DE3018092A1 - Einrichtung zur ueberpruefung von ultraschallpruefgeraeten - Google Patents

Description

• Einrichtun zur Überprüfung von Ultraschallrüfgeräten
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur raschen Uberprüfung von Empfindlichkeit, Genauigkeit und Justierung von Ultraschallprüfgeräten, die aus Sender, Empfänger und Anzeigevorrichtung aufgebaut sind. Im Zuge der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung kommt der Ultraschallprüftechnik immer größere Bedeutung zu. Dies gilt nicht nur für die Abnahme von Maschinen- und Apparateteilen, sondern vielmehr auch für die UberprUfung nach längerer Betriebszeit derselben, was unter anderem insbesondere bei Apparaten der Kernreaktortechnik, wie z.B.
• Reaktordruckgefäßen, notwendig ist. Man spricht dort von sogenannten Wiederholungsprüfungen. Ebenfalls in der Kernreaktortechnik üblich sind sogenannte Dreifach prüfungen im Rahmen der Fertigung von Komponenten. Die Dreifachprüfung besteht darin, daß Hersteller, Systemlieferant und Gutachter unabhängig voneinander und zu verschiedenen Zeiten die gleichen Objekte einer Ultraschallprüfung unterziehen. Gerade die Vergleichbarkeit solcher Mehrfachprüfungen ist nur dann gegeben, bzw.
• die Wiederholungsprüfung vermittelt nur dann verläßliche Werte, wenn das Ultraschallgerät selbst eine konstante Güte aufweist. Es gibt zwar nach DIN 54120 und 54122 genormte Kontrollkörper für diese Technik, diese können jedoch nur zur Justierung des Laufweges der Schallimpulse bei den einzelnen Meßaufgaben verwendet werden. Für eine reproduzierbare Geräteilberprüfung sind sie nicht geeignet.
• Es stellte sich daher die Aufgabe, fifr diese Zwecke eine möglichst transportable Einrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe es auch auf Baustellen bzw. ganz allgemein während der Arbeit mit den Ultraschallprüfgeräten möglich ist, den Zustand dieser Geräte rasch zu überprüfen und diese evtl. nachzujustieren, damit die ermittelten Ultraschallmeßwerte untereinander vergleichbar bleiben, so daß aus diesen verläßliche Rückschlüsse auf den Zustand der Prüfobjekte gezogen werden können.
• Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in einer Einrichtung aus einem ganau kalibrierten Prüfling, Referenzlänge genannt, mit dem wenigstens eine UltraschallprUfsonde starr und mit konstantem Anpreßdruck sowie unveränderlicher Koppelschicht verbunden und an das Ultraschallprüfgerät anschließbar ist. Dies bedeutet, daß die erfindungsgemäße Einrichtung mechanisch unveränderlich ist und mit Ultraschallprüfsonden versehen ist, deren Lage und Ankopplung ebenfalls konstant gehalten ist.
• Das Prinzip der Ultraschallprüfung besteht darin, daß das Prüfgerät, das aus einem Sender, einem Empfänger und einer Anzeigevorrichtung aufgebaut ist, elektrische Hochfrequenzsignale über ein Kabel an eine Prüfsonde weitergibt, in der ein piezoelektrischer Keramikkörper zu mechanischen Schwingungen angeregt wird. Diese Schwingungen werden über ein Koppelmittel, wie z.3. Öl, Fett, Wasser usw., in das Prüfobjekt übertragen. Das erzeugte Schallfeld hängt dabei ab von der speziellen Kombination der Schwingergröße, des Schwingermaterials und der Schwingerdicke, vom Ankoppelmittel, vom Anpreßdruck der Prüfsonde auf dem Prüfobjekt, vom Koppelmittelspalt zwischen der Prüfsonde und dem Prüfobjekt. Es ist klar, daß es bei dieser Vielzahl von Betriebsbedingungen nicht möglich ist, verläßliche Aussagen über die Güte des Prüfgerätes allein aufzustellen. Dies ist auch nicht mit den einleitend genannten in den DIN-Vorschriften beschriebenen Kontrollkörpern möglich.
