DE2311938B2 - Eintauch-ultraschallanordnung zur zerstoerungsfreien ueberpruefung der oberflaeche eines gewalzten stabes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Eintauch-UItraschallanordnung zur zerstörungsfreien Überprüfung der Oberfläche eines Prüflings gemäß dem Oberbegriff von

Anspruch 1.

Bei der Suche nach Fehlern, wie Rissen, Sprüngen oder dg!., 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 Fs ist insgesamt bisher noch kein fortschrittliches bzw. verbessertes Prüfsystem entwickelt worden, mittels dem die gesamte Oberfläche des Flachstabes einschließlich

seiner Enden mit großer Genauigkeit und mit wirtschaftlicher Schnelligkeit automatisch untersucht werden kann.

Zwar wird bei einer Dekannten Prüfungsanordnung der eingangs genannten Art (US-PS 25 24 208) der Prüfling im eigentlichen Eintauchbehälter, in dem die Prüfköpfe angeordnet sind, horizontal transportiert, jedoch muß der Prüfling am Anfang des Eintauchbehälters senkrecht von oben in diesen eingeführt und am Ende des Behälters senkrecht aus diesem herausgeführt werden, was einem mit hoher Geschwindigkeit durchzuführenden Betrieb entgegensteht Es kann daher mit dieser Prüfanordnung keine Hochgeschwindigktitsuntersuchung durchgeführt werden, veil kein streng linearer bzw. geradliniger Tranⁱapo;t des Prüflings erfolgt Es ist weiterhin nicht möglich. Fehler an den Enden des Prüflings zu erfassen, da einerseits die Prüfköpfe keinerlei Neigungswinkel aufweisen und andererseits auch in keiner Weise verstellbar sind.

Bei einer anderen bekannten Prüfanordnung (DT-AS 10 96 077) wird der Prüfling im trockenen Zustand zur Prüfung von oben senkrecht oder schräg in den Eintauchbehälter hineintransportiert und auf die gleiche Weise hieraus wieder heraustransportiert. Die vorgesehene Prüfkopf- und Strahlabtastanordnung kann lediglich olche Fehler erfassen, die etwa senkrecht zur Transport- bzw. Walzrichtung verlaufen, während Fehler, die in der abschlußseitigen Stirnfläche des Prüflings vorhanden sind, in keiner Weise erfaßt werden können. Weiterhin ist es mittels des bei der bekannten Anordnung vorgesehenen Prufkopfnahers iedignch möglich, den Neigungswinkel des Prüfkopfes zu verstellen.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung (GB-PS 9 07 0)2} wird der Präflsop/ züsstmmsr, mit einer Wassersprühdüse, die auf den Prüfling gerichtet ist, am Prüfling entlangbewegt Hierdurch können zwar solche Gas- bzw. Luftblasen entfernt werden, die an der Oberfläche des Prüflings gebildet sind, jedoch ist es mit

⁶S dieser Anordnung nicht möglich, gegebenenfalls an der Wirkfläche der Prüfköpfe gebildete Luftblasen zu entfernen, die in nachteiliger und unkontrollierbarer Weise das Prüfergebnis beeinflussen.

Der Erfindung liegt nun die AutgaDe zugrunde, die Eintauch-Ultraschallanordnung der eingangs genannten Art derart suszugestalten, daB sie sich zur mit hoher Geschwindigkeit, mit maximal möglicher Genauigkeit unter Ausschaltung der wesentlichsten Fehlerquellen und automatisch erfolgenden Überprüfung der gesamten Oberfläche eines gewalzten Flachstabes einschließlich seiner Enden eignet.

Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Anordnung ergeben sich aus Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen aufgeführt

Einige der im Hauptanspruch kennzeichnend aufgeführten Merkmale sind vom Stand der Technik her bekannt; so ist der Transport eines Prüflings durch einen ι s Eintauchbehälter in horizontaler Lage ebenso zur Ultraschall-Werkstoffprüfung bekannt (US-PS 35 17 844; |. u.H. Krautkrämer: Werkstoffprüfung mit Ultraschall, Berlin-Heidelberg-New York 1966, 2. Auflage, S. 327) wie die Verite'^rkeit der Prüfköpfe hinsichtlich ihrer vertikalen u.d horizontalen Lage (J. u. H. Krautkräme. Werkstoffprüfung mit Ultraschall. Berlin-Heidelberg-New York 1966,2. Auflage, S. 324 und 325) und die UUraschallankopplung mittels einer ringförmigen Düse (US-PS 31 71047). Die erfindungsgemäße Kombination der Merkmale gemäß dem Anspruch 1 kann jedoch von diesem Stand der Technik nicht hergeleitet werden.

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 Prüfempfindlichkeit hinsichtlich eines Fehlers unmittelbar unterhalb der Oberfläche hoch ist und daB die Oberflächenwelle die charakterist.·- J5 sehe Eigenschaft aufweist, um die F.ndteile des Flachstabes herumzulaufen. Unter Anwendung dieses Phänomens auf die Eintauchprüfung eignet sich die erfindungsgemäße Anordnung außerordentlich gut zum automatischen, schnellen und genauen Erfassen von Fehlern η der gesamten Oberfläche eines gewalzten FlachsJabes einschließlich eines gewalzten Federstahl-Flachstabes.

Dadurch, daß der Prüfling zusätzlich zu seinem horizontalen Transport durch den Eintauchbehälter hindurch auch in derselben Ebene horizont?! sowohl in diesen hinein- als auch aus diesem heraustransportiert wild, läßt sich die Geschwindigkeit des gesamten Prüfvorganges außerordentlich steigern.

Mittels der erfindungsgemäßen vorgesehenen Anordnung der Prüfköpfe lassen sich nicht nur sämtliche Fehler paraüei zur Transport- bzw. Walzrichtur.g über der gesamten Oberfläche des Flachstabes mit hoher Empfindlichkeit d. h. nur mit einer Fehlertiefe von 0.05 mm sowie einer Fehlerlänge von 5 mm, erfassen, snndern in gleicher Weise auch Fehler an beiden Flachstabenden.

Aufgrund des Umstandes. daß die Prüfköpfe bei der erfindungsgemäßen Anordnung in ihrem Neigungswinkel, in ihrem Abstand voneinander sowie vertikal und horizontal in spezieller Weise versieS/bar sind and daß sich all diese Verstelivorgänge in bequemer Weise oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche des Eintauchbehälters durchführen lassen, wird durch die diesbezüglich vorgesehene Positioniervorrichtung hinsichtlich des einstellbaren Abstandes der Prüfköpfe voneinander eine Genauigkeit von ±0,05 mm und bezüglich des Neigungswinkels ein* Genauigkeit von ±5' erreicht.

Dies ist von besonderer Bedeutung, da ganz allgemein die Meßgenauigkeit von der Verstellgenauigkeit der Prüfköpfe abhängt

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung läßt sich zusätzlich zur Steigerung der Benetzbarkeit der Prüflinge auch ein Wasserleckverlust aus dem Ein'auchbehälter verhindern. Hierbei kann ein Behälter zur Aufnahme des Leckagewassers von den Düsen und vom Eintauchbehälter vorgesehen sein, so daß das zurückgewonnene Wasser mittels einer Pumpe zum Eintauchbehäiter zurückgeleitet werden kann.

Durch die um jeden Prüfkopf herum erfolgende Anordnung einer ringförmigen, vom druckregelbaren Wasserzufuhrsystem kontinuierlich mit Druckwasser belieferbaren Düse, die auf die Ultraschallsende- und -empfangsfläche des in das Wasser eingetauchten Prüfkopfes gerichtet ist, wird dadurch, daß Druckwasser auf die Wirkfläche des Prüfkopfes gesprüht wird, verhindert, daß sich auf dieser Wirkfläche der Prüfköpfe Luftblasen bilden, die das Prüfergebnis in nachteiliger Weise beeinflussen.

