DE2852768C2 - Ultraschall-Prüfanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine UltraschallPrüfanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Bekannterweise wird bei heute üblichen automatischen UltraschallAnlagen zur Prüfung von nahtlosen und geschweißten Rohren nach der ImpulsEchoMethode (Einkopfverfahren) gearbeitet

Für wenige spezielle Prüfaufgaben wird noch das Verfahren mit getrennten Sendern und Empfängern angewandt. Zum Beispiel bei der Prüfung von nahtlosen Rohren mit Hilfe von RotationsPrüfanlagen (s. Krautkrämer: Werkstoffprüfung mit Ultraschall, 1975, Seiten 442-461).

Bei der Schweißnahtprüfung wird das Zweikopfverfahren bei der AOder KPrüfkopfanordnung angewandt (DEAS 18 16 255).

Prüfkopfsysteme mit getrennten Sendern und Empfängern haben sich in der betrieblichen Praxis wegen der umständlichen und zeitraubenden Einstellungsarbeiten nicht durchgesetzt.

Prüfsysteme, die nach der lmpulsEchoMethode arbeiten, sind besser beherrschbar, die Einstellarbeiten sind einfacher und vor allem in wesentlich kürzerer Zeit durchführbar.

Die Einkopfmethode hat jedoch gegenüber der Zweikopfmethode den Nachteil, daß zu den Fehleranzeigen zusätzlich von äußeren Einflüssen herrührende Störanzeigen auftreten. Die Ursachen dieser mit Störund Scheinanzeigen bezeichneten USSignale lassen sich nur unzureichend abstellen. Erschwerend kommt in den meisten Fällen die Prüflingsbeschaffenheit, z. B. rauhe Oberfläche, Zunder und der Zustand des Ankopplungsmediums, d. h. darin schwebende Fremdkörper, hinzu.

Die wesentlichsten Ursachen für das Auftreten von Störanzeigen sind bei der Tauchtechnikprüfung die Oberflächenechos. Bei Einsatz der Einkopfmethode treten immer Eintrittsechos (Oberflächenechos) auf, die mit Verschlechterung des Oberflächenzustandes des Prüflings höher und breiter werden. Die Oberflächenechos können sich so verbreitern, daß sie laufzeitmäßig den Fehlererwartungsbereich für Innen und Außenfehler bei nahtlosen Rohren erheblich stören. Daraus folgt, daß die Fehlererwartungsbereiche so gesetzt werden müssen, daß die an Fehlern reflektierten UltraschallSignale erst im 1 '/2 bzw. 2fachen Sprungabstand (nach 1V2 bzw. 2facher Reflektion z. B. an der Rohrwand) oder noch später erfaßt werden können. Erhöht sich aber auch gleichzeitig das Oberflächensignal, können die später ankommenden Mehrfachoberflächenreflektionen die Prüfung in der Weise beeinträchtigen, daß auch das Setzen der Auswertebereiche nach 1 '/2bzw. 2facher Reflektion zu Schwierigkeiten führen kann.

Der größte Anteil von Störanzeigen entsteht im Bereich der Wasservorlaufstrecke. Verunreinigungen im Wasser, wie Zunderteilchen und biologische Rückstände oder auch Luftbläschen, verursachen beträchtliche Reflektionen.

Bei Mehrfachreflektionen direkt zwischen Prüfkopf und Verunreinigungen des Kopplungsmediums und über die Prüflingsoberfläche zurück in das Ankopplungsmedium entstehen in den Auswertebereichen Signale, die zu Störanzeigen führen.

Seit dem Einsatz von automatischen Ultraschall Prüfanlagen in den Betrieben, die nach der Einkopfmethode arbeiten, werden erhebliche Anstrengungen unternommen, Störanzeigen von echten Fehleranzeigen automa- j tisch zu unterscheiden. Die meisten Verfahren bedienen sich hierbei elektronischer Hilfsmittel. So ist nach der USPS 32 95 362 ein Verfahren bekannt, bei dem bei der Prüfung eines rotierenden Rohres die von einem Rohr in gleichen Zeitintervallen auftretenden USSignale miteinander verglichen werden und nur dann eine Anzeige als Fehler registriert wird, wenn eine hierfür bestimmte Logik erfüllt ist; ferner wird in dieser Schrift beschrieben, daß mehrere Impulse hintereinander ausgesendet und mit getrennten Empfangseinheiten empfangen werden.

