DE2311938A1

DE2311938A1 - Eintauch-ultraschallanordnung zur ueberpruefung der gesamten oberflaeche eines gewalzten flachstabes

Info

Publication number: DE2311938A1
Application number: DE2311938A
Authority: DE
Inventors: Akito Nakanishi; Hisashi Nakazawa; Toshio Shiraiwa; Hisao Yamaguchi; Kazuyoshi Yamashima
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1972-03-09
Filing date: 1973-03-09
Publication date: 1973-10-04
Also published as: DE2311938B2; JPS5327953B2; US3850027A; GB1426954A; JPS4892089A; CA992658A

Description

Patentanwalt DipJ.-Phys.Gerhard Lied! 8MuAn 22 Steinsdorfstr.21-22 Tel.298462

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SUMITOMO METAL INDUSTRIES, LTD., No. 15, 5-chome, Kitahama, Higashi-ku, OSAKA / JAPAN

Elntauch-Ultraschallanordnung zur Überprüfung der gesamten Oberfläche eines gewalzten Flachstabes

Die Erfindung betrifft eine Eintauch-Ultraschallancr dnung zur Überprüfung der gesamten Oberfläche eines gewalzten Flachstäbes. Insbesondere betrifft sie ein System zum Erfassen von Oberflächenfehlern, wie Rissen, Sprüngen und dergleichen, an der gesamten Oberfläche eines Flachstabes, der flache Teile sowie Endteile aufweist, wobei die Oberflächenwellen-

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Z/G

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ausbreiten^ in einem Eintauch-UltraschaHprÜfverfahrenzur Anwendung gelangt.

Mit der Entwicklung der Automobilindustrie hat sich die Nachfrage nach gewalzten Federstahl-Flachstäben gesteigert, wobei gleichzeitig eine bessere Qualität und Zuverlässigkeit bzw. Betriebssicherheit erforderlich wurden, die eine präzise und zuverlässige Überprüfung unerläßlich machten. ... .

Bei der Suche nach Fehlern auf der Oberfläche von gewalzten Federstahl-Flachstäben war es bisher üblich, Fehler rein visuell zu suchen und aufzufinden. Andere Verfahren, wie beispielsweise die Ultraschallprüfung und das Wirbelstromprüfverfahren, wurden demgegenüber lediglich in einem eng begrenzten Bereich angewendet. Es ist insgesamt bisher noch kein fortschrittliches bzw. verbessertes Prüf system entwickelt worden, mittels dem die gesamte Oberfläche des Flachstabes einschließlich seiner Endteile mit großer Genauigkeit und mit wirtschaftlicher Schnelligkeit automatisch untersucht werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine Eintauch-Ultraschallprüfanordnung zur automäischen, wirksamen und mit hoher Genauigkeit erfolgenden Überprüfung der gesamten Oberfläche des gewalzten Flachstabes einschließlich seiner fla-' chen Teile sowie seiner Endteile zu schaffen. ^^Vt

Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Anordnung ergeben sieh aus den Ansprüchen.

Gegenstand der Erfindung ist die Steigerung der Prüf- bzw. Unter suchungsgenauigkeit dadurch, daß Luftblasen daran gehindert werden, sich an der

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Oberfläche der Probe bzw. des Prüflings festzusetzen; dies wird dadurch erreicht, daß Wasser unter Druck auf die gesamte Oberfläche des Prüflings gesprüht wird, um die gesamte Oberfläche, unmittelbar bevor der Prüfling in den Eintauchbehälter eingeführt wird, zwangsweise vorzuf euchten.

Die Prüfgenauigkeit wird weiterhin dadurch gesteigert, daß die Luftblasen ebenfalls daran gehindert werden, sich an der Ultraschallübertragungs- und Empfangsfläche der innerhalb des Eintauchbehälters angeordneten Prüf- bzw. Meßköpfe festzusetzen; dies wird dadurch erreicht, daß Wasser unter Druck auf die entsprechende Oberfläche gesprüht wird.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Schaffung eines Prüfkopfpositionierers, um den Abstand, den Neigungswinkel sowie die horizontalen und vertikalen Stellungen der innerhalb des Eintauchbehälters angeordneten Prüfköpfe frei steuern zu können.

Es ist aus dem Umstand heraus, daß sich die Versetzungs- bzw. Verschiebungsenergie der Oberflächenwelle in der Tiefe einiger Wellenlängen, von der Oberfläche aus gerechnet, im Flachstab konzentriert, allgemein bekannt, daß die Prüf empfindlichkeit hinsichtlich eines Fehlers unmittelbar unterhalb der Oberfläche hoch ist und daß die Oberflächenwelle die charakteristische Eigenschaft aufweist, um die Endteile des Flachstabes herumzulaufen. Unter Anwendung dieses Phänomens auf die Eintauchprüfung ist gemäß der Erfindung ein außerordentlich schnelles und stabiles Eintauch-Prüfsystem zum Erfassen von Fehlern an der gesamten Oberfläche eines gewalzten Flachstabes einschließlich eines gewalzten Federstahl-Flachstabes entwickelt worden.

