DE2309944A1 - Ultraschall-fehlerpruefgeraet - Google Patents

Description

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Dr. Werner Haßler

PATi-: NT AN W ALT Lüdenscheid, 26. Februar 1973 - 8

58S LCD E'r4;.CH Ξ I D

Asenberg3i.Po.tio* 1704 A /3 33

Anmelderin: i'irma Nippon Steel Corporation

6-3» Otemachi 2-Chome, Chiyoda-Ku Tokio, Japan

! Ultraschall-FehlerprÜfgerät

Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Fehlerprüfgerät.

lvlit einem solchen Ultraschall-Fehlerprüfgerät sollen bei Bewegung längs einer langgestreckten Fehlernachweislinie auf ! einem stationären Prüfkörper Fehler nachgewiesen werden. Anwendungsgeoiet der Erfindung ist der zerstörungsfreie Fehlernachweis in Stumpfschweißnähten. Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Ultraschall-Fehlernachweis bei einer Stumpfschweiß- j naht unter Anwendung der Schrägeinschalltechnik. Dabei muß die Sonde 2 zickzackförmig die gesamte Dicke des Prüfkörpers 1 abtasten. Ohne eine solche Abtastbewegung kann ein und derselbe Fehler in einer Vielzahl von üchotiefen entsprechend der Stellung der Probe nachgewiesen werden, wie man Fig. 2 entnimmt. Bei einem automatischen Fehlernachweis mit Zickzackabtastung ist eine sehr umfangreiche Einrichtung für den Sondenhalter erforderlich. Dadurch wird die Einsatzfähigkeit des Gerätes beeinträchtigt, so daß ein solches Prüfgerät nicht günstig ist.

Zum Fehlernachweis innerhalb der gesamten Dicke des I rüfkörpers ist auch ein Gerät mit einer Mehrzahl von bonden nach Fig. 3 möglich. Dabei wird die gesamte Dicke des irufkörpers 1 j mit zwei Sonden 3 und 4 erfaßt.

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i'iir einen kontinuierlichen Fehlernachweis kennt man zwei Techniken; nämlich eine erste Technik, wonach der Prüfkörper gegenüber dem feststehenden Fehlerprüfgerät bewegt wird, sowie eine zweite Technik, wonach das Fehlerprüfgerät gegenüber dem feststehenden Prüfkörper bewegt wird. Die zuerst genannte Technik bildet eine Herstellungsstufe für großformatige, geschweißte Stahlrohre. In diesem Fall muß die Transportrichtung des Prüfkörpers mit der Richtung der Schweißnaht übereinstimmen. In manchen Fällen kann der Prüfkörper nur unter Schwierigkeiten bewegt werden oder nur rechtwinkelig zur Schweißnaht. Ein Beispiel für solche Schwierigkeiten ist die 'überprüfung von Stumpfschweißnähten an Stahlplatten auf Schiffswerften. Deshalb hat man die Prüfung auf ein notwendiges Minimum unter Verwendung von Röntgenstrahlen eingeschränkt

j Diese Methode kam jedoch wieder außer Gebrauch, weil das j Bedienungspersonal durch die Strahlung gefährdet wurde, weil -die Kosten hoch waren und der Wirkungsgrad gering. Deshalb ist diese Arbeitsweise durch die Ultraschallfehlerprüfung ersetzt worden. Bei der Fehlerprüfung über die gesamte Dicke ₍ von Schweißnähten kennt man einen Handbetrieb mit Zickzack- ! abtastung sowie einen automatischen Betrieb, wo α ie Sonde nicht sehr viel von einer vorgegebenen Bahn abweichen soll, sondern vielmehr der Schweißnaht nachfolgen soll.

Das einfachste herkömmliche Verfahren ist in Fig. 4 angegeben, ι

wo ein Ultraschallfehlerprüfgerät 6 auf einem Handkarren 5 untergebracht ist. Am Ende eines Handträgers 7 sind eine Zufuhrvorrichtung 8 für ein Koppelmedium und eine Sonde 9 angebracht. Eine Bedienungsperson richtet diese elemente zur Fehlerprüfung ein, wobei der Abstand zwischen der Sonde und der Schweißnaht eingestellt wird. Nachteile dieser Arbeitsweise sind die fehlende Genauigkeit der von Ilarid erfolgenden Eahnführung und die Konstanz der Bewegungsge;3chv;indii:keit der Sonde. Außerdem muß die Schweißnaht durch die Bedienungsperson im Auge behalten werden.

