DE3300818A1 - Einrichtung zur ultraschallpruefung von schweissnaehten - Google Patents

Einrichtung zur ultraschallpruefung von schweissnaehten

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Description

2.ELLENT1N .: - " " .: - > : J ^ U U Ö Ί ö
zwEiBRUi·^' Nsrci.15 : ."" : :: : - ?"?1 "G96 Ü000MÜNCHEN2 - i»' "- *--"*-."
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einrichtungen zur Ultraschallprüfung von Schweißnähten und kann vorzugsweise zur Gütekontrolle laehrscnichtiger Schweißig konstruktionen und Bauteile von bohrtechnischen Ausrüstungen verwendet werden.
Die gegenwärtig bei der Ultraschall-Werkstoffprüfung allgemein verwendeten Gerate gestatten die Durchführung der Prüfung durch Hand ab tastung, jedoch ohne objektive Jxeüistrierung der Prüfergebnisse. Die Ergebnisse einer solchen Prüfung hängen weitgehend von der Berufsqualifikation, den Berufserfahrungen und Konzentrationsfähigkeiten des Prüfers ab. Der subjektive Charakter des Ultraschall-Prüfverfahrens wirkt sich besonders bei der Serienprüfung gleichartiger Schweißverbindungen auf die Glaubwürdigkeit der Prüfergebnisse besonders nachträglich aus. Dies kann darauf zurückgeführt werden, daß die Aufmerksamkeit des Prüfers bei der Prüfung derartiger Schweißverbindungen mit der Zeit abnimmt und sich ein bedingter Reflex über ι Tfutzlosigkeit der Prüfung herausbildet, so daß seltene, dafür aber umfangreiche una gefährliche .Fehler übersehen werden.
Eine objektive Ultraschall-Werkstoffprüfung kann nur auf eiern Wege der Automatisierung des Prüf Vorgangs "erzielt werden. Unter einem automatisierten Prüfvor-
gang ist ein Prozeß zu verstehen, in dessen Verlauf die Information über das Vorhandensein (bzw. fehlen)νon verdeckten Penlern nicht nur gewonnen, sondern auch in Form einer Unterlage registriert wird mit gleichzeitiger Beurteilung der Güte der Schweißverbindung in Über-
einstimmung mit den vorgegebenen technischen Bedingungen, d.h. ein Prozeß, der sich im Vergleich zur Handabtastung durcn eine höhere Leistungsfähigkeit und Glaubwürdigkeit der Prüfergebnisse auszeichnet.
.Einrichtungen zur Ultrascnallprüfung vuü Schweißverbindungen, welche dieser Forderung völlig genügen, haben bis jetzt keine breite Verwendung gefunden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich konkret auf derartige Gerät zur Ultraschallprüfung von Schweißverbindungen.
COPY
Dem Ur find ungs ge danken liegt eine Einrichtung zur Ultraschallprüfung voxi Schweißverbindungen (UuJijR-Urhebersehe in 905779) am nächsten, weiche eine Reihenschaltung aus einem Prüf kopf, einem werkstoff-Prüfgerät, einem Aiaplitudendiskriminator, einem Registriergerät, einem Vorwärts-Kückwärts-Zähler ,· dessen erster Ji'ingang mit dem Ausgang des Werkstoff-Prüfgerätes verbunden ist, sowie einer Scnwellenwertstufe, deren Eingang mit dem zweiten Ausgang des Amplitudendiskriminators gekoppelt ist, darstellt. Diese Einrichtung bietet die Möglichkeit, Penler in Schweißverbindungen zu orten und die Xnfoi-iuation über diese Fehler zu registrieren, jedoch ohne Berücksichtigung der Ausmusterungsnormen und Bestimmung der Fehlerart (ausgedehnter oder piinktförmiger Fehler). Das Orten eines bestimmten summarischen Fehiermaßes gilt in dieser Einrichtung als Ausschußmerkmal (beispielsweise Anhäufugung von Poren bzw. Porenketten), obwohl die Abmessungen des Abschnittes mit der unzulässigen Anzahl der Fehler und ihren Außenmaßen in den Normen für die zerstörungsfreie We rk-Stoffprüfung festgelegt sind(Siehe, z.B., American Petroleum Institute, Standard for Welding Pipelines and ice lax ed Facilities (Transportation Department), API STD 1104, Fourteenth JSd it ion, January 1977) .
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Einrichtung zur Ultraschallprüfung von Schweißnähten zu schaffen, welche eine höhere Prüfungsgeschwindigkeit sowie glaubwürdigere Prüfergebnisse gewährleistet.
