DE2146422C3

DE2146422C3 - Einrichtung zum mittigen Einstellen eines Gerätes auf die Schweißnaht endlos geschweißter Metallrohre

Info

Publication number: DE2146422C3
Application number: DE2146422A
Authority: DE
Inventors: Raymond Noisy-Le-Sec Dejussieu (Frankreich)
Original assignee: Vallourec Usines a Tubes de Lorraine Escaut SA
Current assignee: Vallourec Usines a Tubes de Lorraine Escaut SA
Priority date: 1970-09-17
Filing date: 1971-09-16
Publication date: 1975-07-24
Also published as: GB1368981A; BE772669A; JPS5216051B1; IT940358B; AT321344B; AU3355271A; BR7106146D0; NL167471C; IL37716A0; DE2146422B2; US3767882A; FR2107757A5; CH551841A; NL167471B; NL7112471A; GB1331156A; DE2146422A1; DE2146423A1; CA934449A; AU463646B2

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum mittigen Einstellen eines Gerätes auf die Schweißnaht endlos geschweißter Metallrohre, wobei das Gerät auf einem Laufwerk befestigt ist, das an einem festen Rahmen um die Längsachse des geschweißten Rohres schwenkbar angeordnet ist und wobei für das Verschwenken des Laufwerkes ein Antrieb vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von einem Fehlersignal gesteuert wird, das von einer Abtastvorrichtung hervorgerufen wird, die auf dem Laufwerk angeordnet ist und eine auf die Schweißnaht zurückzuführende Änderung einer bestimmten magnetischen Eigenschaft des Rohres erfaßt. Bei geschweißten Stahlrohren, die aus endlosen Stahlbändern hergestellt werden, indem man diese durch geeignete Rollen zu einem Schlitzrohr verformt, dessen Ränder in bekannter Weise, beispielsweise durch Induktionserwärmung, miteinander verschweißt werden, ist es bekanntlich erforderlich, gewisse Maßnahmen, namentlich Prüfmaßnahmen. zu ergreifen, um sich der Qualität der Schweißnaht zu versichera Bei den heute bekannten Prüfgeräten zum Prüfen der Qualität einer Schweißnaht, die vielfach auf der Anwendung von Uitraschalltransduktoren oder von örtlichen Wirbeistromsonden beruhen, ist es bekanntlich notwendig, die Fühler. Sonden oder Transduktoren so genau wie möglich mittig auf die Schweißzone einzustellen, die man prüfen will, andernfalls eine solche Prüfung wirkungslos und ungenau wird.

Ein solches mittiges Einstellen der Aufnehmer der Prüfgeräte auf die Schweißnaht wirft nichtsdestoweniger wegen Verwindung der Schweißnaht ein großes Problem auf. Es ist nämlich bekannt, daß namentlich auf Grund der Tatsache, daß das Ausgangsstahlband nicht völlig gerade ist und dazu neigt, säbelförmig zu verlaufen, eine mehr oder minder ausgeprägte Verwindung der Schweißnaht auftritt Mit anderen Worten verlagert sie sich im Verlauf der Fertigung des Rohres in zufälliger Wise von einer gegebenen Normalstellung aus nach der einen oder nach der anderen Seite.

Eine solche Verlagerung kann auf einer Länge von mehreren Metern mehrere Zentimeter erreichen.

Um die Aufnehmer der Prüfeinrichtung mittig zur Schweißnaht des Rohres zu halten, gleichgültig wie groß die Verwindung der Schweißnaht ist sind in der US-PS 3 346 807 bereits Einrichtungen zum Einstellen der Geräte vorgeschlagen worden, bei denen das Gerät suf einem Laufwerk befestigt ist das an einem festen Rahmen um die Längsachse des geschweißten Rohres schwenkbar angeordnet ist. welches an dem Rahmen vorbeigeführt wird, wobei für das Verschwenken des Laufwerkes ein Antrieb vorgesehen ist der in Abhängigkeit von einem Fehlersignal gesteuert wird, das von einer Abtastvorrichtung hervorgerufen wird, die auf dem Laufwerk angeordnet ist und eine auf die Schweißnaht zurückzuführende Änderung einer bestimmten magnetischen Eigenschaft des Rohres erfaßt, so daß damit das Gerät auf die Längsachse der Schweißnaht ausgerichtet gehalten werden kann.

