DE2251426C3

DE2251426C3 - Prüfanordnung zur Unterscheidung zwischen Formechos und Fehleranzeigen bei der Ultraschall-Werkstoffprüfung

Info

Publication number: DE2251426C3
Application number: DE19722251426
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl.-Ing. 4791 Elsen Denecke; Gerd 5000 Koeln Kochwasser
Original assignee: Krautkraemer GmbH and Co
Current assignee: Benteler Deustchland GmbH
Priority date: 1972-10-20
Filing date: 1972-10-20
Publication date: 1981-01-15
Also published as: DE2251426A1; DE2251426B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfanordnung zur Unterscheidung zwischen Forfnechos, die aufgrund solcher Stellen eines Werkslückprofils auftreten, die von stetig gekrümmten oder ebenen Oberflächen abweichen, und Fehleran/eigen bei der Ultraschall-Werkstoffprüfung, bei der sich mindestens ein der FehleffeststeKüfig dienender, als Sende-Empfarsp-Wandler arbeitender Ultraschall-Prüfkopf (Fehlersuchkopf) relativ zu den zu prüfenden Werkstücken, insbesondere Flossenrohren und Vielkantprofilen, bewegt

Es ist bereits bekannt, Flossenrohre mit Winkelprüfköpfen auf Fehler zu untersuchen. Hierbei erhält man von der Übergangsflanke der Rohroberfläche in die Flosse hinein ein Formecho. Diese Bezeichnung geht darauf zurück, daß die Ultraschallanzeige aus diesem

ίο Bereich lediglich auf die geometrische Form des Prüflings, nicht aber auf einen echten Fehler zurückgeht Es ist ferner bekannt, solche Formechos (Störechos) dadurch von echten Fehleranzeigen zu unterscheiden, daß beim Auftreten einer solchen Anzeige die Entfernung zwischen Prüfkopf und Anzeigeort ausgemessen wird. Bei Kenntnis des Verlaufes der akustischen Achse kann man berechnen, in welchem Abstand des Prüfkopfes von dem sogenannten Fehlet ort ein Formecho auftreten kann.

Das bekannte Verfahren ist jedoch insofern nachteilig, als seine Ausführung umständlich und bei automatischer Prüfung nicht durchführbar ist Bei automatischer Prüfung werden nämlich die Prüfköpfe relativ zum Rohr bewegt Somit würde es notwendig werden, beim Auftreten von Formechos die Prüfung zu unterbrechen und eine Untersuchung darüber einzuleiten, ob es sich bei der Anzeige nur Lm ein Formecho oder eine echte Fehleranzeige handelt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei automatischer Prüfung die Unterscheidung von Formechos und Fehleranzeigen wesentlich zu erleichtern und zu beschleunigen.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß relativ zum Fehlersuchkopf ein Hilfsprüfkopf in einer derartigen vorher festgelegten Lage angeordnet ist, daß der Hilfsprüfkopf beim im Fehlersuchkopf erwarteten Auftreten eines Formechos aufgrund des Werkstückprofils entweder ein Signal abgibt oder ein während der gesamten Abtastung des Werkstv.'ks auftretendes

Echosignal eine vorherbestimmte Änderung der Laufzeit erfährt, worauf ein in eine der Laufzeit des Formechos entsprechenden Blende fallendes Echosignal des Fehlersuchkopfes nicht als Fehlersignal bewertet wird.

Eine Vereinfach ng und zweckmäßige Anwendung wird dadurch erreicht, daß die Hilfsprüfköpfe Ultraschallprüfköpfe sind, die auch ein oder mehrere nach dem magnetinduktiven Effekt arbeitende Prüfköpfe sein können. Eine weitere Abwandlung sieht vor, daß der Hilfsprüfkopf eine als mechanischer Kontaktgeber arbeitende Sucheinheit ist. Eine weitere Ausgestaltung sieht eine Prüfprogrammschaltereinheit vor, die elektronisch die einzelnen Prüfkopffunktionen einschaltet Zur Vervollständigung der Prüfanordnung wird vorgeschlagen, daß durch eine Bewertungseinrichtung eine Fehlermarkierungseinrichtung und/oder eine Sortieranlage gesteuert wird.

Eine Ausführungsform der Frfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Ks zeigt

Figil eine stirnseitige Ansicht eines Flossenrohres mit drei Prüfköpfen.

Fig.2 eine andere stirrtseitige Ansicht des Flössen^ rohres mit zwei Prüfköpfeit

F i g. 3 eine entsprechend gleiche Ansicht, jedoch mit unterschiedlicher Anordnung der Prüfköpfe.

Fig,4 die stirnseitige Atisicht auf ein Sechskantrohr mit zugehöriger, schematisierter Priifköpfriältefung.

