DE19957905A1 - Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von Schweißnähten mittels Ultraschall - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen zerstörungsfreien Prüfung von Schweißnähten in Gegenständen wie Rohren oder Blechen mit Ultraschall, wobei beiderseits der jeweiligen Schweißnaht (10) wenigstens ein als Sende- und Empfangsschwinger ausgebildeter, relativ zum Gegenstand bewegter Ultraschall-Prüfkopf (14, 16) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen zerstörungsfreien Prüfung von Schweißnähten in Gegenständen wie Rohren oder Blechen mit Ultraschall, wobei beiderseits der jeweiligen Schweißnaht wenigstens ein als Sende- und Empfangsschwinger ausgebildeter, relativ zum Gegenstand bewegter Ultraschall-Prüfkopf angeordnet ist.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automati­ schen, zerstörungsfreien Prüfung von Schweißnähten in Gegenständen wie Rohren und Blechen mit Ultraschall, wobei beiderseits der jeweiligen Schweißnaht vier als Sende- und Empfangsschwinger ausgebildete, spiegelsymmetrisch in Bezug auf die Schweißnaht an­ geordnete Ultraschall-Prüfköpfe angeordnet sind, die relativ zum Gegenstand bewegbar sind. Ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art sind bekannt ("Werkstoff­ prüfung mit Ultraschall", Springer-Verlag 1980, S. 294-297). Bei dem bekannten Verfahren werden die beidseitig zur Schweißnaht angeordneten Ultraschall-Prüfköpfe wechselweise in Takten einer Prüfimpulsfolge eingeschaltet. Auf zwei sogenannte Prüftakte, in denen die Schweißnaht auf Fehler geprüft wird, folgt ein dritter Takt, in dem beide Ultraschall-Prüfköp­ fe parallel an ein Steuergerät angeschlossen sind. Durch den dritten Takt, in dem keine Fehlerprüfung erfolgt, wird in den Ultraschall-Prüfköpfen ein Kontrollecho erzeugt, dessen Amplitude ein Maß für die Ankopplung der Prüfköpfe an den Gegenstand ist, dessen Schweißnaht geprüft wird.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine möglichst schnelle Prüfung mit einer hohen Prüfpunktdichte auf Fehler in der Schweißnaht und auf die Funktion der Ultra­ schall-Prüfköpfe möglich ist.

Das Problem wird bei einem Verfahren zur automatischen zerstörungsfreien Prüfung von Schweißnähten in Gegenständen wie Rohren oder Blechen mit Ultraschall, wobei beiderseits der jeweiligen Schweißnaht jeweils wenigstens ein als Sende- und Empfangsschwinger ausgebildeter, relativ zum Gegenstand bewegter Ultraschall-Prüfkopf angeordnet ist, erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, dass die Ultraschall-Prüfköpfe mit einer Sendeimpulsverschie­ bung derart getaktet werden, dass die Ultraschall-Prüfköpfe abwechselnd zeitlich verschoben zur Aussendung von Prüfimpulsen angeregt werden, und dass jeweils derjenige Ultraschall- Prüfkopf, der die Prüfimpulse zuletzt ausgesendet hat, im Impulsechobetrieb zur Fehler­ erfassung und der andere Ultraschall-Prüfkopf im Durchschallungsbetrieb für die Kontrolle der Ankopplung der Ultraschall-Prüfköpfe zu dem Gegenstand eingesetzt wird.

Bei einem Verfahren zur automatischen zerstörungsfreien Prüfung von Schweißnähten in Gegenständen wie Rohren und Blechen mit Ultraschall, wobei beiderseits der jeweiligen Schweißnaht vier als Sende- und Empfangsschwinger ausgebildete, spiegelsymmetrisch in Bezug auf die Schweißnaht angeordnete Ultraschall-Prüfköpfe angeordnet sind, die relativ zum Gegenstand bewegbar sind, wird das Problem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Sendeimpulse der Ultraschall-Prüfköpfe zeitlich nacheinander mit der gleichen Sendeperiode erzeugt werden und dass mit einer einstellbaren zeitlichen Verzögerung gegenüber dem jeweiligen Sendeimpuls für den dem sendenden Ultraschall-Prüfkopf diametral gegenüber­ liegenden Ultraschall-Prüfkopf eine Blende zum Empfang von Ultraschallimpulsen zur Koppelkontrolle, für den auf der gleichen Seite der Schweißnaht wie der sendende Ultra­ schall-Prüfkopf angeordnete Ultraschallprüfkopf eine Blende für Ultraschallimpulse zur Quer­ fehlerprüfung und für den auf der anderen Seite der Schweißnaht symmetrisch zum senden­ den Ultraschallprüfkopf angeordneten Ultraschall-Prüfkopf eine Blende für Ultraschallimpulse zur Längsfehlerprüfung geöffnet wird.