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

Fig. 1 schematisch in Seitenan?' nt ein Ausführungsbeispiel einer Eintauch-Ultraschalia'-Ordnung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen Querschnitt gemäß Linie 11-Il in F. i g. 1,

Fig.3 einen Längsschnitt gemäß Linie III-III in Fig. 2,

Fig.4A eine Blasenbeseitigungseinrichtung für die Prüfköpfe in Seitenansicht und

F i g. 4B in Draufsicht;

F i g. 4C, D in Draufsicht andere Ausführungsformen der Blasenbeseitigungseinrichtung;

F i g. 5 schematisch die Anordnung der Prüfköpfe im Querschnitt und

F i g. 6 in Draufsicht;

F i g. 7 den Prüfkopfpositionierer in Seitenansicht;

Fig.8 im Diagramm die Energieverschiebung bzw. -Versetzung der Oberflächenwelle,

Fig.9 schematisch die geneigte Anordnung des Prüfkopfes,

Fig. 10 im Diagramm die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel des Prüfkopfes und der Echohöhe,

F i g. U im Diagramm die Beziehung zwischen dem Prüfabstand und der Dämpfung bzw. dew 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 Priiflingendes und der Echohöhe.

Die in F i g. 1 schematisch dargestellte Eintauch-Ultraschallanordnung 1 weist einen Einlaßtisch 2, einen Sa*z 3 aus Quetschwalzen, einen Fehlerdetektor 4 sowie einen Auslaßtisch 5 auf.

Ein Früiiins IG wird in Längsrichtung It mittels Transportwalzen 21 und Seitenführungswalzen 22, die auf dem Einlaßtisch 2 befestigt sind, transportiert und erreicht die <*rsten Quetschwalzen 3, wo der Prüfling 10 einerseits in seiner Horizcntalstellung mittels SeitenführungsroHen 22 und andererseits in seiner vertikalen Stellung gesteuert wird und sodann zürn Fehlerdetektor 4 weitertransportiert wird. Nachdem der Prüfling TiO 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

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darauffolgenden Aus laß tisch 5 weitertransportiert. Hier wird der Prüfling 10 in Längsrichtung 11 mittels Transportwalzen 51 und Seitenführungsrollen 52, die am Auslaßtisch 5 befestigt sind, weiterbewegt

Um die Prüfleistung zu steigern, ist es vorteilhaft, in der Längsrichtung 11 mehrere Prüflinge 10 (zwei Flachstäbe bei der beschriebenen Ausführungsform) zu transportieren, die parallel zueinander angeordnet sind. '" Dies IaBt sich leicht'durch Verwendung entsprechender Seitenführungsrollen erreichen.

Der.ersteund zweite Satz aus Quetsch- bzw. Klemmoder Druckwalzen 3 ist jeweils gleich* ausgebildet und ^r' weist eintnSatz aus Quetschwalzen 31 auf/die sich in vertikalem Abstand voneinander befinden. Der Prüfling 10 läuft hierbei jeweils durch den derart gebildeten .^catz aus Quetschwalzen 3

Der Fehlerdetektor 4 weist einen Eintauchbehälter 41, Prüfkopfpositionierer 42, Prüfköpfe 43 sowie Aufnahmewalzen 44 auf. Wie aus Fig.2 ind 3 ersichtlich, werden zwei parallel nebeneinander angeordnete Prüflinge 10 vom ersten Quetschwalzensatz 3 zum Fehlerdetektor 4 transportier;, durch einen Einlaß 411 hindurch in den EintauchbehäUer 41 eingeleitet und sodann durch einen Auslaß 412 hindurch heraustransportiert. Im Eintauchbehälter 41 sind die Prüflinge 10 .auf den Aufnahmerollen 44 gelagert, wobei sie sich innerhalb des Wassers eingetaucht befinden und. wie aus F i g. 2 und 3 ersichtlich, derart angeordnet sind, daß sie von oben und unten im Meßbereich einer Vielzahl von Prüfköpfen 43 liegen, die verstellbar an den Prüfkopf positionierern 42 befestigt sind

Beim Eintauch-UltraschalJprüfsystem. das Wasser als Medium für Ultraschallwellen verwendet, werden die Prüflinge in den Eintauchbehäller eingeführt und innerhalb des Wassers untersucht bzw. ür-erprüft Wenn der Prüfling in das Wasser mit hoher Geschwindigkeit eingeführt wird, bildet 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 Prüflings normalerweise in vollständig nassem bzw. feuchtem Zustand.

