DE2828643A1 - Verfahren und vorrichtung zum ultraschallpruefen von rohren und stangen im geradlinigen durchlauf durch eine anlage mit feststehenden pruefkoepfen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum ultraschallpruefen von rohren und stangen im geradlinigen durchlauf durch eine anlage mit feststehenden pruefkoepfen

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DE2828643A1 DE19782828643 DE2828643A DE2828643A1 DE 2828643 A1 DE2828643 A1 DE 2828643A1 DE 19782828643 DE19782828643 DE 19782828643 DE 2828643 A DE2828643 A DE 2828643A DE 2828643 A1 DE2828643 A1 DE 2828643A1
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Description

Meissner & Meissner
PATE NTANWALTS BÜRO
BERLIN — MÜNCHEN ^ 0 ^L ö U 4
. 3" PATENTANWÄLTE
DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)
HERBERTSTR. 22, 1000 BERLIN 33
Fall 12 574/Mjr/Hk 27. Juni 1978 Mannesmann Aktiengesellschaft, 4000 Düsseldorf, Mannesmannufer 2
Verfahren und Vorrichtung zum Ultraschallprüfen von Rohren und Stangen im geradlinigen Durchlauf durch eine Anlage mit feststehenden . Prüfköpfen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ultraschallprüfen von Rohren und Stangen im geradlinigen Durchlauf durch eine Anlage mit feststehenden Prüfköpfen, insbesondere für Rohraußendurchmesser von etwa 100 mm sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .
Nahtlose und geschweißte Qualitätsrohre müssen laut Prüfvorschriften wie z. B. DIN 17 175 um ihren gesamten Umfang herum einer lückelosen Ultraschallprüfung unterzogen werden.
Mit der beträchtlichen Zunahme der Erzeugung von Qualitätsrohren mußten die Prüfkapazitäten der Ultraschallprüfanlagen weiter ausgebaut und teilweise automatisiert werden.
Bei dem gegenwärtigen Stand der Technik ist eine Erhöhung der Prüfkapazitäten nur noch durch die Erweiterung der Prüfanlagen möglich. Dies ist jedoch nicht mehr wirtschaftlich, da Transport-, Hallen-, und Personalkosten bei weiterer Erhöhung der Anlagenanzahl in Bezug auf die durchgesetzte Menge überproportional ansteigen, was sich besonders bei Rohren im unteren Abmessungsbereich auswirkt.
Bekannterweise werden für die US-Prüfung vorzugsweise nachstehende Prüfverfahren eingesetzt:
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1. Feststehende Prüfköpfe mit schraubenlinienartigen Transport der Prüflinge durch die Prüfanlage.
Hierbei werden Mehrfachschwingerprüfköpfe zur Erhöhung der Steigung der Schraubenlinie eingesetzt, was zu einem beträchtlich gestiegenen Aufwand im apparativen Bereich geführt hat. Auch bei diesem Verfahren ist die Grenze der Prüfgeschwindigkeit wegen der erforderlich hohen Taktfolge der Prüfelektronik aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeit der Prüflinge erreicht und voll ausgeschöpft.
Von großem Nachteil ist der sehr große apparative Rollgangsaufwand. Besonders bei Rohren im unteren Durchmesserbereich ist es schwierig, Rohre ohne Schlagen mit hohen Drehzahlen rotierend und dabei gleichzeitig sich vorwärtsbewegend durch die Prüfanlage zu transportieren.
Die Prüflingsenden lassen sich in den meisten Fällen nur unzureichend prüfen, da wegen des starken Schiagens nicht Stoß an Stoß geprüft werden kann.
Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist die Führungsgenauigkeit der Prüfkopfhalter, da das mechanische Ankoppeln im Gegensatz zu Rotationsanlagen nur von einer Seite erfolgt und daher die Halterung wegen ihrer Trägheit nur schwer allen Bewegungen des Prüflings folgen kann.
2. Bei Rotationsprüfanlagen wird die gesamte Prüflingsoberfläche ebenfalls schraubenlinienartig abgetastet. Die Prüflinge laufen hierbei geradlinig durch eine mit Prüfköpfen bestückten schnell rotierenden zylindrischen Prüfkopf halter hindurch. Diese Methode hat den Vorteil, daß keine großen mechanischen Antriebe und Führungen bei rotierenden Körper notwendig sind. Die Prüfkapazitäten werden sowohl durch die Rotationsgeschwindigkeit der Prüfkopfhalter als auch durch den aufwendigen maschinellen Antrieb nach oben hin begrenzt.