Die Eintauch-UltraschaUprüf anordnung gemäß der Erfindung weist einen

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Einlaßtisch, Seitenführungsrollen- bzw. Walzen, Quetschwalzen, einen Fehlerdetektor (Wasserbehälter, Prüfkopfpositionierer usw.) sowie einen Auslaßtisch auf, wobei diese Einrichtungen in Reihe hintereinander auf einer Transferstraße aus gewalzten Flachstäben, beispielsweise aus gewalzten Federstahl-Flachstäben, angeordnet sind. Ein Prüfling des gewalzten Flachstabes wird in den Eintauchbehälter eingeführt, Prüfköpfe werden sowohl an der Vorderseite als auch an der Rückseite des Prüflings angeordnet, und zwar zum Prüfling geneigt auf verschiedene Auftreffstellen innerhalb des Eintauchbehälters, und es wird sodann der Prüfling mit der von den Prüfköpfen kommenden Oberflächenwelle beaufschlagt, um Fehler an der gesamten Oberfläche des Prüflings einschließlich seiner flachen Teile und seiner Endteile zu erfassen.

Die Einrichtung zum Anfeuchten bzw. Vornetzen des Prüflings gemäß der Erfindung weist einen Satz aus in Richtung des Einlasses von oben und unten geneigten Düsen in der Nähe des Prüflingeinlasses des Eintauchbehälters für den Fehlerdetektor auf, um durch Aussprühen von Druckwasser aus den Düsen auf die Prüflingoberfläche zu verhindern, daß sich an dieser Oberfläche Luftblasen festsetzen. Es kann ein Behälter zur Aufnahme des Leckagewassers von den Düsen und vom Eintauchbehälter vorgesehen sein, so daß das zurückgewonnene Wasser mittels einer geeigneten Pumpe zum Eintauchbehälter zurückgeleitet werden kann.

Die Blasenbeseitigungseinrichtung des Eintauchprüfkopfes gemäß der Erfindung beseitigt die sich auf der Ultraschallsende- und-empfangsfläche des in das Wasser eingetauchten Prüfkopfes festsetzenden Luftblasen dadurch, daß Druckwasser auf die Ultraschallsende- und-empfangefläche des Eintauchprüfkopfes gesprüht wird.

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Mittels des erfindungs gem äßen Prüfkopfpositionierers, der einen Satz aus im Abstand zueinander angeordneten und jeweils gegenüberliegenden Prüfköpfen aufweist, lassen sich der Abstand zwischen den Prüfköpf en, die vertikalen und horizontalen Stellungen sovie der Neigungswinkel der Prüfköpfe steuern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 schematisch in Seitenansicht die Eintauch-Ultraschallprüfanordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie Π-Π in Fig. Ij Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie ΠΙ-ΠΪ in Fig. 2;

Fig. 4A die Blasenbeseitigungseinrichtung des Prüfkopfes in Seitenansicht und

Fig. 4B in Draufsicht;
bis4D

Fig. 5 schematisch die Anordnung der Prüfköpfe; und 6

Fig. 7 den Prüfkopf positionier er in Seitenansicht;

Fig. 8 im Diagramm die EnergieverSchiebung bzw. -Versetzung der Oberflächenwelle;

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Fig. 9 schematisch die geneigte Anordnung des Prüfkopfes;

Fig. 10 im Diagramm die Beziehung zwischen demNeigungswinkel des Prüfkopfes und der Echohöhe;

Fig. 11 im Diagramm die Beziehung zwischen dem Prüfabstand und der Dämpfung bzw. dem Abklingen des Echos;

Fig. 12 schematisch eine Anordnung zur Überprüfung der Wirkung der

Form des Prüflingendes auf das Endecho und

Fig. 13 im Diagramm die Beziehung zwischen der Form des Prüflingendes und der Echohöhe.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Eintauch-mtraschäLlprüfanordnung weist einen Einlaßtisch 2, einen Satz 3 aus Quetschrollen bzw. -walzen, einen Fehlerdetektor 4 sowie einen Auslaßtisch 5 auf.