In der DEAS 21 60 375 wird ein Verfahren beschrieben, mit dem nur dann ein USSignal als Fehleranzeige gewertet wird, wenn bei Drehung des Rohres und somit Drehen des Fehlers der Fehler in mindestens zwei Sprungabständen von dem gleichen Prüfkopf erfaßt wird.

Auch in den Offenlegungsschriften 27 04 128 und 27 04 132 werden elektronische Maßnahmen zur Unterscheidung von Störanzeigen und Fehlanzeigen beschrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage zur Ultraschallprüfung von Rohren, Stangen, Blechen und Bändern zu schaffen, mit der überhaupt keine Störanzeigen mehr empfangen werden können, so daß keinerlei spezielle elektronische Maßnahmen zur Unterscheidung von Stör und Fehleranzeigen notwendig sind.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch angegebenen Merkmale.

Es bedarf keiner Erläuterung, daß der Sprungabstand als solcher vom Einschallwinke! und der Wanddicke des Prüfgutes abhängt

Die wesentlichen Vorteile dieses Verfahrens sind:

1. Der Anteil der bei der Prüfung von Stangen, Rohren und Blechen auftretenden Scheinanzeigen sind beträchtlich gesenkt.

2. Unnötiger Schleifaufwand von markierten Prüflingsbereichen mit Scheinanzeigen entfällt.

3. Elektronische Maßnahmen zur Unterscheidung von Scheinanzeigen und echten Anzeigen sind nicht mehr erforderlich.

4. Zunder, Schmutzteilchen oder Luft im Ankopplungsmedium beeinträchtigen nicht mehr durch Reflektionen oder Streuung die USPrüfung.

Die Zeichnungen sollen die Beschreibung der Wirkungsweise der Erfindung ermöglichen. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch das Prüfgut mit vier angenommenen Fehlern bei Einsatz von fünf Schwingern,

Fig.2 die Anordnung der USSchwinger an einem Querschnitt eines nahtlosen Rohres,

F i g. 3 die Anordnung der USSchwinger an einem Querschnitt eines nahtlosen Rohres mit geänderter Fehlerlage.

In F i g. 1 wird am Beispiel der Querfehlerprüfung von U Pgeschweißten Rohren nach dem als Linienverfahren bekannt gewordenen Verfahren die Wirkungsweise der Erfindung beschrieben.

Die Zeichnung stellt einen Längsschnitt durch das Prüfgui dar, in diesem Fall einen Ausschnitt aus einer UPgeschweißten Naht.

In unterschiedlichen Lagen der Schweißnaht sind angenommene Fehler 2, 3, 4 und 5 dargestellt. Ferner sind fünf USSchwinger 6, 7, 8, 9 und 10 in einer Linie hintereinander unterhalb der Schweißnaht angeordnet. Die Schwinger 6, 7, 8 sind so ausgerichtet, daß bei der hier üblichen Schrägeinschallung sich der Schall in Richtung der angenommenen Fehler 2, 3, 4 und 5 fortbewegt.

Die Schwinger 9 und 10 sind zu den Schwingern 6, 7 und 8 entgegengesetzt ausgerichtet Der Schallverlauf in Beziehung zu den Fehlern 2, 3, 4 und 5 entspricht ebenfalls dem der Schwinger 6,7 und 8. also in Richtung zu den angenommenen Fehlern. Im einzelnen ergeben sich innerhalb eines Prüfzyklus folgende Abläufe:

In einem Prüftakt wird der Schwinger 6 als Sender und die Schwinger 7, 8, 9 und 10 als Empfänger geschaltet. Die hier dargestellten Schallstrahlen 11a, 12 und 13 gelangen mittels eines Ankopplungsmediums durch Schrägeinschallung in das Prüfgut 1. Hier reflektieren sie an den Fehlern 2,3,4 und 5.

