DE3309470A1

DE3309470A1 - Verfahren zur ultraschallpruefung von schweissnaehten mehrschichtiger konstruktionen

Info

Publication number: DE3309470A1
Application number: DE19833309470
Authority: DE
Inventors: Vladimir T. Bobrov; Jurij K. Bondarenko; Michail I. Ki&scaron;inev Maisenberg; Boris E. Paton; Sergej N. Petrovskij; Vladimir A. Kiev Troizkij; Leonid N. Vasiliev
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1983-02-16
Filing date: 1983-03-16
Publication date: 1984-09-20
Also published as: JPS59153167A; DE3309470C2; JPH0139548B2

Description

PATENTANWÄLTE -:.^:--^{: :}.-^:-^: „. „.. ,-_., Z E L L E N T i N ¹⁶' ^{MarZ 1983}

ZWEIBRÜCKENSTR. IB - 2 - P 92 288

COOO MÜNCHEN 2 BESCHREIBUNG

Die vorliegende J£rfindun_b bezieht sich auf das Gebiet der Ultraschall-Werkstoffprüfung und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Ultraschallprüfung von Schweißnähten mehrschichtiger Konstruktionen, beispielsweise von überlappt geschweißten Nähten derartiger Konstruktionen wie Mantelschüsse für Hochdruokgefaße.

Bekannt sind Verfahren zur Ultraschallprüfung, welche darin, bestehen,daß Überlappungsstöße seitens des Jnfcerbleches (falls die Sciiweißnahttiefe die Blechdicke nicht überschreitet) mit einmalreflektiertem Ultraschallstrahl mit Hilfe eines in kompatibler Schaltung geschalteten Prüfkopfes nach dem iieflexions-Schatten-Verfahren durchschallt werden (Gurt/ich A.K. jTermolov N.H".: Ultrazvukovoi kontrol svarnykh Vj shvov /Ultraschallprüfung von Schweißnähten/, Kiew, Verlag Tekhnika, S. 347).

Nach einem derartigen Verfahren können Hisse, Wurzelbindefehler sowie JSinzeleinschlüsse und deren Anhäufungen nachgewiesen werden. Horizontal gelegene Schweißfehler werden im ^Kefiexions-Schatten-Verfahren mit getrennt geschalteten Prüfköpfen geortet. Um das Durchschallen des gesamten Querschnittes des öchweißnahtwerkstoffes zu ermöglichen, ist es notwendig, die Prüfköpfe senkrecht zur Schweißnaht ungefähr um die der Größe der horizontalen Kathete entsprechende 2,^xj Länjje zu verschieben.

Mn Solches Verfahren, wie oben dargelegt, ist kompliziert und liefert folglich keine zuverlässigen Prüfergebnisse. '

Ferner ist ein einfacheres Verfahren zur Ultraschallprüfung von stumpfschweißnähten mit Transversalwellen bekannt, bei welchem Uitraschallschwingungen mit zwei beiderseits der Schweißnaht angeordneten Prüfköpfen mit gleichen Sinstizthlwinkeln erzeugt werden (Krautkrämer GmbH, Schweißnaht-Prüf anlage Typ SMP-Q VA-80, S.38-1). Dieses Verfahren ist jedoch zur Prüfung von Schweißhähten nicht geeignet, deren Tiefe eine Metallschicht beispielsweise mehrschichtiger Konstruktionen übersteigt. Be im Überlappungsschweißen mit zwei Schweißlichtbogen (GO₉ - und UP-Schweißen) werden

sogenannte Unter- und Oberschicht, aufgeschweiß Die .Sinbrand tiefe der Unterschicht überschreitet die Blech dicke mehr als um das Doppelte, während die Oberschicht, d ren Dicke höchstens einer BIechdicke gleich ist, die Unter schicht überlappt und breiter als 'diese ist.

Manchmal kommt es infolge einer undichten Blechauf-

einert} λ

wicklung zu/vergrößerten Zwischenschichtabstand ( O> l,i> welcher an und für sich kein üchweißfahler ist, LJltrascnal schwingungen jedoch reflektiert. Beim Auflegen der Oberscüicht ist das .eindringen der bchlacke in den Schichtzwischenrauin möglich.

Das Vorliegen eines vergrößerten Zwischenschichtabstandes kann zu unnötigem Ausschuß und letzten Endes zur Herabsetzung der Prüi'ungsgenauigkeit führen, sobald dieser im Prüffeld liegt.

Die Erfindung hat zum Ziel, ein Verfahren zur Ultraschallprüfung von Schweißnähten mehrschichtiger Konstruktionen zu entwickeln, welches es ermöglicht, üchweißnähte komplizierter Form mit höherer Genauigkeit zu prüfen.