Ein Prüfling 10 wird in Längsrichtung 11 mittels Transportwalzen 21 und Seitenführungswalzen 22, die auf dem Einlaßtisch 2 befestigt sind, transportiert und erreicht die ersten Quetschwalzen 3, wo der Prüfling 10 einerseits in seiner Horizontalstellung mittels Seitenführungswalzen 22 und andererseits in seiner vertikalen Stellung gesteuert wird und sodann zum Fehlerdetektor 4 weitertransportiert wird. Nachdem der Prüfling 10 den Fehlerdetektor 4 durchlaufen hat, wird er von dem zweiten Satz aus Quetschwalzen 3 aufgenommen und hier hinsichtlich seiner vertikalen Stellung gesteuert bzw. kontrolliert; sodann wird der Prüfling 10 zum darauffolgenden Auslaßtisch 5 weitertransportiert. Hier wird der PrüE-ling 10 in Längsrichtung 11 mittels Transportwalzen 51 und Seitenfüh-

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rungswalzen 52, die am Auslaßtisch 5 befestigt sind, weiterbewegt.

Um die Prüfleistung zu steigern, ist es vorteilhaft, in der Längsrichtung mehrere Prüflinge 10 (zwei Flachstäbe bei der beschriebenen Ausführungsform) zu transportieren, die parallel zueinander angeordnet sind. Dies läßt sich leicht durch Verwendung entsprechender Seitenführungswalzen erreichen.

Der erste und zweite Satz aus Quetsch- bzw. Klemm- oder Drückrollen 3 ist jeweils gleich ausgebUdet und weist einen Satz aus Quetschrollen 31 auf, die sich in vertikalem Abstand voneinander befinden. Der Prüfling 10 läuft hierbei jeweils durch den derart gebildeten Satz aus Quetschrollen 3.

Der Fehlerdetektor 4 weist einen Eintauchbehälter 41, Prtifkopfpositionlerer 42, Prüfköpfe 43 sowie Aufnahmewalzen 44 auf. TOe aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, werden zwei parallel nebeneinander angeordnete Prüflinge 10 vom ersten Quetschrollensatz 3 zum Fehlerdetektor 4 transportiert, durch einen Einlsß 411 hindurch in den Eintauchbehälter 51 eingeleitet und sodann durch einen Auslaß 412 hindurch heraustransportiert. Im Eintauchbehälter 41 sind die Prüflinge 10 auf den Aufnahm er ollen 44 gelagert, wobei sie sich innerhalb des Wassers eingetaucht befinden und, wie aus Fig. und 3 ersichtlich, derart angeordnet sind, daß sie von oben und unten im Meßbereich einer Vielzahl von Prüfköpfen 43 liegen, die verstellbar an den P rüfkopfpositionier er η 42 befestigt sind.

Beim Eintauch-Ultraschallprüfsystem, das Wasser als Medium für Ultraschallwellen verwendet, werden die Prüflinge in den Eintauchbehälter eingeführt und innerhalb des Wassers untersucht bzw. überprüft. Wenn der Prüfling in das Wasser mit hoher Geschwindigkeit eingeführt wird, bildet

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sich zwischen dem Prüfling und dem Wasser eine Luftschicht aus, wodurch eine Ausbreitung der Ultraschallwelle schwierig wird und die normale Überprüfung unmöglich ist. Da die Ultraschallwelle sehr empfindlich auf äußerst geringe Rauhigkeiten an der zu überprüfenden Oberfläche reagiert, wird die Ultraschallwelle selbst durch die Anwesenheit einer äußerst kleinen Luftblase reflektiert. Im Eintauchbehälter befindet sich die Oberfläche des Priflings normalerweise in vollständig nassem bzw. feuchtem Zustand. Bisher sind jedoch, wenn kleine Luftblasen an der Prüflingoberfläche hängenblieben, nicht nur die Oberflächenfehler, sondern auch solche Luftblasen miterfaßt worden, wodurch aber die Prüfgenauigkeit gemindert wird und die eindeutige Beurteilung der Fehler erheblich erschwert ist.

Es ist daher von Bedeutung, die Affinität (oder "Benetzbarkeit") des Prüflings für Wasser zu steigern, was beispielsweise dadurch erfolgt, daß die gesamte Oberfläche des Prüflings zwangsweise durch Besprühen mit Druckwasser vorbefeuchtet bzw. benetzt wird, bevor der Prüfling in den Eintauchbehälter eingeführt wird; hierdurch werden die Ausbildung einer Luftschicht zwischen der Prüflingoberfläche und dem Wasser, das Anhaften von Luftblasen oder anderen Materialien auf der Oberfläche des Prüflings sowie eine Leckage von Wasser aus dem Behälter, nämlich aus dem Prüflingeinlaß heraus, verhindert.