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jZur Behebung dieser auf der Handbedienung beruhenden Schwierigkeiten ist ein Jchweißnahtprüfgerät nach Fig. 5 mit einem bltraschall-Fehlerprüfgerät 18, einer Führungsschiene 17, zwei iochragschallsonden 14, einer Austauschstat ion 12, einer Auf-

• ν.*. io · -n _. /ausgestattet

zeicnnungsvorrichtung 19 und einer energiequelle 2u. Die Sonden 14 werden auf die entsprechenden beiten der Schweißnaht ausgerichtet. Da sie auf der Führungsschiene 17 parallel zu der Schweißnaht bewegt werden, werden Ultraschallwellen in die zu beschallenden Teile eingestrahlt. Die Einstellung des Abstandes zwischen der Schweißnaht und den Sonden erfolgt durch pneumatische Vorrichtungen. Jede Sonde 14 wird in der Nähe der Fehlerprüffläche unter Zwischenlage einer dünnen Wasserschicht ausgerichtet. Das Wasser wird aus einem Schlauch vor jjeder Probe zugeführt. Die Sonde 14 sitzt an der Spitze des jSondenhalters, der außerhalb der Austauschstation 12 ange-,ordnet ist. Die Austauschstation 12 besitzt eine Markierungsjvorrichtung 15; diese Vorrichtungen arbeiten, wobei sie :von einem Karren 11 gezogen werden.

bas Ultraschall-Fehlerprüfgerät, die Aufzeichnungsvorrichtung Sund die Energiequellen 20 sind fest eingestellt. Die Energie jwird von der Energiequelle 20 über ein Kabel 10 der Austauschstation 12 zugeleitet, wo das Kabel erforderlichenfalls verzweigt wird.

pie Führungsschiene 17 muß bei jedem Gebrauch von Hand parallel izu der Schweißnaht ausgerichtet werden. Wenn die Führungsjschiene 17 übermäßig lang ist, wird sie schwer und schwierig zu handhaben. Wenn sie kurz ist, muß sie für eine Arbeitsfolge nehrfach eingestellt werden, wodurch die Ausnutzbarkeit der Vorrichtung herabgesetzt wird. Da die Leistung und die Nutz-Signale über Kabel und eine Austauschstation der Auswertungsjvorrichtung zugeführt werden, wird mit zunehmender Anzahl der Bonden das Kabel und der Schlauch schwerer, so daß für den An- · trieb und Zugbetrieb Schwierigkeiten auftreten. Andererseits kann nan mit nur einer Sonde nicht über die gesamte Dicke des

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Prüfkörpers von einer Seite desselben aus Fehler erfassen. Infolgedessen sind zwei oder drei Läufe notwendig.

Als selbstfahrender Fehlerprüfkarren ist der auf Schienen laufende Karren nach Fig. 8 vorgeschlagen. Dieser Fehlerprüfkarren 3^ läuft auf der Schiene 33 und trägt eine Energiequelle zum Antrieb des Karrens und der Meßvorrichtungen, ferner eine Zufuhrvorrichtung für das Koppelmedium, eine Fehlernachweisvorrichtung und zugehörige Eetriebseinrichtungen. Dieser auf Schienen laufende Karren ist jedoch zur Überprüfung von Schweißnähten wenig geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Ultraschall-Fehlerprüfgeräts für Schweiiiiähte, womit in einem Durchlauf eine vollständige Abtastung der gesamten Schweißnaht erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein selbstfahrender Karren die folgenden Vorrichtungen aufnimmt eine Einstellvorrichtung zur Einstellung des horizontalen Abstandes zwischen einer Sonde und einer Fehlernachweislinie sowie des vertikalen Abstandes zwischen einem Prüfkörper und der Sonde, eine Zufuhrvorrichtung für ein Koppelmedium zwischen der Sonde und dem Prüfkörper, eine auf die Fehlernachweislinie ausgerichtete Nachführvorrichtung, die einen Sondenhalter und/oder den Karren automatisch der Fehlernachweislinie nachführt, eine Fehleranzeigevorrichtung, eine Steuervorrichtung für den Karren und Energiequellen für den Karren und für die genannten Vorrichtungen.

Mit diesem Ultraschall-Fehlerprüfgerät nach der Erfindung kann man selbsttätig beliebig verlaufenden Schweißnähten nachfahren. Durch die automatische Nachstellung der Sonden kann man die gesamte Dicke des Werkstücks bei einem Meßlauf erfassen.