_dQ Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Ultraschall

prüfung von üchweißnähten mehrschichtiger Konstruktionen vorgeschlagen, welches darin bestent, daß beiderseits der Schweißverbindung Ultraschallschwingungen erzeugt, von dej bciiweißfehlern reflektierte Echos aufgenommen werden und nach diesen über das Vorliegen von üchweißfehlern geurteil wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Seite in di Schweißverbindung Transversal- und auf der anderen fcieite Plattenwellen erzeugt werden.

Eine derartige kombinierte Anwendung von Ultraacnallwellen ermöglicht eine gleicnzeitige Durchschallung des gesamten u chw eißnaht quer schnitt es, weil allein durch Erzeugung von 'Transversalwellen im schweißnaht nahe η Bereich die Lschweißfehler auf deren gesamter Ausdehnung und auf dem gesamten Scnweißnahtquerscnnitt bekanntlich nicht geortet werden können, da bei Urzeugung von Transversalwellen

auf dem Autbreitungsweg des Uitraschalletrahle undurcheciiallbare Abschnitte bestehen bleiben.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens

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ist es vorteilhaft, ti ie Transversalwellen in einem solchen Abstand vun der Schweißverbindung zu erzeugen, welcher den Abstand, in dem die Plattenweilen erzeugt werden, im wesentlichen um das Doppelte überschreitet, und die die Schweißverbindung durchlaufenen. Echos im vorgegebenen Zeitintervall aufzunehmen, mit dem Referenzsignal zu vergleichen und nach dem Vergleichsergebnis über den Abstand zwischen dem Prüfkopf und der Schweißverbindung zu urteilen.

Auf solche Weise läßt sich die gegenseitige Beeinflußung der Prüfparameter durch die Kanäle des Ultrascnail-Prüfsystems sowie das Entstehen undurchschaubarer Abschnitte der Schweißverbindung vermeiden und folglich die Prüfungsgenauigkeit erhöhen.

Das Wesen der Erfindung wird nachstehend anhand einer detaillierten Beschreibung eines Ausführnngsbei- · Spiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeicrinungen er-

^; läutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen :

Fig. 1 eine Schweißverbindung einer mehrschichtigen Konstruktion im üchnitt als . Prüfgegenstand nacn dem er-

.20 findungsgemäßen Verfahren und

Fig. 2 die grafische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, weiches bei der Prüfung der Gehweißverbindung einer mehrschichtigen Konstruktion, ähnlich der in Fig. 1 dargestellten, durchgeführt wird.

2t> l"¹ weiteren wird die Erfindung durch Beschreibung des

Verfahrens zur Ultraschallprüfung von Schweißverbindungen

J -meurechichtiger Konstruktionen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Das Bezugszeichen 1 stellt das Sondierungssignal des Defektoskops dar. Zur

■ ~j,Q Durchführung der Werkstoffprüfung werden die Ultraschall-Prüfköpfe nach dem

Abstinmen und Justieren an einem Kontrollkörper am Prüfling (Fig. 1) am Schweiß- ' nahtanfang

ι /angeordnet, wobei daß Abstandsverhältnis L₂ = 2L-, (Fig. 2) einzuhalten ist. Danach werden die Prüfköpfe entlang der Schweißnaht mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt. Da- -5 bei werden durch den Prüfkopf 11 Ultraschallschwingungen mit einem iLlnstahlwinkel von beispielsweise oC-, =49° in das Blech, auf dem die überlappungsschweißung vorgenomen wurde, sowie in cj ie aus der Obersauicht 1.5 und der Unterschicht 14 be-

stehende schweißnaht periodisch, ausgestrahlt. L-ieirn periodischen Auftreten eines vergrößerten Zwischenschichtraums bzw. Spa erhält man von diesem ein Signal. Zur Vermeidung der Beeinflussung der Prüfergebnisse durch wont a_fje fehl er erstreckt sich, das Prüffeld auf zwei Drittel der schweißnaht breite. Dabei werden im Blech durch den Prüf kopf 11 Platte, wellen erzeugt, so daß der gesamte Schweißnahtquerschnitt durchschallt werden kann.

Zur Prüfung des ungeprüft gebliebenen Schweißnaht.

sennittes werden 'Iransversalwellen verwandet,die ^ausge strahl" durch den in einem Abstand von beispielsweise L. = 120 miu

<jj> wsirden *~

.angeordneten zweiten Prüf kopf 12/£ Der L'ins tr ahl winkel der durch diesen Prüf kopf erzeugten Ultraschallschwinguni_,en in

das zu prüfende Metall beträgt <^₂ = 74°, was dem zweiten 1!? kritischen Winkel nahe könnt. Derart läßt sich nur die Obc:

schicht der Schweißnaht prüfen.