Die an den Fehlern 2, 3 und 5 reflektierten Schallsirahlen werden mehrfach an der Innen und Außenwand des Prüfgutes 1 reflektiert.

Im Bereich des Schwingers 7 werden die bei der Reflektion an der Außenwand austretenden Schallstrahlen 11a, 12 und 13 von dem Schwinger, der wie oben aufgeführt auf Empfang geschaltet ist, empfangen und damit von den Fehlern 2, 3 und 5 USAnzeigen registriert.

Nach einer weiteren Reflektion der Schallstrahlen 11a, 12 und 13 an der Innenwand treten diese auch im Bereich des Schwingers 8 aus. Auch diese werden von den Schwingern 8 empfangen, der auch auf Empfang steht. Damit sind die Fehler 2, 3 und 5 innerhalb eines Prüftaktes zweimal, nämlich von den Schwingern 7 und 8 erfaßt worden, ohne daß sich die Fehler bzw. die Schwinger fortbewegt haben.

An dem zur Oberfläche des Prüfgutes parallel verlaufendem Fehler 4 erfolgt die Reflektion des Schallstrahles 11a in umgekehrter Richtung. Dieser Schallstrahl gelangt auch nach der Reflektion an dem Fehler 4 und an der Innenwand auf die Prüflingsaußenwand, tritt teilweise aus und wird von dem Schwinger 9 empfangen. Nach drei weiteren Reflektionen an der Außen und Innenwand wird der Schallstrahl schließlich auch von dem Schwinger 10 erfaßt. Durch diese Verfahrensweise sind die hier dargestellten Fehler 2,3,4 und 5 alle zweimal getrennt erfaßt und somit registriert worden. Hieraus erfolgt die eindeutige Aussage, daß echte Fehler vorliegen.

Es ist aber auch möglich, innerhalb eines Prüfzyklus

eine andere Prüftaktfolge zu wählen. Diese kann ausreichen, wenn nur die Fehler 2, 3 und 5 eindeutig erfaßt werden müssen. Wird nämlich in einem Takt nur der Schwinger 6 als Sender geschaltet und im nächsten Takt Schwinger 6 und 7 als Empfänger tritt der gleiche oben beschriebene Effekt auf, daß nämlich die Fehler 3, 2 und 5 von den Schwingern 6 und 7 zweifach erfaßt werden. Hierbei arbeitet der Schwinger 6 immer noch nach dem ImpuIsReflektionsverfahren (Einkopfmethode) und der Schwinger 7 zusätzlich nur als Empfänger, Schwinger 8 wird dann nicht in die Prüfung mit einbezogen.

Die bereits vorne beschriebenen Nachteile des Auftretens von Störanzeigen durch Oberflächenechos, Luft und Partikelchen im Ankopplungsmedium treten hierbei durch den SEBetrieb des Schwingers 6 wieder auf, wegen der Logik, daß USSignale von echten Fehlern aber auch mit dem Schwinger 7 empfangen werden müssen, werden diese eliminiert.

Ein anderer Anwendungsfall der Erfindung wird am Beispiel der USPrüfung von nahtlosen Rohren nachfolgend beschrieben:

F i g. 2 zeigt als Querschnitt den Teil eines Rohres 14, 15,16 und 17 sind willkürlich angenommene Fehler. Die USSchwinger 18,19, 20 und 21 sind bei diesem Beispiel so angeordnet, daß bei einer Tauchtechnikprüfung im Prüfling immer Einschallwinkel von ca. 45° vorliegen. Der besseren Übersicht wegen ist nur der Schallverlauf der Strahlen 22,23 und 24 eingezeichnet.