Die den oben angegebenen Verfahren zugrundeliegende erfinderische Idee besteht darin, die zur Prüfung der Schweißnaht eingesetzten Ultraschallprüfköpfe parallel (zeitlich gleichzeitig) zu takten, jedoch jeden einzelnen Sendeimpuls mit einer individuellen Sendeimpulsver­ schiebung so zu steuern, dass jeweils Blenden zeitlich nach dem Senden eingestellt werden, in denen für die Ankoppelkontrollstelle oder die Fehlerprüfung von Ultraschallimpulsen mittels dem gleichen oder einem anderen Ultraschallprüfkopf erfasst werden können.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch die praktisch gleichzeitige Prüfung auf Fehler und auf die Ankopplung der Ultraschall-Prüfköpfe an den Gegenstand bzw. Prüfling, d. h. auf die Funktionsfähigkeit der Ultraschall-Prüfköpfe, eine wesentliche Reduzierung der für einen Prüfvorgang auf Fehler und auf Funktionsfähigkeit erforderlichen Zeit erreicht. Es findet im Parallelbetrieb der Ultraschall-Prüfköpfe eine überlappende Prüfung statt, ohne dass die Ultraschall-Prüfköpfe in eigenen Prüftakten auf Funktionsfähigkeit geprüft werden müssen. Durch die Verkürzung der für die Prüfung auf Fehler und Funktionsfähigkeit notwendigen Zeit kann der jeweilige Gegenstand durch eine Erhöhung der Relativgeschwin­ digkeit zwischen Gegenstand und Prüfköpfen schneller, d. h. in kürzerer Zeit, ohne Reduktion der Prüfpunktdichte geprüft werden. Es ist aber auch möglich, bei gleicher Prüfgeschwindig­ keit wie bei dem oben erwähnten Verfahren kleinere Ultraschall-Prüfköpfe zu verwenden, so dass die Erkennung von Fehlern empfindlicher wird, ohne dass sich die Erfassung der Qualität der Ankopplung und Funktion der Ultraschall-Prüfköpfe sich verschlechtert. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform wird der jeweilige Gegenstand mit mehreren hintereinander in Längsrichtung des Gegenstandes angeordneten Paaren von Ultraschall- Prüfköpfen zugleich geprüft, wobei alle Ultraschall-Prüfköpfe zeitlich gleichzeitig getaktet werden und wobei jeder einzelne Sendeimpuls einer individuellen Sendeimpulsverschiebung so gesteuert wird, dass je zwei Ultraschallprüfköpfe abwechselnd zeitlich verschoben die Prüfimpulse aussenden und derjenige Ultraschall-Prüfkopf, der die Prüfimpulse zuletzt ausgesendet hat, im Impulsechobetrieb für die Fehlererfassung und der andere im Durch­ schallungsbetrieb für die Ankopplungskontrolle eingesetzt wird. Mit dieser Maßnahme lässt sich eine besonders schnelle Prüfung des Gegenstandes erreichen. Vorzugsweise sind die Paare von Ultraschall-Prüfköpfen in unterschiedlichen Abständen zur Schweißnaht angeord­ net. Damit kann das gesamte zu prüfende Volumen des Prüfobjekts mit hoher Auflösung erfasst werden.

Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform werden für die Prüfung auf Querfehler im Gegenstand mit den Ultraschall-Prüfköpfen jeweils Schallwellen schräg zur Oberfläche des Gegenstandes in Bezug auf die Richtung der Relativbewegung eingestrahlt.

