DE2209906C3

DE2209906C3 - Prüfkopfanordnung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung von Rohren und Stangen im Ultraschallverfahren

Info

Publication number: DE2209906C3
Application number: DE19722209906
Authority: DE
Inventors: Werner Dr.Dr.Phil. 5060 Bergisch Gladbach Grabendoerfer
Original assignee: Krautkraemer GmbH and Co
Current assignee: Krautkraemer GmbH
Priority date: 1972-03-02
Filing date: 1972-03-02
Publication date: 1985-10-24
Also published as: GB1413755A; DE2209906A1; JPS5620497B2; JPS4948389A; DE2209906B2

Description

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Die Erfindung betrifft eine Prüfkopfanordnung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung von Rohren und Stangen im Ultraschallverfahren nach dem Oberbegriff

des Patentanspruches 1. _ .

Bei der Ultraschalimaterialprüfung ist es bekannt, die Ultraschallwellen über eine Wasservorlaufstrecke so in das Rohr- oder Stangenmaterial einzuleiten, daß eine in der Rohrwandung zickzackförmig zwischen Außen- und Innenoberfläche hin- und herlaufende, in einer Ebene senkrecht zur Rohrachse umlaufende Transversalwelle entsteht bzw. daß in der Stange eine in Form eines einbeschriebenen Polygonzuges umlaufende Transversalwelle entsteht. Um Oberflächenfehler mit nach beiden möglichen Seiten gerichteten Neigungen zu erfassen, wird meist ein in und ein entgegen dem Uhrzeigersinn umlaufendes Schallbündel erzeugt Ändert sich der Durchmesser des zu prüfenden Rohres bzw. der Stange, dann muß der Abstand oder die Winkelstellung der Priifköpfe zum Prüfobjekt oder beides geändert werden, um beim neuen Durchmesser des Prüfobjektes gleiche Verhältnisse bzw. Einstrahlwinkel vorliegen zu haben. Je nach Ausführungsform der Prüfmechanik bedeutet dies oft eine komplizierte und gegebenenfalls langwierige Justierarbeit, die zumeist mit den zugehörigen Testprüfobjekten vorgenommen werden muß.

Ferner ist es bekannt, die in und entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn strahlenden Prüfkopfsysteme in verschiedenen, d.h. in Längsrichtung der Rohre bzw. Stangen hintereinander gelegenen Ebenen anzuordnen. Das bedeutet einen zusätzlichen Aufwand an Prüfköpfen und elektronischen Bausteinen, wenn das einwandfreie Funktionieren der zur Fehlerprüfung eingesetzten Prüfköpfe während des Prüfablaufs dauernd überprüft werden solL Eine solche automatische Funktionsüberwachung ist jedoch für eine im kontinuierlichen Produktionsfluß arbeitende Prüfanlage zur Sicherung eines zuverlässigen Prüfresultats unbedingt erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfkopfanordnung zu finden, welche bei Durchmesserwechsel von Rohren und Stangen einfach, schnell und leicht einstellbar und nachkoniroüierbar ist, so daS wieder gleiche Einstrahlverhältnisse vorliegen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst

Eine Abwandlung dieser Anordnung sieht vor, daß anstelle von zwei einzelnen Prüfköpfen zwei Prüfkopfeinheiten verwendet werden. In jeder Einheit sind mehrere Prüfköpfe vorgesehen, die insbesondere hintereinander liegen und mit gleichen Einstrahlwinkeln hinsichtlich der Oberfläche des Prüflings eingesetzt werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist zur Betriebsüberwachung eine an sich bekannte Impulstaktsteuerung (Fig.9) vorgesehen ist, die derart arbeitet, daß von Sender und Empfänger in vorbestimn-iter Taktfolge neben der Prüfung bzw. den Prüfschritten in einem oder mehreren Zusatztakten auch zur Überwachung der eigenen Funktion im Rohrmantel im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufende Schall-Strahlbündel angeregt werden. Dies ist eine vorteilhafte Weiterentwicklung der Prüfanordnung hinsichtlich einer einfachen und dauernd wirksamen Funktionsüberwachung zugehöriger Prüfköpfe.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine Stirnansicht einer Prüfkopfeinheit mit einem (teilweise dargestelltem) Rohr als Prüfling, z. B. zur Erzeugung von Transversalwellen unter 45° in einer Rohrwandung zur Längsfehlersuche,

Fi g.2 eine der Fig. 1 entsprechend gleiche Darstellung, mit erregtem linken Prüfkopf, so daß die Schallstrahlrichtung im Rohr im Uhrzeigersinn verläuft,

Fig.3 eine der Fig.2 entsprechende Darstellung, jedoch mit erregtem rechten Prüfkopf, wobei der Schallstrahl entgegen Uhrzeigersinn verläuft