Bei der Prüfung von nahtlosen Rohren bei sich schraubenlinienartig vorwärtsbewegenden Rohr und feststehenden Prüfköpfen kann innerhalb eines Prüfzyklus so verfahren werden, daß Schwinger 18 immer als Sender/Empfänger (Einkopfbetrieb) und Schwinger 19 immer nur als Empfänger geschaltet ist. Die Fehler 15, 16 und 17 werden dann immer getrennt gleichzeitig von zwei Schwingern in einem Abstand von einem Sprungabstand erfaßt. Dabei gelangt der Schallstrahl 22 von 18 zum Fehler 15. Nach der Reflektion zurück zum Schwinger 18, und nach einem weiteren Sprungabstand zu Schnwinger 19. Der Schallstrahl 23 gelangt auf den Fehler 17, nach der Reflektion tritt er bei 18 aus und nach einem weiteren Sprungabstand auch bei Schwinger 19. Das gleiche gilt für den Schallstrahl 24, der Fehler 16 wird ebenso von 18 und 19 erfaßt.

Das Erkennen von echten Fehleranzeigen ist demnach auch sehr leicht möglich. Man kann aber auch hierbei, wie bereits oben bei der Prüfung einer UPNaht ausgeführt, so verfahren, daß Schwinger 18 nur zum

Aussenden der USImpulse verwendet wird und die Schwinger 19 und 20 beide gleichzeitig auf Empfang stehen. Dieses Taktschema empfiehlt sich besonders bei solchen Prüfaufgaben, bei denen von der Statur aus mit sehr viel Störanzeigen aufgrund von z. B. losen Zunder

zu rechnen ist.

F i g. 3 zeigt ebenfalls die Wirkungsweise der Erfindung am Beispiel der USPrüfung von nahtlosen Rohren, jedoch im Gegensatz zu F i g. 2 bei sich nur translatorisch an den Prüfköpfen vorbeibewegenden

Rohre, also einem Verfahren bei dem die Prüfköpfe um den gesamten Rohrumfang angeordnet sind.

In Fi g. 3 sind jedoch aus Darstellungsgründen nur 4 Schwinger abgebildet. Die Fehler 28,29 und 30 befinden sich hierbei im Vergleich zu den Fehlern 15, 16 und 17

der F i g. 2 in einem anderen Bereich des Rohrausschnittes 14, nämlich unmittelbar vor dem Schwinger 18.

Bei dieser Lage der Fehler 15,16 und 17 wäre es nicht möglich die Fehler wie beschrieben zu erfassen, wenn

Schwinger 18 sendet und empfängt und zusätzlich Schwinger 19 empfängt bzw. Schwinger 18 nur sendet und die Schwinger 19 und 20 empfangen.

Bei dieser Fehlerlage muß Schwinger 19 senden und empfangen und zusätzlich Schwinger 20 empfangen bzw. Schwinger 19 senden und die Schwinger 20 und 21 empfangen.

Hieraus folgt, daß bei Systemen mit vorwärtsbewegendem Rohr und feststehenden Köpfen so geschaltet werden muß, daß in jedem Fehlererwartungsbereich innerhalb eines Prüfzyklus mindestens einmal die oben beschriebene Taktfolge eingehalten werden muß. Dies läßt sich mit elektronischen Mitteln leicht verwirklichen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Ultraschall Prüfanlsge mit mehreren UltraschallPriifköpfen, die sowohl einzeln oder getrennt als Sender und Empfänger geschaltet sind, und bei der jedem als Empfanger dienenden UltraschallPrüfkopf mindestens ein mit diesem im Prüftakt zusammenwirkenden weiterer UltraschallPrüfkopf als Empfänger zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß entlang einer Prüfgutoberfläche die UltraschallPrüfköpfe mit ihrer Abstrahl bzw. Empfangsfläche unter gleichen (positiven bzw. negativen) Winkeln zur Normalen der Prüfgutoberfläche und die Empfangsflächen der UltraschallPrüfköpfe um mindestens einen ganzen Sprungabstand in Richtung der Ultraschallwellenausbreitung versetzt zueinander angeordnet sind und daß zur Fehlerbestätigung die Signalanzeige des gleichen Fehiersignals mindestens zweier Empfänger dient, die einander nachgeschaltet sind.