Bei einer Vorrichtung zur automatischen zerstörungsfreien Prüfung von Schweißnähten von Gegenständen mit Ultraschall, wobei beiderseits der jeweiligen Schweißnaht wenigstens ein als Sende- und Empfangsschwinger ausgebildeter, relativ zum Gegenstand bewegter Ul­ traschall-Prüfkopf angeordnet ist, wird das Problem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die beiden als Winkelprüfköpfe ausgebildeten Ultraschall-Prüfköpfe mit ihren Sende- und Empfangsrichtungen derart auf die Schweißnaht und aufeinander abgestimmt sind, dass von Fehlern in der Schweißnaht reflektierte Ultraschallwellen zum Ultraschall-Prüfkopf gelangen, der einen Sendeimpuls zuletzt ausgesendet hat, und durchstrahlte Ultraschallwellen zum anderen Ultraschall-Prüfkopf gelangen, und dass die beiden Ultraschall-Prüfköpfe mit einer Steuer- und Auswerteinheit verbunden sind, die die beiden Ultraschall-Prüfköpfe gleichzeitig mit zeitversetzten Sendeimpulsen beaufschlagt und für von demjenigen Ultraschall-Prüfkopf empfangene Ultraschallwellen, der die Sendeimpulse ausgestrahlt hat, eine zeitliche, auf die Laufzeit von Ultraschallimpulsen von der Schweißnaht zum Ultraschall-Prüfkopf eingestellte Blende sowie für vom anderen Ultraschall-Prüfkopf eine auf die Laufzeit der Ultraschall­ wellen zwischen den beiden Ultraschall-Prüfköpfen über den Gegenstand und die Schweiß­ naht abgestimmte zeitliche Blende einstellt. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden, jeweils von den verschiedenen Ultraschall-Prüfköpfen abgegebenen Sendeimpulsen, die insbesondere Frequenzen von mehr als 0,5 MHz haben, werden bei Erfassung eines Fehlers im Gegenstand die reflektierten Ultraschallimpulse und die zur Überprüfung der Ankopplung und der Funktionsweise der Ultraschall-Prüfköpfe verwendeten, durch den Gegenstand und die Schweißnaht hindurchgetretenen Ultraschallimpulse empfangen und nach der Umwandlung in elektrische Signale in der Steuer- und Auswerteinheit verarbeitet. Damit verkürzt sich die Prüfzeit gegenüber einer Prüfeinheit, die eine Ankopplungsprüfung mit einem eigenen Sendeimpuls erzeugt, der nicht zur Fehlererfassung ausgenutzt wird.

Die beiden Ultraschall-Prüfköpfe sind insbesondere in gleichen Abständen von der Schweiß­ naht und senkrecht zu deren Längsrichtung bzw. der relativen Bewegungsrichtung auf der Oberfläche des Gegenstandes unter Zwischenschaltung eines Ankoppelmediums angeordnet. Diese Anordnung eignet sich zur Prüfung der Schweißnaht auf Längsfehler.

Insbesondere sind hintereinander in Längsrichtung des Gegenstands zwei oder mehr Paare von gleichzeitig getakteten Ultraschallprüfköpfen jeweils in unterschiedlichen Abständen zum Gegenstand angeordnet, um das gesamte zu prüfende Schweißnahtvolumen mit hoher Genauigkeit zu erfassen.

Bei einer Vorrichtung zur automatischen, zerstörungsfreien Prüfung von Schweißnähten in Gegenständen wie Rohren und Blechen mit Ultraschall, wobei beiderseits der jeweiligen Schweißnaht vier als Sende- und Empfangswandler ausgebildete, spiegelsymmetrisch in Bezug auf die Schweißnaht angeordnete Ultraschall-Prüfköpfe angeordnet sind, die relativ zum Gegenstand bewegbar sind, wird das Problem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass von einer Steuer- und Auswerteinheit die Ultraschall-Prüfköpfe parallel getaktet und zur Aus­ sendung von Sendeimpulsen zeitlich nacheinander angeregt werden und dass die Steuer- und Auswerteinheit jeweils zeitlich verzögert gegenüber den von einem Ultraschall-Prüfkopf zuletzt ausgesendeten Impuls-Blenden für den Empfang von Ultraschallimpulsen durch die anderen Ultraschall-Prüfköpfe öffnet, von denen ein Ultraschall-Prüfkopf, der demjenigen Ultraschall-Prüfkopf diametral gegenübersteht, der den Sendeimpuls erzeugt hat, für die Ankopplungsprüfung und die anderen für die Fehlerprüfung eingesetzt werden. Diese Anord­ nung von Ultraschall-Prüfköpfen, die auch als X-Anordnung bezeichnet wird, ermöglicht die Erfassung von Quer- und Längsfehlern im Material neben der Ankopplungskontrolle. Die X- Anordnung kann zusammen mit der oben beschriebenen Anordnung für die Längsfehler­ prüfung oder auch für sich alleine eingesetzt werden. Beim kombinierten Einsatz wird eine besonders schnelle Prüfung ermöglicht. Bei der X-Anordnung können zwei oder mehr solcher X-Anordnungen in Längsrichtung des Prüfobjektes mit unterschiedlichen Abständen zu dessen Oberfläche angeordnet werden.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig. 1a und b einen Abschnitt einer Vorrichtung zur zerstörungsfreien auto­ matischen Prüfung von Schweißnähten eines Gegenstandes mit zwei Ultraschall-Prüfköpfen und mit dem typischen Verlauf der Ultraschallwellen bei Fehlererfassung und bei Durchschallung in einem Teil des Gegenstandes schematisch im Querschnitt;

Fig. 2 eine Vorrichtung zur automatischen zerstörungsfreien Prüfung von Schweißnähten von Gegenständen auf Längsfehler mittels Ultraschall schematisch von oben;

Fig. 3 ein Zeitdiagramm von Sendeimpulsen und Blenden der in der Vorrichtung gemäß Fig. 2 für die Prüfung auf Längsfehler vorgesehenen Paare von Ultraschall-Prüfköpfen;

Fig. 4 eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von Schweiß­ nähten von Gegenständen auf Längs- und Querfehler mit einer X-Anordnung von Ultraschall-Prüfköpfen im Schema;

Fig. 5 ein Zeitdiagramm von Sendeimpulsen und Blenden für empfan­ gene Ultraschallimpulse der in Fig. 5 dargestellten Ultraschall- Prüfköpfe in X-Anordnung.

Eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien automatischen Prüfung einer Schweißnaht 10 in einem Gegenstand in Form eines Rohres 12 oder Blechs weist zwei Ultraschall-Prüfköpfe 14, 16 auf, die als Sender- und Empfangsschwinger für Ultraschallwellen ausgebildet sind. Die Ul­ traschall-Prüfköpfe 14, 16 befinden sich auf der Oberfläche 18 des Rohres 12 unter Zwi­ schenschaltung eines Ankopplungsmediums, bei dem es sich um eine Flüssigkeit wie Wasser handeln kann. Das Ankopplungsmedium ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Die beiden Ultraschall-Prüfköpfe 14, 16 sind Winkelprüfköpfe, d. h. sie führen der Oberfläche 18 die Ultraschallwellen in schräger Richtung zu. Jeweils ein Ultraschall-Prüfkopf 14 bzw. 16 ist auf einer Seite der Schweißnaht 10 angeordnet. Eine Steuer- und Auswerteinheit 20 ist mit den beiden Ultraschall-Prüfköpfen 14, 16 verbunden. Die Ultraschall-Prüfköpfe 14, 16 sind längs einer gedachten, nicht dargestellten Linie angeordnet, die senkrecht zur Rohrlängsachse bzw. der Richtung der Längsbewegung zwischen den Prüfköpfen 14, 16 und dem Rohr 12 verläuft. Zwischen dem Rohr 12 und den Prüfköpfen 14, 16 findet eine Relativbewegung statt. Bei längsgeschweißten Rohren findet eine geradlinige Relativbewegung statt. Bei spiralge­ schweißten Rohren ist die Relativbewegung schraubenförmig.

Die Ultraschall-Prüfköpfe 14, 16 sind für die Prüfung auf Längsfehler in der Schweißnaht 10 bestimmt. Die Steuer- und Auswerteinheit beaufschlagt die Prüfköpfe 14, 16 mit zeitver­ setzten elektrischen Impulsen von mehr als 0,5 MHz, die von den Prüfköpfen in Ultraschall­ wellen umgewandelt werden. In Fig. 1a ist die Richtung 22 des Verlaufs von durch den Prüfkopf 14 erzeugten Ultraschallwellen bei fehlerfreier Schweißnaht 10 dargestellt. Die Ultraschallwellen werden an der Innenwand des Rohres 12 reflektiert, durchlaufen die Schweißnaht 10 und treten nach weiteren Reflektionen an der Außen- und Innenwand des Rohres 12 an der Stelle aus dem Rohr 12 aus, an der sich der nicht von den Sendeimpulsen beaufschlagte Ultraschall-Prüfkopf, z. B. der Prüfkopf 16, befindet.

In Fig. 1b ist ein Fehler 24 in der Schweißnaht 10 dargestellt. Ein Teil der vom Ultraschall- Prüfkopf 14 ausgesendeten Ultraschallwellen trifft auf den Fehler 24 im Gefüge der Schweiß­ naht 10 und wird reflektiert. Die reflektierten Ultraschallwellen gelangen zurück an die Stelle, an der sich der Prüfkopf 14 befindet und treten dort aus dem Rohr 12 aus. Die Richtung der reflektierten Ultraschallwellen ist in Fig. 1b mit 26 bezeichnet.

Die Fig. 2 zeigt schematisch eine Schweißnaht eines Rohres, das von einer Transporteinrich­ tung in seiner Längsrichtung bewegt wird. Es sei angenommen, dass es sich um ein längsge­ schweißtes Rohr handelt, in dem Gefügefehler 30, 36 vorhanden sind. Neben dem Rohr sind mehrere stationäre Ultraschall-Prüfköpfe angeordnet, die mit einer Buchstaben-Ziffernkom­ bination bezeichnet sind. Die vorangestellten Buchstaben L oder Q weisen auf die Aufgabe der Prüfköpfe hin, nämlich Längs- oder Querfehler in der Schweißnaht 28 des Rohres zu erfassen. Die erste Zahl nach dem Buchstaben L oder Q bezeichnet die zu einem Paar beiderseits des Rohres gehörenden Ultraschall-Prüfköpfe. Die zweite Zahl nach den Buch­ staben bezeichnet den einzelnen, zu einem Paar gehörenden Prüfkopf.

