DE3236017C2 - Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen eines Werkstückes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rundumabtastung eines Werkstoffehlers mittels getaktetem Array bei hochfrequenter Signalverarbeitung zur Ermittlung von Fehlern in Werkstoffen mittels Ultraschall, wobei a) ein Array-Prüfkopf in verschiedenen Positionen getaktet wird, b) die Laufzeit gemessen wird, c) unter Berücksichtigung der speziellen Schallgeschwindigkeit, d) die Amplituden der Signale gemessen werden, e) aus diesen Signalen die Intensität ermittelt und die Intensitätsverteilung z. B. auf einem Bildschirm wiedergegeben wird. Mit Hilfe des Verfahrens ist es möglich, die Ränder von voluminösen oder rißartigen Fehlern zu beschreiben.

Description

die von jedem Reflexionsort im Fehlererwrrtungsbereich in die jeweiligen Empfangsorte der Ultraschallwandleranordnung bei den ver-

cherten hochfrequenten undemodulierlen Echosignale in einem dem jeweiligen Ort zugeordneten Speicherplatz des zweiten Speichers aufsummiert werden und daß nach dem Abspeichern und Aufsummieren der an mehreren Positionen empfangenen Echosignale im zweiten Speicher der Inhalt dieses Speichers als Intensitätsverteilung entspre-

chend der Zuordnung der Speicherplätze zu 55 zerstörungsfreien Prüfen zu schaffen, das es gestattet.

bih f di F i i Wkff ihl Fhl

den Orten des Fehlererwartungsbereiches auf einer Bildanzeigeeinrichtung wiedergegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Position drei Abstrahlrichtungen mit Winkeln von +45", 0° und -45° bezüglich des Lotes auf die Werksiücksoberflä'che vorgesehen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß für die bei der senkrechten Absirahlrichtung erzeugten Longitudinalwellcn deren höhere Schallgeschwindigkeit bei der Lnuf/.citbcrcch-

die Form eines im Werkstoff eingeschlossenen Fehlers mit hoher Auflösung sichtbar /u machen.

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

Die Erfindung gestattet es in vorteilhafter Weise, einerseits das Vielfachprüfkopfsystcm. das aus bis zu verschiedenen Prüfköpfen und mehr bestehen kann, durch einen einzigen Ultraschallwandler mit einem Arrayprüfkopf zu ersetzen. Der Arrayprüfkopf des Ultraschallwandlers wild so angesteuert, daß dieser die verschiedenen Prüfkopffunktionen übernehmen kann. Von besonderem Vorteil ist es. daß bei der Erfindung eine veränderte Signalverarbeitung stattfindet, bei der nicht

las gleichgerichtete Signal, sondern das ursprüngliche lochfrequente Signal registriert und phasenrichtig unibhängig von der Prüffunkiion und der Prüfart zum -ehlerbild aufaddiert wird, wodurch eine bisher noch licht erzielbare Fehlerrandbeschreibung voluminöser jnd rißartiger Fehler mit einem axialen und lateralen \uflösevermögcn von 1 Ultraschallwellenlänge ermöglicht wird.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Figur der Zeichnung dargestellten Ausführungsform erläutert.

Der als Arrayprüfkopf ausgebildete Ultraschallwandler wird mittels eines üblichen Manipulators entlang der Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes bewegt. Unter der Annahme, daß das zu prüfende Gebiet, d. h. der Fehlererwdrtungsbereich, sich im in der Zeichnung veranschaulichten Bereich ABCD befindet, wird der Prüfkopf in Position 1 derart getaktet, d. h. mit Taktimpulsen angesteuert, daß unter +45°. d.h. in Richtung c eine Transversalwelle abgestrahlt wird. Diese beschallt nach einer Reflexion an der Rückwand ('/2 Sprung) einen im Gebiet ABCD vorhandenen Fehler von unten. Das reflektierte Signal wird wiederum an der Rückwand reflektiert und das Fehlerechosignal schließlich vom Prüfkopf in Pos. 1 empfangen.