Gemäß der Erfindung wird eine Einrichtung zur Ulirascnallprüfung von Schweißnähten beansprucnt, welche eine
3>O Reihenschaltung aus einem Prüf kopf, einem «erks t of f -Prüfgerät , einem Amplitudendiskriminator, einem Registriergerät, einem Vorwärts-Rückwärta-Zählsr, dessen erster Eingang mit dem Ausgang des Werkstoff-Prüfgerätes verbunden ist, sowie einer Schwellenwertstufe, deren üingang mit dem zweiten Aus-
i>5 Sang des Ampl it ud end iskr iminat ors gekoppelt ist, aufweist und die durch eine PrüfKopf-Vorschub-
vorricntung, einen Taktgeber, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang üC3 Vor?/ärts-Rücki,värts-Zahiers gekoppelt ist,
COPY
sowie eine Steuereinheit, deren zweiter Eingang mit dem Ausgang der Schwellenwertstuf anderen erster Ausgang
mit dem Eingang der Prüfkopf-Vorschubvorrichtungund deren zweit er Ausgang mit dem ersten -tungang ües Registriergerätes verbunden ist, und ferner/e me zusätzlichen Vorwärt s-
ist
Rüoicwärts-Zähler kennzeichnet/, dessen erster Eingang mit dem Ausgang des Taktgebers und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Vorwärts-Rückwarts-Zählers una dem dritten Eingang des Registriergerätes gekoppelt ist. Aufgrund der Erfindung kann
eine höhere Prüf ungsgeschw-ihdigkeit mit ausreichender Glaubwürdigkeit der Prüf er gebnis se erreicht werden. Die Prüfkopf-Vorschubvorrichtung gewährleistet zusammen mit dem Taktgeber eine Einteilung der Prüfbahn in einzelne Prüfabschnitte, während der Prüf kopf entlang der Schweiliv er bindung Dewegt wird. Somit wird die rioglichkeit geboten, die Güte der Schweißverbindung in den Grenzen des Prüfbahnabschnittes auszuwerten, da es bekannt ist, daß die Fehlernacnweisgenauigkeit entlang der Prüfbahn umso höher ist, je kleiner der Prüf abschnitt ist. Durch Verbindung der Schwellenwertstufe mit der Steuereinheit wird die Steuerung des .Registriergerätes (Schreiber) und der Prüfkopf-Vorschubvorrichtung gesichert. Dank dieser Verbindung wird das Registriergerät beim Nachweis eines Dehlers auf Betriebsart "Registrieren" mit einer Geschwindigkeit, die der Abtastgeschwindigkeit des PrüfKopfes gleich ist, gescnaltet, was es ermöglicht, genormte Parameter der .Fehler mit einer hohen Genauigkeit zu registrieren.
Das Wesen der Erfindung und ihre weiteren Vorteile werden nacnstehend an .einer A us führ ungs Variante unter Bezugnanme auf die Zeichnungen naher erläutert. In
den Zeichnungen zeigen!
J1Lg. 1 einen Blockschalt plan der erfind ungsgemaßen Ein-' richtung,
Fig. 2 schematisch die Gesamtansicht einer Ausführungavariante der Erfindung und
•Fig. 3 Zeitdiagramme, welche den Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung veranschaulichen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung (jj'ig.i) enthält einen Prüfkopf 1, ein Werkstoff-Prüfgerät 2, einen Auplitudendiskriminator 3, ein Registriergerät 4, eine Scnwellenwert-
den stufe 5» eine Steuereinheit 6, eine Vorschubvorrichtung 7für/ Prüf kopf 1, eine Steuerschaltung ü für Kopplungsmittel, eine Steuerschaltung 9 für Druckluft, ein Druckluftventil 10, eine Abblasvorrichtung 11, ein Druckluftventil 12 für Kupplungsmittel, einen ersten Vorwärts-Rückwärts-Programmzahler 13, eine .Druckluftvorrichtung 14 zur Steuerung der 1 us laufleisten (nicht gezeigt), einen Taktgeber 15 sowie einen zweiten Vorwärts-Rüc&wärts-Programmzähler 16 zur Bestimmung der örtlichen Lage des Fehlerabschnittes im Erzeugnis.