Um diese Erfordernisse zu erfüllen, sind gemäß der Erfindung, wie aus Fig. 3 ersichtlich, an der Eingangsseite des Einlasses 411 zum Eintauchbehälter 41 Düsen 45 vorgesehen, um von oben und unten Druckwasser in Richtung auf den Einlaß 411 zu sprühen. Das von den Düsen 45 ausgesprühte Wasser befeuchtet sowohl die Oberseite als auch die Unterseite des Prüflings 10, wenn dieser nach dem ersten Satz der Quetschrollen in den Eintauchbehälter 41 gelangt, und entfernt außerdem aufgrund des

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Wasserdrucks den gegebenenfalls auf der Oberfläche des Prüflings 10 vorhandenen Staub. Wenn demgemäß der Prüfling 10 in den Eintauchbehälter 41 eingeführt wird, weist die Oberfläche dee Prüflings 10 eine ausreichend große Affinität für das im Eintauchbehälter 41 enthaltene Wasser auf, wobei die Prüflingoberfläche zudem frei von jeglichen anhaftenden Luftblasen ist. Gleichzeitig verhindert auch das von den Düsen 45 unter Druck ausgesprühte Wasser eine Leckage von Wasser aus dem Einlaß 411 des Eintauchbehälters 41 heraus.

Für eine ausreichende Funktion der Düsen 45 genügt ein Wasserdruck

von etwa 3-5 kg/cm . Ein Teil des ausgesprühten Wassers wird zusammen mit demPrüfling 10 in den Eintauchbehälter 41 hineingeleitet, während der Rest des Wassers, der nicht in den Eintauchbehälter 41 eingeleitet wird, von einem unterhalb des Eintauchbehälters 41 vorgesehenen Behälter 46 aufgenommen und sodann mittels einer Umwälzpumpe 47 zusammen mit dem Wasser, das vom Eintauchbehälter 41 übergeflossen ist, wieder in den Eintauchbehälter 41 zurückgeleitet wird.

Bei einem Eintauch-Ultraschallprüfsystem heften sich außerdem häufig Luftblasen, die innerhalb des Wassers schwimmen oder der Oberfläche des Prüflings anhaften, an die Ultraschallsende- und -empfangsfläche des innerhalb des Wassers angeordneten Prüfkopfes, wodurch die Meßbzw. Prüf empfindlichkeit gesenkt und ein lästiges Geräusch erzeugt wird, was insgesamt bei der Oberflächenfehlersuche eine Senkung der Genauigkeit oder der Zuverlässigkeit bedeutet. Es ist demgemäß erforderlich, die Zuverlässigkeit der Fehlersuche dadurch zu vergrößern, daß die Luftblasen von der Ultr.aschallsende- und -empfangsfläche des innerhalb des Eintauchbehälters angeordneten Prüfkopfes entfernt werden.

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Um diesem Erfordernis Rechnung zu tragen, ist gemäß der Erfindung, wie aus Fig. 4 A ersichtlich, gegenüber der Ultraschallsende- und -empfangsfläche 431 des Prifkopfes 43 im Abstand zu dieser, wie aus Fig. 4 A ersichtlich, ein ringförmiges Düsenrohr 432 vorgesehen. Der am vorderen Ende des Düsenrohres 432 gebildete Ring weist einen Durchmesser auf, der, wie aus Fig. 4 B ersichtlich, etwas größer ist als der Außendurchmesser des Prüfkopfkörpers 43. Der Ring des Düsenrohres 432 ist mit verschiedenen Stellen einer Haltevorrichtung 434 verbunden, und zwar über Träger 433, so daß der Mittelpunkt des Prüfkopfes 43 koaxial zum Mittelpunkt des vom Düsenrohr 432 gebildeten Rings liegt. Auf der Innenseite des Düsenrohrringes 432 ist eine Anzahl von Mündungsöffnungen 435 vorgesehen, aus denen unter Druck Wasser in Form von Strahlen 436 herausgedrückt wird, die dann gleichförmig auf die oberhalb des Düsenrohrringes 432 angeordnete Ultraschallsende- und -empfangsfläche 431 des Prüfkopfes 43 auftreffen. Selbst wenn sich der PrüTkopf 43 im Betriebszustand befindet und die Ultraschallwellen aussendet, sowie wieder empfängt, werden die Wasserstrahlen 436 kontinuierlich unter einem vorbestimmten Druck aus den Mündungsöffnungen 435 in Richtung auf den mittleren Teil der Sende- und Empfangs- · fläche 431 ausgetragen.

