DE2902105A1 - Vorrichtung zum untersuchen von schweissnaehten - Google Patents

Vorrichtung zum untersuchen von schweissnaehten

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DE2902105A1 DE19792902105 DE2902105A DE2902105A1 DE 2902105 A1 DE2902105 A1 DE 2902105A1 DE 19792902105 DE19792902105 DE 19792902105 DE 2902105 A DE2902105 A DE 2902105A DE 2902105 A1 DE2902105 A1 DE 2902105A1
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Description

2Ü021Q5
PATENTANWÄLTE TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER
Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives before the European Patent Office Mandatalres agrees pres !'Office european des brevets
Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-Ing. H. Steinmeister
DIpWn0. F. E. Müller siekerwall 7.
Tnftstrasse A, ·>
D-8OOO MÜNCHEN 22 O D-48OO BIELEFELD 1
BO 5704 19. Januar 1979
RÖNTGEN TECHNISCHE DIENST B.V. DeIftweg 144 t Rotterdam, Niederlande
Vorrichtung zum Untersuchen von Schweißnähten
Priorität: 20. Januar 1978, Niederlande, Nr. 78.00739
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Röntgen Tecnnische Dienst E.V., Rotterdam (Niederlande)
Vorrichtung zum Untersuchen von Schvveissnähten
Me Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Untersucnen von Schvveissnähten zwischen einem Rohrstutzen und einer Wand, welche eine drehbar angetriebene zentrale Welle mit einem Fühler, z.B. einem Ultraschallfühler, aufweist, der innerhalb des Rohrstutzens gedreht und in axialer Richtung des Ronrstutzens bewegt werden kann.
Eine derartige Vorrichtung ist in der Praxis gut bekannt. Dabei wird der Fühler schrittweise oder kontinuierlich axial gegenüßer dem Rohrstutzen bewegt und gleichzeitig rotiert.
Bei jeder Umdrehung wird ein bestimmtes Niveau der Schweissnaht abgetastet, so dass festgestellt werden kann, ob sich darin Risse oder ähnlicne Fehler befinden. Auf diese Weise kann die Schweissnaht entlang ihrer ganzen Höhe abgetastet werden.
Das ergibt keine Probleme, so lange der Winkel zwischen dem Rohrstutzen und der Wand 90° beträgt*
Insbesondere bei Kernreaktorgefassen, jedoch auch bei Dampfkesseln werden halbkugelförmige, oder auf jeden Fall gekrümmte Böden und Deckel verwendet, wobei die Rohrstutzen parallel zueinander verlaufen. Das "bedeutet, dass jeder Rohrstutzen, welcher nicht am gleichen Radius angeordnet ist, einen anderen Winkel zur Wand bildet. Nur ein zentral angeordneter "Rohrstutzen steht unter einem Winkel von 90° zur Fläche im Scheitelbereich der Wand.
Wenn mit der bekannten Vorrichtung die Schweissnaht eines nicht senKrecht zur Wand stehenden Rohrstutsens abgetastet werden soll, so wird auf jedem Niveau nur ein Teil des Umfanges der Schweissnaht abgetastet. Das Abbild der Abtastung stellt daher keine geschlossene Formation dar, so dass es schwierig ist, festzu-
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stellen, wo sicn eventuelle Materialfehler befinden.
Ausserdem muss der Fünler schrittweise oder kontinuierlich entlang einer grossen Höhe verstellt werden, d.h. vom. nöciisten Punkt bis zum gegenüber liegenden tiefsten Punkt der Schweissnaht. Die Zeit der Untersuchung wird dadurch wesentlich verlängert. Während einer Umdrehung bleibt ferner der Winkel zwischen der Achse des Fühlers und der Wand des Rohrstutzens gleich. Bei einer scnräg stenenden Scnweissnaht bedeutet dies, dass sich der Winkel zwischen der Achse des Fühlers und der Schweissnant immer ändert. Auch das erscawert eine gute Untersuchung der Schweissnaht, da sich die Scheibgeometrie immer ändert.
Alle diese Schwierigkeiten werden erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass der Fühler an einem Folgeorgan befestigt ist, das undrehbar mit der Welle verounden ist, jedoch in axialer Richtung gegenüber der Welle verscniebbar ist, dass ein Mechanismus vorgesehen ist, welcier eine Translationsbewegung des Fühlers während einer Umdrehung der Welle bewirbt, derart, dass sich der Fühler im wesentlichen paraxxel zur Fläche der Schweissnaht bewegt, und dass ein Mechanismus vorgesehen ist, welcner den Fühler wänrend der Drehung und der Translationsbewegung derart verstellt, dass der Winkel , unter welchem die Schweissnaht abgetastet wird, im wesentlichen gleich, bleibt.