Neben dem Rohr bzw. Blech sind jeweils in unterschiedlichen Abständen zur Nahtoberfläche drei Paare von Prüfköpfen jeweils mit den Prüfköpfen L11, L12, L21, L22, L31, L32 angeordnet, von denen jedes Paar für die Längsfehlerprüfung der Schweißnaht bei unter­ schiedlicher Tiefe bestimmt ist. Die Paare von Prüfköpfen sind auf die in Fig. 1a und 1b dargestellte Art am Rohr angeordnet.

In Fig. 3 sind schematisch die von den Ultraschall-Prüfköpfen 14, 16 bzw. L12, L11 erzeug­ ten Sendeimpulse und die Blenden für die Verarbeitung von durch die Prüfköpfe L12, L22 empfangenen Ultraschallimpulse in Ordinatenrichtung in Abhängigkeit von der Zeit in Abszissenrichtung eines kartesischen Koordinatensystems dargestellt. Für die Paare von Ultraschall-Prüfköpfen gilt ebenfalls das in Fig. 3 dargestellte Zeitdiagramm.

Die Prüfköpfe L11 und L12 senden abwechselnd mit einer zeitlichen Verschiebung Bündel von Ultraschallimpulsen 32 bzw. 34 aus, deren zeitliche Verschiebung z. B. t₁ ist. Die Impuls-Folgefrequenz zwischen den Sendeimpulsen des gleichen Prüfkopfs L11 oder L12 ist t₂. Nach einer auf den Sendeimpuls 32 des Prüfkopfs L12 bzw. 14 folgenden Zeitverzögerung t₃, die auf die Laufzeit von an Fehler z. B. in der Schweißnaht 10 reflektierten Wellen und auf die Laufzeit der Ultraschallwellen bis zum Prüfkopf L12 bzw. 16 abgestimmt ist, wird von der Sende- und Auswerteinheit 20 eine Blende 38 für vom Ultraschall-Prüfkopf L12 bzw. 14 empfangene Ultraschallwellen, bei denen es sich um von Fehlern im Gefüge reflektierte Wellen handelt, und eine Blende 40 für vom Ultraschall-Prüfkopf L11 bzw. 16 empfangene Ultraschallwellen erzeugt, bei denen es sich um durchlaufende Wellen handelt. Beide zeitlichen Blenden 38, 40 können gleich lang sein und enden eine gewisse Zeit vor dem nächstfolgenden Impuls 32 des Prüfkopfs L12. Zeitlich vor den Blenden 38, 40 sendet der Prüfkopf L11 bzw. 16 einen Prüfimpuls, worauf nach einer gleich langen Verzögerungszeit t₃ zwei zeitliche Blenden 42 und 44 je für den Empfang von Ultraschallwellen durch den Prüfkopf L11 und den Prüfkopf L12 geöffnet werden.

Durch die abwechselnde Anregung der Prüfköpfe L11 und L12 zusammen mit der Impuls­ verschiebung pro Kanal erreicht man die höchst mögliche Pulsfolgefrequenz. Dabei ist die Sendeimpulsverschiebung t₂ kleiner als der zeitliche Abstand t₃ zwischen Aussenden des Sendeimpulses und Zeitblende zur Erfassung von Fehlern bzw. Überprüfung einer ordnungs­ gemäßen Ankopplung.

Durch die gleichzeitigen und gleich langen Blenden 38, 40 bzw. 42, 44 wird einerseits die Schweißnaht 10 auf Längsfehler und andererseits der Prüfkopf L11 auf Ankopplung an das Rohr 10 bzw. 28 geprüft. Es werden also innerhalb einer Sendeimpulsperiode zugleich zwei Prüfungen durchgeführt, in denen anhand der vom jeweiligen Prüfkopf empfangenen Am­ plituden Fehler erkannt oder die Funktionsfähigkeit der Ankopplung und damit auch des Prüfkopfes festgestellt wird. Die für eine automatische Prüfanlage notwendige Prüfung auf Fehler und auf die eigene Funktionsfähigkeit der Anlage wird hierdurch verkürzt, so dass der Prüfvorgang eines Prüfobjektes schneller abläuft. Eine Erfassung von Fehlern in unter­ schiedlicher Tiefe bei dicken Wänden wird durch die mehrfach vorhandenen Paare von Prüfköpfen L12, L22, L21, L22 und L31, L32 mit unterschiedlichen Abständen zur Schweiß­ naht 10 erreicht. Es können auch kleinere Ultraschall-Prüfköpfe verwendet werden, ohne dass die Prüfgeschwindigkeit gegenüber herkömmlichen Prüfmethoden von Schweißnähten abnimmt, jedoch die Auflösung bzw. Genauigkeit zunimmt.