Das Ultraschall-Fehlerprüfgerät ist schematisch in Fig. 6 dargestellt. Auf einem selbstfahrenden Karren 31 sind eine

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Fehleranzeigevorrichtung 21, ein Sondenhalter 23 mit einer Reihe von bonden 22, eine Schweißnahtnachweisvorrichtung 24, eine Stellvorrichtung 25 sowie eine Nachstellvorrichtung 26 für die Bahnverfolgung, eine Aufzeichnungsvorrichtung 27, eine Markierungsvorrichtung 28, eine Energiequelle 29, eine Zufuhrvorrichtung für das Koppelmedium und andere Baugruppen untergebracht, die für den Fehlernachweis erforderlich sind.

Die Arbeitsweise des Fehlerprüfgeräts ist folgende: Die bonden 22 sitzen an dem Sondenhalter 23 in Abhängigkeit von der entsprechend der Dicke des Prüfkörpers erforderlichen Anzahl von Gruppen und in Abhängigkeit von der gewünschten Genauigkeit des Fehlernachweises sowie von anderen Größen. Der Halter 23 kann von Hand oder durch einen druckmittelbetätigten Zylinder auf und ab bewegt werden. Bei einer Richtungsänderung können die Sonden von der Nachweisfläche abgehoben werden. Außerdem ist der Halter 23 mittels der Nachstellvorrichtung 26 in horizontaler Richtung verstellbar. Die Sonden 22 erhalten über ein Kabel von der Fehleranzeigevorrichtung 21 Impulse und außerdem ein Koppelmedium von der Zufuhrvorrichtung 30· Der Halter kann an beliebiger Stelle auf dem Karren 31 angeordnet sein, soweit dadurch der Raumbedarf für die Betriebsvorgänge gesichert und die Form des Prüfkörpers sowie weitere Betriebsbedingungen berücksichtigt werden können. Auf dem Karren werden die erforderliche Anzahl von Fehleranzeigevorrichtungen 21 untergebracht. Die Energieversorgung erfolgt durch die Energiequelle 29. Die Fehleranzeigevorrichtungen liefern Impulse an die Sonden 22 zur Untersuchung der Schweißnaht und geben von den Sonden 22 Signale an die Aufzeichnungsvorrichtung 27 und die Markierungsvorrichtungen 28 unter Verstärkung dieser Signale weiter.

Die Schweißnahtnachweisvorrichtung erfaßt die jeweilige Schweißnaht auf optischem, elektrischem oder mechanischem Vv'ege und liefert Signale für die Vorrichtung zur Bahnverfolgung der Schweißnaht. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird zur

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Schweißnahterfassung eine Fernseheinrichtung benutzt. Dabei wird die Schweißnaht von beiden Seiten beleuchtet und mittels einer Fernsehkamera innerhalb der Schweißnahtnachweisvorrichtung 24 erfaßt. Die Fernsehsignale werden in elektrische Signale umgewandelt, die die jeweilige Stellungsversetzung zwischen der Schweißnaht und den Sonden angeben. Diese Signale werden in die Nachstellvorrichtung eingespeist. Als Nachstellvorrichtung kann man jede kraftbetätigte Stelleinrichtung vorsehen, die hydraulisch oder elektrisch betätigt wird. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung findet eine hydraulische Stelleinrichtung Anwendung, deren Zusammenwirken mit anderen Vorrichtungen der Fig. 7 sich folgendermaßen gestaltet: Signale ivon der Schweißnahtnachweisvorrichtung 24 werden in ein Gleich-Ispannungssignal umgewandelt, das verstärkt und an eine Stellivorrichtung 25 zur (!'!druckeinstellung weitergegeben wird. Dadurch (wird innerhalb der Nachstellvorrichtung 26 ein üldruckzylinder

!unter Verschiebung des Halters 23 verstellt. Unter Verbindung jmit der Steuervorrichtung für den Karren kann dieser selbst im !Sinne einer Bahnverfolgung gesteuert werden.

;Das Koppelmedium für die Sonden wird aus einer Zufuhrvorrichtung !nachgeliefert. Die Leistung für die verschiedenen Vorrichtungen wird einer Batterie oder einem Generator entnommen. Erforder-

jlichenfalls sind zur Fehleranzeige eine Aufzeichnungsvorrichtung (und eine Markierungsvorrichtung vorgesehen. Die Aufzeichnungsivorrichtung hält die nachgewiesenen Fehler fest. Die Markierungsvorrichtung befindet sich nahe bei der jeweiligen Sonde, damit die nachzuarbeitenden Teile markiert werden können. Man kann auch eine Verzögerungsvorrichtung zur Fehlermarkierung vorsehen.