Fig.4 eine der Fig.2 bzw. Fig.3 ähnliche Darstellung, jedoch in der Kontrollstellung, mit Darstellung des am Oberflächenpunkt reflektierten Strahles,

F i g. 5,6, 7,8, schematisch, die Stirnansicht auf einen im Querschnitt runden Prüfling, um die Winkelbeziehungen zwischen den Schwingern, des ausgesandten bzw. reflektierten Strahlbündels bzw. Lage des Oberflächenpunktes zu erläutern,

F i g. 9 schematisiert, eine Ausführungsform für den Einsatz von Prüfkopfeinheiten, angeschlossen an den Ultraschallgenerator und gesteuert durch eine Schiebe-

registerschaltung,

Fig. 10—Fig. 13 das Schirmbild einer Braunschen Röhre mit Darstellung der richtigen bzw. der fehlerhaften Durchschallungsanzeigen.

Gemäß F i g. 1 sind die Prüfköpfe 11 und 12 mit ihren zugehörigen Schwingern 11a, 12a zu einem starren Block 10 als Prüfkopfe:nheit vereinigt Die von den Schwingern ausgehenden Ultraschalibündel 13 bzw. 14, als gerade idealisiert dargestellt und sofern Prüfköpfe 11 und 12 als Sender ausgebildet bzw. geschaltet sind, treffen in dieser Figur in dem gemeinsamen Oberflächenpunkt 15 des Rohres 16 auf und werden nach der bekannten Gesetzmäßigkeit vom Einfallslot weggebrochen und verlaufen dann zickzackförmig weiter. Gemäß F i g. 1 — F i g. 4 ist erkennbar, daß die notwendigen Bedingungen eines gleichen Eintrittspunktes und eines gleichen Auftreffwinkels immer nur dann erfüllt sind, wenn die Winkelhalbierende A zwischen den beiden ausgesandten Schallbündeln 13,14 senkrecht auf der Längsachse des Rohres 16 steht und daß die Materialoberflä- ehe sich in einem bestimmten Abstand vcv den Prüfköpfen 11, 12 befinden muß, nämlich im Oberflächenpunkt 15 der beiden SchallbündeL Der Vorgang des Einstellens eines z. B. 45° Prüfkopfsystems auf eine neue Prüflingsabmessung an Stangen verschiedenen Durchmessers geht im einzelnen aus den F i g. 5 - 8 hervor. Bei einem großen Stangendurchmesser D\, gemäß Fig. 5, wird die richtige Einstellung für «=45° nur bei einer vorbestimmten Entfernung S₀ erreicht, also für $·=&■ Wenn gemäß F i g. 6 ein neuer, kleinerer Stangendurchmesser D₂ zur Prüfung kommt, würde der richtige Eintrittspunkt vor der Oberfläche der Stange 16a an der Stelle 15a liegen, die Forderung des gleichen Auftreff-. winkeis wäre nicht erfüllt und es gilt: S> 5b, <x>45°.

Beim Versuch, einen gleichen Auftreffwinkel wie bei Fig. 5 zu erreichen, oder dann, wenn sich aus anderen Gründen die Entfernung zwischen den Schwingern Ha, 12a und einer Stange 166 geändert hat, liegt wiederum nicht der gleiche Auftreffwinkel vor, sondern der richtige Punkt 15a liegt zu tief, so daß hier gilt: S<So, w a<45°.

Die richtige Einstellung jedoch mit der Bedingung S= 5b und «»45 ergibt sich anhand der Fig.8, wobei die Schwinger 11a, 12a die richtige Entfernung von der Oberfläche des Pi üflings haben, so daß die Schallstrahlbündel 13, 14 wie bei Fig. 1 im gleichen Oberflächenpunkt 15 zusammentreffen. Die Kontrolle über die richtige Lage gemäß F i g. 8, statt der Lage gemäß F i g. 6 bzw. 7, wird anhand der F i g. 10—13 erläutert.

Hier gibt die Ordinate der jeweiligen Figur die Amplituden- bzw. Echoanzeige, die Abszisse die Laufzeit t an. Dem vorbestimmten Abstand der Materialoberfläche von den Prüfköpfen, dem Wert 5b, entspricht sinngemäß auf der Abszisse des Leuchtschirmbildes der Wert & Deshalb ist in diesen Figuren der richtige Wert 5=-50 oder der falsche Wert S<5b direkt auf der Laufzeitachse dargestellt. Die den F i g. 5 bzw. 8 entsprechende Darstellung ist in Fig. 10 bzw. F i g. 13 angegeben, entsprechend zu F i g. 6 bzw. F i g. 7 in t-i g. 11 bzw. F i g. 12. Die Echoanzeige K auf F ί g. 10 6ö bzw. F i g. 13 entspricht dem Oberflächenpunkt 15 bzw. der richtigen Entfernung zwischen Schwingern 1 la bzw. 12a und dem Oberflächenpunkt 15. Dagegen liegt die Echoanzeige Km F i g. 11 bzw. F i g. 12 zu weit bzw. zu kurz, verglichen mit der Einstellmarke 17 (bei t_Q). In ⁶* etwa ist die falsche Einiiillung auch durch den niedrigeren Amplitudenwert K in Fi g. 11,12 ersichtlich, da eine stärkere Streuung des Schallbündels an der Oberfläche gegeben ist