Die Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von Schweißnähten in Rohren, die sich von der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung nur durch die X-Anordnung der Prüfköpfe für die Längs- und Querfehlerprüfung unterscheidet. Die Prüfköpfe für die Längs- und Querfehlerprüfung, die zwar baugleich mit den in Fig. 2 dargestellten Prüfköpfen für die Längs- und Querfehlerprüfung jedoch gemäß Fig. 4 in X-Anordnung auf das Rohr gerichtet sind, sind mit L/QII, L/Q12, L/Q21 und L/Q22 bezeichnet. Die Prüfköpfe L/Q11, L/Q12, L/Q21 und L/Q22 sind spiegelsymmetrisch gegenüber der Schweißnaht 28 des Rohres angeordnet und werden zur Prüfung der Ankopplung der Prüfköpfe und der Schweißnaht auf Quer- und Längsfehler verwendet.

In Fig. 5 sind in Ordinatenrichtung die Sendeimpulse der Prüfköpfe und Blenden und in Abszissenrichtung die Zeit t dargestellt. Die Prüfköpfe L/Q12, L/Q21 und L/Q22 und L/Q11 senden parallel getaktet aber zeitlich jeweils um die gleiche Spanne verschoben jeweils die Impulse 46, 48, 50 und 52 periodisch zu Beginn einer Sendeimpuls-Periode aus, die für alle Ultraschall-Prüfköpfe L/Q 12 bis L/Q11 gleich lang ist. Die Prüfköpfe L/Q12, L/Q21, L/Q11 und L/Q 22 sind ebenfalls an eine Steuer- und Auswerteinheit 20 angeschlossen, von der neben den Sendeimpulsen Blenden für den Empfang von Ultraschallimpulsen erzeugt werden. Die Blenden werden auf die Laufzeiten der Ultraschallimpulse abgestimmt.

Von der Steuer- und Auswerteinheit 20 wird nach dem Aussenden des Impulses 46 mit einer zeitlichen Verschiebung t₄ eine Blende 54 für den Empfang von Ultraschallimpulsen durch den Ultraschall-Prüfkopf L/Q 21 geöffnet. Damit wird an Hand von empfangenen Durch­ schallungsimpulsen festgestellt, ob die Ankopplungen der Ultraschall-Prüfköpfe L/Q 12 und L/Q 21 vorhanden sind. In Fig. 5 ist dies durch die Bezeichnung K-K 12 im Block für die Blende 54 angedeutet. Zugleich mit der Blende 54 öffnet die Steuer- und Auswerteinheit 20 eine Blende 56 für vom Ultraschall-Prüfkopf L/Q 11 empfangene Ultraschallimpulse. Bei Querfehlern in der Schweißnaht gelangen Ultraschallimpulse zum Prüfkopf L/Q 11, d. h. dieser Prüfkopf wird zur Querfehlerkontrolle eingesetzt. In Fig. 5 ist im entsprechenden Block 56 zur Verdeutlichung der Hinweis Q-F21 eingetragen. Weiterhin wird zeitgleich mit den beiden Blenden 54, 56 eine Blende 58 für zum Prüfkopf L/Q 22 im Falle eines Längsfehlers reflektierte Ultraschallimpulse geöffnet. Diese Blende ist in Fig. 5 noch mit L-F21 zur Verdeutlichung bezeichnet.

Eine der vorstehend beschriebenen Blendengruppe entsprechende Gruppe wird auch nach dem Aussenden der Impulse 48, 50 und 52 erzeugt. Nach Ablauf der Zeitverzögerung t₅ nach dem Impuls 48 werden eine Blende 60 zur Ankopplungskontrolle durch den Prüfkopf L/Q12, eine Blende 62 für bei Längsfehlern vom Prüfkopf L/Q11 empfangene Impulse und eine Blende 64 für bei Querfehlern vom Prüfkopf L/Q 22 empfangene Impulse erzeugt. Zur Verdeutli­ chung sind in den Blöcken 60, 62 und 64 die Bezeichnungen K-K 21, L-F 21 und Q-F 21 eingetragen. Nach einer Zeitverzögerung nach dem Aussenden des Impulses 50 durch den Prüfkopf L/Q 22 werden die Blenden 66, 68, 70 je für die Ankopplungskontrolle durch den Prüfkopf L/Q 11, die Längsfehlerkontrolle durch den Prüfkopf L/Q 12 und die Querfehlerkon­ trolle durch den Prüfkopf L/Q 21 geöffnet. Die entsprechenden Hinweise in Fig. 5 sind K-K 22, L-F 22 und Q-F 22. Schließlich werden nach dem Aussenden des Prüfimpulses 52 durch den Prütkopf L/Q 11 die Blenden 72, 74, 76 je für die Koppelkontrolle durch den Prüfkopf L/Q 22, die Längsfehlerkontrolle durch den Prüfkopf L/Q 21 und die Querfehlerkontrolle durch den Prütkopf L/Q 12 geöffnet.