Der Karren trägt alle notwendigen Vorrichtungen für die Fehlerprüfung; auch die Energiequelle für die Anzeigeinstrumente ist vorhanden. Der Antrieb erfolgt durch einen Motor oder eine Kraftmaschine in der gewünschten Geschwindigkeitsstufe von bspw,-10 m/min beim Fehlernachweis sowie 200 m/min zur Bewegung des liarrens selbst.

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Die Bewegungsrichtung des Karrens kann einmal in gerader .Richtung erfolgen, wenn das Prüfgerät nur zum Kachfahren von Kachweislinien bestimmt ist. In anderer Weise kann man auch eine automatische Steuerung für den Karren selbst unter Ausnutzung der Bahnverfolgungsvorrichtung vorsehen. Auch eine Handsteuerung des Karrens durch Fernbedienung oder durch eine auf dem Karren mitfahrende Bedienungsperson ist möglich.

Die beschriebene Ausführungsform des Ultraschall-Fehlerprüfgeräts ist zum Fehlernachweis in Stumpfschweißnähten bestimmt. Dieser Fehlernachweis ist in Stahlplatten unter Verwendung jder I?ef lextionsstrahltechnik oder der SE-Technik anstelle der Schrägeinschalltechnik möglich, indem die Kante der Stahlplatte oder eine zuvor auf der Stahlplatte aufgezeichnete !linie als Grundlinie für die Bahnverfolgung beim Fehlernachweis benutzt wird.

Jim folgenden sind die Unterschiede gegenüber einem auf Schienen geführten Fehlerprüfkarren und dem Fehlerprüfgerät !nach der Erfindung zusammengestellt. Das auf Schienen laufende

{Fehlerprüfgerät dient zum Fehlernachweis auf der ausgel.egten Schiene, wenn dasselbe über die Schiene fährt; der Karren bejnötigt keine Steuereinrichtung. Andererseits hat der Karren des Fehlerprüfgerätes nach der Erfindung keine Führungsschiene, sondern ist steuerbar.

!Hinsichtlich der Bahnverfolgung in den einzelnen Nachweisab- !schnitten arbeiten die verschiedenen Geräte sehr unterschiedlich. Wenn sich die Prüfabschnitte zu einer komplizierten !Bahnkurve zusammensetzen, der der Schienenkopf folgen soll,

list eine Nachführung auf der Schiene so lange möglich, als

!die Prüfabschnitte unter die Schiene geschoben werden können.

•Dagegen erfolgt die Bahnverfolgung im Rahmen der Erfindung so, daß die Prüfabschnitte einen guten Kontakt mit der Oberfläche des Prüfkörpers haben, was in einem weiteren Bereich als bei einer Schienenführung möglich ist. Bei der Prüfung von

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ϊStumpfschweißnähten an Stahlplatten soll der jeweilige Prüfabschnitt die Schweißnaht längs einer bestimmten Linie schneiden. Infolgedessen muß man die Signale zur Bahnverfolgung optisch oder elektrisch erzeugen. Deshalb ist der Karren im Rahmen der Erfindung von einem schienengeführten Karren dadurch unterschieden, daß der Karren nach der Erfindung gesteuert werden muß, was bei dem schienengeführten Karren nicht notwendig ist. Im Rahmen der Erfindung soll der jeweilige Nachweisabschnitt in einem gewissen Abstand von der Schweißnaht gehalten werden.