Das beschriebene Düsenrohr 432 ist vorzugsweise ein Kupferrohr mit einem Durchmesser von etwa 5-6 mm, dessen Mündungsöffnungen 435 einen Durchmesser von etwa 1 - 1,5 mm aufweisen. Selbstverständlich kann jedoch auch ein anders ausgestaltetes Düsenrohr vorgesehen werden. So ist es beispielsweise möglieh, das aus Fig. 4 C oder D ersichtliche halbkreisförmige Düsenrohr 432c bzw. 432d oder aber auch jede beliebige Polygonform vorzusehen. Li jedem Fall kann aber auch bei jeder von der beschriebenen Ringform abweichenden Form des Düsen-

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rohres der der beschriebenen Ausführungsform entsprechende Effekt dadurch erreicht werden, daß das von der Düse unter Druck ausgetragene Wasser gleichförmig auf die Ultraschallsende- und -empfangsfläche des Eintauchprüfkopfes auftrifft.

Da bei der Prüfvorrichtung gemäß der Erfindung das Eintauch-Ultraschallprüfsystem zur Anwendung gelangt, ist es vorteilhaft, die Prüfköpfe 43 im Abstand innerhalb des Wassers in der aus Fig. 5 und 6 ersichtlichen Weise anzuordnen, wobei die Dämpfung der Oberflächenwelle berücksichtigt wird. So wird eine Vielzahl von Prüfköpfen 43 (drei Prtifköpfe bei der beschriebenen Ausführungsform) jeweils an der Vorderseite und an der Rückseite des Prüflings 10 angeordnet, und zwar um einen vorbestimmten Winkel Θ. zur vertikalen Richtung geneigt, so daß die volle Breite des Prüflings 10 von den Prüfköpfen 43 überdeckt werden kann.

Anhand von Fig. 7 sei nunmehr die Ausbildung eines Prüfkopfpositionierers 42 zum Verstellen und Justieren der Prüfköpfe 43 beschrieben. Zur Überprüfung der Vorderseite eines Prüflings 10 ist ein Prüfkopf 43a und zur Überprüfung der Rückseite des Prüflings 10 ein Prüfkopf 43b vorgesehen, die jeweils an in vertikalem Abstand zueinander angeordneten Lagerarmen 421a und 421b befestigt sind. Die Prüfköpfe bzw. Ultraschallsonden 43a und 43b können in ihrem Winkel gegenüber der vertikalen Richtung jeweils mittels eines Handgriffes 422a bzw. 422b gesteuert werden, sind in ihrem vertikalen Abstand zueinander mittels eines Handgriffes 423 steuerbar und können schließlich in ihrer horizontalen Stellung, d. h. zur Berücksichtigung der jeweiligen Breite des Prüflinge, mittels eines Handgriffes 424 gesteuert werden.

Es ist von Vorteil, wenn die Steuerung bzw. Kontrolle dieses Neigungs-

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winkele und die jeweilige Positionslänge des senkrechten Abstandes sowie der vertikalen und horizontalen Stellungen auf entsprechenden Skalen angezeigt wird. Es ist jedoch nicht erforderlich, dies weiter zu beschreiben, da dies jedem Fachmann geläufig ist,

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel sind drei Stufen (Nr. 1, 2 und 3, Fig. 6) aus Prüf kopfpositionier ern 42 vorgesehen, die längs der Vorschubvorrichtung des Prüflings 10 angeordnet sind.

Im folgenden wird die Bestimmung des Einfallswinkels der Prüfköpfe näher erläutert.

Aus dem Umstand heraus, daß sich die Verschiebungs- bzw. Versetzungsenergie der Oberflächenwelle im allgemeinen in einer Tiefe von mehreren Wellenlängen von der Prüflingoberfläche aus im Prüfling konzentriert, wie aus Fig. 8 ersichtlich, ist es bekannt, daß die Untersuchungs- bzw. Prüfempfindlichkeit hoch ist hinsichtlich solcher Fehler, die sich unmittelbar unter der Oberfläche befinden, und daß die Oberflächenwelle die charakteristische Eigenschaft aufweist, daß sie um die Ecken des Prüflings 10 herumläuft. .

Unter vorteilhafter Anwendung dieses Phänomens wurde unter Anwendung der in ihren Abmessungen aus Fig. 9 ersichtlichen Anordnung experimentell die Beziehung zwischen dem Einfallswinkel der Ultraschallwelle und der Echohöhe festgestellt, wobei ein Bleizirkonat-Vibrator mit einer Frequenz von 2,25 MHz und einem Durchmesser von 19 mm verwendet wurde. Wie aus Fig. 9 ersichtlich, ist der Prtfkopf 43 gegenüber der vertikalen Richtung um den veränderlichen Winkel B₁ geneigt, wobei der Abstand zwischen der Ultraschallsende- und -empfangsfläche

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des Prüfkopfes 43 und der Auftreffstelle 12 auf der Oberfläche des Prüflings 10 auf 50 mm festgelegt ist, der Abstand zwischen der Auftreffstelle 12 und dem Oberflächenfehler 13 des Prüflings 10 zu 50 mm bestimmt wird und der Abstand zwischen dem Oberflächenfehler 13 und dem Endteil des Prüflings 10 zu 20 mm bestimmt wird. Der Oberflächenfehler 13 wurde künstlich hergestellt, und zwar durch eine Elektroentladungsbearbeitung am flachen Teil des Prüflings 10 bis auf die Tiefe von 0,5 mm.