Mit Ultraschall-Prüfköpfen, die in X-Technik angeordnet sind, lassen sich mit parallel getakteten Ultraschallsystemen, d. h. zeitgleich getakteten Systemen, Längs- und Querfehler erfassen, wenn pro Ultraschallkanal eine Sendeimpulsverschiebung einstellbar ist. Mit parallelen Systemen erreicht man die höchstmögliche Pulsfolgefrequenz. Es können in einer Prüfeinrichtung Prüfköpfe in der in Fig. 2 und in Fig. 4 gezeigten Anordnung auch gemein­ sam angeordnet sein. Beispielsweise können ein Paar Ultraschall-Prüfköpfe nur für die Längsfehlerprüfung gemäß Fig. 1 und Ultraschall-Prüfköpfe in X-Anordnung gemeinsam in einer Anlage vorhanden sein, um eine schnelle und vollständige Prüfung, d. h. eine Prüfung auf Längs- und Querfehler mit Funktionsprüfung durch Ankoppelkontrolle durchzuführen.

Claims (12)

1. Verfahren zur automatischen zerstörungsfreien Prüfung von Schweißnähten in Gegen­ ständen wie Rohren und Blechen mit Ultraschall, wobei beiderseits der jeweiligen Schweißnaht je wenigstens ein als Sende- und Empfangsschwinger ausgebildeter, relativ zum Gegenstand bewegbarer Ultraschall-Prüfkopf angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschall-Prüfköpfe parallel mit einer Sende-Impulsverschiebung derart getaktet werden, dass die Ultraschall-Prüfköpfe abwechselnd zeitlich verschoben zur Aussendung von Prüfimpulsen angeregt werden und dass jeweils derjenige Ultra­ schall-Prüfkopf, der die Prüfimpulse zuletzt ausgesendet hat, im Impulsechobetrieb zur Fehlererfassung und der andere Ultraschall-Prüfkopf im Durchschallungsbetrieb für die Kontrolle der Ankopplung der Ultraschall-Prüfköpfe eingesetzt wird.

2. Verfahren zur automatischen zerstörungsfreien Prüfung von Schweißnähten in Gegen­ ständen wie Rohren und Blechen mit Ultraschall, wobei beiderseits der jeweiligen Schweißnaht vier als Sende- und Empfangsschwinger ausgebildete, spiegelsymme­ trisch in Bezug auf die Schweißnaht angeordnete Ultraschall-Prüfköpfe angeordnet sind, die relativ zum Gegenstand bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeimpulse der Ultraschall-Prüfköpfe zeitlich nacheinander mit der glei­ chen Sendeperiode erzeugt werden und dass mit einer einstellbaren zeitlichen Ver­ zögerung gegenüber dem jeweiligen Sendeimpuls für den dem sendenden Ultraschall- Prüfkopf diametral gegenüberliegenden Ultraschall-Prüfkopf eine Blende zum Emp­ fang von Ultraschallimpulsen zur Koppelkontrolle, für den auf der gleichen Seite der Schweißnaht wie der sendende Ultraschall-Prüfkopf angeordneten Ultraschallprüfkopf eine Blende für Ultraschallimpulse zur Querfehlerprüfling und für den auf der anderen Seite der Schweißnaht symmetrisch zum sendenden Ultraschallprüfkopf angeordneten Ultraschall-Prüfkopf eine Blende für Ultraschallimpulse zur Längsfehlerprüfung geöffnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschall-Prüfköpfe in einem zeitlichen Abstand angeregt werden, der kleiner als die Laufzeit des Ultraschalls zwischen den Prüfköpfen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Gegenstand mit mehreren hintereinander in Längsrichtung des Gegenstands angeordneten Paaren von Ultraschall-Prüfköpfen zugleich geprüft wird und dass alle Ultraschall-Prüfköpfe zeitlich gleichzeitig getaktet werden, dass jeder einzelne Sendeimpuls einer individuellen Sendeimpulsverschiebung so gesteuert wird, dass je zwei Ultraschall-Prüfköpfe abwechselnd zeitlich verschoben die Prüfimpulse aussenden und derjenige Ultraschall-Prüfkopf, der die Prüfimpulse zuletzt ausgesendet hat, im Impulsechobetrieb für die Fehlererfassung und der andere im Durchschallungs­ betrieb für die Ankopplungskontrolle eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Paare von Ultraschall-Prüfköpfen in unterschiedlichen Abständen zur Schweißnaht angeordnet sind.