Befindet sich der Prüfkopf in Pos. 2, so wird ebenfalls unter 45°, d. h. in Richtung c eine Transversalwelle abgestrahlt, die jedoch jetzt das fehlerhafte Gebiet, d. h. den Fehlererwartungsbereich, unmittelbar beschallt. Das reflektierte Signal wird wiederum vom Prüfkopf in Pos. 2 empfangen. In Pos. 3 befindet sich das fehlerhafte Gebiet senkrecht unter dem Prüfkopf. Daher wird nun das Array derart beschaltet, daß es senkrecht, d. h. in Richtung b Longitudinalwcllen abstrahlt, die wiederum reflektiert zum Prüfkopf zurückgelangen. Aufgrund der höheren Schallgeschwindigkeit der Longitudinalwelle im Vergleich zur Transversalwelle entstehen kürzere Laufzeiten, ilie bei der Fehlerrekonstruktion softwaremäßig automatisch berücksichtigt werden. In Pos. 4 werden unter —45°, d. h. in Richtung a Transversalwellen abgeschallt, die nach direkter Reflexion an der Rückwand den Fehlererwartungsbereich beschallen. Über den gleichen Weg wird das Echosignal wieder empfangen. Die hochfrequenten Echosignal* werden nun entweder mittels eines linearen Vorverstärkers über einen logarithmischen Verstärker zur Dynamikkompression vorverstärkt und gelangen über einen Transientenrekorder auf ein Speichel medium eines Computers, das entweder eine Platte oder ein Magnetband sein kann.

Zur Feä.lerrandrekonstruktion wird nun in einem zweiten Schritt von Prüfkopfstation 1 aus die Laufzeit über die Reflexion an der Rückwand zu jedem Punkt des Gebietes ABCD berechnet und die entsprechende Amplitude des gespeicherten Hochfrequenzsignales zu jedem entsprechenden Speicherplatz abgelegt. Hierbei wird die Schallgeschwindigkeit der erzeugten Wcllenart, in diesem Falle Transversalwellen, automatisch berücksichtigt. In Pos. 2 wird die Laufzeit auf direktem Weg zu jedem Punkt des Fehlererwartungsbercichs ABCD berechnet und die entsprechenden Amplituden zu den entsprechenden Speicherplätzen hinzuaddiert. Auch hier wird die Schallgeschwindigkeit der Transvcrsalwelle eingesetzt In Pos. 3 hingegen muß die Schallgeschwindigkeit der erzeugten Longitudinalwelle berücksichtigt werden, um die i.orrekten Amplitudenweric des Hochfrequenzsignales zu den entsprechenden Speicherplätzen hinzuaddieren zu können. In Pos. 4 und Pcs. 5 wird ähnlich zu Pos. 2 und Pos. 1 die Berechnung durchgeführt. Bei allen Prüfkopfpositionen 1 bis 5 kann zur Verringerung der Rechenzeiten die Begrenzung des Schallbündels berücksichtigt werden, da es vorkommen kann, daß an bestimmten Prüfkopfpositionen nicht das gesamte Gebiet ABCD sondern nur Teile davon beschallt werden. Die Positionen 1 bis 5 stehen stellvertretend für größere Bereiche, während der eine Prüfart

aufrechterhalten werden kann, z. B. Pos. 1 mit der Prüfart Richtung c kann so lange verschoben werden, wie das von der Rückwand reflektierte Signal das Gebiet ABCD beschallt. Entsprechendes gilt für die Poshlonen 2 bis 5. Selbstverständlich kann auch von der gleichen Prüfkopfposition nicht nur eine Prüfart, sondern alle möglichen Prüfarten erzeugt werden. In dem beschriebenen Beispiel waren es —45°, 0° und +45°. Die beschriebene Methode ist jedoch auch anwendbar für alle anderen möglichen Winkel im Bereich von —90° bis +90°.

Nachdem sämtliche gespeicherte S^aIe ausgewertet worden sind, erfolgt im Bereich ABCD eine Umwandlung der hochfrequenten Fehlersignale in Videosignale, d. h. in Intensitäten nach an sich bekannter Art Das Ergebnis ist eine Intensitätsverteilung, die den Rand ein^s Werkstoffehlers exakt beschreibt. Aufgrund der beschriebenen Auswertung der hochfrequenten Signale ist die Fehlerbeschreibung automatisch verbunden mit einem lateralen und axialen Auflösevermögen von 1 Ultraschallwellenlänge.

Ebenfalls von Vorteil ist die Eigenschaft der hochfrequenten Signalmittelung, die dadurch entsteht, daß viele hochfrequent? Signale in den entsprechenden Speicherplätzen aufsummiert werden, bevor sie zu Intensitäten umgewandelt werden. Hierdurch ist die beschriebene Methode nicht nur für schwach streuende Materialen, wie Ferrite, sondern auch für stark streuende bzw. absorbierende Materialien, wie Austenite bzw. Gußmaterial, besonders geeignet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche: nung für die Wege zum Fehlererwartungsbereich berücksichtigt wird. ίο

1. Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen eines Werkstückes, bei dem mittels einer Anordnung von entlang der Schnittlinie zwischen der Werkstückoberfläche und der im rechten Winkel zu dieser verlaufenden Einschallebene geführten UUraschallwandlern unter einer Vielzahl von vorbestimmbaren Abstrahlrichtungen von vorgegebenen Positionen ' ausgehend Ultraschallimpulse zur Erzeugung eines ß-Bildes in das zu prüfende Werkstück eingeschallt werden und bei dem nach Erfassung der Amplituden und Laufzeiten der unterschiedliche Wege im Werkstück durchlaufenden Echosignale die Laufzeiten gcmessen and aufgezeichnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen eines Werkstückes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs t.