Bei dieser Einrichtung weist die Abtastvorrichtung im wesentlichen eine Aufnahmespule auf, die eine Pendelbewegung um die Schweißnaht ausgeführt und die von der Schweißnaht herrührenden Abweichungen der Induktion des Magnetfeldes erfaßt das in den entsprechenden Bereichen des Rohres durch einen Magneten hervorgerufen wird, der das Rohr umgibt und am Laufwerk befestigt ist, wobei diese Spule zugleich den Aufnehmer des Prüfgerätes für die Qualitätsprüfung der Schweißnaht bildet.

Eine solche Einrichtung weist den Nachteil auf, daß sie auf dem Laufwerk die Verwendung bewegbarer Teile erfordert, damit die Spule aus Gründen der Genauigkeit so rasch und gleichmäßig wie möglich verschwenkt werden kann. Darüber hinaus müssen ebenfalls wegen der erstrebten Genauigkeit die das Magnetfeld in den abzutastenden Bereichen des Rohre; erzeugenden Mittel sehr leistungsfähig sein, weshalb sie schwer und sperrig sind, was das Gewicht des Laufwer kes und dadurch wiederum die Gestehungs- und Be triebskosten seiner Steuerung in Richtung dei Schweißnaht erhöht. Außerdem hat, da die Aufnahme spule bei jedem Durchgang ein elektrisches Signal er zeugt, das verwertbare Fehlersignale zum mittigen Ein stellen des Laufwerkes auf die Schweißnaht nur einer Mittelwert, der verhältnismäßig ungenau ist. Aus reir mechanischen Gründen ist die Pendelfrequenz der Spu Ie nach oben begrenzt, was noch die Genauigkeit dei

Messung eines solchen Mittelwertes verringert

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute und geringe Kosten verursachende Einstelleinrichtung zu schaffen, die eine genauere Einstellung als bisher ermöglicht

Diese Aufgabe ist bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß die Abtastvorrichtung von zwei gleichen Sonden mit je einem Abtastkopf kleiner Abmessung und von Reluktanzmeßvorrichtung gebildet wird, die jeweils ein in Abhängigkeit von der magnetischen Permeabilität in der unmittelbaren Nachbarschaft ihrer Abtastköpfe sich änderndes Meßsignal erzeugen, daß die zwei Sonden auf dem Laufwerk so angeordnet sind, daß ihre Abtastköpfe den unmittelbar beiderseits der Schweißnaht gelegene Bereichen des Metallrohres gegenüberstehen, und daß eine Schaltung vorgesehen ist die aus der Differenz der Meßsignale das Fehlersignal zum Steuern des Antriebes bildet

Die Genauigkeit der Einstellung des Laufwerkes, und damit des Gerätes, auf die Schweißnaht ist um so größer, je beträchtlicher beim Durchlauf der Schweißnaht die Änderung des Maßes der Reluktanz ist die von den Abweichungen der magnetischen Permeabilität in dem geprüften Medium verursacht wird, was namentlich bei gewissen Stahlrohren, und zwar besonders bei Rohren aus nichtrostendem austenitischern Stahl, der Fall ist. So liegt bei diesem Sonderfall die Einstellgenauigkeit unter 0,5 mm. Das stellt zufolge verschiedener durchgeführter Versuche einen Fortschritt gegenüber der bekannten Einrichtung der eingangs genannten Art dar. Darüber hinaus erlaubt es die »ortsfeste« Anordnung der Sonden auf dem Laufwerk, die Steuerung des letzteren zu vereinfachen, das weder irgendeine Bewegungsvorrichtung benötigt noch irgendwelchen dynamischen Kräften unterworfen ist, die sich zyklisch ändern und unerwünschte Erschütterungen hervorrufen. Weiterhin wird die Messung der Reluktanz beiderseits der Schweißnaht durch die beiden Sonden kontinuierlich und ohne Berührung mit dem geschweißten Rohr durchgeführt was die auf eine mögliche gegenseitige Beeinflussung der Abtastvorrichtung und des Rohres zurückgehenden Fehlerquellen vermindert.