Bei jeder Umdrehung der zentralen Welle bewegt sich dabei der Fühler parallel zur Fläche der Schweissnaht und ausserdem bleibt die Stellung des Fühlers gegenüber der Schweissnaht immer gleich.
Der Abtastvorgang verläuft auf diese Weise viel schneller, da der Taster nur über einen Abstand bewegt weraer. muss, der gleich ist an der Höhe der Schweissnaht selbst,gemessen in axialer Richtung des Rohrstutzens.
Die Aufzeichnung desFühlers wird dabei in einer geschlossenen Darstellung ernalten.
Vorzugsweise Kann das Folgeorgan die Form eines die zentrale Welle umschliessenden Rohres naben, welches an einem Ende mit einer axial beweglichen Stange verbunden ist, die in einer Nabe der zentralen Welle geführt ist, wobei die Stange an ihrem ande-
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ren Ende mit einem. Fünrungsstift bzw. einer Führungsrolle versehen ist, welche bei einer Drehung der Welle entlang einer fest eingestellten Führungsplatte beweglich sind, deren Einstellwinkel vom Winxel zwischen dem Rohrstutzen und der Wand abhängig ist, während ein zweiter Führungsstift bzw. eine zweite Führungsrolle mit der Führungsplatte zusammenwirkt und über eine Ue be rt ragung svorrichtung auf den Fühler einwirkt, derart, dass der Fühler während einer Umdrehung der zentralen Welle um eine Achse gescnwerucb wird, die sen^recnt zur Achse der zentralen Welle steht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:
Fig.l einen Längsschnitt mit Teilansicht einer Vorrichtung zum Untersuchen einer Schweissnaht zwischen einem Rohrstutzen und einer unter einem Winkel zu. diesem stehenden Gefässwand,
Fig.2 eine Ansicht der Vorrichtung nach der Figur 1 von rechts in der Figur 1 betrachtet und
Fig.3 eine Ansicht der Vorrichtung von oben nach der Schnittlinie III-III in der Figur 2.
Die Figur 1 zeigt einen Teil eines halbkugelförmigen Deckels eines Gefässes, der mit 1 bezeicnnet ist, in welchem ein Rohrstutzen 2 mittels eines Schweissnaht 3 befestigt ist. Der Rohrstutzen kann z.B. zur Einführung von Regel stäben in ein Reaictorgefäss oder für ähnliche Zwecke dienen.
Da der Deckel des Gefässes im allgemeinen die Form einer Halbkugel hat,und alle Rohrstutzen parallel zueinander und parallel zur Längsachse des Gefässes verlaufen, stehen die an verschiedenen Radien angeordneten Rohrstutzen 2 unter verschiedenen Winkeln zur. Oberfläche des Deckels 1.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung entnält ein nur teilweise dargestelltes Gehäuse 4» welches gegenüber dem Rohrstutzen 2 so angeordnet ist, dass eine zentrale Welle 5 der erfindungsgemässen Vorrichtung in der Achse des Rohrstutzens 2 eingestellt werden kann. Die Welle 5 ist mit der Hilfe von Lagern 6 drehbar im Ge-
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häuse 4 gelagert.