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Bei beiden Verfahren ist nachteilig, daß Längsfehler je nach Einschallrichtung das Schallfeld direkt kreuzen. Dies hat zur Folge, daß Fehler unabhängig von ihrer Länge immer nur für kurze Zeit erfaßt werden können. Dadurch ergibt sich in Abhängigkeit von der Fehlerauffindbarkeit eine Grenze der zulässigen Impulsfolgefrequenz und eine Beschränkung der maximal möglichen Prüfgeschwindigkeit; ferner können Fehler unterhalb einer gewissen Länge (im Bereich des Schallfelddurchmessers) nur noch statistisc erfaßt werden, so daß eine automatische Fehlerlängenbestimmung nicht möglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem Rohre und Stangen ohne Drehung des Prüfgutes oder der Prüfeinrichtung (Rotationsprüfanlagen) mit extrem hohen Durchlaufgeschwindigkeiten geprüft werden können und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgeschlagen wie'sie in den Patentansprüchen beschrieben sind.
Bei dem erfinduiigsgaaässen Verfahren wird der Prüfling ebenfalls durch einen zylindrisch ausgeführten Prüfkopfträger bewegt. Der Prüfkopfträger rotiert jedoch nicht um die Rohrachse, sondern ist feststehend. Das lückenlose Erfassen der gesamten Prüflingsoberfläche wird dadurch erzielt, daß um den gesamten Prüfkopfhalter herum Prüfköpfe so dicht angeordnet sind, daß die Schallstrahlen die Prüflingsoberfläche lückenlos erfassen.
Da die erforderliche Prüfkopfanzahl mit der Erhöhung der Prüflingsdurchmesser wegen der Vergrößerung der zu prüfenden Mantelfläche der Prüflinge stark zunimmt, eignet sich dieses Verfahren besonders zum Prüfen von Rohren oder Stangen im unteren Abmessungsbereich z. B. für den gesamten Kessel- oder Hüllrohrabmessungsbereich.
w 4 _
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Eine technische obere Grenze des noch zu prüfenden Abmessuiigsbereiches ist nicht vorhanden; diese wird allein von wirtschaftlichen Gründen bestimmt und ist eine Frage des noch vertretbaren Aufwandes.
Unterhalb bestimmter Rohrdurchmesser ist das erfindungsgemässe Verfahren apparativ erheblich weniger aufwendig wie bekannte Verfahren.
Die Vorteile des neuen Verfahrens liegen:
o"-
1. Prüfgeschwindigkeiten bis ca. 500 m/h möglich.
2. Keine Rohrrotation. Dadurch weniger mechanischer Rollgangsund Führungsaufwand.
3. Keine Rotation der Prüfköpfe. Hierdurch geringerer mechanische! Aufwand bei den Prüfkopfhalterungen und damit leichtere Bauweise .
4. Die Rohrenden können geprüft werden, da Stoß- an Stoß-Fahrweiss möglich.
5. Fehlerlängenbestimmung bei Längsfehlern möglich, da die Prüfköpfe parallel an den Fehlern vorbeigeführt werden, so daß auch die Störanze!genaustastung erleichtert wird.
6. Sicheres Auffinden von Fehlern unterhalb von ca. 6 mm Länge.
7. Leichteres Auswechseln der rohrabmessungsabhängigen Prüfkopfhalter.
In den beigefügten Zeichnungen ist eine erfindungsgemässe Vorrichtung schematisch für einen Rohraußendurchmesser von etwa 38 mm dargestellt.
~ 5 —
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Figur 1 einen Querschnitt durch eine Prüf kopf halterung Figur 2 eine Abwicklung eines Prüfgutabschnittes Figur 3 eine Abwicklung der Prüfkopfhalterung
Figur 4 eine Darstellung der Anzeigen für einen Innen- und Außenfehler auf dein Bildschirm
Figur 5 eine Gesamtvorrichtung in Vorderansicht Figur 6 eine Draufsicht auf Figur 5
Figur 1 zeigt einen Querschnitt einer Prüfkopfhalterung 6 mit einem zu prüfenden Rohr 9. In der zylindrischen Prüfkopfhalterung 1 sind sechs Prüfköpfe 3 derart angeordnet, daß sie das Rohr 2, dessen Mittelpunkt mit den der Prüfkopfhalterung identisch ist, derart anschallen, daß die erforderlichen Einschallbedingungen erfüllt sind.
Bei den dargestellten Prüfköpfen 3 handelt es sich jeweils um zusammengehörende Prüf kopf paare 3, 3' und 3fl. Der Ravim zwischen der Prüfkopfhalterung 1 und der Rohroberfläche ist mit Ankoppelwasser ausgefüllt.
Der Durchmesser der jeweils auf der Rohrmanteloberfläche auftreffenden Schallbündel beträgt bei der in Figur 1 gewählten Darstellung ca. 10 mm. Alle Prüfköpfe sind zur Bündelung der Schallstrahlen mit konvexen Vorsatzlinsen 4 versehen. Hierdurch wird sichergestellt, daß alle Schallstralilen eines Schallbündels die Auftreffläche des Rohrmantels mit gleichem Auftreffwinkel erreichen. In dem gezeigten Beispiel beträgt der Auftreffwinkel immer 19°.
