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Titel: Vorrichtung zu. zerstörungsfreien Prüfen von Schweißnähten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zu. zerstörungsfreien Prüfen von Schweißnähten,
insbesondere bei Rohren mit gerader oder wendelförmiger Schweißnaht, mit auf beiden
Seiten der Naht angeordneten Ultraschall-Prüfköpfen zur Länge- und/oder Querfehlerprüfung,
die an einem Prüfrahmen kardanisch aufgehängt sind, welcher in einem von Werkstück
längs der zu prüfenden Schweißnaht durchlaufenen Gestell querverschieblich gelagert
ist und mittels einer Schweißnaht-Abtasteinrichtung der Schweißmaht nachgeführt
wird, wenn diese von der Längsachse bzw. glatten Schraubenlinie des Werkstückes
abweicht.
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1.1 a bisher bekeisten Prüfverrichtungen dieser Art werden die in
kardanisch aufgahängten Fassungen angeordneten Prüfköpfe von Armen getragen, die
an einer quer zur Schweisnaht verlaufenden Traverse des Prüfrahmens schwenkbar gelagert
sind und etwa parallel zur Schweißnaht verlaufen. Wenn die Schweißnaht des Rohres
aus ihrer Sellage
auswandert, d.h. bei achsparalleler Schweißung
schräg zur Rohrachse oder in Schlangenlinien verläuft, muß der PrUfrahmen nachgeführt,
dçh. gegenüber der Rohrachse seitlich verschoben werden, damit die Prüfköpfe immer
den gleichen seitlichen Abstand zur Schweißnaht behalten Das gleiche ist bei spiralgeschweißten
Rohren der Fall, wenn die Schweißnaht von der ideellen, glatten Schraubenlinie des
Werkstückes abweicht, längs derer das Rohr verschweißt werden soll.
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Da die Schweißnahtprüfung von Rohren immer so durchgeführt wird, daß
das zu prüfende Schweißnahtstück im Rohr oben liegt, befinden sich zwei auf beiden
Seiten der Naht einander gegenüberliegende Prüfköpfe normalerweise auf gleichor
Höhe. Werden dagegen der Prüfrahmen und mit ihm Je zwei einander gegenüberliegende
Pfffköpfe von der Nachführeinrichtung quer zur Rohrachse verschoben, weil die Schweißnaht
nicht parallel, sondern schräg zur Rohrachse verläuft, gelangt der eine der beiden
Prüfköpfe in eine tiefere Lage, während der gegenüberliegende Prffköpf auf der Rohrwandung
hochsteigt. Da die Länge der Schwenkarme, an denen die Prüfköpfe sitzen, unveränderlich
ist, verschieben sich die beiden einander gegenüberliegenden Prüfköpfe beim Abgleiten
bzwO Aufsteigen auf der Rohrwandung zugleich in axialer Richtung des Rohres, so
daß sie nicht mehr genau einander gegenüberliegen, sondern in Längerichtung des
Rohres gegeneinander versetzt sind. Schon bei geringer axialer Versetzung ist es
dann nicht sehr möglich, Kontrollstrahlen zur Ankopplungskontrolle quer durch die
Schweißnaht oder unter einem Winkel zur Schweißnaht verlaufende Schallstrahlen zur
Querfahlerermittlung von einem Prüf kopf zum gegenüberliegenden Prffkopf laufen
zu lassen, da die ausgesendeten Schallstrahlen infolge der eingetretenen Längsverschiebung
den gegenüberliegenden Prüfkopf nicht mehr erreichen. Bei Verwendung von mehreren
Prüfkopfpaaren in X- oder K-Anordnung, wie sie üblicherweise
zur
Schweißnahtprüfung bei Rohren verwendet werden ist bei der bekannten Ausführung
auch die Längsverschiebung der Prüfköpfe verschiedener Prüfkopfpaare sowohl untereinander
als auch gegenüber den Prüfköpfen anderer Prüfkopfpaare unterschiedlich, so daß
sich auch die Abstände von diagonal einander gegenüberliegenden Prüfköpfen nebeneinanderliegender
Prüfkopfpaare ändern und auch noch gegenüber den Abständen der kreuzenden Diagonalen
unterschiedlich groß sind. Hierdurch wird auch eine Längsfehlerermittlung zwisohen
Prüfköpfen erschwert, die auf der gleichen Seite der Schweißnaht angeordnet sind,
da eine Gegenkontrolle des Fehlers an der gleichen Stelle der Naht von den beiden
Prüfköpfen auf der gegenüberliegenden Seite der Schweißnaht nicht möglich ist, Aufgabe
der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung der eingangs
näher erläuterten Art so auszubilden, daß die Prüfköpfe bei einer Tangentialverschiebung
auf gekrümmten Flächen ihre gegenseitige Lage zueinander und zum Prüfrahmen in Längs-
und Querrichtung der Schweißnaht nicht verändern. Außerdem soll die Grundeinstellung
der Prüfköpfe sehr genau, rasch und einfach eingestellt werden können.
