichem Materi­ al verstanden, insbesondere runde Stahlstäbe, Stäbe mit unrunden Profilen, wie beispielsweise Vierkant- und Sechskantstäbe, Flachmaterial in Form von Stangen, aber auch Rohre, sowie Walzgut, extrudierte Profile.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Vorrichtung zur Ultra­ schallprüfung von Stangenmaterial anzugeben, die einen mechanisch einfa­ chen Aufbau hat, bei der eine Vorbereitung für eine Ultraschallprüfung we­ nig Aufwand erfordert und bei der Ultraschallprüfköpfe in jeder beliebigen Lage am Umfang angeordnet werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Prüfvorrichtung für die Ultraschall­ prüfung von Stangenmaterial a) mit einem Behälter, der einen im wesentli­ chen zylindrischen Innenraum ausbildet, welcher einen größeren Durchmes­ ser hat als das Stangenmaterial und eine Zylinderachse aufweist, b) mit mindestens einer Düse für einen Wasserzulauf, die im wesentlichen tangen­ tial zu einem Innenmantel des Innenraums angeordnet ist und in ihn mün­ det und c) mit mindestens einem Ultraschall-Prüfkopf, der mit dem Behälter verbunden ist und eine aktive Fläche hat, die vom zylindrischen Innenraum aus frei zugänglich ist.

Durch die im wesentlichen tangential angeordnete und in den Innenraum des Behälters mündende Düse wird Wasser eingeleitet. Aufgrund dieser Zu­ leitung und der daraus resultierenden Umlaufbewegung des Wassers ent­ steht ein im wesentlichen rohrförmiger Wassermantel. Störende Luftblasen bleiben nicht stationär, sondern werden mitgerissen und sind daher für die Prüfung unbeachtlich. Eine Rotation des Behälters erfolgt nicht, vielmehr ist der Behälter stationär. Es rotiert aber der im Behälter befindliche Wasser­ mantel. Durch die Rotation des Wassermantels ist dieser stabil, sofort nach dem Einlauf eines Prüfstücks in Form einer Stange kann die Prüfung erfol­ gen.

Der Behälter kann sehr kurz aufgebaut werden. Ungeprüfte Enden bleiben klein. Es ist aber auch möglich, die Endprüfung im Behälter durchzuführen, wenn sich ein Endbereich einer zu prüfenden Stange im Innenraum befin­ det.

Es ist mindestens ein Ultraschall-Prüfkopf am Behälter angeordnet, vor­ zugsweise sind sehr viele Prüfköpfe vorgesehen. Sie können in jeder beliebi­ gen Lage am Umfang angeordnet werden. Ebenso können Prüfkopfgruppen (CLUSTER) oder Gruppenstrahler (Arrays) eingesetzt werden. Sie können al­ so radial ausgerichtet sein, aber auch schräg in beliebiger Winkelausrich­ tung innerhalb der möglichen Einschallwinkel angeordnet sein, beispielswei­ se in der Radialebene schräg oder in einem Winkel ungleich 90 Grad zur Zy­ linderachse.

Die Ultraschall-Prüfköpfe haben eine aktive Fläche, die vorzugsweise von ei­ nem Vorlaufkörper aus geeignetem Festkörpermaterial gebildet ist. Dieser Vorlaufkörper kann so geformt werden, dass er bündig mit dem Innenmantel des Behälters abschließt, also den Umlauf des Wassers innerhalb des rohr­ förmigen Behälters nicht stört.

Die zu prüfenden Teile werden im wesentlichen konzentrisch zur Zylinder­ achse durch den Innenraum hindurchgeführt. Es ist aber auch möglich, stationäre Stangen oder Profile zu prüfen, in dem der Behälter aus zwei in einer Axsialebene zu verbindenden Halbschalen aufgebaut wird, die um eine stationäre Stange, beispielsweise eine Rohrleitung, herumgelegt werden und axsial verschoben werden können, um die Prüfung durchzuführen.

