DE3129498A1

DE3129498A1 - Ultraschallpruefkopf fuer die handpruefung von rohren und stangen

Info

Publication number: DE3129498A1
Application number: DE19813129498
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. 5050 Bergisch-Gladbach Grabendörfer
Original assignee: Krautkraemer GmbH and Co; Krautkraemer GmbH
Current assignee: Krautkraemer GmbH
Priority date: 1981-07-27
Filing date: 1981-07-27
Publication date: 1983-02-17
Also published as: GB2106247B; FR2510261A1; JPS5819558A; DE3129498C2; FR2510261B1; GB2106247A

Description

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Krautkrämer GmbH 24. Juli 1981

Luxemburger Str. 449 ' P/bdl

5ooo Köln 41 K-153

ULTRASCHALLPRÜFKOPF FÜR DIE HANDPRÜFUNG VON ROHREN UND STANGEN.

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallprüfkopf für die Handprüfung von Rohren und Stangen, in dessen Prüfkopfgehäuse zwei voneinander getrennte Schwinger angeordnet sind, wobei die beiden Schwinger in dein zu untersuchenden Prüfstück zwei entgegengesetzt gerichtete, in Form eines eingeschriebenen Polygonzuges zickzack-förmige Ultraschallwellen erzeugen, und wobei die Zentralstrahlen der von den beiden Schwingern ausgehenden Schallbündel unter den gleichen aber entgegengesetzt gerichteten Einfallswinkeln auf die Oberfläche der Prüfkopfsohle auftreffen.

Derartige Prüfköpfe sind beispielsweise aus J. und H. Krautkrämer, Werkstoffprüfung mit Ultraschall, 3. Auflage, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1975, S. 444 f bekannt. Der Vorteil derartiger , Transversalwellen erzeugender Rohrprüfköpfe besteht darin, daß ein Kontrollecho zur kontinuierlichen Überwachung der Ankopplung zustande kommt. Nachteilig hingegen ist bei diesem Prüfkopf, daß - um gleiche Schallgeometrie in Rohren unterschiedlicher Durchmesser und Wanddicken zu erhalten - jeweils für eine bestimmte Kombination von Durchmesser und Wanddicke ein Rohrprüfkopf mit spezieller Neigung der beiden Schwinger hergestellt werden muß. Aus dem o.e. Buch von J.u.H. Krautkrämer ist ebenfalls auf S. 447 ein Prüfkopf offenbart, in der zwei Winkelköpfe mit gleichem Einfallswinkel mechanisch so zusammengefaßt sind, daß sie entgegengesetzt gerichtete Transversalwellen erzeugen und sich gleichzeitig an die Rohroberfläche anpassen können. Nachteilig bei diesen Prüfkopfanordnungen ist die große nicht erfaßte Zone (in Umfangsrichtung der Rohre) zwischen den beiden Prüfköpfen sowie die Unhandlichkeit und Größe der Prüfkopfhalterung.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ultraschallprüfkopf der eingangs erwähnten Art anzugeben, der in einem kompakten und leicht handhabbaren Gehäuse ohne Halterungsmechanik untergebracht werden kann, bei dem während der Messung ein Kontrollecho zur kontinuierlichen Überwachung der Ankopplung zustande kommt und dessen Schallbündel bei konstanter Neigung der Schwinger auch bei unterschiedlichen Prüfstückdurchmessern den gleichen Einschallwinkel in den Prüfstücken besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 gelöst. Die weiteren Unteransprüche betreffen

besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

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

Es zeigt:

Fig.1 einen Rohrprüfkopf wie er Stand der Technik ist;

Fig.2 die Vorderansicht eines Prüfkopfes gemäß der Erfindung;

Fig.3 die Draufsicht des Prüfkopfes nach Fig.2;

Fig.4 eine perspektivische Ansicht der in Fig.1 verwendeten Prüfkopfträger mit Schwingern in Explosionsdarstellung;

Fig.5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Prüfkopfträger mit Schwingern.