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Diese Aufgabe wird mit der Erfindung daduroh gelöst, daß Jeweils zwei
auf verschiedenen Seiten der Schweißnaht angeordnete Prüfköpfe mit ihren Kardangelenken
od.dgl. an einer sich quer zur Schweißnaht erstreckenden Schiene befestige sind,
die wie ein Waagebalken an einer zwischen den Prüfköpfen befindlichen Stelle an
einem sich quer zur Rohr nicht erstreckenden Trager schwenkbar gelagert ist, der
seinerseits mit seinem einen Ende eine zur Schweißnaht etwa parallele Achse im Prüfrahmen
schwenkbar gelagert ist.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß sich die Prüfköpfe bei einer
Querverschiebung des Prüfrahmens nicht mehr in Axialrichtung der zu prüfenden Schweißnaht
versohieben, sondern ihre genau einander gegenüberliegende Lage beibehalten, die
durch die Schiene fixiert ist, an der Sie befestigt sind. Die Waagebalkenanordnung
der Schiene am Tragarm ermöglicht eine Querverschiebung der Prüfköpfe innerhalb
sehr weiter Grenzen ohne Jede Änderung der Grundeinstellung, wobei der schwenkbare
Tragarm die Schiene mit den Prüfköpfen in sehr unterschiedlichen Höhenlagen sicher
halten kann.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn Jedes Kardangelenk an einem Schieber
drehbar gelagert ist, der auf der Schiene in deren Längsrichtung verstellbar und
feststellbar ist. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt es, die Grundeinstellung
von zwei einander gegenüberliegenden Prüfköpfen an der Schiene vorzunehmen, bevor
diese in die Vorrichtung eingesetzt wird0 Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn
auf der Schiene neben Jedem Schieber ein auf der Schiene verschiebbarer und feststellbarer
Klemmblock angeordnet ist, mit welchem der Schieber durch eine Längsfeineinstellvorrichtung
verbunden ist. Die Grundeinstellung der Prüfköpfe kann dann auf einem Werktisch
außerhalb der Vorrichtung vorgenommen werden, wobei eine Nachjustierung nach dem
Einbau der Schiene in die Prüfvorrichtung leicht zöglich ist, falls sich diese als
erforderlich erweist.
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Die Längsfeineinstellvorrichtung kann eine mit einem Betätigungselement
versehene Gewindespindel sein, deren beide Enden zweckmäßig gegenläufige Gewinde
aufweisen, die in entsprechende Gewindebehrungen in Schieber und in Klemmblock eingreifen.
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Die Schiene wird vorteilhaft in einem Gebelstück gelagert, das am
freien Ende des Tragarmes in dessen Längsrichtung
verstellbar befestigt
ist. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht eine besonders einfache Zentrierung der
in ihrem gegenseitigen Abstand einJustierten Prüfköpfe auf die Mitte der zu prüfenden
SchweißnahtO Besonders zweckmäßig ist es wenn das eine Ende eines Jeden, eine Schiene
mit zwei Prüfköpfen tragenden Tragarmes mit einen Klemmgelenk auf einem sich etwa
parallel zur Schweißnaht erstreckenden Holm des Prüfrahmens in Längsrichtung des
Hohes verstellbar und feststellbar gelagert ist. Hierdurch kann der Axialabstand
von zwei oder mehreren Prüfkopfpaaren sehr genau eingestellt und aufrechterhalten
werden Bei einem seitlichen Auswandern der zu prüfenden Schweißnaht aus der Sollage
werden dann alle Prüfköpfe gleichzeitig und in gleichem gegenseitigen Abstand voneinander
quer verschoben, so daß die geometrische Zuordnung aller Prüfköpfe der Prüfvorrichtung
mit höchster Genauigkeit erhalten bleibt. Der Prüfrahmen kann dann in vorteilhafter
Weise auch um eine vertikale Mittelachse drehbar sein, so daß die Vorrichtung nach
der Erfindung auch zum Prüfen von Schweißnähten verwendet werden kann, die schräg
zur Längsachse des Prüfgestelles bzw. zur Rohrachs verlaufen, wie dies beispielsweise
bei Schweißnähten von spiralgeschweißten Rohren der Fall ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung und der Zeichnung einer bevorzugten Ausführungsform, durch die die