Bisher sind jedoch, wenn kleine Luftblasen an der Prüflingsoberfläche 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 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 EintaüchbeÜJäiter eingeführt wird· hierdurch werden die Ausbildung einer Luftschicht zwischen der Prüflingsoberfläche und dem Wasser, das Anhalten 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, 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
ausgesprühte Wasser befeuchtet sowohl die '^
als auch die Unterseite des Prüflings 10,
nach dem ersten Satz der Quetschwalzen

Eintauchbehälter 41 gelangt, und entfernt außerdem^| aufgrund des Wasserdrucks den gegebenenfalls auf dif;ßif" Oberfläche des Prüfling»" 10 vorhandenen Staub.^£Weffi S* demgemäß der Prüfling 10 in den^intauchbehilter^l^g eingeführt wird, weist" die Oberfläche ^rdes'Prüflings lO^^j

ίο - eine ausreichend große Affinität für das im' Einüucbbei^g

_v hälter'41 enthaltene Wasser'auf/w^obei,die'Prüflirigs-jili^

/,."oberfläche zudem {frei' von 'jeglichen*- "anhaftenden ti4> -Luftblasen ist Gleichzeitig verKinder'tVüch das von'den^⁵^' Düsen 45 unter Druck aus."»esprühte Wasser eine

Leckage von Wasser aus dem binlaß 411 des Eintauchbehälters 41 heraus.

Für eine ausreichende Funktion der Düsen 45 genügt ein Wasserdruck von etwa 3 - 5 kp/cm². tin Teil des ausgespriihten Wassers wird zusammen mil dem

zo Prüfling 10 in den Eintauchbehälter 41 hineingeleitet während der Rest des Wa ,ers. der nicht in den Eintauchbehälter 41 eingeleitet wird, von einem unterhalb der, Eintauchbehälters 4 J vorgesehenen Behälter 4f ;enommen 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 s;ch außerdem häufig Luftblasen, die innerhalb des Wassers schwimmen <x' r der Oberfläche des Prüflings anhaften, an die UUraschallsend; _._: empfingsfläche des innerhalb des Wassers angeordneten Prülkopfes, wodurch die Meß- bzw. Prüfempfindhchkeit 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 vergrößt ti, daß die Luftblasen von der Ultraschallsende- und empfangsfläche des innerhalb

des Eintauchbehälters angeordneten Prüfkopfes entfernt werden.

Um diesem Erfordernis Rechnung zu tragen, ist, wie aus Fig.4A ersichtlich, gegenüber der Ultraschallsende- und empfangsfläche 431 des Prüfkopfes 43 im

Abstand zu dieser ein ringförmiges Düsenrohr 432 vorgesehen. Der am vorderen Ende des Düsenrohres 432 gebildete Ring weist einen Durchmesser auf, der, wie aus Fig.4B ersichtlich, etwas größer ist als der Außendurchmesser des Prüfkopfkörpers 43. Der Ring

des Düsenrohres 432 ist an .mehreren Stellen über Träger 433 mit einer Haltevorrichtung 434 verbunden, so daß der Mittelpunkt des Prüfkopfes 43 koaxial zuir-Mittelpunkt des vom Düsenrohr 432 gebildeten Ringes liegt Auf der Innenseite des Düsenrohrringes 432 ist

eine Anzahl 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 Prüfkopf 43 im Betriebszustand befindet und die Ultraschallwellen aussendet sowie wieder empfängt, werden die Wasserstrahlen 436 kontinuierlich unter einem vorbestimmten Druck aus den Mündungsöffnuhgen 435 in Richtung auf den mittleren Teil der Sende- und Empfangsfläche 431 ausgetragen.