Die Ergebnisse dieses Versuches sind aus Fig. 10 und 11 ersichtlich. Wie Fig. 10 zu entnehmen, ist die Meßgenauigkeit am höchsten (oder die Dämpfung des Echos ist am geringsten), wenn der Einfallswinkel etwa 30° beträgt, was außerordentlich gut dem berechneten Wert von 30° Ψ (30,11°) entspricht. Der Winkel, bei dem das Reflektionsecho (Geräuschecho) vom Endteil nur schwer auszusenden ist, beträgt 29° 36' (29,6°), was einen Winkel darstellt, der ein wenig spitzer ist als der theoretische Einfallswinkel von 30° V (30,11°). Die Dämpfung des Echos durch eine V-förmige Nut 13 (s. Fig. 9), die in 20 mm Abstand vom Endteil des Pr tilings 10 künstlich hergestellt wurde, ist aus Fig. ersichtlich. Die Dämpfung des Echos nimmt hierbei mit dem Abstand zu, wobei die Dämpfung 6,16 dB/cm beträgt. Dieses Problem ksnn jedoch leicht dadurch gelöst werden, daß die weiter unten beschriebene automatische Schaltung zur Kompensierung der Dämpfung in Abhängigkeit von der Entfernung verwendet wird.

Aus Fig. 13 sind die Ergebnisse einer Überprüfung des Effektes des vom Prüflingende reflektierten Echos ersichtlich, nämlich desjenigen Endechos, das für die Messung der Fehler, wie Risse, Sprünge und dergleichen, am Ende nachteilig bzw. schädlich ist, wobei Prüflinge

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mit unterschiedlichen Endenformen, d.h. mit Radius-Finish (das Prüflingende weist eine Krümmung mit dem Radius R auf) und mit.Winkel-Finish (das Prüflingende ist angefast bzw. verläuft winklig), verwendet wurden. Wie aus Fig. 13 ersichtlich, ist die Reflektion beim Winkel-Finish von 90° am größten, während sich die Oberflächenwelle, wenn der Prüfling ein Radius-Finish am Ende aufweist, längs der Krümmung ausbreitet und sich am Radius-Teil, d.h. am gekrümmten Ende nur eine geringe Reflektion ergibt. Von einigem Interesse ist hierbei der Umstand, daß praktisch ausgeführte Federstahl-Flacheisen mit gewalztem Ende, das ein Radius-Finish aufweist, und solche mit einem Winkel-Finish von 45° fast die gleiche Reflektion zeigen.

Als an den Prüfkopf anzuschließende Schaltung zur Erfassung der Prüfbzw. Meßergebnisse wird eine bekannte Ultraschalluntersuchungsschaltung verwendet, die einen synchronen Kontroller, einen Horizontal achsenablenker, einen Impulsgenerator, einen Empfangsverstärker, eine Kathodenstrahlröhre und eine Energiequelle aufweist/ Die Meßergebnisse werden auf der Kathodenstrahlröhre sichtbar gemacht oder zur späteren Überprüfung automatisch auf einem schreibenden Oszillographen aufgezeichnet.

Ein elektrischer Impuls, der von der Energiequellenfrequenz oder einer anderen spezifischen Frequenz synchron gesteuert ist, wird dem Prüfkopf angelegt und durch einen Elektrostriktionsvibrator des Prüfkopfes in einen Ultraschallimpuls umgewandelt, so daß die Oberflächenwelle auf die Oberfläche des Prüflings als Ultraschallwelle auftrifft. Wenn die sich an der Oberfläche des Prüflings ausbreitende Oberflächenwelle einen Fehler, wie beispielsweise einen Riß, eine Blase, einen Sprung oder dergleichen, erreicht, wird sie an dieser Stelle reflektiert, vom

