DE2118595C3 - Vorrichtung zur Ultraschall-Werkstoffprüfung auf in einem Werkstück enthaltene Fehlerstellen - Google Patents

Description

3 ^Τ 4

•ι wobei mit /. bzw. ί_Λ die UltraschaU-Ausbrei- F i g. 6 b eine schematische Darstellung der Richt-

⁸ pit der ersten bzw. zweiten Verzögerungsleitung Wirkungen der von den Wandlern gemäß Fig. 6 a

^tUn.⁸ ,nit / die Ultraschall-Ausbreitungszeit im abeeeebenen Ultraschallsignale auf die Oberflache

und mn 'χ "* . , °. - . — ,τ.., ,

"fi^-no bezeichnet ist, und zwar auch dann, der Prufwalze.

Hie Dicke der zweiten Verzögerungsleitung 5 In den Fig. 1 bis 3 bezeichnet der Buchstabe l·

ίΛ UAl-ε) beträgt (mit R₀-A₁ = normale die Stelle eines Werkstoff-Fehlers. Fig. 3 zeigt ein

«ι ndicke 11 = Dicke einer Walzenschicht für eine Beispiel für typische Echo-Piks von sechs künstlichen,

c· u rheitszo'ne gegen Walzenverschleiß; ε = Dicke eine flache Sohle besitzenden Fehlern in einem Pruf-

• Walzenschicht, für welche der Ultraschall eine ling, deren Echozeiten im Kreis von Fig. 2 veran-

7ⁱⁿ-f ntsDrechend d»r Breite des zweiten Echoimpul- io schauücht sind. Die Fig. 5a und 5b sind graphische

η der Außenfläche der ersten Verzögerungslei- Darstellungen für den Fall, in welchem die Prüflinge

^SeS h_Pnötiart daß die Ultraschall-Wandler-Anord- aus Stahlplatten vom Typ S-45 C mit einer Dicke von

_tung ^benoi^J; Wandlerelementen besteht, die 14 mm und einer bestimmten Rauhheit der Ober-

"üf^ngHnem konzentrisch zum Walzenmittelpunkt lie- fläche auf die Ultraschallwellen auftreffen, wobei die

ndenKreis in einer derartigen Anordnung montiert 15 Teilung der oberen Abszisse die Große des Zyhnder-

⁸ⁱT rfaß deren Ultraschallstrahlen so auf die Walzen- drucks in kg/cm* und die Teilung der Ordinate den

iSflächfjrich eisind, daß sich die Strahlen be- über den Wandler erhaltenen Wert in db bei Anwen-

nSbarter Wandler einander so weit überlappen, daß dung einer Frequenz von 5 MHz darstellt wenn die

hefne relativ hohe Ansprechempfindlichkeit in be- Amplitude des Echoschemas auf einer Kathoden-

^S _a,Tieden möglichen Kontaktpunkt zwischen dem ac strahlröhre einen konstanten Wert von beispielsweise

Sf ingund dÄlze ergibt und daß eine Vorrich- 50 mm bei NormaUemperatur darsteUt Die untere

I n! "um elektronischen Schalten der Ultraschall- Abszisse in F i g. 5 a gibt die Große der Gesamtlast

^{svslcms fü}' "^s S

3.

etwa von heißem Walzgut möglich Sicherheitszone gegen solchen Abrieb

Si, * A

_5S

60 v_t

' Fig 5a eine graphische Darstellung des Verhält- ausdrücken: nisses zwischen Rückecho-Empfindlichkeit und Zylinderdruck bei Verwendung einer Quetschwalze,

F i g 5 b eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen Rückecho-Empfindlichkcit und Zylinderdruck bei Verwendung einer Biegewalzenanord-

