DE3330069A1

DE3330069A1 - Vorrichtung zur ultraschalluntersuchung

Info

Publication number: DE3330069A1
Application number: DE19833330069
Authority: DE
Inventors: David Harris Guisborough Cleveland Davies
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1982-08-19
Filing date: 1983-08-19
Publication date: 1984-02-23
Also published as: GB8322267D0; GB2125968A; GB2125968B; US4562737A

Description

DR. A. VAN DER WERTH DR. FRANZ LEDERER R.F. MEYER-ROXLAU

DIPL-ING. (1934-1974) DIPL-CHEM. DIPL-ING.

8000 MÜNCHEN 80

LUCILE-GRAHN-STRASSE 22

TELEFON: (0 89) 47 29 47 TELEX: 524624 LEDER O TELEGR.: LEDERERPATENT

18. August 1983

M/Bl

P.8480/8482

British Steel Corporation 9 Albert Embankment

London SE1 7SN, England

Vorrichtung zur ültraschalluntersuchung

Die Erfindung befaßt sich ganz allgemein mit der Ultraschalluntersuchung und insbesondere der Ultraschalluntersuchung der Ränder bzw. Kanten und/oder Körper metallischer Produkte wie Stahlplatten oder Stahlrohre. Wenn die Ränder von Stahlplatten verschweißt werden sollen, beispielsweise bei der Herstellung eines Rohres durch Zusammenschweißen von einzelnen Platten oder durch Verschweißen der einander gegenüberliegenden Ränder eines schraubenförmig zusammengewickelten Streifens, ist eine detailiert Untersuchung der einander gegenüberliegenden Schweißränder notwendig, um eine gute Qualität der Verschweißung sicherzustellen, um so die Anzahl der Schweißfehler während der Plerstellung des Rohres auf ein Minimum zu reduzieren.

Auch die einander gegenüberliegenden Endränder von Rohren oder Röhren, die beispielsweise im Wege des Schweißens miteinander zu verbinden sind, müssen in Hinblick auf die Qualität untersucht werden.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Körper von Produkten

dieser Art zu untersuchen, indem das Produkt entlang einer Bewegungslinie in der Nähe eines Wasserreservoirs derart entlangbewegt wird, daß das Wasser aus dem Reservoir aufeinanderfolgende Teile des zu untersuchenden Produkts berührt. Zur selben Zeit ist in dem Reservoir ein Träger vorgesehen, der eine Vielzahl von in Abständen voneinander angeordneten Ultraschallwandlern trägt. In der Praxis wird dann, wenn das Produkt an dem Reservoir vorbeibewegt wird, der Träger axial hin- und herbewegt, und zwar mittels einer pneumatischen oder hydraulischen Kolben/Zylinder-Einheit, während die Wandler aktiviert werden, um Impulse in das Produkt abzugeben und Reflexionen derselben aus dem Produkt zu empfangen, wobei das Wasserreservoir als akustisches Kopplungsmedium verwendet wird.

Obwohl die Vorrichtung dieser Art (im folgenden kurz als "Vorrichtung der genannten Art" bezeichnet) für eine brauchbare Untersuchung im Hinblick auf Produkte wie Stahlplatten geeignet ist, ist sie dennoch mit einem Problem verbunden, das darin besteht, daß die hin- und hergehende Bewegung des Trägers in der Praxis nicht mit einer konstanten Geschwindigkeit erfolgt, so daß nicht stets eine Untersuchung des Gesamtbereichs des Produkts, wenn dieses sich vorbeibewegt, exakt erreicht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, für eine wirkungsvolle und zweckmäßige Untersuchung metallischer Produkte Sorge zu trager Entsprechend ist erfindungsgeir.äß vorgesehen eine Vorrichtung zur Ultraschalluntersuchung der Ränder oder des Körpers eines metal" lischen Werkstücks unter Verwendung von Wasser als Kopplungsmitte] zwischen Ultraschallwandlern und einem metallischen Produkt, das sich relativ zu der Untersuchungsvorrichtung entlang einer im allgemeinen vorbestimmten Bahn bewegt, wobei diese Vorrichtung gekennzeichnet ist durch Führungsmittel, die die von dem metallischen Produkt zu verfolgende Bahn definieren, durch ein oder mehrere Reservoirs unterhalb der Bahn und je mit einer oberseitig« Öffnung, durch die Wasser überlaufen kann, um aufeinanderfolgende Teile des darunter befindlichen zu untersuchenden Stücks zu berühren, und durch eine Vielzahl von Ultraschallwandlern, die in einer oder mehreren Gruppen innerhalb des oder der Reservoirs angeordnet und in Richtung auf den Rand oder Körper des zu unter-

suchenden Stücks ausgerichtet sind, so daß sie statisch sein oder sich in einer sinusförmigen Weise hin- und herbewegen können, um die Bahn ganz oder teilweise zu überstreichen, und so daß sie quer zur Bewegungsrichtung des Produkts entlang der Bahn einstellbar sein können, um die Stellung des Untersuchungsbereichs bzw. -feldes zu verändern.