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Prüfkopf empfangen, in einen elektrischen Impuls zurückverwandelt, am Empfänger verstärkt, gemessen und an der Kippspur der Kathodenstrahlröhre angezeigt, wodurch die Größe des erfaßten Prüflingfehlers gemessen wird. Da die Dämpfung der Oberflächenwelle in außerordentlich starkem Maße von der Qualität des Öberflächen-Finish, d. h. der Oberflächenendbearbeitung, beeinflußt wird, kann die Fehlermessung leichter durchgeführt werden, wenn die Oberfläche des Prüflings eine gute Endbearbeitung aufweist. Um weiterhin die quantitative Schätzung bzw* Erfassung des Fehlers zu erleichtern, weist die Meßschaltung des Prüfsystems gemäß der Erfindung eine Abstandskompensierschaltung sowie eine automatische Niveausteuerungsschaltung zur Regulierung der Dämpfung der Ultraschallwelle auf, um die an verschiedenen Stellen des Prüflings erfaßten Fehler gleichmäßig auswerten zu können. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann, falls erwünscht, eine mit einer Markiervorrichtung gekuppelte Verzögerungsschaltung vorgesehen sein, die für verschiedene Zwecke verwendet werden kann, beispielsweise um automatisch die. Fehler dann zu markieren, wenn das Wasser vom untersuchten Prüfling entfernt worden ist.

An den Prüflingen, die zwei unterschiedliche Abmessungen aufweisen, nämlich hinsichtlich ihrer Breite, Dicke und Länge einerseits die Abmessungen 76,2 mm χ 11,35 mm χ 5.000 mm und andererseits die Abmessungen 88,9 mm χ 12,67 mm χ 5.000 mm, wird am Endteil ein künstlicher Fehler (Riß, Sprung oder dergleichen) von 0,3 mm Tiefe hergestellt. Danach wird die Untersuchungsempfindlichkeit des Systems derart eingestellt, daß bei der Kathodenstrahlröhre die Echohöhe des künstlichen Fehlers 35 mm beträgt; bei dieser Empfindlichkeit wird die kontinuierliche Untersuchung durchgeführt. Auf diese Weise kann das Untersuchungssystem äußerst deutlich natürliche Fehler von 0,11 mm 0,23 mm Tiefe am flachen Teil und künstliche Fehler von 0,08 mm 0,44 mm Tiefe am Endteil erfassen. Andere kleinere Fehler, wie Falten

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und Kratzer, von beispielsweise 50 μ Tiefe können dann erfaßt werden, wenn die Untersuchungsempfindlichkeit vergrößert wird.

Aus der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse einer praktisch durchgeführten Fehlermessung bzw. -überprüfung mit der oben erläuterten Meßempfindlichkeit ersichtlich:

Anzahl der untersuch ten Flach stäbe	Anzahl der durch die Ultraschall prüfung ak zeptierten Flachstäbe	Anzahl der durch Ultraschall prüfung zurückgewiesenen Flachstäbe	Riß	Falte	Krat zer	Walz fehler	Bemer kungen
6,949	6,427	ins- ges.	193	279	32	18	50-120 mm brett
522

Bemerkung: Sowohl an der Vorderseite als auch an der Rückseite der Prüflinge waren jeweils drei Prüfköpfe angeordnet.

Wie aus der Tabelle deutlich wird, wird bei der mit der beschriebenen Empfindlichkeit erfolgenden Fehler über prüfung keinerlei schädlicher Riß übersehen, und es werden auch schädliche Falten sowie Walzfehler (mehr als 0,2 mm tief) zu 100 % erfaßt, auch wenn die Meßempfindlichkeit mit der Form der Fehler und der Einfallsrichtung der Ultraschallwelle variiert wird. Es sei hinzugefügt, daß die durch die Ultraschallprüfung zurückgewiesenen 522 Flachstäbe nach dem Abschleifen bzw. Polieren alle zugelassen wurden.

Das automatische Oberflächenfehler-Überprüfungssystem geräß der Erfindung für gewalzte Stahlstäbe arbeitet, sofern Flachstäbe mit den Ab-

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mesBungen Breite χ Dicke χ Länge 50 - 120 mm χ 5 - 20 mm χ 4.000 -. 6.500 mm untersucht werden, mit der höchsten Geschwindigkeit, nämlich 90 m/min (Nenngeschwindigkeit 60 - 70 m/min), die jemals erreicht wurde. Das bedeutet mit anderen Worten, daß die erfindungsgemäße Anordnung kontinuierlich zwei 6.000 mm lange Flachstäbe in 8 Sekunden untersuchen bzw. überprüfen kann.

Wie erläutert, wird bei der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ein Eintauchbehälter verwendet. Es ist statt dessen jedoch auch möglich, den gleichen Effekt dadurch zu erzielen, daß anstelle eines Eintauchbehälters eine Düse für einen laminaren Wasserstrom verwendet wird, wobei der Ultraschallsender (oder der Prüfkopf) innerhalb der Laminarwasserstromdüse angeordnet ist und sich die Ultraschallwelle innerhalb dieser Düse ausbreitet.