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F i g. 5 eine Darstellung der Anzeigeimpulse, bezogen auf die Laufzeitachse als Leuchtschirmdarstellung.

Fig.6 einen Ausschnitt einer stirnseitigen Ansicht eines Flossenrohres mit einem Prüfkopf.

Fig.7 eine, der Fig.6 entsprechende Darstellung, wobei jedoch zwei Prüfköpfe innerhalb des Rohres angeordnet sind und

F i g. 8 eine, der F i g. 7 entsprechende Darstellung mit abweichender Anordnung der Prüfköpfe.

Gemäß Fig. 1 sendet der Fehlersuchkopf 2 einen Schallimpuls aus, der nach Reflexion an der Ubergangsflanke la des Werkstückes 1 zur Rohroberfläche 7 der Flosse 8 gelangt Hierbei trifft der Ultraschallstrahl die Flanke so, daß der Schallimpuls zur akustischen Achse 5 zurückgeworfen wird und wieder zum Fehlersuchkopf 2 gelangt. Seine Empfangsanzeige beruht somit lediglich auf der Form dieses Rohrteils. Ist ein Fehler 30 in Form eines Risses vorhanden, würde zwar auch ein reflektierender Schallanteil zum Fehlersuchkopf 2 zuriickreflektiert Da die Laufzeit jedoch die gleiche ist, ist es nicht mögiich, ein Forrnecho von einer echten Fehleranzeige zu unterscheiden.

Ist aber ein zweiter Fehlersuchkopf 2a so angeordnet, daß er gerade in diesem Falle die Flanke la etwa tangieren würde, so wird kein Impulsanteil zu diesem Fehlersuchkopf 2a zurückreflektiert, wenn der Riß 30 fehlt. Nur wenn der Fehler 30 vorhanden ist, zeigt Fehlersuchkopf 2a eine Anzeige an. Wird nun das Rohr 1 in Pfeilrichtung gedreht, so wird die auf der rechten Seite liegende Flanke la der Flosse 8 von dem, vom Fehlersuchkopf 2a ausgehenden Schallimpuls getroffen. Die akustische Achse des Fehlersuchkopfes 2 tangiert in diesem Falle die Flanke und liefert keine Anzeige.

Zwar könnte unterstellt werden, daß ein Formecho vorliegt, wenn ein Fehlersuchkopf eine Anzeige liefert, der andere Fehlersuchkopf aber nicht. Dieser Schluß ist aber nicht zulässig, da die Reflexionseigenschaften eines Fehlers von seiner Neigung in Bezug auf die Rohroberfläche abhängen.

Ein erfindungsgemäßer Vorschlag sieht deshalb vor, einen weiteren Hilfsprüfkopf 3 zu verwenden, der senkrecht auf die Rohroberfläche schallt. Aus. F i g. 2 ist ersichtlich, daß der Abstand a₂ des Hilfsprüfkopfes 3 nach Verdrehung der Priifkopfhalterung zur Rohroberfläche 7 größer als im Beispiel des Abstandes a\ der F ι g. 1 ist. wo der Hilfsprüfkopf 3 genau über der Flosse steht. Bei Darstellung der vom Hilfsprüfkopf 3 ausgehenden Schallimpulslaufzeiten auf einem Leuchtschirm, vgl. F i g. 5 ergibt sich, daß in der Stellung des Hilfsprüfkopfes 3 gemäß i-'ig. 2 jeweils die Laufzeit f 2 größer als die Laufzeit 11 ist, die zur Stellung des Hilfsprüfkopfes 3 gemäß Fig. 1 gehört. Die Oberflächenanzeige 21 der Fig.5 würde, wenn der Hilfsprüfkopf 3, vgl. Fig. 1, über der Flosse 8 steht, nach links springen, d. h. eben eine kleinere Laufzeit ί 1 anzeigen. Legt man jedoch den Abstand a\ vorher fest, so ist hiermit gleichzeitig bestimmt, wohin eine Blende 22 für die Laufzeit f 1, Fig. 5 gesetzt werden muß. Eine Anzeige des Fehlersuchkopfes 2 aus dem äußeren Oberflächenbereich des Rohres 7 fällt dementsprechend laufzeitmäßig in die Blende 23 der F ί g, 5. Es ergibt sich, daß sobald ein Signal in der Blende 22 erscheint, ein Signal in der Blende 23 für die weitere Auswertung nicht berücksichtigt wird, da sie lediglich die Störanzeige (Formecho) von der Flanke darstellt, wenn Prüfköpfe 2, 3 entsprechend, vgl. z.B. Fig. 1, 2, miteinander gekoppelt sind.

Es kann aber auch der Fall vorkommen, daß eine Fehlerfläche im Flossenbereich senkrecht zum Rohr steht, F i g. 6.