Erfindung an einem Beispiel näher erläutert wird. Es zeigt: Fig. 1 eine Vorrichtung
nach der Erfindung in eimer Teildraufsieht, die das Rohr mit der zu prüfenden Schweißnaht
und die Tragvorrichtung für zwei Ultraschall-Prüfköpfe in schematischer Darstellung
zeigt, und
Fig. 2 eine Stirnansicht des Gegenstandes der Fig. 1
in Richtung dia Pfeiles II gesehen0 In den Zeichnungen ist mit 10 ein großes Stahlrohr
bezeichnet, dessen Längsschweißnaht 11 auf Längsfehler und Querfehler geprüft werden
soll. Unter Längsfehlern werden solche Fehlstellen verstanden, die sich in Längsrichtung
der Schweißnaht erstrecken, wie beispielsweise Schlacken- oder Lufteinschlüsse,
während Querfehler solche Fehler sind, die quer zur Längsrichtung der Sohweißnaht
verlaufen. Zum Durchführen der Prüfung wird daß Stahlrohr 10 in Richtung seiner
Längsachse 12 mit oben liegender Schweißnaht 11 unter einer Ultras chall-Prüfvorrichtung
hindurchgeführt, die in ihrer Gesamtheit mit 13 bezeichnet ist und die in der Zeichnung
nur teilweise dargestellt ist, Die Prüfvorrichtung besteht aus einem portalartigen
Gestell, durch welches das Stahlrohr 10 in seiner Längsrichtung hindurchläuft und
das oberhalb des Rohrs einen Prüfrabmen 40 trägt. Dieser Prüfrahmen hat eine hier
nicht näher dargestellte Schweißnaht-Abtasteinrichtung, welohe an der Schweißraupe
entlangfährt und deren seitliche Abweichung von der Längsachse 12 des Rohres über
eine hier ebenfalls nicht näher dargestellte Steuereinrichtung auf den Prüfrabien
überträgt, der hierdurch der seitlichen Auslenkung der Abtasteinrichtung entsprechend
quer zur Schweißnaht 11 verschoben werden kann.
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Der PrU£rahmen 40 ist außerdem um seine vertikale Mittelachse drehbar,
so daß er schräg zur Rohrachse 12 eingestellt werden kann, was dann erforderlich
ist, wenn die Schweißnaht bei einem spiralgeschweißten Rohr wendelförmig um das
Rohr verläuft. Dieses wird bei der Sohweißnahtprüfung gleichzeitig in Längsrichtung
verschoben und um seine eigene Achse gedreht, so daß der zu prüfende Bereich der
Schweißnaht stets oben liegt.
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Der in Fig. 2 nur angedeutet. Früfrahien 40 trägt einen mit ihm fest
verbundenen Holm 14, der etwa parallel zur Schweißnaht 11 und im vorliegenden Ausführungsbeispiel
auch parallel zur Rohrlängsaches 12 verläuft und von einer zylindrischen Stange
oder einem zylindrischen Rohr gebildet wird.
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Auf diesem Holm 14 sind die Tragvorrichtungen 15 für die einzelnen
Prüfkopfpaare angeordnet. Von den Tragvorrichtungen 15 ist in den Zeichnungen nur
eine dargestellt, die im folgenden noch näher erläutert werden wirdo Die Tragvorrichtung
15 besteht im wesentlichen aus einem Tragarm 16 und einer Schiene 17, die wie ein
Waagebalken in ihrer Mitte 18 am freien Ende 16a des fragarmes 16 um eine horizontale
Achse 19 schwenkbar gelagert ist. Das gegenüberliegende, eine Ende 16b des Tragarmes
16 ist an einem Klemmgelenk 20 befestigt, das in Längsrichtung des Holmes 14 verstellbar
und derart feststellbar ist, daß es sich in Klemmstellung nicht mehr in Längsrichtung
des Holmes 14 verschieben, wohl aber um den Holm 14 irei drehen kann.
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An seinem freien Ende 16a trägt der Tragarm 16 ein nach un, ten offenes
Gabelstück 21, in dem die Schiene 17 mit einem horizontal angeordneten Achsbolzen
22 wie ein Waagebalken frei schwenkbar gelagert ist. Auf der Schiene 17 ist auf
Jeder Seite des Gabelstückes 21 Je ein Schieber 23a bzwO 23b angeordnet. Jeder Schieber
23a bzwO 23b ist in Längsrichtung 24 der Schiene 17 verstellbar und mit einer Klemmschraube
25 feststellbar, die auf ein in den Schieber eingelassenes, hier nicht näher dargestelltes
Klemmstück wirkt, welches seinerseits auf die Schiene 17 drUckt und hierdurch den
Schieber auf der Schiene festklemmt.
