DE2718349A1

DE2718349A1 - Fluid-gekuppelte pruefsonde

Info

Publication number: DE2718349A1
Application number: DE19772718349
Authority: DE
Inventors: Amos E Halt; Ronald N Roseveare
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1976-04-23
Filing date: 1977-04-25
Publication date: 1977-11-17
Also published as: JPS5936228B2; GB1577677A; SE433266B; US4033178A; SE7704677L; JPS52145283A; CA1070418A; FR2349140A1

Description

Beschreibung

Fluid-gekuppelte Prüfsonde

Die Erfindung betrifft eine Prüfsonde, insbesondere eine leicht bewegbare Prüfsonde, für die zerstörungsfreie Prüfung eines Werkstückes, in der ein piezoelektrischer Umsetzer mit der Oberfläche eines Werkstückes zur Übertragung von Ultraschallwellen in dasselbe und/oder zum Empfang von demselben fluidgekuppelt ist.

Der Erfindung liegt u. a. die Aufgabe zugrunde, eine mobile Prüfsonde zu schaffen, bei der ein fluides Kupplungsmittel, beispielsweise Wasser, als Medium zur Kommunikation zwischen einem Wandler (transducer), z. B. einem piezoelektrischen Wandler, und der Oberfläche eines Werkstückes dient.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine derartige Sonde zu schaffen, bei der das fluide Kupplungsmittel die Verbindung der Sonde mit der Werkstückoberfläche bzw. den Eingriff der Sonde in diese Oberfläche aufrechterhält.

Es ist ebenfalls eine Aufgabe der Erfindung, eine solche Sonde

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besonders anpassungsfähig für die Prüfung von gekrümmten oder gewellten Oberflächen zu machen.

Eine Aufgabe

•Ei«-Merkmal-der Erfindung ist auch, eine solche Sonde zum Gebrauch in unwirtlichen (hostile) Umgebungen, wie diese beispielsweise in Schweißbetrieben oder dergleichen vorgefunden werden, geeignet zu machen.

Eine weitere Aufgabe

^«-veA-teree-Merkmal der Erfindung ist es, eine solche Sonde zu schaffen, die leicht an die Fortpflanzung in und/oder den Empfang aus einem Werkstück von Longitudinal- oder Scherwellen anzupassen ist.

eine andere Aufgabe

Darüberhinaus ist -ej-ft-oo Merkmal der Erfindung, eine derartige Sonde vorzusehen, in der der Verlust von Kupplungs-Fluid auf der Oberfläche des Werkstückes auf ein Minimum reduziert oder in einer kontrollierten Rate gehalten wird.

Die Lösung sowie Ausgestaltungen

ν^*Α*14 der Erfindung ergeben sich aus dem Inhalt der Ansprüche.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, welche nachfolgend beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 Einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel des flexiblen Schuhes, der in Fig. 1 dargestellt ist, zum Eingriff an der Oberfläche eines Werkstückes, wenn die Sonde zur Erzeugung und/oder zum Empfang von Scherwellen herangezogen wird.

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Bezugnehmend auf die Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile in den einzelnen Figuren bedeuten, ist dort eine Prüfsonde dargestellt, die allgemein mit 1 bezeichnet ist. Diese ist zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes 2 vorgesehen, welches eine wellenförmige Oberfläche aufweist, über die die Sonde von Hand oder von einer automatischen Vorrichtung (nicht dargestellt) bewegt wird. Die dargestellte Oberfläche des Werkstückes steht stellvertretend für eine große Vielzahl von Oberflächen, die die Sonde abtasten kann, wie z. B. flache, runde, sphärische oder dergleichen.

Die Sonde 1 umfaßt einen hohlen Verbundkolben, allgemein mit 4 bezeichnet, hin- und herbewegbar innerhalb eines Zylinders 6, wobei ersterer axial gekröpfte Kopfstücke 4 A und 4 B, die mit der Wand des Zylinders 6 in Eingriff stehen, und einen zylinderischen Teil 4 C, der eine innere Schulter 4 D hat, aufweist und in dem Arbeitsbereich über das offene Ende des Zylinders 6 herausreicht.

Wie in Fig. 2 dargestellt, sind in das Kopfstück 4 B eine Mehrzahl von Fluid-Durchgangsöffnungen 5 eingebracht. Falls nötig, kann der Kolben 4 durch einen Keil 8, der an der Wand des Zylinders 6 befestigt ist und in eine Nut 10 in dem Kopfteil 4 B eingreift, an der Drehung im Zylinder 6 gehindert werden. Darüberhinaus kann der Kolben 4 daran gehindert werden, aus dem Zylinder 6 ausgeworfen zu werden^und zwar durch einen Sicherungsring 9, der von einer im Zylinder 6 eingebrachten Nut getragen wird.

Das dem Werkstück 2 abgewandte Ende des Zylinders 6 ist so ausgebildet, daß es einen Behälter 12 zur Aufnahme eines Umsetzers.

Wandlers *

wie beispielsweise eines piezoelektrischen timse-tz-ers- 14, aufnehmen kann. Ein Deckel 16 ist axial durch Gewinde 18 befestigt, um den Umsetzer 14 in der geeigneten Lage zu halten.