Der Fehler würde den Schaliimpuls hinsichtlich der Flossenflanke abschirmen. Deshalb ist die akustische Achse 5 des Fehlers 9 hier als punktierte Linie dargestellt Eine Formechoanzeige tritt beim Vorhandensein des Fehlers 9 somit nicht auf. Hier kann man vorteilhafterweise so arbeiten, daß man entweder eine Anzeige in der Blende 23 der Fig.5 dann nicht

ίο weiterverarbeiten wenn in der Blende 22 ein Echosignal entsteht oder wenn in Blende 22 ein Echosignal erscheint, in der Blende 23 aber nicht (Fehlen des Formechos infolge Abschirmung) wird das Signal in Blende 22 ein Fehlersignal auslösen.

Aus F i g. 1 und 2 ist ferner ersichtlich, daß Fehlersuchkopf 2 und Hilfsprüfkopf 3 in einem festen Abstand zueinander angeordnet sind, der durch die Prüfkopfhalterung 4 gewährleistet ist

In F i g. 3 sind zwei Prüfköpfe so angeordnet, daß gleichzeitig damit wenn ein Fr ,necho aus der Flo&senflanke S am Fehiersuchküpf 2 -rscheini, der Hilfsprüfkopf 3 eine Formechoanzeige der gegenüberliegenden Flanke liefert Es ist nämlich unwahrscheinlich, daß zwei Risse von der Oberfläche in einem Abstand der beiden Flanken voneinander ausgehen werden. Diese könnten natürlich eine ähnliche Anzeige hervorrufen. Bei einer solchen Anordnung wird ein Auftreten von zwei Anzeigen, d. h. je einer Anzeige von jedem Prüfkopf, für die Weiterbewertung nicht berücksichtigt.

In Fig.4 wird gezeigt, wie beispielsweise ein Sechskantrohr zu prüfen ist In Fig.4 sind nun der Einfachheit halber wieder nur Fehlersuchprüfkopf 2 und Hilfsprüfkopf 3 gezeigt. Der Fehlersuchkopf 2 dient der Untersuchung der Rohreberflächen auf Risse. Damit der Einschallwinkel des Fehlersuchkopfes 2 gleich bleibt, ist am Halterrahmen 4 ein Tasterkörper 12 angebracht, der über Feder 14 an Hal.estanje 13 befestigt ist. Wird nun das Rohr in Pfeilrichtung bewegt so wird der Fehlersuchkopf 2 über die Stangen 11 und 10 ang.hoben. Auf diese Weise wird die Neigung des Prüfkopfes gegenüber der geraden Oberfläche des Profilrohres erhalten.

In der Stellung der F ι g. 4 liefert der Fehlersuchkopf 2 von der um 60" geneigten Rohroberfläche eine Anzeige. Diese ist also als Formecho zu deuten. Der Hilfsprüfkopf 3 hat in der gezeigten Stellung den kürzesten Abstand von der Roh-oberfläche, nämlich von der Oberflächenecke. Es wurde also, wie in Fig. 5 gezeigt, die An/eigenamplitude 21 nach links gewandert sein und ¹^eI richtiger Wahl der Blende 22 in diese Blende hineinfallen. Dieses Beispiel zeigt, daß der erfinderische Gedanke nicht nur auf Flossenrohre beschränkt ist, sondern daß man auf ähnliche Weise auch andere Profile, die Forme-!ios liefern, auf die gleiche Weise überwachen und prüfen kann. Sie ist, wie in Fig.4 gezeigt, dann auch auf andere Profilrohre, wie z. B. mit quadratischer Profilform, übertragbar. Sechskantprofile werden beispielsweise als Steckschlüssel in der Werkzeugtechnik verwandt.

In Fig.7 ist eine Prüfanordnung im Innern des Rohres angeordnet. Es wird hier natürlich eine Abweichung dadurch auftreten, daß die Anzeige von der Rohroberfläche 7, die der Hilfsprüfkopf 3 liefert, dann

auf dem Bildschirm weiter nach rechts verschoben wird, wenn der Schallimpuls in die Flosse 8 hineinläuft. Es wird also das Signal Von der Rückwand 7 normalerweise außerhalb der Flosse 8 auf dem Leuchtschirm der F i g. 5

links von der Blende 22 erscheinen. In besonderen Fällen bringt man einen Prüfkopf innen und den anderen zweckmäßigerweise außen an.

Natürlich kann man auch an Stelle eines Hilfsprüfkopfes 3 einen Prüfkopf verwenden, der nach dem magnetinduktiven Verfahren arbeitet Führt man beispielsweise ein Flossenrohr gemäß der Fig.8 an einer solchen »Sonde« vorbei, so wird durch die Flosse 8 in eine solche Sonde ein impuls induziert. Dieser Impuls dient dann als Erkennungssignal. Man kann aber auch gemäß der Fig.4 durch die Ecke eines Profilrohres einen solchen Impuls induzieren.

