DE2920142A1

DE2920142A1 - Ultraschall-pruefanlage fuer die rohr- und stangenpruefung

Info

Publication number: DE2920142A1
Application number: DE19792920142
Authority: DE
Inventors: Reinhard Ing Grad Prause; Udo Schlengermann
Original assignee: Krautkraemer GmbH
Current assignee: Krautkraemer GmbH
Priority date: 1979-05-18
Filing date: 1979-05-18
Publication date: 1980-11-20
Also published as: SE8003498L; GB2050606B; US4289033A; FR2456952A1; DE2920142C2; GB2050606A; JPS55162056A

Description

Krautkrämer GmbH "3* 15. Mai 1979

Luxemburger Str. 449 P/bdl

5ooo Köln 41 . K-129

ULTRASCHALL-PRÜFANLAGE FÜR DIE ROHR- UND STANGENPRÜFUNG

Die Erfindung betrifft eine US-Prüfanlage zur Ermittlung von Fehlern in Rohren und Stangen, wobei die Ultraschallwellen schräg in das Prüfstück eingeschallt werden und wobei zur Justierung der Prüfköpfe diese verschiebbar entlang /jeweils einer Geraden angeordnet sind. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Messung von Fehlern mit Hilfe derartiger Anlagen.

Bei allen Prüfstücken, die durch Schrägeinschallung von Ultraschallwellen geprüft werden, besonders aber bei der Prüfung von Rohren und Stangen, ist die Einhaltung bestimmter Einschallwinkel und Abstände zwischen Prüfköpfen und Werkstück sehr wichtig, damit die Prüfung zuverlässige Ergebnisse bringt (vgl. Lumb u.a. "Ultrasonic inspection of seamless drill casing and linepipe", Materials Evaluation 36 (1978) Nr. 1o, S. 57-68; 71). Diese Parameter müssen nämlich in Abhängigkeit von Rohr- bzw. Stangendurchmesser und der Wanddicke geändert werden. Besonders bei Prüfanlagen, bei denen mehrere Prüfköpfe eingestellt werden, führt dieses zu aufwendigen Einstellvorrichtungen.

Bei bestehenden Anlagen (vgl. Krautkrämer J.u.H., "Werkstoffprüfung mit Ultraschall», 3. Aufl., 1975; S. 45o ff) wurde deshalb teilweise auf die Verstellbarkeit des Winkels verzichtet (die Einstellung erfolgt über die Rohrkrümmung), was aber mit Nachteilen beim Prüfen verbunden ist, weil

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die Vorlaufstrecke bei Rohren mit unterschiedlichen Durchmesser unterschiedlich ist. Verstellvorrichtungen für beide Parameter, wo Winkel und Abstand unabhängig voneinander verstellt werden können, erfordern lange Einstellzeiten und einen großen mechanischen Aufwand.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine US-Anlage der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit der sowohl eine einfache als auch genaue Prüfkopfjustierung möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung beruht also auf dem Gedanken·, daß die in Abhängigkeit von Rohrdurchmesser und Wanddicke notwendigen Positionen der Prüfköpfe auf einer Geraden liegen, die eine bestimmte Neigung gegenüber der senkrechten im Prüfstückquerschnitt liegenden Achse (y-Achse) hat und einen bestimmten Abstand von der Achse des Prüfstücks besitzt. Verschiebt man den Prüfkopf auf einer solchen Geraden, so lassen sich alle für verschiedenen Rohr- und Stangenabmessungen notwendigen Kombinationen von Einschallwinkel und Abstand allein durch diese Verschiebung erreichen. Eine Neujustierung etwa im Zusammenhang mit einem Rohrwechsel unterschiedlicher Durchmesser ist mit der erfindungsgemäßen Anlage wesentlich schneller und genauer möglich als bei den bekannten Anlagen.

Außerdem ist eine Automatisierung der Prüfkopfjustierung mit der neuen Anlage außerordentlich einfach durchzuführen, weil lediglich eine lineare Verstellbewegung erforderlich ist. Durch diese Linearverstellung läßt sich außerdem relativ einfach eine mechanische Kopplung von mehreren Prüfköpfen zu einer Zentralverstellungseinheit durchführen.

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Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden, anhand von Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Es zeigt

Fig.1 schematisch eine erfindungsgemäße US-Rohrprüfanlage;

Fig.2 eine US-Stangenprüfanlage; und

Fig.3 schematisch eine Anlage mit Zentralverstellung der Prüfköpfe.

In Fig.1 ist mit 1 ein auf Fehler zu prüfendes Rohr mit dem Durchmesser D und der Wanddicke s bezeichnet. Der mit P gekennzeichnete US-Prüfkopf (der um das Rohr 1 rotiert) ist entlang der Geraden A verschiebbar angeordnet. Die entsprechenden US-Wellen treffen nach Durchlaufen, beispielsweise einer Wasservorlaufstrecke der Länge S„, unter dem Einfallswinkel o< auf das Rohr 2 und durchlaufen unter dem Einschallwinkel β die Rohrwand (im folgenden werden stets Transversalwellen betrachtet).