γ ι g. 6 a einen Teil-Querschnitt zur schematischen 65 2 /

Veranschaulichung eines Beispiels für die Wandler- ί_Α ξ — ^x

Positionen bei einer Vorrichtung mit Merkmalen nach ^νχ

der Erfindung und wobei t., > Z₁ > I_x

sein muß. Dieses numerische Verhältnis wird anhand wählt werden soll, hängt vom Zweck der Ultraschall-

von F i g. 1 und 2 erläutert. Prüfwalzenanordnung, von den Bedingungen des zu

Wenn bei der Anordnung gemäß Fig. 1 sowohl prüfenden Werkstücks und von anderen Faktoren

der Prüfling 15 als auch die zweite Verzögerungs- ab. Bei der in der Fertigungsstraße erfolgenden

leitung 14 aus Stahl bestehen und die normale Dicke 5 Durchführung der Untersuchung eines Prüflings von

der als zweite Verzögerungsleitung wirkenden Hohl- vergleichsweise geringer Dicke bei hoher Temperatur

walze (I = R₂-R₁) im Verhältnis von bis zu mehr als einigen hundert Grad Celsius

unter Verwendung der Biegewalzenanordnung hat es

(R₂ — R₁) — (Al + f) _ ja φ\ sich beispielsweise als undurchführbar erwiesen, den

V₂ K₁ ίο Berührungsdruck, wie im Fall eines dickeren Prüf-

zur Dicke d der ersten Verzögerungsleitung festgelegt ^lin8^s'ⁱⁿ ausreichendem Maß zu erhöhen selbst wenn

wird, wobei Al die Sicherheitezone gegen Rotor-Ver- f.^ine ziemlich große Druckverlagerung Y_des Pruf-

schleiß und mit e die Sicherheitsspanne, welche der ¹I"^ ^am Mittelpunkt der Drehpunkte der beiden

Breite des zweiten EchosS, zumindest für die Aus- Tischwalzen gegeben ist Außerdem fuhrt erne Zu-

wahl des für das elektronische System nötigen ersten ¹S JJf ™^{ι hoh} _R ^er _T Geschwindigkeit von bis zu

EchosS₂ äquivalent ist, bedeuten, dann läßt sich die J20m/mm große Umänderungen der Beruhrungs-

• π·· % a * iu ε κ -tf \L· »™_öi»r. ^lirue zwischen der Prufwalze und der Oberflache des

πι F ι g. 2 dargestellte Echozeitfolge erzielen. _prünings ^^ ^„^ p_{ruckschwankungen dn> die}

/ _v \ zu verringerter Stabilität der Ultraschallprüfungs-

Δ d = d — (I_x + ΔI — 2 ε) I — J (3) _ao Ansprechempfindlichkeit führen. Das vorgenannte

\^V2' Ultraschall-Sammelsystem ist daher in dieser Hinin Fig. 2 ist die Abszisse, d. h. die Zeitachse, sieht ziemlich unvorteilhaft, doch wenn aus diesem durch auf Stahl-Äquivalente bezogene Werte ange- Grund die Ultraschallstrahlen einfach so angeordnet geben, wobei der Zeitpunkt des Auftretens des Im- werden, daß sie breite Richtwirkung besitzen, werden pulses S₀ mit 21, des ersten Echos S₁ mit 22, des as beide Bedingungen der Ansprechempfindlichkeit und zweiten Rückechos S₁ mit 23, des ersten Rückechos des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses verschlechtert.
S₂ von der Waizenoberfläche mit 24, des ersten Rück- Erfindungsgemäß werden diese einander entgegenechos S₃ vom Boden des Prüflings mit 25, des dritten stehenden Auswirkungen durch Verwendung eines Rückechos S₁ mit 26, des zweiten Rückechos S₂ mit Ultraschall-Abtastsystems überwunden, welches eine 27 und der Fehler-Rückechos mit F₂ und F₃ bezeich- 30 noch zu beschreibende elektronische Schaltfunktion net sind. verwendet. Bei diesem System wird eine Anzahl von F i g. 3 veranschaulicht ein Beispiel der Echo- m Wandlern je Kanal auf die in F i g. 6 a dargestellte Spitzen, wie sie bei einer erfindungsgemäßen Ver- Weise an der ersten Verzögerungsleitung 13 montiert, Suchsvorrichtung erhalten werden. Anhand von die beispielsweise auf einem konzentrischen Kreis F i g. 3 ist das Verhältnis mit der Echozeitfolge ge- 35 gegenüber dem Walzen-Mittelpunkt in die Walzenmäß F i g. 2 verständlich. Bohrungsfläche eingelassen ist. Mithin sind die Im folgenden werden einige andere Merkmale der Wandler gemäß Fig. 6b so angeordnet, daß die Erfindung erläutert, welche für eine in der Praxis an- Richtwirkung ihrer Ultraschallstrahlen auf der Walwendbare Konstruktion der Ultraschall-Prüfwalzen- zenoberfläche derart orientiert ist, daß die von einanordnung gelten. Bei der kontinuierlichen Ultra- 40 ander benachbarten Wandlern ausgesandten Ultraschall-Werkstoffprüfung wird das zu prüfende Werk- schaüstrahlen einander an der — 3-db-Position stück im allgemeinen auf einem sogenannten Rollen- kreuzen bzw. schneiden. Selbstverständlich kann das tisch gefördert, wobei die Ultraschall-Prüfwalze in vorgenannte Ultraschall-Sammelsystem für jeden Andruckberührung mit dem Prüfling steht. Die RoI- Wandler realisiert werden. Bei dieser Anordnung sei lentischanordnung kann aus dynamischen Gründen 45 angenommen, daß die von jedem Wandler eingeentweder eine Quetschwalzenanordnung oder eine nommene — 3-db-Empfangsfläche eine Umfangs-Biegewalzenanordnung sein. Wenn der Andruck der länge α auf der Walzenoberfläche besitzt, wobei der Prüf walze am Prüfling vergleichsweise niedrig ist Bereich von ma insgesamt im — 3-db-Pegel emp- oder die Dicke des Prüflings vergleichsweise groß ist, fangen werden kann.