Das beschriebene Düsenrohr 432 ist vorzugsweise ein Kupferrohr mit einem Durchmesser von etwa

5 — 6 mm, dessen Mündungsdffnuiigen 435 einen Durchmesser von etwa 1 — 1,5 mm aufweisen. Selbstverständlich kann jedoch auch ein anders ausgestaltetes Düsenrohr vorgesehen werden. So ist es beispielsweise möglich, das aus Fig.4C oder 4 D ersichtliche 'halbkreisförmige Düsenrohr 432c bzw. 432</oder aber auch jede beliebige Polygonform vorzusehen. In jedem Fall kann bei jeder von der beschriebenen Ringform abweichenden Form des Düsenrohres der der beschriebenen Ausführungsform entsprechende Effekt dadurch erreicht". erden, daß das von der Düse unter Druck '»usgetrage.ie Wasser gleichförmig auf die Ultraschali-'sende-<:und empfangsfläche des Eintauchpriifkopfes auftritt

Da bei der beschriebenen Anordnung das Eintauch-U!j-aschallprüfsystem zur Anwendung gelangt, ist es vorteilhaft, die Prüfköpfe 43 im Abstand innerhalb des Wassers in der aus F i g. 5 und 6 ersichtlichen Weise anzuordnen, wobei die Dämpfung der Oberflächenwelle berücksichtigt wird. So wird eine Vielzahl von Prüfköpfen 43 (drei Prüfköpfe bei der beschriebenen Ausführungsform) jeweils an der Oberseite und Unterseite 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 F i g. 7 sei nunmehr die Ausbildung eines Prüfkopfpositionierers 42 zum Verstellen und Justieren der Prüfköpfe 43 beschrieben. Zur Oberprüfung der Vorderseite eines Prüflings 10 ist ein Priifkopf 43a und zur Oberprüfung der Rückseite des Pflings 10 ein Prüfkopf 43b vorgesehen, die jeweils an in vertikalem Abstand zueinander angeordneten Lagerarmen 421a und 421 b befestigt sind. Die Prüfköpfe bzw. Ultraschallsonden 43a und A3b können in ihrem Winkel gegenüber der vertikalen Richtung jeweils mittels eines Handgriffes 422a bzw. 4226 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 Prüflings, mittels eines Handgriffes 424 gesteuert werden.

Es ist von Vorteil, wenn die Steuerung bzw. Kontrolle dieses Neigungswinkels und die jeweilige Positionslänge des senkrechten Abstandes sowie der vertikalen und horizontalen Stellungen auf entsprechenden Skalen angezeigt wird.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel sind drei Stufen (Nr. 1,2 und 3. Fi g. 6) aus Prüfkopfposionierern 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 sicti 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 Untersuehungs- 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 Bieizifkonat-Vibrator mit eine. P -^uenz von 225 MHz und einem Durchmesser von 19 mn; verwendet wurde. Wie aus Fig.9 ersichtlich, ist der Prüfkopf 43 gegenüber der vertikalen Richtung um den veränderlichen Winkel Θ,- geneigt, wobei der Abstand zwischen der Ultraschallsende- und empfangsfläche 431 des Prüfkopfes 43 und der Auftreffstelle 12 auf der Oberfläche des Prüflings 10 auf 50 mm festgelegt, der Abstand 'zwischen der Auftreffstelle 12' und dem

to ,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 F i g. 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

ίο Wert von 30° T (30, 11°) entspricht Der Winkel, bei dem das Reflexionsecho (Geräuschecho) vom Endteil nur schwer auszusenden ist betragt 29° 35' (29,6°), was einen Winkel darstellt der ein wenig spitzer ist als der theoretische Einfallswinkel von 30° T (30, 11). Die Dämpfung des Echos durch eine V-förmige Nui 13 (s. F i g. 9), die in 20 mm Abstand vom Endteil des Prüflings 10 künstlich hergestellt wurde, ist aus F ι g. 11 ersichtlich. Die Dämpfung des Echos nimmt hierbei mit dem Abstand zu. wobei die Dämpfung 6,16 dB/cm h°'.rägt Dieses Problem 'cann 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 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 Reflexion 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 Reflexion ergibt Von einigem Interesse ist hierbei der Umstand, daß praktisch ausgeführte Federstahl-Flacheisen sowohl mit einem gewalzten Radius-Finish-Ende als auch mit einem Winkel-Fuiish-Ende von 45° fast die gleiche Reflexion zeigen.