In Fig.1 ist ein Rohrprüfkopf 1 mit" den Schwingern 2 und 3 bekannter Bauweise wiedergegeben. Die Schwinger 2 und 3 erzeugen in dem Rohr 4 zwei entgegengesetzt gerichtete Zickzack-Schallstrahlen 5 und 6. Wie aus dem ebenfalls dargestellten Schirmbild zu entnehmen ist, wird auf dem Bildschirm des Ultraschallgerätes außer dem Sendeimpuls 7 ein Kontrollecho.8 dargestellt, zu dem symmetrisch die von dem Fehler 9 stammenden Echos 1o und 11 liegen. Das Kontroll- oder Uralaufecho 8

übernimmt hier die Aufgabe, die beim Arbeiten mit Normalprüfköpfen das Rückwandecho erfüllt. Man kann daran auch bei Abwesenheit von Fehlerechos sofort erkennen, daß Gerät und Ankopplung in Ordnung sind.

Fig.2 zeigt die Vorderansicht eines Prüfkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung. Dabei ist mit 12 das Prüfkopfgehäuse, mit 13.der Schwingerträger des Schwingers 14 und mit 15 der Schwingerträger des Schwingers bezeichnet. Die Schwingerträger 13 und 15 können beispielsweise aus Plexiglas gefertigt sein. Die Oberfläche der Prüfkopfsohle 17 ist der

Krümmung des Rohres 4 angepaßt. Wie aus Fig.3 entnehmbar ist, sind die Schwinger 14 und 16 in Richtung der Rohrachse 4o hintereinander angeordnet. Die Schallaustrittspunkte 18 und 19 (vgl. auch Fig.4) aus der Oberfläche der Prüfkopfsohle 17 liegen hintereinander auf einer gemeinsamen, zur Rohrachse 4o parallelen Geraden 2o und zwar bei gekrümmten, an die Rohroberfläche angepaßten Prüfkopfsohlen auf der jeweiligen Scheitelpunktgeraden. Die Einfallswinkel 21, 22 der Zentralstrahlen der Schallbündel besitzen bis auf das Vorzeichen den gleichen Wert, z.B. 36°. Diese Winkel ändern sich nicht, wenn der Prüfkopf auf anderen Rohrdurchmessern eingesetzt wird. Die Einfallswinkel der Zentralstrahlen bleiben auch dann erhalten, wenn die Prüfkopfsohle 17 entsprechend den Vorschriften des Herstellers zur Verbesserung der Ankopplungsverhältnisse durch Einschleifen auf größere Rohrdurchmesser angepaßt wird, so daß auch die sich in dem Prüfstück 4 ergebenden Einschallwinkel 211 und 221 konstant bleiben.

Der bei Draufsicht auf den Prüfkopf sich ergebende Abstand a der Innenkanten141 und 161, die Schwingerabmessungen und die Länge der Vorlaufstrecken 142 und 162 (Fig.2) der Schwinger 14 und 16 sowie die Einfallswinkel 21 und 22 der Zentralstrahlen der Schallbündel sind so zu wählen, daß aufgrund der Divergenz der in das Prüfstück 4 gelangenden Schallstrahlen bei Erregung des Schwingers 14 mit dem Schwinger 16 noch das Kontrollecho (vgl. Fig.1) gemessen werden kann. Die gleiche Bedingung soll auch gelten in Bezug auf die Erregung des Schwingers 16 und des Empfangs mit dem Schwinger 14.

Es hat sich gezeigt, daß der Abstand a der Innenkanten 141 und 161 der Schwinger 14 und 16 etwa zwischen zwei bis fünf mm liegen sollte. Die Vorlaufstrecken 142 und 162 der Schwinger 14 und 16 (Abstand zwischen den Schwingern und den Schallaustrittspunkten 18 und 19) sollte etwa gleich der Nahfeldlänge der Schwinger sein, um die in dem Prüfkopf durch Reflektion an der Prüfsohle 17 entstehenden Störechos gering zu halten.

In einem. Ausführungsbeispiel wurden - Schwinger 14, 16 verwendet, die Ultra-

2 schallwellen einer Frequenz von 2 MHz mit quadratischer Fläche von 225 mm benutzten. Als Schwingerträger 13, 15 wurde Plexiglas verwendet. Die Vorlaufstrecke betrug daher etwa 56 mm (in dem Prüfkopf selbst.werden Longitudenalwellen angeregt). Die Einfallswinkel 21, 22 wurden so gewählt, daß die Einschallwinkel 211, 221 bezogen auf Stahl in einem Fall 37° und in einem zweiten Fall 45° betrugen. Der Durchmesserbereich der verwendeten Rohre zwischen lag zwischen 1oo und 4oo mm. Bei allen Rohren ergab sich das gewünschte Kontrollecho 8 mit ausreichender Amplitude (vgl. Fig.1). · . -

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden, wie in.Fig.4 dargestellt, die Schwinger 14 und 16 .auf einem einzigen Träger 24 angeordnet. Es können aber auch - wie in Fig.5 in einer perspektivisch als Explosionsdarstellung wiedergegebenen Zeichnung angedeutet - zwei handelsübliche Winkelprüfköpfe verwendet werden.