den
Der Prüfkopf 1 ist an[Eingang (b) des Werkstoff-Prüfgerätes 2 geschaltet, dessen Ausgang (a) mit dem Eingang Ii? (a) des Amplitudendiskriminators 3 verbunden ist, während der Ausgang (c) aes Werkstoff-Prüfgerätes 2 an den Eingang (b) des ersten Vorwärts-Rückwarts-Programmzählers 13 angeschlossen ist. Der Ausgang (b) des Amplitudendiskriiuinators 3 ist mit dem Eingang (a) des Registriergerätes 4 gekoppelt und der Ausgang (c) des Amplituaendiskriiainators 3 mit dem Eingang (b) der Schwellenwertstufe 5 verbunden. Der Eingang (c) des Registriergerätes 4 ist an den ersten Ausgang (c) des ersten Vorwärts-Rückwärts-Prograaimzählers 13 geschaltet und der Eingang (b) des'Registriergerätes 4 mit dem Ausgang (d) der Steuereinheit 6 verbunden. Der zweite Eingang (a),des Zählers 13 und der Eingang (a) des Zählers 16 sind mit.fdem zweiten Ausgang (c) des Generators 15 gekoppelt. Der Eingang (b) des zweiten Zahlers 16 ist mit dem Auegang (c) des ersten Zählers 13 verbunden.
üex Ausgang (a) der Schwellenwert stufe 5 ist an den Eingang (a) der Steuereinheit 6 geschaltet. Der Ausgang (c) der
Steuereinheit/ist mit dem Eingang (a).der Vorschubvorrichtung 7 für den Prüfkopf 1 gekoppelt und der Ausgang (b) an den Eingang (a) der Steuerschalrung ä für Kupplungsmittel sowie an den Eingang (c) der St euer schaltung 9 für die Druckluft angeschlossen.
Der Ausgang (b) des Generators 15 zum Einteilen des PrüfObjektes In genormte Abschnitte ist am Eingang (e)uer
COPY
Als Taktgeber 15 wird in der bevorzugten Ausfuhrungsvariante der Erfindung ein kontaktioser Schalter 24 verwendet, der mit dem Ausgang (b) an die Steuereinheit 6 (s. Fig.l) geschaltet ist und unter Wirkung der auf der !? Weile 18 angebrachten und zusammen mit dieser rotierenden üiehrschleif igen Fahne 25 Takt impulse abgibt, welche den genormten Prüfbahnabschnitten entsprechen. Ale Taktgeber 15 kann ein beliebiger dazu geeigneter Generator verwendet werden, in welchem die Rotation der Weile lä in ein dem genormten Prüfbahnabschnitt entsprechendes elektriscnes Signal umgewandelt wird.
Bei der Beschreibung der Wirkungsweise der erfindungsgemäüen Einrichtung wird die Positionszahl der jeweiligen Spannungskurve
mit einem Strich versehen (Fig. j>).
Durch Betätigen des Druckknopfes "Start" wird mit einem Signal 1 vom Steuerteil 6 die Prüfkopf-Vorschubvorrichtung 7 ausgelöst. Dabei werden mit Hilfe des mit der Welle lü funktionell gekoppelten Taktgebers 15 auf den Eingang der Steuereinheit 6 sowie auf die Eingänge der Programmzähler 13, 16 in durch Teilung der' Umdrehung der vV'eile 18 mit den Schleifen der Fahne 24 gewonnenen genormten Zeitabständen Taktsignale 41 gegeben. Genormte Prüfbahnabschnitte Kennzeichnen
j den Abstand in luillimetern, welcner dem in den Ausschuß nor nie η festgelegten Abstand entspricht, in dessen Grenzen das Auftreten von Fehlern mit einer bestimmten summarischen Ausdehnung unzulässig ist. Die nochstzulässige Fehl er ausdehnung iYd wird zunächst mit Hilfe des iTOgranmizählers I3 nach folgender Formel eingestellt:
yO χί - = N. - W
d 1. s. min
Hierin bedeuten:
1Wn Mindestwert-Vorwahl (eine Zahl, die beispielsweise gleich 20 ist);
JN. s Anfangseinsteliung (bignal 5* )· Beim Fehlernachweis wird die vorgegebene Impulszanl, die JN^ entspricht, mit der Anzahl der vom Fehler reflektierten Impulse verglichen.
Überscnreitet diese Anzahl die vorgegebene Impulszahl
BAD OBIG _ - ^^
J JUUÖ I ö
!Steuereinheit 6 geschaltet.
Der Aufgang (b) u'er Jt euer schalt nag b für Kupplungsmittel Ist am Druckluftventil 12 für Kopplungsmittel ge-
dxsschaltet. Der Ausgang (a) eier ote umschaltung 9 für,· .uruck-
^ luft ist an den Eingang (c) des Druckluftν ent ils 10 angeschlossen, während ihr Ausgang (b) mit dem Eingang der Druckluftvorrichtung 14 zur Steuerung der Auslaufleisten (nicht gezsigt) gekoppelt ist.