Es ist klar, dass das Genäuse 4 zusammen mit der zentralen Weile 5 nach oben und nach unten beweglich angeordnet sein müssen, damit die zentrale Welle 5 in den Ronrstutzen 2 und aus diesem aeraus bewegt werden kann und ausserdem während der Untersucnung eine schrittweise oder Kontinuierliche axiale Bewegung gegenüber dem Ronrstutzen 2 möglich ist. Im unteren Bereich der zentralen Weile 5 Defindet sich ein rorirförmiges Folgeorgan 7, das in axialer Richtung auf der Welle 5 verscnoben werden kann, jedoch undrenbar mit der Welle 5 verbunden ist. Mit dem unteren Ende des .Folgeorganes 7 ist ein Fühlerhalter 8 verbunden, in welchem sich ein Ultraschallfühler 9 befindet. Der Fühlerhalter 8 ist zusammen mit einer Welle 10 drehbar, die im Folgeorgan 7 gelagert ist. Die Achse der Welle 10 steht senkrecht zur Achse der Welle 5. Da sich der Fühler 9 nicht im Zentrum des Fühlerhalters 8 befindet, kann bei einer Drehung des Fühlerhalters 8 der Fühler 9 um die Achse der Welle 10 geschwenkt werden. Durch die erfindungsgemasse Vorrichtung wird bezweckt, den Fülller bei einer Drehung der zentralen Welle 5 entlang einer Bahn zu führen, welche im wesentlichen parallel zur Fläche der Schweissnaht 5 läuft. Um bei einer Drehung der Welle eine TranslationsDewegung des Folgeorganes 7 zu erreichen, ist dieses Folgeorgan 7 mit einer axialen Stange 11 verbunden, an deren oberem Ende ein axial verschiebbarer Teil 12 befestigt ist, der in einer „ Wabe 15 der zentralen Welle 5 gleitend geführt ist. Es ist dafcei klar ersichtlich, dass bei einer Bewegung des Organes 12 nach unten der Fühlerhalter 8 und somit auch der Fühler 9 nach unten bewegt werden. Zur Erzielung der Translationsbewegung wird eine schräg gestellte feststehende Führungsplatte 14 verwendet. Mit der Unterseite dieser Führungsplatte 14 wirkt ein Führungsstift 15 zusammem, der über einen Arm 16 mit dem Teil 12 verbunden ist. Wie aus der Figur 1 ersichtlich ist, ist d'ie wirksame Länge des Armes 16 einstellbar, ebenso wie die Länge des Führungsstiftes 15.
Bei der in der Figur 1 dargestellten Stellung befindet sich der Fühler 9 ungefähr an der höchsten Stelle der Schweissnaht 3. Bei einer Drehung der zentralen Welle um 180° wird der Führung sst'if t 15 um 180° bewegt und stösst gegen den untersten Punkt der Führungeplatte 14» rechts in der Figur 1. Das führt dazu, dass der
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Fühler 9 an die tiefste Stelle der Scnweissnaht recnts in der Figur 1 gelangt.
Durch eine geeignete Wahl des Neigungswinkels der Führungsplatte 14 und der wirksamen länge des Führungsstiftes 15 und des Armes 16 ist es möglich zu erreicnen, dass bei einer Drehung der zentralen Weile der Fühler 9 eine Bann beschreibt, die im wesentlichen
parallel zur Fläche der Schweissnant 3 verläuft. «
Obwohl bereits durch diese Massnahme eine bedeutende Verbesserung gegenüber der bekannten Vorrichtung erreicht wird, die nur" Barinen senkrecrit zur Achse des Rohr Stutzens 2 abtastet, ist noch eine Verfeinerung der Vorrichtung möglich. .
Es ist nämlich erwünscht, den Winkel zwischen der Achse des Fühlers 9 und der Scnweissnaht bei der Untersuchung soweit wie möglich konstant zu halten. Um dies zu erreichen, ist es nötig, den Fühler 9 bei einer Drehung der Welle 5 nicht nur allein in der vertikalen Richtung zu verstellen, sondern auch um die Achse der horizontalen Welle 10 zu verdrehen. Diese Drehung wird erfindungsgemäss von der gleichen Führungsplatte 14 abgeleitet. Dazu ist ein zweiter Führungsstift 17 vorgesehen, der ungefähr um 90° gegenüber dem Fünrungsstift 15 versetzt ist.
Der Führungsstift 17 ist durch einen Arm 18 mit einer Zahnstange 19 verbunden. Auch die Zahnstange 19 ist axial verschiebbar in der Nabe 13 der zentralen Welle 5 geführt. Die Länge des Führungsstiftes 17 und des Armes 18 ist ebenfalls verstellbar.
Mit der Zahnstange 17 wirkt ein Stirnrad 20 zusammen, das frei um eine horizontale Welle 21 drehbar ist. Mit dem Zahnrad 20 ist ein Kegelrad 22 verbunden, das mit einem Kegelrad 23 zusammenwirkt, dessen Achse parallel zur Achse der zentralen Welle 5 verläuft. Das Kegelrad 22 ist über eine rohrförmige Verlängerung drehbar in einem Vorsprung 24 der Nabe 13 gelagert und ist mit einer axialen Stange 25 verbunden.
Die axiale Stange 25 ist in Vorsprüngen 26 und 27 des Folgeorgane s 7 gelagert.
Im Vorsprung 26 ist ein Kegelrad 28 über eine rohrförmige Verlängerung frei drehbar gelagert. Das Kegelrad 28 ist undrehbar mit der Stange 25 verbunden, kann jedoch in axialer Richtung auf der Stange verschoben werden. Das Kegelrad 28 wird mit
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einem Kegelrad 29 zusammen, das an der Welle 10 drehbar gelagert ist und mit dem Fühler 9 verbunden ist.