Als an den Prüfkopf anzuschließende Schaltung zur Erfassung der Prüf- bzw. Meßergebnisse wird eine bekannte Ultraschalluntersuchungsschaltung verwendet die einen synchronen Kontroller, einen Horizontalachsenablenker, einen Ir oulsgenerator, eiuen Empfangsverstärker, eine Katodenstrahlröhre und eine Energiequelle aufweist Die Meßergebnisse werden auf der Kathodenstrahlröhre sichtbar gemacht oder zur späteren Oberprüfung 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

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ejnen 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 Prüfkopf empfangen, in einen elektrischen Impuls zurückverwandelt, am Empfänger verstärkt, gemessen und an der Kippspur der Kathodenstrahlröhre angezeigt, wodurch die Größe des erfaßten Prüflingfefcilers gemessen wird. Da die Dämpfung der Oberflächenwelle in außerordentlich; starkem fMaflt von der Quaiität des Oberflächen-Finish, d L· der Oberflächenendbearbeitung, beeinflußt wird, kann die Fehlermessurig 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 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 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 L^nge einerseits die Abmessungen 76,2 mm χ 1135 mm χ 5000 mm und andererseits die Abmessungen 88,9 mm χ 12,67 mm χ 5000 mm, wird am Endteil ein künstlicher Fehler (Riß, Sprung oder

to dergleichen) von 03 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 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

untersuchten

Fiachstäbe

Anzahl der
durch die
Ultraschallprüfung akzeptierten
Flachstäbe

Anzahl der durch Ultraschallprüfung zurückgewiesenen Flachstäbe Bemerkungen

insges. Riß Falte Kratzer Walzfehler

6427

522

193

279

32

50—120 mm
breit

Bemerkung:

Sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite der Prüflinge waren jeweils drei Prüfköpfe angeordnet

Wie aus der Tabelle ersichtlich, wird bei der mit der beschriebenen Empfindlichkeit erfolgenden Fehlerüberprüfung keinerlei schädlicher Riß übersehen, und es werden auch schädliche Falten sowie Walzfehler (mehr als 0,2 mm tief) zu 100% erfaßt, auch wenn die MeBunempfindlichkeit 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.

Die beschriebene Anordnung zur Überprüfung gewalzter Stahlstäbe arbeitet, sofern Flachstäbe mit den Abmessungen Breite χ Dicke χ Länge 50 — 120 mm χ 5 — 20 mm χ 4000 — 6500 mm untersucht werden, mit der höchsten Geschwindigkeit, nämlich 90 rn/mm_s(%nngeschwiindigkeit 6p.^r 70 m/min), die SS jeniajs^rrelcht φαάί. Dks, bedeutet, daß mit der beschriebenen; Anordnungkontinuierlich zwei 6000 nun lange FlacJistäbe in 8 Sekunden überprüft werden können.

Anstelle eines Eintauchbehälters kann im übrigen eine Düse zur Erzeugung eines laminaren Wasserstroms verwendet werden, wobei der Ultraschallsender bzw. Prüfkopf innerhalb der Laminarwasserjtromdüse angeordnet ist und sich die Ultraschallwelle innerhalb dieser Düse ausbreitet

Da vor dem Eintauchbehälter 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 Warmwalzung kontinuierlich und mit guten Ergebnissen untersucht werden können, ohne daß Luftblasen oder sogar Dampf erzeugt wird, wenn ledigiieh die Qberflächentemperatur nicht höher ist als 8O⁰C, wobei außerdemt^ichtigewartei^werderi-mußv bis der Prüfling vollständig abgekühlt ist"