Mit den vorstehend beschriebenen Prüfköpfen können vorteilhafterweise Rohre bis zu Außendurchmessern von ca. 4oo mm gemessen werden. Bei Rohren mit einem größeren Außendurchmesser ergibt sich aufgrund der Schallschwächung auf den großen Schal!umlaufwegen und der ReflexionsverLüste kein Umlaufecho mehr.

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Claims

Krautkrämer GmbH 24. Juli 1981

Luxemburger Str. 449 P/bdl

5ooo Köln 41 ' K-153

Patentansprüche

( 1.) Ultraschallprüfkopf für die Handprüfung von Rohren und Stangen, in dessen Prüfkopfgehäuse zwei voneinander getrennte Schwinger angeordnet sind, wobei die beiden Schwinger in dem.zu untersuchenden Prüfstück zwei entgegengesetzt gerichtete in Form von eingeschriebenen Polygonzügen zickzack-förmige Ultraschallwellen erzeugen, und wobei die Zentralstrahlen der von den beiden Schwingern ausgehenden Schallbündel unter den gleichen aber entgegengesetzt gerichteten Einfallswinkel auf die Oberfläche der Prüfkopfsohle auftreffen,

gekennzeichnet durch die Merkmale

- die Schwinger (14,16) sind in dem Prüfkopfgehäuse (12) in zwei unterschiedlichen Ebenen senkrecht zur Prüfstückachse (4o) angeordnet;

- die Schallaustrittspunkte (18, 19) der Zentralstrahlen aus der Oberfläche der Prüfkopfsohle (17) liegen auf einer gemeinsamen, zur Prüfstückachse (4o) parallelen Geraden (Zo);

- der bei Draufsicht auf den Prüfkopf sich ergebende Abstand, a, der Innenkanten (141, 161) der Schwinger (14, 16), die Schwingerabmessungen, die Längen der Vorlaufstrecken (142, 162) der Schwinger (14, 16) und die Einfallwinkel. (21,22) der Zentralstrahlen der Schallbündel sind so gewählt, daß aufgrund der Divergenz der in das Prüfstück (4) gelangenden Schallstrahlen bei Erregung des ersten Schwingers (14) ein Umlaufecho im zweiten Schwinger (16) gemessen werden kann, und daß bei Erregung des zweiten Schwingers (16) ein Umlaufecho mit dem ersten Schwinger (14) gemessen werden kann.
2. Ultraschallprüfkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bei Draufsicht auf den Prüfkopf sich ergebende Abstand, a, der Innenkanten (141, 161) der Schwinger (14, 16) zwischen 2 und 5 Bm liegt.
3. Ultraschallprüfkopf nach Anspruch 1 oder· 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorlauf strecke (142, 162) der Schwinger (14, 16) etwa gleich der Nahfeldlänge der Schwinger (14, 16) ist. ■ -
4. Ultraschallprüfkopf nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennz'e ichnet, daß die Schwinger (14, 16) Ultraschallwellen mit einer Frequenz von 2 MHz erzeugen und eine quadratische Fläche

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von 225 mm aufweisen und daß der Einfallswinkel (21, 22) der Zentralstrahlen derart gewählt ist, daß der Einschallwinkel (211, 221) in einem Prüfstück aus Stahl 37° oder 45° beträgt.
5. Ultraschallprüfkopf nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinger (14, 16) auf einem Träger (24) angeordnet sind, und daß der Träger aus Plexiglas besteht.
6. Ultraschallprüfkopf nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf aus zwei hintereinander angeordneten handelsüblichen Winkelprüfköpfen zusammengesetzt ist.
7. Ultraschallprüfkopf nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Prüfkopfsohle (17) der Oberflächenkrümmung des Prüfstückes (4) angepaßt ist, und daß die Gerade (2o), auf der die Schallaustrittspunkte (18, 19) liegen, die Scheitelpunktgerade darstellt.