\us der DT-OS 1 809 342 ist eine Vorrichtung zum Steuern der seitlichen Verschiebung eii s plattierten Bandes während seiner Zuführung zu ener Schneidvorrichtung bekannt. Diese Steuervorrichtung weist zwei auf die Ränder des Plattierungsstreifens ausgerichtete Sonden auf, die jeweils als Bündel von mit einer Lichtquelle verbundenen hinleitenden Glasfasern und von mit einem photoelektrischen Bauelement verbundenen rückleitenden Glasfasern ausgebildet sind. An die beiden photoelektrischen Bauelemente ist ein Rechenverstärker angeschlossen, der aus den beiden elektrischen Ausgangssignalen der Bauelemente ein Steuersignal bildet das ein mechanisches Stellglied zum Verschieben eines das Band führenden Tisches quer zur Zuführrichtung steuert. Es ist daher eine Schaltung an sich bekannt, die aus der Differenz der Meßsignale von zwei zu beiden Seiten einer mittig zu führenden Spur angeordneten Abtastköpfen das Fehlersignal zum Steuern des Antriebes bildet.

Auch nichtschwingende Reluktanzmeßvorrichtungen sind z. B. aus der US-PS 3 444 458 an sich bekannt.

Die Erfindung ist in der forlgenden Beschreibung an Hand eines Ausführungsbeispieles im ein2.elnen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung gemäß der Erfindung,

Fig.2 eine schematische Darstellung einer Sonde der Ausführungsform nach F ι g. 1,

F i g. 3 und 4 eine teilweise geschnittene Vorderansieht bzw. Seitenansicht der Ausführungsfonn.

An Hand der Fig.1 und 2 wird im folgenden der grundlegende Aufbau einer Einrichtung gemäß der Erfindung beschrieben.
Ein Laufwerk iO ist an einem nicht dargestellten festen Rahmen um die Längsachse 13 eines endlos geschweißten Rohres 12 drehbar angeordnet Das Laufwerk ist entworfen, um ein nicht dargestelltes Prüfgerät zu tragen, mit dem sich die Güte der Schweißnaht 14 des Rohres 12 kontinuierlich prüfen läßt Da die

is Schweißnaht 14, wie schon erwähnt zum Verwinden neigt d. h. ihre Winkellage längs des Rohres 12 in bezug auf die in F i g. 1 dargestellte normale Lage sich zu verändern neigt ist es für eine richtige Funktion des Prüfgerätes erforderlich, dieses und damit das es tragende Laufwerk auf die Schweißnaht mittig einzustlen. Zu diesem Zweck wird die Winkellage des Laufwerkes 10 auf dem festen Rahmen unter Zwischenschaltung einer herkömmlichen Getriebeverbindung 16 von einem Antriebsmotor 18 eines Servorantriebes 20 gesteuert Der Servoantrieb 20 wird in Abhängigkeit von einem Fthlersignal gesteuert das an einer Ausgangsklemme 22 einer Detektorschaltung 24 erscheint deren Eingangsklemmen 26 und 28 mit Steuerklemmen 30 bzw. 32 zweier Detektorsonden 34 und 36 verbunden sind, weiche am Laufwerk 10, und zwar beiderseits der Schweißnaht 14, angeordnet sind, wie oben beschrieben wurde.