Die Funktionen der Prüfkopfeinheit gehen am besten aus den Fig.2—4 hervor. Wird der eine Prüfkopf 11, der ein Sender- und Empfängerprüfkopf ist, zur Schallabstrahlung angeregt, so entsteht im Prüfling 16 ein unter einem Winkel α schräg eintretendes Schallbündel, das in diesem Falle im Uhrzeigersinn umläuft Wird zu einem anderen Zeitpunkt der zweite Prüfkopf 12, vgL Fig.3, erregt, so erzeugt dieser im Prüfling 16 ein Schallbündel 14a, das ebenfalls unter einem Winkel α eintritt, aber entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn umläuft Die Kontrollfunktion ist einmal dann gegeben, Fig.4, wenn Prüfkopf 11 als Sender erregt ist, Prüfkopf 12 lediglich als Empfänger arbeitet, oder man hat eine symmetrische Kontrolle in zwei Kontrolltakten: Prüfkopf 11 als Sender, Prüfkopf 12 als Empfänger und in einem nachfolgenden Takt Prüfkopf 12 als Sender und Prüfkopf 11 nunmehr als Empfänger £

Anstelle von nur zwei Prüfköpfeh<in einer Ebene kann ein Prüfkopfsystem, bestehend aus zwet Prüfkopfeinheiten, gemäß Fig.9 mit z.B. getrennten Sender- und Empfängerprüfköpfen 20—23 Anwendung finden, die an die Schwinger lla, 12a angeschlossen sind und andererseits mit dem Ultraschallgenerator 24 in Verbindung stehen. Die Steuerung des Impulstaktes an der Einspeisungsstelle 25 erfolgt durch einen Schieberegister 26 in Ringform, der die Takte z. B. als Folgen I, II, III, IV steuert. Entsprechend dieser Ziffern werden die Köpfe als eine Zweiergruppe erregt, d. h. sie senden bzw. empfangen, während die anderen Köpfe in ihrer Funktion unterdrückt sind. Die Arbeitsweise entspricht dem folgenden Prüf- und Kontrollschema:

Takt	Art	Prjfkopf! als Präfkopf 2 als
I II IF. IV	prüfen Kontrolle prüfen Kontrolle	*S + E* *S E* *S + E* *E S*
	Hierzu 3	Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Prüfkopfanordnung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung von Rohren und Stangen im Ultraschallverfahren, bei der die in Tauchtechnik eingesetzten Prüfköpfe in einer Ebene rechtwinklig zur Rohrachse angeordnet sind, wobei die Prüfköpfe verschiebbar und zur Senkrechten auf die Prüflingsoberfläche mit unterschiedlicher Neigung angeordnet sind, mit einem zugehörigen Ultraschallgerät, das einen Leuchtschirm zur Darstellung der Ultraschallimpulse umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei solche Prüfköpfe (11,12), beziehungsweise ihre Schwinger (11a, \2a) zu einer starren Einheit verbunden sind, derart, daß die ausgesandten Schallbündel (13, 14) unter entgegengesetzt gerichteten, aber gleichen Winkeln zur Winkelhalbierenden (A^ zwischen den beiden Schallbündeln (13,14) u> nur einem Oberflächenpunkt (15) des Prüflings (16) auftreffen und die Winkelhalbierende auf dieser Oberfläche und damit auf der Längsachse des Rohres oder der Stange (16) senkrecht steht, daß die beiden starr gekoppelten Prüfköpfe (11,12) in oder an einer Halterung oder einer Führung in Richtung der Winkelhalbierenden, unter Beibehaltung der Richtung und Lage derselben, verschiebbar angeordnet sind und daß Einstellmittel vorgesehen sind, mit denen eine Einstellung der beiden miteinander starr gekoppelten verschiebbar angeordneten Prüfköpfe (11,12) in einer Lage erfolgen kann, in der der auf dem Leuchtschirm des Ul'raschallgeräts abgebildete, an der Oberfläche des Prüflings (16) von dem einen Prüfkopf (11 bzw. 12) ram gegenüberliegenden Prüfkopf (12 bzw. 11) reflektierte laufzeitabhängige U!trascha!!impu!s (K) mit einer vorbestimmten, von dem jeweiligen Prüflingsdurchmesser unabhängigen Einstellmarke (bei fo), zusammenfällt.

2. Prüfkopf anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Prüfkopfeinheiten mit jeweils mehreren, zur Längsachse des Prüflings hinter- _w einanderliegenden Prüfköpfen mit gleichen Einstrahlwinkeln Verwendung finden.