Der Bereich 4 C des Kolbens 4 ist mit einem Anschluß 4 E zur Aufnahme in fluid-dichtem Eingriff eines flexiblen, biegsamen

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Gleitschuhes 20 versehen, der z. B. aus Gummi, Kunststoff oder dergleichen hergestellt sein kann und ein Erinnerungsvermögen besitzt, um auf der Oberfläche des Werkstückes 2 einzugreifen und sich selbst festzulegen, ungeachtet der Kontur derselben.

Ein Strom eines fluiden Kupplers unter Druck, z. B. Wasser, von irgendeiner geeigneten Quelle (nicht dargestellt) wird in den Ringraum zwischen dem Kolben 4 und dem Zylinder 6 durch eine öffnung 22 eingebracht, die vorzugsweise zwischen den Kopfteilen 4 A und 4 B angeordnet ist, und fließt durch die Fluid-Durchgangsöffnungen 5 nach oben und von dort nach unten durch den Kolben 4 und den flexiblen Gleitschuh 20 und sickert auf die Oberfläche des Werkstückes 2 in einer sehr geringen oder beherrschbaren Menge. Auf diese Weise wird eine durchgehende solide Säule von Kupplungsflüssigkeit zwischen der Oberfläche des Werkstückes 2 und dem Umsetzer (transducer) 14 aufrechterhalten zur wirksamen Transmission von Ultraschallwellen zwischen beiden.

Der Druck des Kupplungsfluides, der auf die obere ringförmige Oberfläche des Kopfstückes 4 A und die Schulter 4 D einwirkt, erzeugt eine Kraft, die den Gleitschuh 20 in Eingriff mit der Oberfläche des Werkstückes 2 treibt, zusätzlich zu der Kraft, die durch das Gewicht des Kolbens 4 erzeugt wird, wenn dieser in einer anderen als der horizontalen Lage sich befindet. Der Druck innerhalb der Sonde kann, um eine kontrollierte Kraft jedes gewünschten Wertes zu erzeugen, durch ein einstellbares, konstanten Druck gewährleistendes Auslaßventil 24 aufrechterhalten werden. Da der Kolben in dem Zylinder 6, während die Sonde die Oberfläche des Werkstückes abtastet, gleitet, bleibt die Kraft, die den Schuh 20 gegen die Oberfläche drückt, konstant, ungeachtet ihrer Kontur, wodurch das Aussickern des Kupplers über die Oberfläche herabgemindert oder im wesentlichen ausgeschaltet wird.

Normalerweise erzeugt das Gewicht des Zylinders 6 eine genügende Reaktionskraft gegen die durch den Druck des Kupplers erzeugte

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Kraft. Falls nötig, kann zusätzliches Gewicht hinzugefügt werden, um die gewünschte Reaktionskraft zu erzeugen. Umgekehrt, im Falle, daß die durch das Gewicht des Zylinders 6 erzeugte Kraft zu groß ist, so daß der Kolben nicht mehr zwis'chen festen Grenzen innerhalb des Operationsbereiches der Sonde gleitet, kann das effektive Gewicht des Zylinders durch eine Gegenkraft reduziert werden, die beispielsweise von Hand oder durch ein System von Gegengewichten oder Federn erzeugt werden kann. Ähnlich kann im Falle, daß die Sonde auf eine vertikale oder scharf geneigte Oberfläche aufgebracht wird, die notwendige Reaktionskraft durch manuelles Aufpressen der Sonde auf das Werkstück oder durch mechanische Mittel wie Federn erzeugt werden.

Durch das Einbringen des Fluid-Kupplers in den Ringraum zwischen dem Kolben 4 und dem Zylinder 6 und durch den auf ihn ausgeübten Zwang, nach oben durch die Durchgangsöffnung im Kopfteil 4 B zu fließen, wird eine gleichmäßige Strömungsverteilung sichergestellt. Bei Gebrauch eines Zylinders 6 von der notwendigen Länge, dergestalt, daß bei der völlig einbezogenen Lage des Zylinders noch ein Raum zwischen dem Kopfteil 4 B und dem Behälter 12 beibehalten wird, wird darüberhinaus die Ausscheung von Wirbelströmungen oder die Ausbildung fljines Strudels oder dergleichen sichergestellt.

Wenn, wie auch immer, eine Zwangslage einer speziellen Anwendung es erlaubt, kann der Fluid-Kuppler zwischen das Kopfstück 4 B und den Behälter 12 eingeleitet werden und der Raum zwischen beiden eliminiert oder wesentlich reduziert werden.

Mit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung, bei der die Sonde 1 im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Werkstückes 2 gehalten wird, werden Longitudinalwellen in das Werkstück fortgepflanzt oder von diesem empfangen. In Fig. 3 ist eine Abwandlung des Schuhes 20 dargestellt, gekennzeichnet als ein flexibler Gleitschuh 20 A, bei dem das Ende des Schuhes dergestalt ausge-

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bildet ist, daß bei Anlage an der Oberfläche des Werkstückes die Sonde 1 in einem bestimmten genauen Winkel sich befindet - in der Zeichnung ist der Winkel mit - O - bezeichnet -, wodurch Scherwellen in das Werkstück fortgepflanzt oder von diesem durch den Umsetzer empfangen werden.