Wie F i g. 2 zu entnehmen ist in der die Sonde 34 als Beispiel dargestellt ist, besteht eine jede der Sonden 34

und 36 im wesentlichen aus einem Abtastkopf, der durch den Luftspalt 38 eines Magnetkerns 40 aus ferromagnetischen Material mit geringer Hysteresis dargestellt wird, aus einer primären Erregerwicklung 42 und aus einer sekundären Detektorwicklung 44, wobei die Enden der letzteren einerseits mit der Masse der Sonde und andererseits mit der Steuerklemme 30 bzw. 32 verbunden sinil. Die beiden Primärwicklungen 42 der Sonden 34 und 36 sind in Reihe geschaltet und werden über Leitungen 46 und 48 von einem Wechselspannungs-

generator 50 gespeist, der eine bestimmte Wechselspannung mit einer Frequenz von beispielsweise 70 Hz liefert. Wenn der durch den Magnetkern 40 und durch die dem Luftspalt 38 benachbarten Bereiche des Rohres 12 gebildete magnetische Kreis von einem wech-

selnden magnetischen Fluß durchflossen wird, der durch die Primärwicklung 42 hervorgerufen wird, bildet die Sekundärwicklung 44 eine Meßvorrichtung für die Reluktanz des erwähnten magnetischen Kreises. Es erscheint also an der Steuerklemme 30 oder 32 der betrachteten s>onde ein Meßsignal in Form einer Wechselspannung, deren Amplitude sich bei sonst gleichbleibenden übrigen Parametern in Abhänigkeit von der magnetischen Permeabilität des in der unmittelbaren Nachbarschaft des Luftspaltes 38 befindlichen Mediums ändert.

Die Detektorschaltung 24 ist im wesentlichen eine Differentialschaltung bekannten Typs, die als Eingangssignal die Potentialdifferenz ausnutzt, die an den Endpunkten 26 und 28 einer der Diagonalen einer lmpe-

danzmeßbrücke erscheint, deren erste beide Zweige durch die einander entgegengesetzt gewickelten Sekundärwicklungen 44 der Sonden 34 und 36 und deren beide andere Zweige durch zwei bestimmte Impedan-

zen gebildet werden, und zwar im vorliegenden Beispiel durch eine Parallelschaltung eines Widerstandsabgleichpotentiometers 52 und eines induktanzeinstellpotentiometers 54. Da, wie erwähnt, der Verbindungspunkt der zwei durch die beiden entgegengesetzt gewickelten Wicklungen 44 gebildeten Brückenzweige mit der Masse verbunden ist, wird im einzelnen das Eingangssignal der Detektorschaltung 24 durch die Spannung gebildet, die an einem mittleren Punkt A erscheint, welcher durch herkömmliche Widerstände 56 und 58 mit den Endpunkten der vorerwähnten Diagonalen den oben beschriebenen Impedanzmeßbrücke verbunden ist. Das am Punkt A erscheinende Spannungssignal wird in einen Vorverstärker ISO eingegeben, auf einem mit dem Ausgang des Vorverstärkers 60 verbundenen Empfindlichkeitseinstellpotentiometers 62 abgegriffen und dem Eingang eines Verstärkers 64 zugeführt Das Ausgangssignal des Verstärkers 64 wird anschließend durch einen Synchrondemodulator 66 demoduliert welcher außerdem von dem Wechselspannungsgenerator 50 so gespeist wird, daß er an der Ausgangsklemme 22 ein Fehlersignal in Form einer Gleichspannung erzeugt, deren Amplitude vom Nullpunkt aus in beiden Richtungen schwankt und zwar in Abhängigkeit von der am Punkt A abgegriffenen Spannung, deren Phasenverschiebung das Vorzeichen des Fehlersignals bestimmt Aus der vorstehend beschriebenen Anordnung ergibt sich, daß das an der Ausgangsklemme 22 der Detektorschaltung 24 erscheinende Fehlersignal bei einer bestimmten passenden Einstellung der Potentiometer 52.54 und 62 eine direkte Funktion der Differenz der Meßsignale der Reluktanzmessung ist die an den Klemmen 30 und 32 der Detektorsonden 34 und 36 auftreten.