Für das Stangenmaterial sind Führungsmittel an den beiden Stirnflächen des rohrförmigen Behälters vorgesehen, sie sind für eine Führung der zu prüfenden Stange ausgelegt, so dass die zu prüfende Stange im wesentlichen konzentrisch zur Zylinderachse angeordnet ist. Vorzugsweise sind geeignete Dichtmittel vorhanden, um den Wasseraustritt im Bereich der Stirnflächen gering zu halten. Es kann aber auch ganz bewußt der Wasseraustritt im Be­ reich der Stirnflächen erfolgen, wodurch einerseits die Dichtungen sehr ein­ fach werden oder gar entfallen können und andererseits ein separater Aus­ laß nicht benötigt wird. Es kann aber auch ein separater Auslaß vorgesehen sein, der entsprechend der mindestens einen Düse für Wasserzulauf ausge­ bildet ist und tangential das Wasser wieder austreten läßt, und zwar in Um­ laufrichtung.

Für die Abdichtung im Bereich der Stirnseiten haben sich auswechselbare Endringe besonders bewährt, die an beiden Stirnseiten des Behälters einfach lösbar befestigt werden können. Es gibt sie in unterschiedlichen Ausführun­ gen, also mit unterschiedlichen zentralen Öffnungen, jeweils angepaßt auf das zu prüfende Stangenmaterial, nämlich dessen Profil.

Im Bereich der Stirnseiten, dort wo die Endringe angeordnet sind, ist ein Wasseraustritt möglich, eventuell sogar gewollt. Unterhalb der Stirnseiten werden daher Wasserauffangbecken angeordnet, die das austretende Wasser sammeln.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung, die unter Bezug­ nahme auf die Zeichnung nun näher erläutert werden. In der Zeichnung zei­ gen:

Fig. 1 eine Prüfvorrichtung nach der Erfindung in einem axsialen Längs­ schnitt und mit einer zu prüfenden Rundstange,

Fig. 2 ein Schnittbild durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1 entsprechend der Schnittlinie II-II,

Fig. 3 eine Darstellung als Axialschnittbild einer Prüfvorrichtung mit koni­ schem Innenmantel,

Fig. 4 eine axiale Seitenansicht einer aufklappbaren Prüfvorrichtung und

Fig. 5 eine axiale Seitenansicht einer Führungsbuchse, die aus zwei halb­ ringförmigen Teilstücken zusammensetzbar ist.

Fig. 1 zeigt eine Prüfvorrichtung für die Ultraschallprüfung von Stangen­ material nach der Erfindung. Die Vorrichtung hat einen rohrförmigen Be­ hälter 20, der einen im wesentlichen zylindrischen Innenraum 22 hat. Er hat weiterhin zwei Stirnseiten 24, die durch jeweils eine Führungsbuchse 26 in Ringform so abgeschlossen sind, dass eine Durchlaßöffnung für das zu prü­ fende Stangenmaterial freibleibt.

Als zu prüfendes Stangenmaterial ist in der Ausführung nach Fig. 1 und Fig. 2 eine Stange 28 in Form eines Rundstabes vorgesehen, der dicht in Abdichtmitteln der beiden Führungsbuchsen 26 angeordnet und durch diese Führungsbuchsen geführt ist. Er kann in Richtung des Pfeils 30 transpor­ tiert werden.

In den Innenraum 22 mündet eine Düse 32 für Wasserzulauf. 180 Grad ver­ setzt hierzu ist noch eine weitere, richtungsgleiche Düse vorgesehen, wie Fig. 2 zeigt. Diese Düsen 32 sind so tangential zum Innenmantel angeordnet, dass sie das Wasser im wesentlichen tangential einleiten. Es wird dadurch ein rotierender Wassermantel in Rohrform gebildet, wie er aus Fig. 2 er­ sichtlich ist. Er umläuft im Sinne der Pfeile 31 die zu prüfende Stange 28.

