DE2403635A1

DE2403635A1 - Ultraschallsonde zur materialpruefung

Info

Publication number: DE2403635A1
Application number: DE2403635A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl Ing Engl; Dietgar Dipl Ing Figlhuber; Georg Gugel
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1974-01-25
Filing date: 1974-01-25
Publication date: 1975-08-07

Description

Ultraschallsonde zur Materialprüfung Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsonde zur Materialprüfung, insbesondere an Schrauben von Reaktordruckbehältern, mit einem Prüfkopf. Dieser wird bekanntlich an dem zu prüfenden Werkstück entlang geführt, damit eine durch Risse Lunker oder dergleichen verursachte Änderung der Ultraschallwellenleitung zur Anzeige der örtlichen Lage solcher Fehler dienen kann. Die Änderung, die mit einem geeigneten Auswertgerät erfaßt wird, kann zum Beispiel auf der Reflexion oder der Streuung der Ultraschallwellen beruhen. Da mit einer U1-traschallsonde die Zuverlässigkeit von technisch hoch beanspruchten Komponenten überwacht werden soll, muß die Prüfung selbst mit großer Genauigkeit vorgenommen werden können. Dennoch besteht der Wunsch, die Prüfzeit möglichst kurz zu halten, weil die zu prüfenden Komponenten, zum Beispiel Reaktordruckbehälter oder Teile davon, stets zu Anlagen gehören, deren Ausfallzeiten außerordentlich teuer sind. Ziel der Erfindung ist aus diesem Grunde eine Verkürzung der Prüfzeit.
Die Ultraschallsonde nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Prüfköpfe an einem stabförmigen beweglichen Träger quer zu dessen Längsachse strahlend benachbart angeordnet und mit einem mehrkanaligen Auswertgerät verbunden sind. Mit einer solchen Ultraschallsonde kann man größere Bereiche eines Werkstückes gleichzeitig überwachen, ohne daß die Genauigkeit und Zuverlässigkeit eingeschränkt werden, weil die einzelnen Prüfköpfe sozusagen "parallel" arbeiten. Mit quer ist in diesem Zusammènhang nicht nur eine rechtwinklig zur Längsachse verlaufende Strahlung gemeint, sondern jede mit der Längsachse einen Winkel einschließende Strahlung, die für die Auswertung geeignet ist.
Die einzelnen Prüfköpfe werden zeitlich aufeinanderfolgend von einem geeignet aufgebauten Ultraschallgerät mit Sende-und Empfangsfunktion beaufschlagt. Durch taktweises Arbeiten ist es möglich, für jeden einzelnen Prüfkopf die Signale Jeweils einem gesonderten Kanal zuzuführen. Mithin können die Meßwerte jedes einzelnen Prüfkopfes gesondert erfaßt und gegebenenfalls registriert werden. Diese Aufzeichnungen können nach einer bestimmten, ohne Rücksicht auf Störsignale verlaufenden Prüfbewegung zur Feststellung der örtlichen Lage gegebenenfalls vorhandener Fehler ausgewertet werden.
Auf Grund dieser Auswertung wird dann eine evtl., zum Beispiel mit Rissen behaftete Stelle aufgesucht und näher geprüft oder repariert. In jedem Fall erhält man durch die Verwendung mehrerer benachbarter Prüfköpfe eine Vergrößerung des gleichzeitig erfaßbaren Materialbereiches. Proportional zu dieser Vergrößerung ist die Verkürzung der Prüfzeit. Mit einer Verdoppelung der gleichzeitig zu überwachenden Fläche ergibt sich praktisch bereits eine Halbierung der Prüfzeit.
Die benachbarten Prüfköpfe können in einer quer zur Längsachse des Trägers verlaufenden Ebene verteilt angeordnet sein.
Besonders günstig ist es dabei, wenn vier gleiche Prüfköpfe so vorgesehen sind, daß ihre Orientierungen jeweils einen Winkel von 900 miteinander einschließen. Die Prüfköpfe können aber auch über die Längsrichtung des Trägers verteilt sein.
In diesem Falle können die erwähnten vier Prüfköpfe auch paarweise gegenüberliegend, also um 1800 versetzt in zwei Ebenen angeordnet sein, so daß bei der Ultraschallsonde insgesamt ein Winkel von 900 zwischen den am Umfang verteilten Prüfköpfen vorliegt. Im übrigen ist für die Art der Anordnung auch die gewünschte Bewegung des Trägers maßgeblich. Dieser kann beim Prüfvorgang zum Beispiel eine reine Drehbewegung um seine Längsachse, eine reine Längsbewegung in Richtung der Achse oder auch eine schraubenförmige Bewegung durchlaufen.
Für den Fall einer reinen Drehbewegung kann der Träger auch mehr als zwei in seiner Längsrichtung verteilte Prüfköpfe aufweisen, um die bei einer Drehung überfahrene Fläche in Längsrichtung möglichst groß zu machen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Träger Dichtungen und einen Kanal auf, der eine gesteuerte Füllung und/oder Entleerung eines mit den Dichtungen eingeschlossenen Volumens eines Ankopplungsmediums ermöglicht.
Als Ankopplungsmedium kommen in erster Linie Flüssigkeiten, insbesondere Wasser oder dünnflüssige Öle mit definierten zeitlich und temperaturabhängig möglichst unveränderlichen Eigenschaften, in Frage. Diese Medien sollen mit Hilfe der Dichtungen auf einen bestimmten Bereich beschränkt sein, in dem die Messung im Augenblick durchgeführt wird. Dabei können jeweils zwei Dichtungen an einer Stelle in Durchtrittsrichtung hintereinander angeordnet sein. Unter Umständen ist eine Absaugung zwischen den beiden Dichtungen vorteilhaft. Im allgemeinen dürfte aber die doppelte Anordnung der Dichtungen schon tinte für alle Fälle ausreichende Abdichtung des Prüflings ergeben.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei ist in Fig. 1 die Anwendung der Erfindung bei einem Reaktordruckbehälter vereinfacht dargestellt. Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen Einzelheiten der neuen Ulträschallsonde in größerem Maßstab.