Das an der Ausgangsklemme 22 der Detektorschal tung 24 erscheinende Fehlersignal wird über eine Leitung 68 an eine positive Eingangsklemme 70 eines Gieichstromdifferentiaiversiärk«!-» 72 weitergeleitet dessen Ausgang einen Leistungsverstärker 74 des Servoantriebes 20 speist Der Verstärker 74 steuert die Verstellbewegungen des Antriebsmotors 18, der einerseits das Laufwerk 10 unter Zwischenschaltung des Getriebes 76 um die Achse 13 verschwenkt und andererseits einen Dynamo 16 dreht dessen Ausgangsspannung über eine Leitung 78 zur negativen Eingangsklemme 80 des Gleichstromdifferentialverstärkers 72 geleitet wird. Die auf diese Weise durch das Dynamo 76 und die Leitung 78 erfolgende Drehzahlrückmeldung ergibt eine Dämpfung, die ein instabiles Verhalten oder »Pumpen« des Servoantriebes 2Θ verhindert.

Die oben beschene ng funktioniert wie folgt: Wie bekannt, weist das Rohr 12 in der Nachbar schaft der Schweißnaht 14 erne charakteristische Änderung ¹ mtischer Eigenschaften, wie bejspieiswece seiner Permeabilität, auf. Bei dem Sonderfall nichtrostender aasteamscher Stahle zeigt die magnetische PermeabäMt in der Nähe der Schweißnaht eine heftige, symmetrisch in bezog auf die Längsachse der Schweißnaht Anöerang. Da die Sekundär wicklungen 44 der Sonden 34 and 36 einander entgegengesetzt gewickelt sind, ersheinen an den Klemmen 30 und 32 Reluktanzmeßsignale in Form von Wechsel Spannungen mit entgegengesetzter Phasenlage, wöbe die Amplitude dieser Signale durch die Reluktanz des jenigen Magnetkreises bestimmt wird, der der betref fenden Sonde zugeordnet ist

Auf Grund der Differentialschaltung der Sekundär wicklungen in der Meßbrücke ergibt sich, daß bei einei geeigneten Einstellung der Potentiometer 52 und 54 die Spannung am Punkt Λ Null ist wenn die Detektorköp-

to fe 38 der zwei Sonden 34 und 36 symmetrisch in Bezug auf die Längsachse der Schweißnaht 14 angeordnet sind. Wenn infolge einer Verwindung die Gesamtheil der zwei Detektorköpfe 38 der zwei Sonden 34 und 36 nicht mehr genau mittig zur Schweißnaht steht erscheint daraufhin am Punkt A eine Steuerwechselspannung, deren Amplitude eine direkte Funktion der Winkelverlagerung der Detektorköpfe 38 in bezug auf die Längsachse der Schweißnaht 14 ist, während die Phasenlage dieser Spannung die Richtung dieser Winkel-Verlagerung anzeigt Die Verstärkerung dieser Spannung in den Verstärkern 60 und 64 und die die darauffolgende Demodulation durch den Demodulator 66 läßi an der Ausgangsklemme 22 das obenerwähnte Fehlersignal erscheinen. Als Antwort auf dieses Signal versetzt der Servoantrieb das Laufwerk 10 unter Zwischenschaltung des Getriebes 16 in dem Sinne in Drehung, der der Winkelverlagerung der Schweißnaht 14 entspricht so daß die Detektorköpfe 38 der Sonden 34 und 36 auf die neue Lage der Schweißnaht erneut mittig eingestellt und ebenso die Spannung am Punkt A und das daraus folgende Fehlersigna] auf Null zurückgeführt werden. In dem schon erwähnten Sonderfall eines Rohres aus nichtrostendem austenitischem Stahl ist die Genauigkeit der Einstellung des Laufwerkes 10 und des nicht dargestellten, mit ihm verbundenen Prüfgerätes in bezug auf die Schweißnaht 14 unterhalb 03 mm.