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Die Schiene 17 trägt außerdem auf Jeder Seite außen neben den Schiebern
23a und 23b Je einen Klemmblock 26a bzwO 26b, der obenso wie der Schieber 23a bzw.
23b eine Klemmschraube 27 aufweist, die wie die Klemmschraube 25 der
Schieber
mit Klemmstücken zusammenwirkt, welche den Klemmblock 26a an der Schiene 17 festklemmen.
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Zur FeinJustierung der Schieber 23a und 23b ist Je eine Längsfeineinstellvorrichtung
vorgesehen, die in ihrer Gesamtheit mit 28 bezeichnet ist. Jede Längsfeineinstellvorrichtung
28 besteht aus einer Gewindespindel 29, deren beide Enden 30 und 31 gegenläufige
Gewinde aufweisen und die in entsprechende Gewindebohrungen 32 und 33 im Sohieber
23a bzwç 23b und Klemmblock 26a bzw. 26b eingreifen. In der Mitte einer Jeden Gewindespindel
ist ein Rändelrad angeordnet, das als Betätigungselement 34 für die Gewindespindel
dient, Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, ist an der Seite eines Jeden Schiebers
23a bzw. 23b Je ein Kardangelenk 35 ul eine horizontale Achse 36 drehbar gelagert.
Das Kardangelenk besteht aus einem U-förmigen Rahmenteil 36; in den eine zylindrische
Fassung 37 ul eine zur Achse 36 senkrecht verlaufende Achse 38 schwenkbar gelagert
ist. In Jede der beiden Fassungen 37 ist ein zylindrischer Ultraschall-Prüfkopf
39 bekannter Bauart eingesetzt, der sich in der Fassung 37 axial verschieben kann
und mit seiner unteren Stirnfläche auf dem Rohr 10 aufliegt0 Wenn bei der Prüfung
die Schweißnaht 11 von der Längsaohse 12 des Rohres abweicht, also beispielsweise
schräg oder in Schlangenlinien verläuft, wird durch die weiter oben erwähnte Schweißnaht-Abtasteinrichtung
der Prüfrahmen 40 in Querrichtung 41 (Fig. 2) verschoben. Die Prüfköpfe 39 wandern
dann tangential in Umfangsrichtung des Rohres 10 nach der einen oder anderen Seite,
so daß beispielsweise der au ßen liegende Prüfkopf in eine höhere und der innen
liegende Prüfkopf in eine tiefere Lage gelangt. Die Schien. 17 schwenkt hierbei
um ihren Achszapfen 22, der seinerseits
eine Kreisbewegung um die
Rohrachse 12 ausführt, was ohne weiteres möglich ist, da der Tragarm 16 um sein
Klemmgelenk 20 schwenken kann. Man erkennt, daß auch bei einem extremen Auswandern
der Schweißnaht 10 aus der Längsachse 12 die gegenseitige Lage der Prüfköpfe 39
in Axialrichtung des Rohres 10 und quer dazu erhalten bleibt. Gleichzeitig ändert
sich der Abstand in Längsrichtung des Rohres 10 von benachbarten Prufköpfen nicht,
die mit einer weiteren, hier nicht näher dargestellten Tragvorrichtung am Holm 14
in einem festen Abstand gelagert sind. Die geometrische Zuordnung aller Prüfköpfe
bleibt deshalb bei Jeder Querverschiebung und auch bei einer Drehung des Prüfrabiens
40 erhalten.
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Man erkennt ferner, daß bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die
Grundeinstellung der Prüfköpfe für die zu prüfende Schweißnaht und die Dicke des
Jeweiligen Rohres besonders leicht durchgeführt werden kann, da Jedes PrUfkopfpaar
39 bereits außerhalb der Prüfvorrichtung auf einem Montagetisch in seinem Querabstand
genau eingestellt und auf den Achszapfen 22 zentriert werden kann0 Eine Nachjustierung
der Prüfköpfe ist deshalb normalerweise nach dem Einsetzen der Schiene 17 in den
Gabelkopf 21 nicht mehr erforderlich. Andererseits ist eine solch Nachstellung bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Milfe der Längsfeineinstellvorrichttung 28
besendere einfach möglich.
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Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise
ist es auch s8glloh, die Schienen 17 in etwas anderer Weise im Prüfrabien 40 schwenkbar
und querverschieblich zu lagern. Ferner können die Einstell-und Feststellvorrichtungen
etwas anders ausgebildet sein, ohne daß hierdurch der Rahmen der Erfindung überschritten
wird.