Der Ausgang'(b) des liruckluf tventils 10 ist mit der Abblasvorrichtung 11 verbunden.
Wie aus Pig. 2 ersicntlich/ ist der Prüfkopf
einer
1 auf einem Wagen 17 montiert, aer mi Lt eis ι Schraubenverbindung auf eine Welle 18 aufgesetzt ist. Die ',VeHe la ist im Gestell 19 drehbar montiert. Zum Drehen der Welle Ib ist die erfindungsgemäße Einrichtung mit einem Drehantrieb 20 versehen. Als Drehantrieb kann sowohl ein reversierbarer als auch ein unreversierbarer Elektromotor verwendet werden, ,i/ird ein reversierbarer Motor verwendet, so ist es ausreichend, das Gewinde auf der Welle 18 mit einem iiteigungswinkel der iücnraubenlinie auszuführen. Bei Benutzung eines nicht reversierbaren Motors ist die Welle 18 außerdem mit einem Gewinde mit umgekehrtem Steigungswinkel der Schraubenlinie zu versehen. Dadurch ist der Wagen 1'/ auf der Welle 18 bei deren Drehung in zwei Richtungen verscniebbar,wozu im letzteren Fall der Wagen auf das Umkehrgew inue zur Verscniebung in Umkehrrichtung überführt wird.
Xn der Nahe der Enden der Weile lü sind am Gestell kontaktlose Endschalter 21 und 22 befestigt, welche in die Steuerschaltung eingescnaltet sind. Am Wage.χ ist eine .Fahne 23 angebracht, welche in abwechselnder Reihenfolge auf den Endschalter 21 b^w. 22 bei Annäherung des Wagens
einwirkt. Der Prüfkopf 1 ist am Wagen 17
derart angebracht, daß er zwischen zwei Stellungen - der Aroeitssteilung, wenn er mit der Prüffläche in Kontakt gebracht wird, und der Ausgang- bzw. Ruhestellung - verschiebbar ist. Zu diesem Zweck können beliebige dazu geeignete ^litiel, beispielsweise ein Druckluftzylinder, verwendet werden. v
jSr so wird vom Ausgang des Zählers 13 auf den Eingang des Registriergerätes 4 ein Signal 7 (Fehler) gegeben.
Gleichzeitig wird das Signal 7' auf den zweiten Eingang (b) des zweiten Zählers 16 gegeben. Die Auszahlung
H der genormten Abschnitte wird eingestellt und auf der Ziffern- J leuchtet
anzeigetafel^dia Nummer des genormten fehlerbehafteten
Abschnittes auf. Dies bietet die Möglichkeit,
die reparaturbedürftige Stelle am Erzeugnis mit einer hohen Genauigkeit zu bestimmen. Falls die Amplitude des durch
jQ einen Fehler verursachten Signals den vorgegebenen Pegel
U. überschreitet, wird vom Ausgang, des Amplitudendiskriminators 3 auf den Eingang des Registriergerätes 4 ein Signal 6' gegeben, ßer Fehlernachweis wird vom zweiten Ausgang des Amplitudendiskriminators über die Schwellenwertstufe mit dem Pegel U an den Eingang der Steuereinheit 6 ein Signal 3' gegeben. Vom Ausgang (d) der Steuereinheit 6 wird auf den Eingang des Registriergerätes 4 ein Signal ö' gegeben. Dabei wird das Registriergerät (beispielsweise ein Schreiber)
die
auf/Betriebsart "Registrieren" mit einer Geschwindigkeit geschaltet, welche der Vorschubgeschwindigkeit des Prüfkopfes 1 zwecks Entschlüsselung von Anzahl und Typ der Fehler entspricht (bis zu diesem Zeitpunkt wurde das Registriergerät bekanntlich mit einer geringen Geschwindigkeit betrieben). Nach Ablauf einer Verzögerungszeit T^ (Trägneit des Registriergerätes) kommt das Registriergerät nach dem Ende des durch den Fehler bedingten Signals auf die vorherige Aufzeichnungsgeschwindigkeit des Prüfungsvorgangs. Gleichzeitig mit dem Betätigen des Druckknopfes "Start" am Anfang des Betriebszyklus und der Ausbildung des Signals l' in
TQ der Steuereinheit 6 wird in der Programmsteuerschaltung 8 für das Kopplungsmittel ein Signal 9' gebildet und an das Druckluf tvent il 12 angelegt. Die programmierbare Betriebsweise der Schaltung 8 gestattet es, die Kopplungsmittelmenge in Übereinstimmung mit dem Lokaibadvolumen zeitlich zu normen.