Bei einem derartigen, aus der DE-OS 29 21 469 bekannten Verfahren werden die Ultraschallwandler nacheinander an einen Impulsgenerator angeschaltet und die jeweiligen Ullraschallechosignale einer Signalaufbcrcitungsschaltung zugeführt, in der ein Schwellwertdetektor vorgesehen ist, der dann anspricht, wenn die Amplitude des gleichgerichteten hochfrequenten Echosignals einen vorher festgelegten Schwellenwert übersteigt. Die für solche Echosignale berechneten Laufzeiten werden für die Berechnung einer axialen

nun'g<iarch Ändern der Ansteuerung seines Ar- 20 Stratigraphie oder Tomographie verwendet, um ravnrüfkoDfes die Abtranlrichtung variiert wird schließlich aus den Laufzcitpronicn eine Abbildung der

Spannungsanhäufungen in dem geprüften Werkstück zu erhalten.

Es ist allgemein bekannt, daß Fehler in Schweißnäh-25 ten, im ferritischen oder austenitischen Grundmaterial von Rohrleitungssystemen, Pumpengehäusen, Behältern, Halbzeugen oder sonstigen Komponenten zerstörungsfrei mit Ultraschallwellen im Frequenzbereich zwischen 1 MHz und 10 MHz geprüft werden. Je nach 30 Fchlerorientierung werden hierbei entweder senkrecht Longitudinalwellcn oder unter verschiedenen Einschallwinkeln, beispielsweise 45°, 60° und 70°, Transversalwellcn eingeschallt. Im Rahmen der wiederkehrenden Prüfung von Reaktorkomponenten wird bisher ein Mulberechnet werden und die bei gleichen Meßbe- J5 tiprüfkopfsystem eingesetzt, das verschiedene Prüfköpdingungen gemessene Laufzeit über Laufzeit- fein unterschiedlichen Funktionen,d. h. Impulsecho, Imvergleich dem jeweiligen Reflexionsort züge- pulsecho über einen halben Sprung bzw. in Tandemordnet wird, daß anordnung, einsetzt. Der Grund für diese verschiedenen jedem Ort des Fehlercrwartungsbcrciches ein Priifartcn liegt darin, daß unterschieden werden muß, ob Speicherplatz eines zweiten Speichers zugeord- 40 ein Fehler rißartig bzw. voluminös ist und andererseits net wird, daß eine Fehlergrößenbestimmung von voluminösen Fehlern nur dann erfolgen kann, wenn dieser Einschluß nicht nur von der Oberfläche aus unmittelbar angeschallt wird, sondern auch über die Reflexion an der

schiedenen Positionen und Abstrahlrichtungen 45 Rückwand von der Unterseite her. Die Auswertung all reflektierten und im ersten Speicher gespei- dieser Prüffunktionen erfolgt bei den bekannten üblichen Verfahren getrennt, wobei aus der Messung der empfangenen Amplitude des gleichgerichteten Echosignals auf die FehlergröBe zurückgeschlossen wird und 50 aus der Kombination der verschiedenen Prüffunktionen auf die Fehlerart, wie rißartig senkrecht zur Oberfläche oder auch voluminös.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum

— für jede Position der Ultraschallwandleraiiordnung<iarch Ändern der Ansteuerur rayprüficopfes die Abirahirichlung

und die aus der jeweiligen Richtung empfangenen Echosignale als hochfrequente undemodulierte Signale erfaßt und als positive und/oder negative Amplitudenwerte in einem ersten Speicher gespeichert werden, daß

— zur Fehlerrandrekonstruktion für jede vorgegebene Position der Ultraschallwandleranordnung für alle vorgegebenen Abstrahlrichtungen die möglichen Laufzeiten für den Hin- und Rückweg zu allen Orten innerhalb eines in der Einschallebene liegende" Fehlererwartungsbereiches unter Berücksichtigung der an der Werkstück-Rückwand möglichen Reflexionen