Da bei der Erfindung vor dem Eintauchtank eine leistungsfähige Benetzungseinrichtung verwendet wird, um den gewalzten Flachstab in seiner Affinität gegenüber Wasser zu steigern und um ihn gleichzeitig wirksam zu kühlen, ergibt sich der Vorteil, daß die Prüflinge unmittelbar nach ihrer Warm walzung kontinuierlich und mit guten Ergebnissen untersucht werden können, ohne daß Luftblasen oder sogar Dampf erzeugt wird, wenn lediglich die Oberflächentemperatur nicht höher ist als 80° C, wobei außerdem nicht gewartet werden muß, bis der Prüfling vollständig abgekühlt ist.

Durch die Erfindung werden die Leistung und die Genauigkeit der Oberflächenfehlermessung von gewalzten Flachstäben, wie beispielsweise Federstahl-Flachstäben für Kraftfahrzeuge, beträchtlich gesteigert, die Anzahl der Prüfer kann verringert werden, und schließlich können auch die gesamten Überprüfungskosten reduziert werden,

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Claims

-.18 - Patentansprüche

1.) Eintauch-Ultraschallanordnung zur Überprifung der gesamten Oberfläche eines gewalzten Flachstabes, gekennzeichnet durch einen Eintauchbehälter (41), in den der zu untersuchende Flachstab (10) wenigstens teilweise einführbar und eintauchbar ist, durch eine Vielzahl von innerhalb des Eintauchbehälters (41) an der Vorder- und Rückseite des zu untersuchenden Flachstabes (10) angeordneten Prüf köpf en (43) zur Ausstrahlung von Ultraschall-Oberflächenwellen auf die gesamte Prüffläche des durch den Eintauchbehälter (41) laufenden Flachstabes (10), durch eine Flachstabtransporteinrichtung (2, 3, 5) mit Führungsrollen (21, 22, 51, 52), mittels welcher der zu untersuchende Flachstab (10) in den Eintauchbehälter (41) hineintransportierbar und der untersuchte Flachstab (10) aus dem Eintauchbehälter (41) heraustransportierbar ist, und durch eine elektrische Schalteinrichtung zur Erfassung bzw. Messung der Prüfkopfuntersuchungsergebnisse.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Prüfköpfe (43) aus der Vielzahl der an der Vorderseite und Rückseite des Flachstabes (10) angeordneten Prüfköpfe, die zur speziellen Untersuchung des Flachstabendteiles vorgesehen sind, einen derartigen Einfallswinkel, vorzugsweise 20⁽
echo nur schwer aussendbar ist.

Einfallswinkel, vorzugsweise 29° 36^J (29,6°), aufweisen, daß das End-

3. Anordnung nach Ansprach 1 ©stes? I₃ dadurch gekems9i<2hnet_s da§ die FlachstabtransportefericMiüig (ß₉ S_? I) mit einem Sats (S) aus ¥erstellbar und ist vertikales Abstand Eneinaader befestigtes Drüekrollem (81) versehen ist- mittels denen die vertikal® Stellung des transportierten Flachstabes (10) steuerbar und dieser in des Eintauchb©tiält©r (41) einführbar ist.

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4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachstabtransporteinrichtung mit einem Einlaßtisch (2) und einem Auslaßtisch (3) versehen ist, auf denen Transportrollen (21, 51) und Seitenführungsrollen (22, 52) angeordnet sind, die zum gleichzeitigen Weitertransport mehrerer zueinander paralleler Flachstäbe (10) einen bestimmten Abstand voneinander aufweisen.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Flachstäbeinlaß (411) des Eintauchbehälters (41) sowohl von oben als auch von unten Düsen (45) zum Besprühen mit Druckwasser zugeordnet sind, wobei die Düsen zu ihrer kontinuierlichen Versorgung mit Druckwasser an ein druckregelbares Wasserzufuhrsystem angeschlossen sind.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß um jeden Prüfkopf (43) herum eine ringförmige Düse (432) mit mehreren Mündungsöffnungen (435) vorgesehen ist, die derart angeordnet sind, daß sich das aus ihnen austretende Druckwasser gleichmäßig auf der Ultraschallsende- und -empfangsfläche (431) des Eintauchprüf kopfes (43) konzentriert, und daß die Düse (432) vom druckregelbaren Wasserzufuhrsystem kontinuierlich mit Druckwasser belieferbar ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Düse (432c, d) halbkreisförmig ausgebildet ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Satz aus einander mit vsrtikäem Abstand gegenüberliegenden Prüfköpfen (43a, b) an einem Prüfkopfpositionierer (42) befestigt ist, mittels dem der Abstand zwischeiLden Prüfköpfen, deren Neigungswinkel sowie deren vertikale und horizontale Stellungen steuerbar sind.

⁵⁹⁹⁰ 309840/0819

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