Im folgenden wird an Hand der F i g. 3 und 4 eine besondere Ausführungsform der in den F i g. 1 und 2 schematisch dargestellten Einstelleinrichtung beschrieben.

Bei dieser Ausfühningsform sind diejenigen Teile, die mit den an Hand der F i g. 1 und 2 beschriebenen Teile übereinstimmen oder ihnen entsprechen, mit Bezugszahlen versehen, die um 100 größer sind, so daß insoweit auf deren Beschreibung hingewiesen ist

Ein Laufwerk 110 trägt eine nicht dargestellte Sonde für die Prüfung der Güte der Schweißnaht eines Rohres 112. Das Laufwerk 110 ist an einem festen Rahmen IiI

so unter Zwischenschaltung von Rotten 115 um die Längsachse f 13 des Rohres 112 schwenkbar angtr»rdnet Ein zwischen einem Antriebsiaotor 118 und dem Laufwerk ItO vorgesehenes Getriebe 116 weist einfach eine Schnecke 117 auf.die m einen Schneckenradsektor IK eingreift, der durch bekannte Befestigungsmittel am Laafwerk 110 befestigt ist EmsteHvorrichtungen 121 and 123 bekannten Typs sind vorgesehen, damit mar dk Stelking der Schwenkachse des Laufwerkes IfO aul dem Rahmen 111 verändere and die ganze Einrichtung auch bei Rohren verschiedenen AoBeadurchm
benetzen kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnongen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum mittigen Einstellen eines Gerätes auf die Schweißnaht endlos geschweißter Metallrohre, wobei das Gerät auf eiern Laufwerk befestigt ist, das an einem festen Rahmen um die Längsachse des geschweißten Rohres schwenkbar angeordnet ist, und wobei für das Verschwenken des Laufwerkes ein Antrieb vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von einem Fehlersignal gesteuert wird, das von einer Abtastvorrichtung hervorgerufen wird, die auf dem Laufwerk angeordnet ist und eine auf die Schweißnaht zurückzuführende Änderung einer bestimmten magnetischen Eingeschaft des Rohres erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung von zwei gleichen Sonden (34, 36} mit je einem Abtastkopf (38) kleiner Abmessung und von Reluktanzmeßvorrichtungen (42, 44) gebildet wird, die jeweils ein in Abhängigkeit von der magnetischen Permeabilität in der unmittelbaren Nachbarschaft ihrer Abtastköpfe (38) sich änderndes Meßsignal erzeugen, daß die zwei Sonden (34,36) auf dem Laufwerk (10) so angeordnet sind, daß ihre Abtastköpfe (38) den unmittelbar beiderseits der Schweißnaht (14) gelegenen Bereichen des Metallrohres (12) gegenüberstehen, und daß eine Schaltung (24) vorgesehen ist, die aus der Differenz der Meßsignale das Fehlersignal zum Steuern des Antriebes (18) bildet

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sonde (34,36) einen im wesentlichen C-förmigen Magnetkern (40) aus ferromagnetischen Material mit geringster Hysteresis aufweist, dessen sehr enger Luftspalt (38) den Abtastkopf der Sonde (34 bzw. 36) darstellt, und daß jede Reluktanzmeßvorrichtung eine auf dem Magnetkern (40) sitzende Wicklung (44) aufweist, an deren Ausgangsklemmen (30; 32) bei sich mit der Permeabilität ändernden magnetischen Fluß durch den Magnetkern (40) das Meßsignal erscheint.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (24) eine Impedanzmeßbrücke (52, 54, 56, 58) enthält, von deren Zweigen zwei je eine der einander entgegegesetzt gewickelten Wicklungen (44) aufweisen.