• Durch den speziellen Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung aber sind stets konstante Betriebsbedingungen für die Ausbildung des Schallfeldes gegeben, so daß unterschiedlich angezeigte Werte am Ultraschallprüfgerät bei Verwendung dieser Einrichtung nur vom Ultraschallgerät oder der elektrischen Zuleitung zur erfindungsgemäßen Einrichtung herkommen können und damit die Möglichkeit zu einer Nachjustierung gegeben ist.
• In den Fig. 1 bis 3 sind Möglichkeiten zur praktischen Durchführung derartiger Einrichtungen schematisch dargestellt. Funktionsmäßig einander entsprechende Bauteile sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• Nach Fig. 1 besteht der Prüfling aus einem massiven Metallblock B, der beispielsweise nach den Vorschriften der bereits erwähnten DIN-Normen hergestellt ist. Er ist abgestuft, wobei die Höhen der Stufen mit L1, L2 und L3 bezeichnet sind. Dies sind die starren Referenzlängen, die der aus den Ultraschallprüfköpfen US1, 2 und 3 erzeugte Schall durchlaufen muß. Diese Referenzlängen L1, L2 und L3 sind sehr genau kalibriert, die Oberflächen für die Ankopplung der Ultraschallprüf sonden sowie die Bodenflächen prselben zur Reflexion der Ultraschallwellen sind feinst bearbeitet, also z.B. geschliffen oder geläppt. In diesem Beispiel sind Ultraschallmeßköpfe US1, US2, US3, die jeweils auf eine bestimmte Meßfrequenz abgestimmt sind, jeweils einer Referenzlänge L1, L2 bzw.
• L3 zugeordnet.
• In Fig. 2 ist die Befestigung einer Ultraschallsonde U51 über einer Referenzlänge L schematisch dargestellt.
• Zwischen der Ultraschallsonde US1 und der Referenzlänge befindet sich ein Koppelmedium H, beispielsweise ein Kunstharzkleber, zusätzlich ist die Meßsonde noch über Schrauben mit der Referenzlänge L verbunden, so daß auf diese Weise auch ein stets gleichbleibender Anpreßdruck sichergestellt wird. Am Anschluß A der Prüfsonde wird das zum Prüfgerät führende Kabel eingesteckt. Um Erschütterungen von außen von dieser Einrichtung abzuhalten, wird diese federnd z.B. auf Gummipuffer G gelagert. Diese in Fig. 1 dargestellte Einrichtung gestattet das UltraschallprUfgerät in verschiedenen Laufwegbereichen, die an diesem eingestellt werden können, für unterschiedliche Frequenzen und Signalhöhen zu kontrollieren, wobei die Schallgeschwindigkeit im Prüfling B durch dessen DIN-gerechte Herstellung innerhalb der dort vorgeschriebenen Toleranzgrenzen konstant gehalten ist.
• Absolute Schwankungen in der Echohöhenbewertung sind dabei weniger von Interesse, als die Änderung zueinander bei unterschiedlichen Referenzlängen und unterschiedlichen Ultraschallprüfsonden.