Dabei überlappen sich die Prüffelder 4 und 6, was ebej

falls zur ürhöhung uer Prüfungsgenauigkeit beiträgt.

Die Prüfung der Ankopplungsqualität kommt durch S'elek· tion der Anüoppiungssignale 7,9 zustande. Diese signale we:

den zur Kontrolle der Genauigkeit der Nahtverfolgung benut; Die Verschiebung dieser s'ignale 7>9 aus den S'elektionszonei 5, lü, d.h. das Auftreten von Änderungen nach dem Vergleici mit dem Referenzsignal deutet auf eine Störung oer keit der kcnweißnahtVerfolgung durch das akustische System samt/Prüf köpfe und auf eine Änderung des Abstands Verhältnisses "zwischen den Prüfköpfen hin.

Nach Beendigung der Ultrascnallprüf ung der ochweißnaht werden die Prüfköpfe in ihre Ausgangsstellung zur Prüfung

des näcnsten Erzeugnisses gebracht.

Vor der Durchführung der Ultraschallprüfung mehrschiel tiger Konstruktionen ist es erforderlich, die Prüffelder ui die Prüfungsempfindlichkeit abzustimmen. Zu diesem Zweck werden die Prüf köpfe 11 und 12 auf dem Prüf Un^ 16 in den Abständen von L^ = 60 mm und Lo = 120 uuo. angeordnet. Zur ώ] stellung des das Prüffeld des mit "Nl" bezeichneten Kanals

ist iir> best immenuen Auftast- bzw. strobsignals 6/ Kontrullkorper eine >.!ut aufgeführt, deren Reflexionsfläche mit dem «um Prüfkopi

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am nächsten liegenden Hand der üchweiiinahtüb erhöhung übereinstimmt. Das von diasem Reflektor reflektierte ä'cho bestimmt auch den Beginn des Prüffeldes 6. Das Ände des Auftastsignals wird nacä dem/icontrollreflektorsl^ - einer vertikal ausgeführten Öffnung - eingestellt, welche ebenfalls zur Abstimmung der Prüfungsempfindlichkeit dient.

Zur Einstellung des daa Prüffeld des mit "-N2" bezeichneten Kanals bestimmenden Auftastsignals 4 wird derselbe Kontrollkörper benutzt.
Das beschriebene Verfahren wurde bei der Prüfung einer längsgerichteten Uberlappungsschweißnaht mehrschichtiger Mantelschüsse mit einem Durchmesser von 1420 mm und einer Länge von 1620 mm angewendet, welche durch Aufwickeln des ijtreifenuaterials hergestellt wurden. Die Wanddicke des ürzeug- nisses beträgt 16,8 mm. Es wurden vier Metallschichten von je 4,1 mm Schichtdicke aufgewickelt. Aus sieben Mantelεchüssen wurde ein Gasleitungsrohr mit einer Länge von 11,6 m für einen Arbeitsdruck von 75 at montiert.

Die Ultraschallprüfung wurde mit einer Geschwindigkeit ^O von 20 mm/s mit Hilfe von zwei Prüf köpfen, mit folgenden

Parametern^ JoC₁ = 49°, i^ =1,8 MHz; <*₂ - 74°, f^ - 2,5 MHz durchgeführt^ Die Prüf köpfe wurden parallel zur Schweißnaht bewegt. Die .frequenz der üohallsendeimpulse betrug 1000 Ha. Bs wurde die zeitliche selektion der Fehlerechos und der AnkOfpl ungs signale gemäß I?ig. 2 vorgenommen. .Zur Erhöhung der prüfgenauigkeit auf dem gesamten iiahtquerschnitt

wurden zur Kontrolle zwei Prüfköpfe verwendet. Diese wurden beidseitig der ücnweilinaht in Abständen von L₁=GO mm

uno L₂ =120 i.-uu (im Verhältnis 1:2) angeordnet. Die Prüf köpfe pO erzeugten Plattenwallen und Transversalschwingungen. Durch

den ersten Prüfkopf (o^ =49°) wurden die ihm am nächsten liegenden zwei Drittel der Oberschicht und die ganze Unterschicht durchschallt, deren Tiefe eine Blechdicke überschreitet, und durch den zweiten Prüf kopf ( <=>£-, =74°) die ijanze ^5 Oberschicht der ochweiiinaht geprüft.