In Fig. 1 ist in einer Seitenansicht das Oberteil eines Reaktordruckbehälters 1 gezeichnet, der zu einem Druckwasserleistungsreaktor von zum Beispiel 1000 MWe gehört. Der Deckel des Reaktordruckbehälters ist bereits abgenommen worden und deshalb in der Figur nicht sichtbar. Dieser Deckel ist in geschlossenem Zustand des Reaktordruckbehälters 1 mit Stiftschrauben 2 befestigt, die in die Oberseite des Reaktordruckbehälters 1 eingelassen sind und im Betrieb nicht gezeichnete Muttern tragen, mit denen der Deckelflansch gegen den Reaktordruckbehälter gepreßt wird. Die Deckelmuttern sind mit Hilfe eines Werkzeuges 3 lösbar, das mit einem Hebezeug 4 bewegt werden kann. Das Hebezeug 4 ist an einem als Ganzes mit 5 bezeichneten Aufsatz angebracht, so daß es zu jeder einzelnen Schraube 2 transportiert werden kann.
Nach dem Lösen der Muttern und dem Abnehmen des Deckels kann mit dem Hebezeug 4 in eine zentrische Bohrung 7 der Schrauben 2 die in den Fig. 2, 3 und 4 in größerem Maßstab gezeichnete Ultraschallsonde 10 eingeführt werden. Diese Ultraschallsonde 10 umfaßt als länglichen Träger einen Rohrkörper 11, der an seinem oberen Ende mit einem Gewinde 12 versehen ist. Dort ist ein rohrförmiger Anschluß 13 des auch als Manipulator bezeichneten Hebezeuges 4 mit einer Uberwurfmutter 14 angeschlossen. Mit Hilfe des Gewindes 12 werden auch zwei übereinander liegende Dichtungsscheiben 15 und 16 aus Gummi oder gummielastischem Kunststoff befestigt, die durch einen Zwischenring 17 distanziert und über einen weiteren Zwischenring 18 mit Hilfe einer Ringmutter 19 festgezogen sind.
Im Bereich des Gewindes 12 ist die Innenbohrung 20 des Rohrstückes 11 über zwei Bohrungen 21 und 22 mit dem das Rohrstück umgebenden Raum unterhalb der Dichtungsscheiben 15 und 16 verbunden. Deshalb kann durch den Anschluß 13 eine als Ankopplungsmedium verwendete Flüssigkeit zugeführt und gegebenenfalls abgesaugt werden, die eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Inneren der Bohrung 7 und Ultraschallköpfen herstellt, die im einzelnen noch näher beschrieben werden.
Beim Ausführungsbeispiel sind vier gleiche Ultraschallköpfe 25a - d vorgesehen. Sie sind in zwei quer zur Längsachse 26 verlaufenden strichpunktiert angedeuteten Ebenen 27, 28 übereinander angeordnet. Jeweils die zwei Ultraschallköpfe 25a und b und 25c und d liegen einander gegenüber. Sie werden durch jeweils eine Blattfeder 29 auseinandergedrückt, bis die nach außen gerichtete Bewegung durch Zapfen 30 beendet wird. Die Zapfen 30 greifen in Bohrungen von Führungskörpern 31, die innerhalb der Bohrung 20 des Hohlkörpers 11 mit Stiftschrauben 32 festgelegt sind. Durch die federnde Festlegung können sich die Ultraschallköpfe unterschiedlichen Durchmessern der in den Schrauben 2 vorgesehenen Bohrung 7 anpassen.
Am unteren Ende des Trägers 11 sind zwei mit den Dichtungsscheiben 15, 16 übereinstimmende Dichtungsscheiben 34, 35 angebracht. Sie sind durch einen Zwischenring 36 voneinander distanziert und mit einem Einsatzkörper 37 festgelegt, der mit einer Schraube 38 festgezogen wird. Durch einen Stift 39, der in einer Bohrung 40 des Trägers 11 eingelassen ist, wird vermieden, daß sich der Einsatz 37 beim Anziehen der Schraube 38 verdreht.
Mit der neuen Ultraschallsonde sind, wie aus den Fig. 2, 3 und 4 deutlich hervorgeht, vier Prüfköpfe 25 in unmittelbarer Nachbarschaft angeordnet. Ihre Hauptstrablungsrichtungen verlaufen geneigt zur Achse 26 des Trägers 11; die Ebenen durch die Längsachse des Trägers 11 und die jeweilige Hauptstrahlungsrichtung schließen jeweils einen Winkel von 900 miteinander ein, weil zwei jeweils um 1800 versetzte Prüfköpfe 25a, b und 25c, d in zwei Ebenen 27, 28 in Längsrichtung des Trägers 11 verteilt angeordnet sind Mit dieser Einrichtung kann eine wesentlich größere Fläche meßtechnisch erfaßt werden als mit einem Prüfkopf. Deshalb gestattet die Erfindung unter Verwendung eines nicht weiter dargestellten mehrkanaligen Auswertgerätes 45 das gleichzeitige Ausmessen größerer Flächenstücke.
Zum Beispiel kann die im wesentlichen nur mit ihrer inneren Bohrung 7 angedeutete Schraube 2 eines Reaktordruckbehälters 1 in etwa 1/4 der Zeit untersucht werden, die sonst erforderlich wäre. Dabei wird der Träger 11 mit den Prüfköpfe 25 in einer mäanderförmigen Bewegung, die sich durch eine über die Länge der Bohrung verlaufende Aufwärts- oder Abwärtsbewegung und eine Drehung ergibt, mit der die Auf- und Abwärtsbahnen parallel zueinander versetzt werden, in der Bohrung 25 bewegt, nachdem das Ankopplungsmedium in den durch die Dichtungen 15, 16 und 34, 35 definierten Raum eingefüllt worden ist. Diese Bewegung kann durch das Auswertgerät 45 stillgesetzt werden, sobald ein auf eine Störung deutendes Signal empfangen worden ist. Deshalb kann der gegebenen--falls schadhafte Bereich markiert werden. Danach wird die Bewegung fortgesetzt. Auf eine Markierung des Bereiches kann man verzichten, wenn vorgesehen ist, daß Schrauben 2 mit Störstellen ohnehin ausgewechselt werden. Die Bewegung kann aber auch stetig fortgesetzt werden, bis die gesamte Schraube untersucht ist, wenn die Signale der Prüfköpfe in einem Registriergerät aufgezeichnet werden, das eine nachträgliche Lokalisierung einer Störungsstelle ermöglicht.
6 Patentansprüche 4 Figuren