Hieizu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

23 Π 938 Patentansprüche:

1. Eintauch-UItraschallanordnung zur zerstörungsfreien Überprüfung der Oberfläche eines gewalzten Stabes mit einem flüssigkeitsgefüllten Eintauchbehälter, in den der zu untersuchende Stab einführbar und eintauchbar ist, mehrere innerhalb des Eintauchbehälters sowohl auf der gesamten Stabober- als auch Stabunterseite angeordneten Prüfköpfen zur Ausstrahlung von Ultraschallwellen auf die zu untersuchenden Flächen des durch den Eintauchbehäiter !aufenden Stabes, der durch den Eintauchbehälter mittels einer Transportvorrichtung horizontal ohne seitliche oder vertikale Bewegungen hindurchbewegbar ist, mit Düsen, die vor den Prüfköpfen derart angeordnet sind, daß sie den zu untersuchenden Stab sowohl von oben als auch von unten mit Druckwasser besprühen, das die Benetzbarkeit der Stäbe steigen und störende Luftblasen entfernt, sowie mit einer elektrischen Schalteinrichtung iur Erfassung der Prüfkopfunte
suchungsergebnisse, gekennzeichnet du rc ti die Kombination der Merkmale, daß der in Form eines Flachstabes (10) vorgesehene gewalzte Stab mittels der Transportvorrichtung (2,3, 5) zusätzlich zu seinem horizontalen Transport durch den Eintauchbehälter (41) hindurch au~h in derselben Ebene mit hoher Geschwindigkeit horizontal sowohl in diesen hinein- als auch aus diesem heraustransportierbar ist daß die Prüfköpfe (43) zur Erfassung sämtlicher Fehl. - zusätzlich zu ihrer Anordnung an der Flachstabober- und Flachstabunterseite auch an beiden Fiachstabenden an^eordn. . sind, daß die Prüfköpfe (43) in ihrem Neigung· winkel, in ihrem Abstard voneinander sowie vertikal ^nd horizontal mittels einer Einrichtung (42) verstellbar sind, und zwar derart daß sie einen derartigen Neigungs- bzw. Einfallswinkel zut Vertikalen aufweisen, daß das Impulsecho an den Flachstabenden nur schwer aussendbar ist und zugleich der Fehlerechoimpuls eine maximale Amplitude aufweist, daß die zum oberseitigen und unterseitigen Besprühen des Flachstabes (10) vorgesehenen Düsen (45) dem Fiachstabeinlaß (411) des Lintauchbehakers (41) zugeordnet sind, um zusätzlich zur Steigerung der Benetzbarkeit der Flachstäbe (10) auch den Austritt vori Wasser aus dem Flachstabeinlaß (411) zu verhindern, und daß um jeden Priifkopf (43) herum eine ringförmige, kontinuierlich mit Druckwasser beiieferbare Düse (432) angeordnet ist. die mehrere derart angeordnete Mündungsöffnungen (435) aufweist, daß sich das aus ihnen austretende Druckwasser gleichmäßig auf der Ultraschallsende- und -ernpfangsfläche (431) des Prüfkopfes (43) konzentriert

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Neigungswinkel der zur Untersuchung der Flachstabober- und Flachstabunterseite vorgesehenen PruPiCöpie(43)etwa3D° beträgt

3. Anordnung nach Anspruch ί oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der zur Untersuchung der Flachstabenden vorgesehenen Prüfköpfe (43) genau 29° 36' beträgt

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verstellung der Prüfköpfe (43) aus mehreren im Eintauchbehälter (41) angeordneten Prüfkopfposilior.-. ern (42) besteht, an denen jeweils ?in Satz von in vertikalem Abstand einander gegenüberliegenden Prüfköpfen (43a, 43ö) befestigt ist

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die um jeden Prüfkopf (43) herum angeordnete Düse (432c, 432a) halbkreisförmig ausgebildet ist