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Damit ergeben sich für diese drei Strahlen Einschallwinkel im Material von ca. 45°.
Der besseren Übersicht wegen wurden nur die entgegen dein Uhrzeigersinn auftreffenden Schallstrahlen der Prüfköpfe 3 im Prüfling eingezeichnet.
Die im Uhrzeigersinn einschallenden Prüfköpfe 3 sind bei dem gezeigten Beispiel so angeordnet, daß die Funktionskontrolle über die Durchschallung von den paarweise zusammenwirkenden Köpfen 3> 31 bzw. 311 umgekehrt erfolgt. Es ist jedoch auch möglich, daß die beiden Prüfköpfe eines Prüfkopf paares derart angeordnet werden, daß die Funktionskontrolle mittels der direkt auf der Manteloberfläche des Rohres 2 reflektierten Strahlen z. B. von 3 nach und umgekehrt erfolgen kann. Bei der Belegung von jeweils drei in jede Rohrumlaufrichtung einschallenden Prüfköpfen in einer Querschnittsebene wird nur 1/4 der gesamten Manteloberfläche des zu prüfexaden Rohres erfaßt. Für eine iO%ige Erfassung der gesamten Oberfläche sind demnach noch mehr als die hier gezeigten Prüfköpfe erforderlich.
Die Belegung für eine lOO^ige Erfassung zeigt Figur 2.
Es handelt sich hierbei um die Abwicklung der zu beschallenden Mantelfläche eines Rohrausschnittes.
Die links gezeigten Flächen werden von den in Figur 1 dargestellten Prüf köpf en 3, 3' und 3" erfaßt.
Um die restliche Mantelfläche lückenlos auszufüllen, sind noch drei weitere Prüfebenen mit jeweils drei Prüfkopfpaaren erforderlich. Die Anwendung in Rohrumfangsrichtung - in Figur 2 die Oberflächenabwicklung - ist von einer Prüfebene zur nächsten versetzt. Insgesamt sind zum Beispiel für die Abmessung 33 χ 4 = 24 Prüfköpfe erforderlich. Dies entspricht dem elektronischen Aufwand heutiger Prüfanlagen.
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— 7 —
Der mechanische Aufwand ist jedoch "wesentlich geringer.
Aus der Abwicklung in Figur 3 wird die versetzte Anordnung der Prüfköpfe in der Prüf kopfhalterung 1 erkennbar.
Figur 4 zeigt eine Darstellung der Ultraschallanzeigen für einen Innen- und Außenfehler von einem Prüfkopf. Dieser Anzeigenverlauf auf der Zeitachse des Schirmbildes eines US-Gerätes wird erzeugt, indem ein mit einer Innen- und Außennut versehenes Rohr in einer auf diese Fehler eingestellten Prüfkopfhalterung 1 mit einem Prüf kopf 3 in der Halterung gedreht wird. Die Strecken der Basis auf dar Zeitachse der Anzeigen Ey und E. entsprechen jeweils dem Durchmesser einer von einem Prüfkopf 3 erfaßten Manteloberfläche gemäß Figur 2.
Beschreibung der Anzeige E» des Außenfehlers: Die Amplitude der Anzeige des Außenfehlers ist bei Drehung des Rohres unterschiedlich hoch». Sie schwankt je nach Prüfkopftyp, Vorsatzlinsenausführung und Prüfkopfabstand. Die Schwankung beträgt bei diesem Beispiel, einem Rohr von 38 χ 4, ca. 5 dB entsprechend einer abgerollten Manteloberfläche von 8 mm bei einem Schwingerdurchmesser von 6 mm.
Sind diese Abweichungen jedoch zu groß, ist es möglich, die Auswertebereiche AEB-j- für Innenfehler und AEB. für Außenfehler derart zu unterteilen, daß evtl. vorkommende Empfindlichkeitsschwankungen ausgeglichen werden können.
In dem in Figur 4 angeführten Beispiel weisen die drei Echos E1A' E2A "3^ E3A des Außenfehlers äie Amplituden Ag^A, Ag2A und AE3A auf*
Um diese drei Echos gleich zu bewerten, wird der Anzeigenerwartungsbereich AEBÄ in drei Bereiche unterteilt. Da nun unterschiedliche Bewertungsschwellen gesetzt werden können, lassen sich die Echos E-, *, E2. und E^* in Grenzen von ca. 2 dB gleich bewerten.