Für die eigentliche Ultraschallprüfung sind am Behälter 20 drei Prüfköpfe 34 angeordnet, die hier nur beispielhaft für die möglichen Prüfköpfe stehen. Ein Prüfkopf schallt auf einer Radialen ein, ein anderer in einem Winkel zur Längsachse 36, ein dritter auf einer Radialebene, jedoch nicht durch das Zentrum, also nicht durch die Längsachse 36. Die Ultraschall-Prüfköpfe 34 haben jeweils eine aktive Fläche 38, die in den Innenraum ragt und mit dem Innenmantel möglichst bündig und formgleich verläuft. Hierzu hat bei­ spielsweise der Winkelprüfkopf 34 einen im wesentlichen keilförmigen Vor­ laufkörper.

Die Prüfköpfe sind für Impuls-Echo-Betrieb ausgelegt, ebenfalls die zugehö­ rige, hier nicht näher dargestellt Prüfelektronik, die an sich bekannt ist und dem Stand der Technik entspricht. Es sind aber auch andere Prüfverfahren möglich. Auf das eingangs genannte Buch wird insoweit verwiesen.

Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 tritt das für die Ankopp­ lung verwendete Wasser im Bereich der Führungsbuchsen 26, insbesondere zwischen den Führungsbuchsen 26 und der Stange 28, aus und wird in Auffangbecken 40 gesammelt und von dort abgeführt.

Die radiale Dicke des Wassersmantels zwischen Stange 28 und Innenmantel 22 beträgt mindestens 5 Millimeter, vorzugsweise liegt sie bei einigen Zenti­ metern. Die Strömungsgeschwindigkeit in Umlaufrichtung wird so gewählt, dass Blasen aller Art mitgerissen werden, jedenfalls sich nicht an irgendei­ ner Stelle festsetzen können.

Die Prüfköpfe 34 können umfangssymmetrisch am Behälter 20 angeordnet werden. Die Anordnung ist von der Konstruktion der Prüfvorrichtung unab­ hängig, sie kann den jeweiligen Prüferfordernissen angepaßt werden.

Der Behälter 20 kann recht kurz ausgeführt werden, es genügt eine axsiale Länge, die ausreicht, um alle Prüfköpfe für die jeweilige Prüfaufgabe unter­ zubringen.

Der mechanische Aufbau der Prüfvorrichtung ist recht einfach, es gibt keine rotierenden Teile, es rotiert lediglich der Wassermantel.

In Fig. 3 ist ein Behälter 20 gezeigt, der einen leicht konisch ausgebildeten Innenraum 22 hat. Das Wasser wird in diesem Fall durch eine Düse 32 ein­ geleitet. Sie befindet sich im Bereich größeren Durchmessers. Das Wasser verläßt den Innenraum 22 wieder an einer ähnlich ausgebildeten und in gleicher Richtung angeordneten Auslaßdüse 42. Unabhängig hiervon sind am Innenmantel 22 schraubenförmig angeordnete, eine geringe Höhe von beispielsweise 5 bis 10 mm aufweisende Stege als Leitbleche 44 vorgesehen, die schraubenlinienförmig umlaufen. Durch sie wird der Wassermantel vom Einlaß zum Auslaß schraubenlinienförmig geleitet.

Fig. 4 zeigt einen Behälter, der in einer durch die Längsachse 36 verlau­ fenden Ebene geteilt ist zu zwei Halbschalen, welche durch ein Gelenk 46 mit parallel zu Längsachse 36 verlaufender Gelenkachse miteinander so ver­ bunden sind, dass sie zu einem Behälter gemäß Fig. 1 und 2 zusammen­ geklappt werden können. Entsprechende Dichtmittel sind an den beiden Halbschalen 50, 52 vorgesehen. Dieser Behälter 20 kann mit entsprechen­ den Führungsbuchsen 26 für die Prüfung stationärer, also bereits in einer Anlage befindlicher Stangen 28 eingesetzt werden, beispielsweise von Rohr­ leitungen bei chemischen Anlagen oder in Kernkraftwerken.

Die Pfeile 48 zeigen, wie die beiden Halbschalen 50, 52 zu einem geschlosse­ nen Behälter zusammengeklappt werden können.