Unter verschiedenen Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Schweißnähten gilt die Röntgenstrahlprüfung als am zuverlässigsten. Die neuere Entwicklung der Ultraschallprüftechnik j und die hierfür benutzten Vorrichtungen finden jedoch bei der Fehlerüberprüfung von Schweißnähten zunehmend Anwendung. Denn die Fehlerüberprüfung mit Röntgenstrahlen hat folgende Schwierigkeiten: 1. zur Ausschaltung von Strahlenschäden bei dem Arbeitspersonal darf die Röntgenstrahlprüfung nicht gleichzeitig mit anderen Arbeiten durchgeführt werden; 2. die Früfkosten sind hoch, eine Überprüfung aller Schweißnähte ist kaum möglich; 3· die Empfindlichkeit für Risse, die die gefährilichsten Fehler sind, ist gering. Zur Behebung dieser Schwierigkeiten findet die Ultraschall-Fehlerprüfung Anwendung, die 'im Anfangsstadium zumeist im Handbetrieb angewandt wurde. Dann !hat sich die Technik so weit entwickelt, daß eine automatische, I kontinuierliche Fehlerprüfung bei Prüfkörpern einfacher Form, I wie Stahlrohren'mit gerader Schweißnaht und bei Prüfkörpern, ι die bewegt werden können, anwendbar war. In diesem Fall wird lein solches Prüfgerät benutzt, wo der Prüfkörper gegenüber !einer feststehenden Nachweisvorrichtung bewegt wird. Für die J automatische Fehlerprüfung von Stumpfschweißnähten bei Stahlplatten mit einer Schweißnaht, die rechtwinkelig zur Bewegungs-¹ richtung des Prüfkörpers über etwa 20 - 25 m reicht, muß jedoch das Fehlerprüfgerät beweglich sein, liierfür ist der Karren des Gerätes nach der Erfindung bestimmt. Abgesehen von den be-

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sonderen Vorzügen der Ultraschallprüftechnik, besitzt das Gerät nach der Erfindung die folgenden Vorteile: weil der selbstfahrende Karren ein Fehlerprüfgerät, eine Zufuhrvorrichtung für das Koppelmedium, eine Energiequelle, eine Bahnverfolgungsvorrichtung, eine Anzeigevorrichtung und andere Baugruppen trägt, ergibt sich folgendes: 1. die automatische Bahnverfolgungsvorrichtung macht die Verfolgung jeder langen ochweißlinie in selbsttätiger Weise ohne Bedienungspersonal möglich. 2. Da eine Leistungsquelle und eine Zufuhrvorrichtung für das Koppelmedium in den Karren eingebaut sind, sind weder Kabel noch Schlauch notwendig. 3· Der Karren ist selbstfahrend, so daß die Fehlerprüflinie leicht verändert werden kann. 4. Das Gerät ist auch dann und dort, wo keine elektrische Energie zur Verfügung steht, einsetzbar, weil es von äußeren Energiequellen nicht abhängig ist. 5. Die Markierung der Fehler zeigt die notwendigen Reparaturstellen an. 6. Der Karren kann selbstfahrend über kurze Entfernungen von einer Arbeitsstelle an die andere bewegt werden. Über größere Entfernungen ist ein Transport auf einem Fahrzeug möglich.

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild der elektrischen ochaltgruppen für den Betrieb des Fehlerprüfgerätes nach Fig. 6.

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Claims (4)

1. Pat entansprüche:

   Ultraschall-Fehlerprüfgerät, dadurch gekennzeichnet, daß ein selbstfahrender Karren (31) die folgenden Vorrichtungen aufnimmt: eine Einstellvorrichtung (25, 26) zur Einstellung des horizontalen Abstandes zwischen einer Sonde (22) und einer Fehlernachweislinie sowie des vertikalen Abstandes zwischen einem Prüfkörper und der Sonde, eine Zufuhrvorrichtung (30) für ein Koppelmedium zwischen der Sonde und dem Prüf_ körper, eine auf die Fehlernachweislinie ausgerichtete Nachführvorrichtung, die einen Sondenhalter (23) und/oder den Karren automatisch der Fehlernachweislinie nachführt, eine Fehleranzeigevorrichtung (21), eine Steuervorrichtung für den Karren und Energiequellen für den Karren und für die genannten Vorrichtungen.
2. 2. Ultraschall-F'ehlerprüf gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachführvorrichtung eine Schweißnahtnachweisvorrichtung (24) und eine Nachstellvorrichtung (26) umfaßt, womit ein Sondenhalter (23) aufgrund der Signale der Schweißnahtnachweisvorrichtung nachgestellt wird.
3. 3. Ultraschall-Fehlerprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachführvorrichtung eine Schweißnahtnachweisvorrichtung (24) und eine Stellvorrichtung (25) umfaßt, womit eine Steuervorrichtung für den Karren (31) aufgrund der Signale der Schweißnahtnachweisvorrichtung gesteuert wird.
4. 4. Ultraschall-Fehlerprüfgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnahtnachweis vorrichtung (24) eine Fernsehkamera für die Bereitstellung eines Bildes der Schweißnaht, einen Wandler zur Umwandlung der Fernsehsignale in elektrische Signale zur Anzeige einer Abweichung zwischen der Schweißnaht und der Sonde sowie einen Verstärker zur Verstärkung der elektrischen Signale umfaßt.

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