Wenn sich bei der in der Figur 1 dargestellten Stellung der Führungsstift 17 zum recliten unteren Ende der Führungsplatte 14 bewegt, wird sich die Zahnstange 19 nacn unten bewegen, wodurch die verschiedenen Zahnräder gedreht werden,und der Fühleraalter um die Achse der Welle 10 gedreht wird. Durch eine geeignete Wahl der verschiedenen Getriebe ist es möglich, den Fühierhalter während einer Umdrehung der zentralen Welle so zu verdrenen, dass der Windel zwischen dem Fühler und der Schweissnaht 3 im wesentlichen konstant bleibt.
Wenn die Vorrichtung bei einem anderen Rohrstutzen verwendet werden soll, der mit dem Deckel 1 des Gefässes einen anderen WinKel bildet, muss nur der Neigungswinkel der Führungsplatte 14 geändert werden. Der Neigungswinkel der Führungsplatte 14 braucht übrigens nicht genau gleich zu sein, wie der Neigungswinkel der Tangentialflache des Deckels 1. Durch das Vorhandensein der Arme 16 und 18 kann der Neigungswinkel der Führungsplatte 14 vom Neigungswinkel der tangentialen Fläche abweichen. Der erforderliche Neigungswinkel kann entweder auf einfache Weise bereicxinet oder durch Versuch festgestellt werden.
Alle Schweissnähte einer gegebenen Gefässkonstruktion können mit der gleichen Vorrichtung abgetastet werden, wobei es genügt, jeweils nur den Neigungswinkel der Führungsplatte zu anderen. Wenn ein Rohrstutzen untersucht werden muss, der einen grösseren oder kleineren Durchmesser aufweist, kann es nötig sein den Fünler 9 in radialer Richtung zu verstellen.
Bei besonders grossen Krümmungsradien eines zu untersuchenden Gefässdecxels oder Gefässbodens kann die Führungsplatte 14 im. allgemeinen e'oen sein. Wenn es sich jedoch um kleine Krümmungsradien Handelt, kann es vorteilhaft sein, auch die Führungsplatte 14 gekrümmt auszubilden.
Bei der Verwendung der erfinaungsgemässen Vorricntung wird die Scnweissnaht 3 in aufeinander folgenden Niveaux untersucht, die parallel zur Fläcne der Schwei&snairfc 3 verlaufen. Die gesamte Höhe, entlang welcaer der Fühler 9 *>ei der Untersuchung bewegt
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werden muss, ist dabei nicht grosser als die Höhe der Schweissnaht selbst. Bei der bekannten Vorrichtung muss der Fühler 9 vom höchsten Punkt der Schweissnaht nach der Figur 1 zum tiefsten Punkt der Schweissnaht, d.h. vom höchsten Punkt des links gezeichneten Querschnittes der Schweissnaht zum rechts gezeichneten tiefsten Punkt« Es ergibt sich, dass die Untersuchung mit der erfindungsgemässen Vorrichtung viel schneller stattfinden kann. Ausserdem ist die Reproduzierbarkeit viel besser, da eine geschlossene Aufzeichnung erhalten wird.
Die Konstruktion ist derart ausgeführt, dass mittels der axialen Stange 25 die Untersuchungsrichtung des Fühlers (9) schnell geändert werden kann in vier Hauptrichtungen, jede 90 zu einander.
Alle anderen Untersuchungsrichtungen sind mit denselben Mitteln auch einstellbar.
Die ganze beschriebene Vorrichtung ist in einem System aufgehängt, womit die Vorrichtung grob über die Mitte des Rohrstutzens positioniert werden kann. Dieses System enthält auch Mittel zum genau Positionieren der Untersuchungsvorrichtung.
Für die Kompensation der Ungenauigkeiten in der Zentrierung der ganzen Vorrichtung wird ein Hilfsfühler (nicht gezeigt) benutzt, welcher mechanisch mit Vorsprung 27 verbunden ist. Dieser Fühler misst kontinuierlich die Entfernung zwischen dem Ultraschallmesskopf und der Innenfläche des Rohrstutzens und erteilt zugleich Auskunft für die automatische Korrektion wenn die Vorrichtung nicht zentral angeordnet sein würde.
Diese sogenannte "Echostartvorrichtung" kompensiert auch die Ungenauigkeit welche auftreten würde bei Rohrstutzen deren Innenwand nicht zylindrisch sein würde.