Beim Betätigen des Druckknopfes "Start" wird auch die
dig
Programiusteuerscnaltung 9 für j Druckluft in AbhängigKeit von der Schweißnahtlänge ausgelöst. In dieser Schaltung wird ein
bi^nal IO gebildet.
Nach der Betätigung des Druckknopfes "Start" wird in der Vorrichtung 14 zur Steuerung der Auslaufleisten (nicht gezeigt) ein Si0-JIaI "Andrücken" und nach Ablauf der Prüfzeit ein Signal "Abdrucken" (Signal 11' ) geformt.
Sobald der Prüfkopf 1 zum Ende der Prüfbahn koriimt,
was der Länge der zu prüfenden Schweißnaht entspricht, schaltet die Jahne 23 den Endschalter 21 bzw. 22 ein. Ba-. bei wird die gesamte Einrichtung gestoppt und in ihren ursprünglichen Zustand für die Ausführung des nachfolgenden Prüfzyklus gebracht (der Prüfkopf kommt mit der Prüffläche außer Eingriff und wird in die Aufnahmestellung für die Prüfung des nächstfolgenden Erzeugnisses gebracht).
Die Verwendung der Zähler, des Amplitudendiskriminators 1$ und der Schwellenwerteinrichtune, zeichnet die Erfindung in bezug auf die bisher bekannten Losungen vorteilhaft aus, da diese eine Prüfung der Schweißnaht unter Berücksichtigung solcher Fehlerparaineter, wie Bcho-Amplituae, summarische Ausdehnung in Gruppen angeordneter Punktfehler (Porenanhäufungen und -ketten) gestattet. Dabei werden genormte Parameter zuvor durcn programmierbare Vorwahl an der Steuereinheit und dem Zähler voreingestellt, was eine automatische Auswertung der Scnweißnaht- bzw. Erzeugnisgüte ermöglicht. Daneben wird durch Verwendung von automatischen Programmen in
die
inren Steuereinrichtungen für Kupplungsmittel und/Druckluft die Möglichkeit geboten, den Prüfungsverlauf des gesamten Erzeugnisses zu automatisieren, der durch die Kopplungsmittelreste verursachten Korrosion des Metalls und somit der Entstehung von Fehlern bei der Ausbesserungs- 'J)Qi schweißung vorzubeugen. Die Einrichtung gewährleistet eine stabile Signalreflexionsdichte je Fehlerflächeneinheit. All das schafft Möglichkeiten zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der Prüfergebnisse und zur Herabsetzung des Zeitaufwandes für die Durchführung der Prüfung, wobei die t>3 Steuerung der Einrichtung keiner hochqualifizierten Fachkräfte bedarf.

Claims (1)

  1. ElfiRICHTUNG ZUR ULTRASCHALLPRÜFUNG VON ü CHTvSISSIiAHISN
    PATENTANSPRUCH. :
    Einrichtung zur Ultraschallprüfung von ochweiisnäht en, enthaltend sine Reihenschaltung aus einem Prüfkopf (1), einem Werkstoff-Prüfgerät (2), einem Ampiitudendiskriminat or (3)j einem Registriergerät (4), einem Vorwärts-Hückwärts -Zahler (13), dessen erster Eingang (b) mit dem Ausgang dea Werkstoff-Prüfgerätes^) verbunden ist, sowie einer Scnwellenwertstufe (5)? üeren Eingang (b) mit dem zweiten Ausgang (c) des Amplitudendiskriminators (30 gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine Reihanaehaltung aus einer Vorschubvorrichtung (7)für dan Prüfkopf (1), einen 'Haktgeber (15)» dessen Ausgang (c) mit dam zweiten Eingang (a) des Vorwärts-Hückwärts-Zählers (13) gekoppelt ist, S07jie eine Steuereinheit (6), deren zweiter Eingang (a) mit dem Ausgang der Schwellenwertstufe (5)/ deren erster Ausgang (c) ait dem Eingang der Vorschubvorrichtung (7) für den Prüfkopf (1) und deren zweiter Ausgang (d) mit dea ersten Eingang (b) des Registriergerates (4) verbunden ist, und ferner einen zusätzlichen Vprwärts-Rückwär-c^-Z-üiier (16) enthält, dessen erster -Eingang (a) mit ue\^ Ausgang (c) des Taktgeoers (15) und dessen zv/eitcr J'Jincjanq (b) Su. It us.si Ausgang (c) oes Vorwärts—
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