Zwecks LichweilinahtVerfolgung wurde das Signal der aicu-

Ankopplung zwischen den Prüf köpfen mit dem lteferenzverglichen,d.h. entsprechend seiner Abweichung _Vün o_er ,._e_

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lekt ions zone wurde über die Änderung des Abstandsveruältn: ses zwischen dem Prüfkopf und der ücnweißnaht während der Prüfung geurteilt. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Zuverlässigkeit einer Ultraschallprüfung von überlappuni stoßen mehrschichtiger Rohre zu erhöhen. Dabei wird weniger Ausschuß infolge eines zu großen Spiels zwischen den einzel! Schichten produziert und, durch die Einführung einer Prüfun< mit zwei Wellentypen, können schichtweise die verschieden orientierten einzelnen, aber auch die ausgedehnten sowie ' gruppenweise gelegenen Schweißfehler entdeckt werden. | Die im vorstehend beschriebenen Verfahren verwendete i Anordnung der Prüf köpfe in den Abständen, welcne sich.' im wesentlichen wie 1:2 verhalten, gestattet es, die ßeeinflu sung der Prüf parameter durcn die beiden Kanäle der ült: schalleinrieiltung auszuschalten. Somit wird die Prüfungsgenauigkeit erhöht. Mne darartige Beeinflussung besteht darin, daß bei der Veränderung des Abstandes die mit dem Ausschußpegel 2 vergleichbaren Ankopplungssignale 7,9 in das ι Prüffeld 4 oder 6 gelangen können, ferner ist es auch aiöglj daß einzelne Abschnitte der bchweißverbindung bei der Be- \ nutzung von Transversalwellen (Prüfkopf 12) nicht durchsehe und folglich fehler nicht bemerkt werden. Bei dem genannte Abstandsverhältnis erhält man den maximalen Signal-tausch-« -Abstand im Jeweiligen Kanal, wobei das Vorliegen von durch die Zwischenschicht räume verursachten Jtiauschsignalen berücksichtigt wird.

Dies bezieht, sich auf die Prüfung ο es Schweißnaht abschnitt es, der 2/3 ihrer Breite ausmacht, da die Schweißverbindung derart ausgeführt ist, daß die-iviitte der Unterschicht in bezug auf die Mitte der Oberschicht verschoben ist (Fig.l). Um die vVahrscheinlichkeit eines unnötigen Ausschusses infolge des erhöhten Zwischenschiciitabstands 17 durch Benutzung der zeitlichen Auftastung des Prüffeldes und der Plattenwellen herabzusetzen, durchschallt der Prüf-

yj> KOpf il die ihm.am näcüsten gelegenen zwei Drittel υ es ».'Chweißnahtquerschnittes in einem Durohlauf und ohne t_ouerabtastung, ώ'ε ist aber unmöglich, .Fehler über den ganzen iiahtquersciinitt auf der gesamten Länge/durcn Ji'rxeugung vun

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Transversalwellen nachzuweisen, da auf dem Ausbreitungsweg des Ultraschalls für Transversalwellen undurchschaubare Abschnitte vorhanden sind. Daher ist es zweckmäßig, zur Prüfung von 2/3 der Breite der Oberschicht und der ganzen Unterschicht Plattenwellen, und zur Prüfung von 1/3 der Breite, Transversalwellen anzuwenden*

Zulässig sind Abweichungen vom Verhältnis 1:2 in bezug auf seine Vergrößerung bzw. Verminderung je nach chemischer Zusammensetzung des zu prüfenden Metalls und seiner Dicke sowie von den technischen Daten der Geräte, ohne daß der Signal-Rausch-Abstand vermindert oder die Zuverlässigkeit der Prüfung herabgesetzt werden.

Claims

ZMIi UXlL¹HAUCHAIIiPAUS¹USG VON SCHyVSIoSUÄHTiSN "■■'■■ MEHrübCHICHTIGISR KOJNSTHUKIIüMEN

PATENTANSPRÜCHE:

( !/Verfahren zur Ultraschallprüfung von Schweißnähten mehr schichtiger Konstruktionen, bestehend darin, daß beiderseits der Schweißverbindung Ultraschallschwingungen erzeugt, von den Ücnweißfehlern reflektierte Echos aufgenommen werden und nach diesen über das Vorliegen von Schweiß fehlem ge urteilt wird, dadurch, gekennzeichnet, daß auf der einen Seite in der Schweißverbindung Transversalweilen und auf der anderen Seite Piattenwellen erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch g ekennze lehnet, daß die Tr ans ν er ε al we 11 en in einem solchen Abstand von der Schweißverbindung erzeugt werden, j der den Abstand, in weichem die Plattenweilen erzeugt weraen im. wesentlichen um das Doppelte überschreitet ,und daß die die Schweißverbindung durchlaufenen Echos im vorgegebenen Zeit- ' Intervall aufgenommen, mit dem Referenzsignal verglichen 2P werden und entsprechend/Vergleichsergebnis über den Abstand zwischen den Prüfköpfen und der Schweißverbindung geurteilt wird.