Die Untersuchungsvorrichtung ist beabsichtigt zu wirken in einem mit Flüssigkeit gefüllten Rohrstutzen.
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ZUSAMMEEFASSTING
Vorrichtung zum Untersuchen von Schweissnahten zwischen einem Rohrstutzen und einer Wand, wobei ein Fühler eine Dreh- und eine Translationsbewegung in Hinsicht auf den Rohrstutzen durchführt, so dass der Fühler im wesentlichen parallel zur Fläche der Schweissnaht bewogen wird und der Winkel unter welchem die Schweissnaht abgetastet wird im wesentlichen gleich bleibt unabhängig vom Winkel zwischen Achse des Rohrstutzens und Wand.
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Claims (5)

  1. Ansprache
    < IJ Vorrichtung zum Untersucnen von Schweissnänten zv.iscnen einem. Ronrstutzen und einer Wand, vvelcae eine dreüfaar angetriebene zentrale Welle mit einem Fühler, z.B. einem UItrasenallfüiiier aufweist, der innemalb des "Rohr stutz ens gedrent und in axialer Richtung des Roarstutzens bewegt werden kann, dadurch gekennzeichne t, dass der Fühler (9) an einem Folgeorgan (7) befestigt ist, das undrehbar mit der Welle (5) verbunden ist, jedocn in axialer Richtung gegenüber der Welle (5) verschiebbar ist, dass ein Mechanismus (14) vorgesehen ist, welcher eine Translationsbewegung des Fühlers (9) während einer Umdrenung der Welle bewirkt, derart, dass sich der Fühler (9) im wesentlichen parallel zur Fläcne der Schweissnaht (3) bewegt, und dass ein Mechanismus (17,19,20; 25,28,29) vorgeseaen ist, welcher den Fühler (9) wänrend der Drenung und der Translationsbewegung derart verstellt, dass der Winkel, unter welchem die Schweissnaht (3) abgetastet wird, im wesentlichen gleich bleibt.
  2. 2. Torrichtung nach Ansprucn 1, dadurch gekenn-
    z eichnet, dass das Folgeorgan aie Form eines die zentrale Welle (5) umschliessenden Ronres (7) hat, welches mit einem Ende mit einer axial beweglichen Stange (11) verounden ist, die in einer Nabe (13) der zentralen Welle (5) gefünrt ist, wobei die Stange (11) an ihrem anderen Ende mit einem Führungsstift (15) bzw. einer Führungsrolle versehen ist, welche bei einer Drenung der Welle (5) entlang einer fest eingestellten Führungsplatte (14) beweglicn sind, deren Einstellwinkel vom Winxel zwischen dem Rohrstutzen (2) und der Wand (1) abhängig ist, während ein zweiter Führungsstift (17) bzw. eine zweite Führungsrolle mit der Führungsplatte (14) zusammenwirkt und über eine Uebertragungsvorrichtung (19,20,25Ii 28,29) auf den Fühler (9) einwirkt, derart, dass der Fühler (9) während einer Umdrenung der zentralen Welle (5) um eine Achse geschwenkt wird, die senkrecht zur Achse der zentralen Welle steht.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeicnnet, dass die Uebertragungsvorrichtung eine mit dem Führungsstift (17) bzw» der. Fünrungsrolle verbundene axial
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    2002105
    verlaufende Zarinstange (19) aufweist, die in der Nabe (13) der zentralen Weile (5) geführt ist, mit welcher Zahnstange (19) ein frei drehbares Zahnrad (20) zusammenwirkt, dessen senkrecnt zur zentralen Weile stehende Acnse in einer Nabe (13) der zentralen Welle (5) gelagert ist, welches Zahnrad (20) eine parallel zur zentralen Welle (5) verlaufende Welle (25) antreibt, die über ein Zahnradgetriebe (28,29) mit dem Fühler (9) verbunden ist und zu dessen Scnwenkung um eine senkrecht zur zentralen Welle stehende Achse dient.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekenn ζ eichnet, dass beide Führungsstifte (15>17) bzw. Führungsrollen in Umfangsrxchtung unter einem Winkel von ungefähr 90° zueinander stehen.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch '4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstifte (15»17) bzw. Führungsrollen auf radialen Querarmen (16,18) befestigt sind, deren Länge einsteilbar ist, während gleichzeitig die Höhe der Fünrungsstifte (15»17) bzw. Fünrungsrollen einstellbar ist.
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