Der Winkel (o , unter dem die Gerade A die y-Achse schneidet, ergibt sich aus dem für ein maximal vorgegebenes Wanddickendurchmesserverhältnis s/D berechneten Einschallwinkel. s/D sollte allerdings stets kleiner als 0,2 sein, weil sonst Longitudinalwellen die Messungen verfälschen.

Angenommen, es sollen Stahlrohre mit einem maximalen Wand-

dickendurchmesserverhältnis ττ = 0,151 geprüft werden. Dann folgt aus sin ρ = sin 2 (1 - 2S/D) (vgl. Fig.1) mit _max = 90° für S _mav = 44° . Wählt man β = 40°.um sicher zu sein, daß noch eine Reflektion an der Rohrinnenwand erfolgt, so ergibt sich für den Einfallswinkel ©< = 18,5° aus der Beziehung:

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siny< = _^i
sin β c₂

wobei C₁ die Schallgeschwindigkeit des Koppelmediums (hier Wasser) und c_? diejenige im Prüfstück bedeutet. Da ferner aus geometrischen Überlegungen folgt:

tan £o °* sin oC
kann im Rahmen der Meßgenauigkeit für kleine Winkel

ω ο* oC

gesetzt werden. Die Gerade A sollte folglich in diesem Fall eine Neigung von etwa 18,5° besitzen.

Bei einer maximal vorkommenden Wanddicke von 3__„ = 5 mm

max

ergibt sich eine Vorlaufstrecke von S„ >> 6 mm.

Fig.2 gibt die entsprechenden Verhältnisse bei Stangen 2 wieder. Im Prinzip gelten die gleichen Überlegungen wie bei Rohren. Da allerdings keine Reflektion an einer Innenwand auftritt, ist man hinsichtlich der Wahl des Einschallwinkels fl und damit auch der Neigungen ' der Geraden A¹ relativ frei. Sollen weder Longitudinalwellen noch Oberflächenwellen bei der Messung eine Rolle spielen, so muß β zwischen 35° und liegen. Die an der Oberfläche auftretenden Risse F werden aufgrund der Drehung der Prüfköpfe P' um das Prüfstück dann praktisch alle erfaßt.

Fig.3 zeigt schematisch eine Anlage mit Zentralverstellung der Prüfköpfe P₁ bis P,. Die Halterungen H. bis H, werden zusammen mit diesen Prüfköpfen und mit Hilfe der Zentralverstelleinheit 3 entlang der Geraden A₁ bis A, bewegt.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Längsfehler-Prüfung beschränkt, sondern kann entsprechend auch bei der US-Prüfung von Rohren und Stangen auf Querfehler verwendet werden. Die Gerade A liegt in diesem Fall in der y-z-Ebene wobei ζ die Richtung der Rohrachse bedeutet.

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Leerseite

Claims

Krautkrämer GmbH 15. Mai 1979

Luxemburger Str. 449 P/bdl

5ooo Köln 41 K-129

Patentansprüche

' 1 Λ US-Prüfanlage zur Ermittlung von Fehlern in Rohren und V—/Stangen, wobei die Ultraschallwellen schräg in das Prüfstück eingeschallt werden und wobei zur Justierung der Prüfköpfe diese verschiebbar entlang jeweils einer Geraden angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Gerade (A, A') mit der senkrechten, im Prüfstückquerschnitt liegenden Achse (y-Achse) einen Winkel, 64 , bildet, der bei der Messung an Rohren demjenigen Einfallswinkel, ·<. , entspricht, welcher sich aus dem für ein maximal vorgegebenes Wanddickendurchmesserverhältnis (s/D) ermittelten Ein-

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schallwinkel, Q , ergibt; und der bei der Messung an Stangen den sich aus Einschallwinkeln β 3. 35° ergebenden Einfallswinkeln winkeln, ©< , entspricht; und daß der Schnittpunkt der Geraden (A, A') mit der y-Achse so gewählt ist, daß die Laufzeit der US-Wellen in der Vorlaufstrecke (S^) größer ist als die maximal vorkommende Laufzeit der US-Wellen in den Prüfstücken (1, 2).

2. US-Prüfanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei Stangenprüfungen ß< 55° ist.

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3. US-Prüfanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß bei der Prüfung an Stahlrohren für ein maximales s/D von 0,151 und bei Verwendung einer Wasservorlaufstrecke, S^, der Winkel O) = 17° ist.

A. US-Prüfanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß bei der Rohrprüfung das maximale Wanddickendurchmesserverhältnis (a/D) 4. 0,2 gewählt

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wird.

5. US-Prüfanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß mehrere Prüfköpfe (P., P₂, P_, P^) mechanisch miteinander gekoppelt sind und gemeinsam über eine Zentralverstellung justiert werden.

6. Verfahren zur Justierung von Prüfköpfen einer US-Anlage nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Prüfkopf (P, P¹) solange auf der Geraden (A, A¹) verschoben wird, bis sich die für die Justierung typische Anzeige ergibt.

7. Verwendung der US-Prüfanlage nach Anspruch 1 bis 5 zum Auffinden von Längs- oder Querfehlern mit um das Prüfstück rotierenden Prüfköpfen (P, P¹).

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