so daß letzterer durch den angewandten Andruck 50 Sodann werden die Ausgangs- oder Eingangs-

kaum durchgebogen werden kann, besteht kein we- signale dieser Wandler elektronisch mit hoher Folge-

seitlicher Unterschied in den praktischen Eigen- _fr ^ π _{ha]t welche} ^ _{def Wieder}.

schäften zwischen den beiden genannten Walzen- ^ m ⁶

anordnungen. Ist der Prüfling dagegen ziemlich dünn, holungsperiode Tr des elektronischen Systems für die

so besteht ein merklicher Unterschied zwischen den 55 Ultraschallprüfung synchronisiert ist; nach den

beiden Anordnungen. Bei der Ultraschallprüfung Schalten werden die Ausgänge parallel geschaltet, se

unter Verwendung einer sogenannten trockenen An- daß sie einen Ausgang für den Kanal bilden,

kopplung, bei welcher für den Kontaktabschnitt Auf diese Weise ist es möglich, eine wirksam«

keine akustische Flüssigkeits-Ankopplung verwendet Ultraschallstrahl-Abtastung in der Nähe der Beruh

wird, besteht ein wesentlicher Unterschied des für die 60 rungslinie der Ultraschall-Prüfwalze zu realisierei

akustische Ankopplung erforderlichen Drucks zwi- und die Leistung der Prufwalze auf hoher Ansprach

sehen den beiden Anordnungen. Dieses Verhältnis ist empfindlichkeit und hohem Signal-zu-Rausch-Ver

graphisch in den F i g. 5 a und S b veranschaulicht, hältr.is zu halten, indem die durch Änderung de

weiche die Ansprechempfindlichkeiten in Abhängig- Kontaktpositionen und des Andrucks der Walze vei keit von dem durch die Quetschwalzenanordnung 65 ursachten nachteiligen Auswirkungen unterdrück bzw. die Biegewalzenanordnung ausgeübten Druck werden.