Claims

Patentansprüche Ultraschallsonde zur Materialprüfung, insbesondere an Schrauben von Reaktordruckbehältern, mit einem Prüfkopf, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Prüfköpfe (25) an einem stabförmigen beweglichen Träger (11) quer zu dessen Längsachse strahlend benachbart angeordnet und mit einem mehrkanaligen Auswertgerät (45) verbunden sind.
2. Ultraschallsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Prüfköpfe (25a, b; 25c, d) in einer quer zur Längsachse (26) verlaufenden Ebene (27,28) verteilt angeordnet sind.
;3. Ultraschallsonde nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch vier gleiche Prüfköpfe (25a, b, c, d), deren Hauptstrahlrichtungen jeweils einen Winkel von 900 miteinander einschließen.
4. Ultraschallsonde nachAnspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (11) mehrere über seine Längsrichtung verteilte Prüfköpfe (25) aufweist.
5. Ultraschallsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (11) Dichtungen (15, 16, 30, 31-) und einen Kanal (20) aufweist, der eine gesteuerte Füllung und/oder Entleerung eines mit den Dichtungen eingeschlossenen Volumens eines Ankopplungsmediums ermöglicht.
6. Ultraschallsonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Dichtungen (15, 16; 30, 31) an einer Stelle in Durchtrittsrichtung hintereinander angeordnet sind.