Schließlich ist in Fig. 5 eine Führungsbuchse 26 gezeigt, die hier aus zwei Segmenten zusammengesetzt ist. Dadurch kann die Führungsbuchse 26 auf Stangen aufgesetzt werden, ohne deren Ende einfädeln zu müssen bzw. auf stationäre, eingebaute Stangen aufgesetzt werden, wie dies für die Ausfüh­ rung nach Fig. 4 soeben beschrieben wurde.

Zur Abdichtung gegenüber den Stangen 28 sind an den Führungsbuchsen 26 Dichtungen 43 vorgesehen, siehe Fig. 3. Die Führungsbuchsen 26 kön­ nen in geeignete Ausnehmungen bzw. Aufnahmen an den Stirnseiten 24 des Behälters 20 dicht und leicht lösbar eingesetzt werden.

Als Führungsbuchsen 26 haben sich auch solche mit verstellbaren Öffnun­ gen als günstig erwiesen, z. B. mit einer Irisblende, wie sie ähnlich aus Foto­ apparaten bekannt ist. Insbesondere bei runden Prüfstücken ist es vorteil­ haft, das Prüfstück während seines Transports durch die Prüfvorrichtung zu drehen. Dadurch läßt sich die örtliche Auflösung verbessern. Eine Drehvor­ richtung greift am Prüfstück an und dreht dieses gegenüber der Prüfvor­ richtung. Es ist auch möglich, die Prüfvorrichtung hin- und herzuschwen­ ken, z. B. im Winkel 360° hin- und herzudrehen um die Längsachse 30. Die Prüfvorrichtung nach der Erfindung eignet sich für solche Anwendungen, bei denen ein einmal im normalen Prüfdurchlauf gefundener Fehler oder eine Abweichung anschließend näher untersucht wird, indem das Prüfstück so hin- und zurückbewegt wird bzw. gedreht wird, dass Prüfstück und/oder Prüfvorrichtung um den Ort des gefundenen Fehlers in einem speziellen Prüfdurchlauf bewegt wird und der Fehler so besser und im einzelnen gezielt ausgemessen und erfaßt werden kann.

Claims (8)

1. Prüfvorrichtung für die Ultraschallprüfung von Stangenmaterial

• a) mit einem rohrförmigen Behälter (20), der einen im wesentlichen zylin­ drischen Innenraum (22) ausbildet, welcher einen größeren Durch­ messer hat als das Stangenmaterial und eine Zylinderachse (36) auf­ weist,
• b) mit mindestens einer Düse (32) für einen Wasserzulauf, die im we­ sentlichen tangential zu einem Innenmantel des Innenraums (22) an­ geordnet ist und in ihn mündet und
• c) mit mindestens einem Ultraschall-Prüfkopf (34), der mit dem Behälter (20) verbunden ist und eine aktive Fläche (38) hat, die vom zylindri­ schen Innenraum (22) aus frei zugänglich ist.

2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Prüfkopf (34) so angeordnet ist, dass seine aktive Fläche (38) bündig ist mit dem Innenmantel (22) des Behälters (20).

3. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Füh­ rungsmittel für das Stangenmaterial vorgesehen sind, die für eine Füh­ rung einer zu prüfenden Stange (28) im wesentlichen konzentrisch zur Zylinderachse (36) ausgelegt sind.

4. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass End­ ringe vorgesehen sind, die auswechselbar an den beiden Stirnseiten (24) des Behälters (20) befestigbar sind und eine dem zu prüfenden Stangen­ material angepaßte Öffnung aufweisen.

5. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wasserauffangbecken (40) unterhalb mindestens einer Stirnseite (24) des Behälters (20) vorgesehen ist, das aus dieser Stirnseite (24) ausdringen­ des Wasser auffängt.

6. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auslaß (42) im Behälter (20) vorgesehen ist, der im wesentlichen tangen­ tial zum Innenmantel (22) und in Gegenrichtung zu der mindestens ei­ nen Düse (32) für Wasserzulauf angeordnet ist.

7. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am In­ nenmantel (22) schraubenlinig verlaufende Leitbleche (44) vorgesehen sind.

8. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Innenmantel (22) von einer Stirnseite (24) zur anderen Stirnseite (24) hin verjüngt, insbesondere konisch verjüngt.