aufzeigen. Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervoi

Weiche der beiden Rollentischanordnungen ge- daß die ernndungsgemäße Ultraschall-Prüfwalzer

anordnung eine in der Fertigungsstraße durchgeführte kontinuierliche Ultraschallprüfung zu realisieren vermag, die ohne Herabsetzung der Durchlaufgeschwindigkeit einsatzfähig ist, welche bei Warm- und/oder Kalt-Blechwalzwerken bis zu 120 m/min betragen kann. Mit diesem System ist es auch möglich, eine kontinuierliche Prüfung heißer Brammen auf der Fertigungsstraße durchzuführen, wobei die Vorrichtung so stark konzentrierte Ausseigerungen festzu-

stellen, wie sie nahe des Mittelbereichs der Enden einer Bramme oder eines Knüppels auftreten, und Steuersignale dafür zu liefern vermag, wo der Schnitt vorgenommen werden soll. Weiterhin kann eine kontinuierliche Messung einer Schalendicke bei sogenanntem »Draht« bzw. bandförmigem Strahlmaterial in erster Linie derjenigen Dicke vorgenommen werden, die an der sich an die Form einer kontinuierlichen Gießanlage anschließenden Zone gebildet wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. zylindrische Walze aus einem Werkstoff derselben Patentanspruch: Qualität wie der des zu prüfenden Werkstücks

   Vorrichtung zur Ultraschall-Werkstoffprüfung sowohl als akustische Ankopplung als auch als eine «uf in einem Werkstück enthaltene Fehlerstellen, zweite, ein Temperaturgefalle einführende Verzögebei welcher UltraschallsignaSe von einer Ultra- 5 rungsleitung verwendet und Kuhlol durch die hohle jchall-Wandler-Anordnung über zwei jeweils ein Walze zirkuliert wird, wobei ein aus Vollmatenal be-Temperaturgefälle bewirkende Verzögerungslei- stehender Sockel, der an der zentralen, festen Welle Hingen in den Prüfling eingestrahlt und die reflek- der Walze befesügt ist, sowoh als die erste, ein Temlierten Ultraschallsignale wieder empfangen wer- peraturgefälle einführende Verzögerungsleitung als den, bei welcher die zweite Verzögerungsleitung io auch als Linse wirkt, welche die Ultraschallstrahlen aus einer eine akustische Ankopplungs- und Kühl- auf die Oberfläche des zu prüfenden Werkstoffs kondüssigkeit enthaltenden höhten zylindrischen zentriert. Diesem Verfahren und dieser Vornchtung Walze, die aus einem Werkstoff hergestelit ist, haften jedoch immer noch ungelöste Probleme an, die dessen akustische Impedanz im wesentlichen auf den Einsatz in der Praxis und die Dauerzuverlässigdie des Prüflings angepaßt ist, und die erste Ver- 15 keit vor allem aus folgenden Gründen beeinträchtigen: Eögerungsleitung aus einem Sockel aus Vollmate- Bei der in dieser Offenlegungsschnft vorgeschlage-

   rial besteht, der zusammen mit der Ultraschall- nen Vorrichtung sind die beiden Verzögerungsleitun-Wandler-Anordnung an der zentralen vorrich- gen unweigerlich einem Verschleiß unterworfen, da tungsfesten Welle der Walze montiert ist, eine die Walze der zweiten Verzögerungsleitung ständig in Außenfläche aufweist, von der die Ultraschall- ao Berührung mit dem Prüfling auf diesem abrollt und signale auf die Innenfläche der Hohlwalze über- die erste Verzögerungsleitung an der zentralen, festen tragen werden, und als Linse wirkt, welche die Welle der Walze montiert ist, wobei die Fehler-Fest-Ultraschallstrahlen auf die Prüflingsoberfläche stellempfindlichkeit infolge von möglichen Lagenlokussiert, dadurch gekennzeichnet, änderungen der Walzen-Berührungslinie am Prüfling, daß das Material und die Dicke der beiden Ver- »5 welcher mit hoher Geschwindigkeit gefördert wird, fcögerungsleitungen (13, 14) derart aufeinander oder infolge möglicher Druckschwankungen der und auf den Prüfling (15) abgestimmt sind, daß Walze verschlechtert werden kann. Weiterhin ist es die Beziehung /., > f, > /, gilt, worin mit f, bzw. bei dieser Vorrichtung unmöglich, das Material der I₂ die Ultraschäll-Ausbreitungszeit in der ersten einfach angeordneten ersten Verzögerungsleitung als bzw. zweiten Verzögerungsleitung (13 bzw. 14) 30 eine konzentrierende Linse für den akustischen Strahl und mit t_x die Ultraschall-Ausbreitungszeit im einzusetzen.