• Das Ultraschallprüfverfahren beruht, wie bereits erwähnt, auf dem Echoprinzip, so daß auch reflektierte Schallwellen aus anderen Begrenzungsflächen als der der US-Prüfsonde direkt gegenüberliegenden, allerdings mit sehr stark verringerter Intensität, registriert werden. Wenn diese Möglichkeit ausgeschaltet werden soll, was zur Erreichung einer sicheren Justiergenauigkeit des Schallweges wUnschenswert ist, wird entsprechend Fig. 3 eine Referenzlänge vorgeschlagen, die aus einem konusförmigen Körper mit der Achslänge L besteht und dessen Mantelfläche einen Winkel von beispielsweise 450 gegenüber der Grund- fläche K1 einschließt. Die Ultraschallpruf sonde US ist, ähnlich wie in Fig. 2 dargestellt, starr mit der oberen Fläche K2 des Körpers K verbunden. Durch die verschiedenen gestrichelten Linien sind in diesem Beispiel die Schallwege aus der Ultraschallprüfsonde eingezeichnet, die etwas von der normalen senkrechten Einstrahlrichtung entsprechend dem Öffnungswinkel eines jeden US-PrUfkopfes abweichen. Durch die ständigen Reflektionen an den Seitenwänden und der Grundwand trifft dieser Schallstrahl mit sehr großer Verspätung, d.h. nach Zurücklegung eines sehr langen Weges wieder als Echo bei der US-Prüf sonde ein. Dieser Weg ist aber so lang, daß er nicht mehr in den Anzeigebereich der Prüfeinrichtung bei Abbildung einer Mehrfachechofolge fällt. Auf dieser erscheinen daher lediglich Echos, die genau der Referenzlänge L oder einer ganzzahligen vielfachen derselben entsprechen. Der Abbildungsmaßstab für die Laufwegjustierung sollte mindestens um einen Faktor 2-3 größer als die Referenzlänge gewählt werden.
• Die Anzahl der Mehrfachechos, die aus der Referenzlänge resultieren, sollen dabei jedoch zweckmäßigerweise an die geometrischen Abmessungen der zu überprüfenden Apparate und der daraus abgeleiteten Schallwege angepaßt werden.
• Im Hinblick auf die zur Anwendung kommenden MeBfrequenzen sei lediglich erwähnt, daß diese normalerweise im Bereich zwischen 0,5 und 12 NHz liegen. Die erfindungsgemäße Einrichtung nach Fig. 1 ist nur für die drei am häufigsten verwendeten Meßfrequenzen vorgesehen, selbstverständlich könnten auch noch weitere Prüfsonden entsprechend anderer Frequenzen vorgesehen werden. Desgleichen ist auch eine andere Anordnung der Referenzlänge L, also z.B. eine höhere Stufenzahl, möglich.
• Da jedoch diese Referenzlängen für die Verwendung auf Baustellen usw. vorgesehen sind, wird man diese möglichst klein und damit leicht halten und hinsichtlich der Prüfmöglichkeiten auf die für die jeweiligen Einzelfälle sowie die verwendeten Prüfgeräte notwendigen Frequenzen und Dimensionen beschränken. Allen derartigen Einrichtungen ist die starre Verbindung zwischen Ultraschallprüfsonde und Referenzlänge gemeinsam, welche neben der Prüfkopffunktion und dem Referenzlängenmaterial auch hinsichtlich Koppelschicht und Anpreßdruck bei der Gerätekalibrierung konstante Bedingungen liefert.
• 3 Figuren 5 Patentansprüche Leerseite

Claims (5)

1. Patentansprüche Einrichtung zur raschen Überprüfung von Empfindlicheit, Genauigkeit und Justierung von UltraschallprUfgeräten, die aus Sender, Empfänger und Anzeigevorrichtung aufgebaut sind, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß sie aus einem genau kalibrierten Prüfling (B), Referenzlänge genannt, besteht, mit dem wenigstens eine Ultraschallprüfsonde (US) starr und mit konstantem Anpreßdruck sowie unveränderlicher Koppelschicht (H) verbunden und an das Ultraschallprüfgerät anschließbar ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Referenzlänge aus einem mehrstufig ausgebildeten Metallblock (B) besteht, dessen einzelne Stufen (L) mit wenigstens einer Ultraschallprüfsonde (US) bestückt sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß jede Stufe mit mehreren Ultraschallprüfsonden (US) für jeweils unterschiedlich genormte Meßfrequenzen bestückt ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Referenzlänge aus einem Kegelstumpf (K) besteht, auf dessen oberer Abschnittsfläche (K2) eine UltraschallprUfsonde (US) starr befestigt ist.
5. 5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 - 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die kalibrierten Referenzlängen federnd, vorzugsweise über Gummipuffer (G) gelagert sind.