6. Vorrichtung zur automatischen, zerstörungsfreien Prüfung von Schweißnähten von Gegenständen wie Blechen oder Rohren mit Ultraschall, wobei beiderseits der jeweili­ gen Schweißnaht je wenigstens ein als Sende- und Empfangsschwinger ausgebildeter, relativ zum Gegenstand bewegbarer Ultraschall-Prüfkopf angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden als Winkelköpfe ausgebildeten Ultraschall-Prüfköpfe (14, 16, L11, L12, L21, L22, L31, L33) mit ihren Sende- und Empfangsrichtungen derart auf die Schweißnaht und aufeinander abgestimmt sind, dass von Fehlern in der Schweißnaht reflektierte Ultraschallwellen zum Ultraschall-Prüfkopf (14, L21, L31) gelangen, der einen Sendeimpuls zuletzt ausgestrahlt hat, und durchstrahlte Ultraschallwellen zum anderen Ultraschall-Prüfkopf (16, L22, L32) gelangen, und dass die beiden Ultra­ schall-Prüfköpfe (14, 16) mit einer Steuer- und Auswerteinheit (20) verbunden sind, die die beiden Ultraschall-Prüfköpfe gleichzeitig mit zeitversetzten Sendeimpulsen beaufschlagt und für von demjenigen Ultraschall-Prüfkopf empfangene Ultraschall­ wellen, der die Sendeimpulse ausgestrahlt hat, eine zeitliche, auf die Laufzeit von Ul­ traschallimpulsen von der Schweißnaht zum Ultraschall-Prüfkopf abgestimmte Blende sowie für vom anderen Ultraschall-Prüfkopf eine auf die Laufzeit der Ultraschall­ wellen zwischen den beiden Ultraschall-Prüfköpfen über den Gegenstand und die Schweißnaht abgestimmte zeitliche Blende einstellt.

7. Vorrichtung zur automatischen, zerstörungsfreien Prüfung von Schweißnähten in Gegenständen wie Rohren oder Blechen mit Ultraschall, wobei beiderseits der jeweili­ gen Schweißnaht vier als Sende- und Empfangswandler ausgebildete, spiegelsym­ metrisch in Bezug auf die Schweißnaht angeordnete Ultraschall-Prüfköpfe angeordnet sind, die relativ zum Gegenstand bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Steuer- und Auswerteinheit (20) die Ultraschall-Prüfköpfe (L/Q12, L/Q 21, L/Q 22, L/Q 11) parallel getaktet und zur Aussendung von Sendeimpulsen (46, 48; 50, 52) zeitlich nacheinander angeregt werden und dass die Steuer- und Auswert­ einheit (20) jeweils zeitlich verzögert gegenüber dem von einem Ultraschall-Prüfkopf (L/Q 12) zuletzt ausgesendeten Impuls (46) Blenden (54, 56, 58) für den Empfang von Ultraschallimpulsen durch die anderen Ultraschall-Prüfköpfe (L/Q 21, L/Q 11, L/Q 22) öffnet, von denen ein Ultraschall-Prüfkopf (L/Q 21), der demjenigen Ultra­ schall-Prüfkopf (L/Q 12) diametral gegenübersteht, der den Sendeimpuls (46) zuletzt erzeugt hat, für die Ankopplungsprüfung und die anderen (L/Q 11, L/Q 22) für die Fehlerprüfung eingesetzt werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteinheit (20) die beiden Ultraschall-Prüfköpfe (14, 16) abwechselnd um eine Zeit (t₁) versetzt anregt, die kleiner als die Zeitdauer (t₃) zwi­ schen Sende- und Empfangsimpuls ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in gleichen Abständen von der Schweißnaht (10) und senkrecht zu deren Längs­ richtung bzw. der relativen Bewegungsrichtung auf der Oberfläche des Gegenstandes (12) die beiden Ultraschall-Prüfköpfe (14, 16) unter Zwischenschaltung eines Ankop­ pelmediums angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Paare (L11, L12, L21, L22, L31, L32) von Ultraschall-Prüfköp­ fen zur Prüfung auf Längsfehler hintereinander in Längsrichtung der Schweißnaht in unterschiedlichen Abständen zur Schweißnaht (10, 30) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Gruppen von vier Ultraschall-Prüfköpfen hintereinander in Längsrichtung der Schweißnaht (28) in unterschiedlichen Abständen zu dieser an­ geordnet sind.

12. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Paar von Ultraschall-Prüfköpfen mit je einem Prüfkopf beiderseits der Schweißnaht und wenigstens eine Gruppe von vier spiegelsymmetrisch zur Schweißnaht angeordneten Ultraschall-Prüfköpfen in Längsrichtung der Schweißnaht hintereinander angeordnet sind.