Obgleich aus DarstellungsgrUnden die Sonde 1 speziell für die Transmission und/oder den Empfang von Ultraschallwellen beschrieben worden ist, ist es offensichtlich, daß die Sonde für eine große Vielfalt von Anwendungsbereichen geeignet ist, bei denen ein Fluid-Kuppler (fluid couplant), sei es ein Gas oder eine Flüssigkeit, eingesetzt wird, um eine Übertragung von Signalen zwischen einem Umsetzer und einem zu prüfenden Objekt zu ermöglichen, eci

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung und in den Patentansprüchen offenbarten Merkmale des Anmeldungsgegenstandes können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen AusfUhrungsformen wesentlich sein.

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Leerseite

Claims

Patentanwalt· Düsseldorf, den 22. ApriL J SLT? , ft Dlpl-lne. ERICH KOHNCMANN ΚΚ/WD/stO 5 Z7 T 8 3 4 9 Dlpl.-Ing. KLAUS KOMNEMANN 4OOO Düsseldorf 11 SonderburgstraBe 3β · Telefon 57 5555 Postscheckkonto: Köln 79414-501 The Babcock & WiIcox Company 161, East 42nd Street New York, New York 10017, U.S.A. Patentansprüche

1. Fluid-gekuppelte Prüfsonde für die zerstörungsfreie Material-/ vals Kennzeichen

untersuchung, die\in Kombination umfaßt: einen Zylinder (6), der ein geschlossenes und ein offenes Ende hat, einen Behälter (12), der angrenzend an dem geschlossenen Ende innerhalb des Zylinders (6) zur Aufnahme eines Umsetzers (14)/ eingerichtet ist, einen hohlen Kolben (4), der ein Kopfstück aufweist, welches verschiebbar mit der Wand des Zylinders (6) in Eingriff steht^und der sich über das offene Ende des Zylinders (6) fortsetzt, um mit diesem Ende mit der Oberfläche eines Werkstückes (2) in Eingriff zu gelangen, und Mittel zum Einführen eines Stromes von unter Druck stehenden Kupplungs-Fluids in den Zylinder (6).zwischen das geschlossene Ende und das Kopfstück des Kolbens (4) durch den hohlen Kolben (4) hindurch auf die Oberfläche des Werkstückes (2), um auf diese Weise eine geschlossene, solide Säule des Kupplungs-Fluids zwischen dem Umsetzer (14) und der Oberfläche des Werkstückes (2) zu erhalten und um eine Kraft zu erzeugen, die den Kolben (4) in dem Zylinder (6) wie gewünscht positioniert, um das Ende in Eingriff mit der Oberfläche des

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Werkstückes (2) zu halten, während die Sonde (1) relativ gegenüber der Oberfläche des Werkstückes bewegt wird.

2. Prüfsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Kolbens (4), welches mit der Oberfläche des Werkstückes (2) in Eingriff steht, flexibel ist, wodurch Randeingriff beibehalten wird, ohne Rücksicht auf wellenförmiges Aussehen der Oberfläche des Werkstückes (2).

3. Prüfsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel umfaßt, die einen vorbestimmten, konstanten Druck des Kupplungs-Fluides in dem Zylinder (6) aufrechterhalten, um so den Kolben (4) zu veranlassen, sich in dem Zylinder in der gewünschten Weise hin- und her-zu-bewegen, um eine konstante Eingriffskraft mit der Oberfläche des Werkstückes (2) aufrecht zu erhalten, während die Sonde bewegt wird, um die Oberfläche abzutasten.

4. Prüfsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) ein Verbundkolben ist, der axial gekröpfte Kopfstücke aufweist, wobei das dem geschlossenen Ende zugewandte Kopfstück mit einer Mehrzahl von Fluid-Durchgangsöffnungen (5) versehen ist und das Kupplungs-Fluid zwischen den axial abgekröpften Kopfstücken in den Zylinder (6) eingeführt wird.

5. Prüfsonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer (14) ein piezoelektrischer Umsetzer ist und das Kupplungs-Fluid zur Übertragung der Ultraschallwellen vom Werkstück zum Umsetzer und umgekehrt Wasser ist.

6. Prüfsonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Ende des Kolbens (4), welches mit der Werkstück-Oberfläche in Eingriff steht, in einer im rechten Winkel zu der Längsmittellinie der Sonde (1) verlaufenden Ebene liegt.

7. Prüfsonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das

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flexible Ende des Kolbens (h\ welches mit der Werkstück-Oberfläche in Eingriff steht, in einer mit der Mittellinie der Sonde (1) einen spitzen Winkel bildenden Ebene liegt.

8. Prüfsonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Ende einen Schuh aus flexiblem, deformierbarem Material umfaßt, welches ein Erinnerungsvermögen (memory) hat, wodurch sich seine Form ändert, um sich der Kontur der Werkstückoberfläche anzupassen, wenn die Sonde dieser gegenüber bewegt wird.

Beschreibung

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