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Legende zu Figur 4:
Eg = Sendeimpuls
Eq = Oberflächenecho
Ej = Innenfehlerecho
E. = Außenfehlerecho
E^ . = 1. Außenfehler echo
EpA = 2. Außenfehlerecho
E^. = 3. Außenfehlerecho
AE^ A = Amplitude des 1. Außenfehlere chos
= Amplitude des 2. Außenfehl ere chos
= Amplitude des 3. Außenfehlerechos
AEBj = Anzeigenerwartungsbereich Innenfehler
AEB. = Anzeigenerwartungsbereich Außenfehler
In den vorstehend angeführten Beispielen wird das erfindungsgemässe Verfahren lediglich für Längsfehler erläutert. Es ist jedoch möglich, das Verfahren auch für die Querfehler und die Wanddickenprüfung einzusetzen. Je nach Prüf auf gäbe erfolgt die Anordnung und die Anzahl der verwendeten Prüf köpfe.
Um den gesamten Abmessungsbereich nach dem erfindungsgemässen Verfahren prüfen zu können, sind leicht austauschbare Prüfkopfhalter 1 erforderlich.
Bei gezielter Ausführung von Fokos, Schwingerdurchmesser und Fokuspunkt ist es möglich, nahe beieinander liegende Rohraußendurchmesser mit einem Prüfkopfhalter 1 zu prüfen. Die Prüfvorrichtung ist so ausgerüstet, daß die mechanische Voreinstellung für die nächste Rohrabmessung innerhalb der Anlage erfolgen kann-
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- 'Μ- '2£Ζ8643
In den Figurert 5 und 6 ist die erf indwigsgemässB Vorrichtung, dargestellt. Der Einlaufteil der Vorrichtung "besteht aus einem V-Rollgang mit angetriebenen Rollgangsrollen 5 und einem Rollen- . paar 6 des Treibers. Zur zentrischen Verstellung des Rollenpaares 6 ist eine Gewindespindel 7 vorgesehen. Zur Erzeugung einer definierten Normalkraft ist eine mechanisch',hydraulisch oder pneumatisch wirkende Federung 8 vorgesehen. In der Mitte der auf einem Ständer 9 angeordneten Gesamtvorrichtung, die sich aus einzelnen Bauteilen zusammenstellen läßt, befindet sich die Prüfkopfhalterung 1, die mit Hilfe einer Schnellwechseleinrichtung 10 die beispielsweise einen Knebel 11 zum Verspannen enthält, gehalten wird.
Das Prüfteil selbst besteht aus der Prüfkopfhalterung 1 dessen Größe von der Rohrdimension abhängig ist. In dieser Prüfkopfhalterung 1 sind so viele Prüfköpfe 3, 3l bzw. 3' f eingebaut, daß ein durch den Prüfkopf translatorisch bewegtes Rohr 2 vollständig geprüft wird.
Der Auslaufteil der Vorrichtung ist mit dem Einlaufteil identisch, d. h., es besteht ebenfalls aus einem Treiberrollenpaar 6 und einer angetriebenen Rollgangsrolle 5 für den Auslaufrollgang.
- Patentansprüche -
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, /Is.
Leerseite

Claims (7)

  1. 2H28643
    Patentansprüche:
    Verfahren zum Ultraschallprüfen von Rohren und Stangen in geradlinigem Durchlauf durch eine Anlage mit feststehenden Prüfköpfen, insbesondere für Rohraußendurchmesser bis etwa 100 mm, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfgut gleichzeitig von über den gesamten Umfang verteilten, mit ihren Schallkegeln sich berührenden Schallquellen durchschallt wird und die Prüfergebnisse der einzelnen Schallquellen getrennt voneinander ausgewertet werden und die Fehleranzeigen für jede Schallquelle ebenfalls getrennt erfolgen,
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwellen durch Fokussierung gebündelt werden.
  3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schallquellen von einer lückenlosen Erfassung des Umfanges des Prüfgutes bestimmt wird.
  4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die AEB (Auswerteerfassungsbereiche) der Schallquellen unterteilt werden.
  5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch fest angeordnete, insgesamt auswechselbare zylindrische Prüfkopfhalterungen (1) mit auf dem Umfang in regelmässigen Abständen auswechselbar eingesetzten Prüfköpfen (3, 3', 3") die einzelnen mit einer Auswerteelektronik verbunden sind.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfköpfe (3, 3' und 3'1) gegeneinander versetzt angeordnet sind.
    909882/043?
  7. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkopfhalterungen (1) insgesamt auswechselbar sind und durch eine Schnellwechseleinrichtung (10 und 11) gehalten werden.
    909882/0437
DE19782828643 1978-06-27 1978-06-27 Verfahren und vorrichtung zum ultraschallpruefen von rohren und stangen im geradlinigen durchlauf durch eine anlage mit feststehenden pruefkoepfen Pending DE2828643A1 (de)

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