Weiter ist es möglich, statt eines Hilfsprüfköpfes einen mechanischen Schalter zu verwenden. Dieser Schalter kann einen Fühler haben, der durch das Profil eines Rohres Schaltmechanismen ausführt. Beispielsweise ist der Hilfsprüfkopf 3 der Fi g. 8 ein Schalter mit einem Fühler, der in Richtung auf die Rohroberfläche weist und ein wenig über die Fiössenhöhe nach unten hinausragt. Dann berührt die Flosse diesen Fühler und löst einen Schaltvorgang aus. Auf diese Weise erhält man ein gewünschtes Erkennungssignal.

In den Figuren sind nur wenige Prüfköpfe als Ausführungsbeispiele dargestellt Man kann aber z. B. gemäß Fig. 1 auch links Von der Flosse 8 ein Prüfkopfpaar anbringen oder auch entsprechend die untere Flosse frilt solchen Prüfköpfen versehen. Ferner könnten Weitere Köpfe auf dem gesamten Umfang angeordnet werden^ Solche Anordnungen sind für Rohfprüfanlagen einzeln für sich bekannt. Aber die Kombination des Prüfsystems mil einem Vielkopfsystem ist effindüngsgemäß neu. Bekannt ist, in anderem

ίο Zusammenhang, daß ein solches Vielkopfsystem mit einer Prüfprogrammschaltereinheit verbunden werden kann, die vorzugsweise elektronisch die einzelnen Prüfkopffunktionen einschaltet.

Um den gesamten Querschnitt eines Profilrohfes prüfen zu können, ist es zweckmäßig, entweder das Rohr in einem Prüfkopfsystem oder das Prüfkopfsystem um ein Rohr herum zu drehen.

Natürlich können auch die Prüfkopfsysteme in das Rohrinnere eingebracht, dort gedreht oder festgehalten werden, wobei im letzteren Fall dann das Rohr gedreht wird. Solche Rotationsprüfeinrichtungen sind zwar einzeln, aber im anderen Zusammenhang bekannt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Prüfanordnung zur Unterscheidung zwischen Formechos, die aufgrund solcher Stellen eines Werkstückprofils auftreten, die von stetig gekrümmten oder ebenen Oberflächen abweichen, und Fehleranzeigen bei der Ultraschall-Werkstoffprüfung, bei der sich mindestens ein der Fehlerfeststellung dienender, als Sende-Empfangs-Wandler arbeitender Ultraschall-Prüfkopf (Fehlersuchkopf) relativ zu den zu prüfenden Werkstücken,, insbesondere Flossenrohren und Vielkantprofilen, bewegt, d a durch gekennzeichnet, daß relativ zum Fehlersuchkopf (2) ein Hilfsprüfkopf (3) in einer derartigen vorher festgelegten Lage angeordnet ist, daß der Hilfsprüfkopf (3) beim im Fehlersuchkopf (2) erwarteten Auftreten eines Formechos aufgrund des Werkstückprofils (la,) entweder ein Signal abgibt oder ein während der gesamten Abtastung des Werkstücks {*.) auftretendes Echosignal eine vorherbestimmte Andening der Laufzeit erfährt, worauf ein in eine der Laufzeit des Formechos entsprechenden Blende (23) fallendes Echosignal des Fehlersuchkopfes (2) nicht als Fehlersignal bewertet wird.

2. Prüfanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsorüfkopf ein Ultraschallprüfkopfist.

3. Prüfanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsprüfkopf ein nach dem magnetinduktiven Effekt arbeitender Prüfkopf ist

4. Prüfanc-dnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsprüfkopf eine als mechanische.· Kontaktgeber ameitende Sucheinheit ist.

5. Prüfanordnung nach einem t. jr Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß mehrere aus dem Fehlerruchkopf (2) und dem Hilfsprüfkopf (3) bestehende Paare verwendet werden.

6. Prüfanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Prüfprogrammschaltereinheit vorgesehen ist. die elektronisch die einzelnen Prüfkopffunktionen einschaltet.

7. Prüfanordnung nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Fehlersignal-Bewertungseinrichtung eine Fehlermarkierungseinrichtung und/oder eine Sortieranlage gesteuert wird.

8. Prüfanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Prüfung von Flossenrohren, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlersuchkopf (2) außerhalb und der Hilfsprüfkopf (3) innerhalb des Rohres (I) angeordnet ist oder umgekehrt.

9. Prüfanordnung nach einem der Ansprüche I bis 7 zur Prüfung von Flossenrohren, dadurch gekennteichnet. daß sowohl der Fehlersuchkopf (2) als auch tier Hilfsprüfkopf (3) entweder außerhalb oder innerhalb des Rohres (1) angeordnet ist.