   Prüfling (15) bezeichnet ist, und zwar auch dann. Der Erfindung liegt damit in erster Linie die Aufwenn die Dicke der zweiten Verzögerungsleitung gäbe zugrunde, eine mögliche unerwünschte Auswir-(14) / = (R₂-R_x)-AI +f) beträgt (mit R₂-R₁-^ kung auszuschalten, die durch Abrieb der Werkstoffe normale Walzendicke; Al — Dicke einer Walzen- 35 der beiden in einer Ultraschall-Prüfwalzenanordnung schicht für eine Sicherheitszone gegen Walzen- verwendeten Verzögerungsleitungen hervorgerufen verschleiß; ε = Dicke einer Walzenschicht, für wird Darüber hinaus soll mit der Erfindung eine welche der Ultraschall eine Zeit entsprechend der Verschlechterung der Feststell-Empfindüchkeit und Breite des zweiten Echoimpulses (23) an der des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses beispielsweise inAußenfläche der ersten Verzögerungsleitung (13) 40 folge einer Lagenverschiebung einer Berührungslinie benötigt), daß die Ultraschall-Wandler-Anord- einer Prüfwalze mit dem zu prüfenden Werkstück nung aus mehreren Wandler-Elementen (12) be- bei hoher Durchlaufgeschwindigkeit (maximal 120 m' steht, die auf einem konzentrischen zum Walzen- min) des Prüflings oder infolge von Andruckschwanmittelpunkt liegenden Kreis in einer derartigen klingen der Walze verhindert werden können.
   Anordnung montiert sind, daß deren Ultraschall- 45 Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur strahlen so auf die Walzenoberfläche gerichtet Ultraschall-Werkstoffprüfung auf in einem Werkstück sind, daß sich die Strahlen benachbarter Wandler enthaltene Fehlerstellen, bei welcher Ultraschalleinander so weit überlappen, daß sich eine relativ signale von einer Ultraschall-Wandler-Anordnung hohe Ansprechempfindlichkeit in bezug auf jeden über ?wei jeweils ein Temperaturgefälle bewirkende möglichen Kontaktpunkt zwischen dem Prüfling 50 Verzögerungsleitungen in den Prüfling eingestrahlt und der Walze ergibt und daß eine Vorrichtung und die reflektierten Ultraschallsignale wieder empzum elektronischen Schalten der Ultraschall- fangen werden, bei welcher die zweite Verzögerungs-Ausgangs- oder Eingangssignale der Wandler- leitung aus einer eine akustische Ankopplungs- und Elemente mit hoher Frequenz in Synchronismus Kühlflüssigkeit enthaltenden hohlen zylindrischen mit der Wiederholungsperiode des elektronischen ₅₅ Walze, die aus einem Werkstoff hergestellt ist, dessen Systems für die Ultraschallprüfung vorgesehen ist. akustische Impedanz im wesentlichen auf die des

   Prüflings angepaßt ist, und die erste Verzögerungs-

   leitung aus einem Sockel aus Vollmaterial besteht,

   der zusammen mit der Ultraschall-Wandler-Anord-

   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ultra- 60 nung an der zentralen vorrichtungsfesten Welle dei hall-Werkstoffprüfung nach dem Oberbegriff des Walze montiert ist, eine Außenfläche aufweist, vor itentanspruchs. Insbesondere stellt die Erfindung der die Ultraschallsignale auf die Innenfläche dei ie Weiterentwicklung der Vorrichtung dar, wie sie Hohlwalze übertragen werden, und als Linse wirkt der deutschen Offenlegungsschrift 1 949 586 be- welche die Ultraschallstrahlen auf die Prüflingsoberhrieben ist. 65 fläche fokussiert, erfindungsgemäß dadurch gelöst

   Die genannte Offenlegungsschrift beschreibt ein daß das Material und die Dicke der beiden Verzöge· erfahren zur kontinuierlichen Ultraschallprüfung rungsleitungen derart aufeinander und auf den Prüfin heißen Stahlplatten, bei welchem eine hohle ling abgestimmt sind, aaß die Beziehung Λ,>ί,>^