Eine erfindungsgemäße Ausführungsform besteht in einer Vorrichtung zur gleichzeitigen Ultraschalluntersuchung der einander gegenüberliegenden Ränder eines metallischen Werkstücks unter Verwendung von Wasser als Kopplungsmedium zwischen Ultraschallwandlern und einem metallischen Produkt, das sich relativ zu der Untersuchungsvorrichtung entlang einer vorbestimmten Bahn bewegt, wobei dl^Q.se Vorrichtung gekennzeichnet ist durch Führungsmittel, die die von dem metallischen Produkt zu verfolgende Bahn definieren, durch ein Reservoir für Wasser mit einer oberseitigen Öffnung, das so relativ zu der Bahn angeordnet ist, daß es unmittelbar unter einem Rand des metallischen Produkts liegt, durch ein zweites Reservoir für Wasser mit einer oberseitigen Öffnung, das bewegbar an einer Schlittenbahn angeordnet ist, die quer zur Bahn angeordnet ist, so daß es unmittelbar unter dem gegenüberliegenden Rand des metallischen Produkts angeordnet werden kann, durch WasserZuführungsmittel· zu den beiden Reservoirs zur fortlaufenden Wasserzuführung zu diesen, so daß beim Betrieb Wasser von der Oberseite des Reservoirs überläuft, um das metallische Produkt bei seiner Bewegung auf der Bahn zu berühren, und durch eine Vielzahl von Ultraschallwandlern innerhalb jedes Reservoirs und ausgerichtet auf den Rand des sich quer vorbeibewegenden metallischen Produkts. Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Ultraschalluntersuchung unter Verwendung der hier bezeichneten Vorrichtung.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht in einer Vorrichtung der genannten Art, die über Mittel zur Hin- und Herbewegung des Trägers während des Betriebs der Einrichtung verfügt, wobei diese Mittel in Hinblick auf einen sinusförmigen Antrieb für den Träger angeordnet und ausgebildet sind.

Diese Mittel für den sinusförmigen Antrieb des Trägers können in einem Kurbelwellenantrieb bestehen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform verfügt das Wasserreservoir über eine schmale oben liegende Öffnung, durch die während des Betriebs Wasser austreten kann. Bei dieser Ausbildung wird das Produkt so angeordnet, daß seine Bewegungsbahn quer zu der oben liegenden Öffnung des Reservoirs liegt, wodurch das Produkt auf aus dem Reservoir austretendes Wasser trifft, wenn es quer vorbeibewegt wird.

Frühere Versuche für die Verwendung eines pneumatischen Zylinders beispielsweise zum Antrieb des hin- und hergehenden Trägers bewegen theoretisch den Träger in einer Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit, so daß jeder Ultraschallwandler ein sägezahnförmiges Untersuchungsmuster entlang der Länge des Produkts während des Betriebs beschreibt. Es ist jedoch festgestellt worden, daß in der Praxis ein solcher Zylinder keine konstante Geschwindigkeit liefert und daß zusätzlich am Beginn und Ende jedes Hubs eine unvermeidbare Ruhepause in der Bewegung des Trägers eintritt. Die Folge hiervon ist, daß ein bedeutender Bereich des Produkts während des Betriebs nicht untersucht wird und das von den Wandlern beschriebene sägezahnförmige Muster erheblich gestört wird.

Mittels des erfindungsgemäßen Antriebs beschreibt jeder an dem Träger angeordnete Wandler eine sinusförmige Untersuchungsbahn entlang der Oberfläche des Werkstücks, wodurch ein echtes und gleichmäßiges Untersuchungsmuster auf dem Produkt erreicht werden kann.

Zum leichteren und besseren Verständnis der Erfindung v/erden nachfolgend drei Ausführungsformen beispielhaft und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter ins einzelne gehend erläutert; in den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt nach der Linie AA der Fig. 3 durch eine Vorrichtung zur Ultraschalluntersuchung der Ränder von Stahlplatten,

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt gesehen von vorne entlang der Linie BB der Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung der Fig. 1,

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt gesehen von vorne durch eine Vorrichtung zur Ultraschalluntersuchung der Ränder von Stahlrohren,

Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung der Fig. ^

Fig. 6 einen schematischen Querschnitt gesehen von hinten durch eine Vorrichtung zur Ultraschalluntersuchung einer gerollten Stahlplatte entlang der Linie I-I der Fig. 7

Fig. 7 einen schematischen Längsschnitt durch die Vorrichtung entlang der Linie II-II der Fig. 6 und

Fig. 8 eine sei^matischen Draufsicht auf die Vorrichtung nach der Linie III-III der Fig. 7.

In den Figuren 2 und 3 der Zeichnungen sind Wasserreservoirs 1 und 2 dargestellt, die über Einlasse 3 verfügen, die fortlaufend mit Wasser von Leitungen 4 aus versorgt sind. Jedes Reservoir verfügt über eine obere oder oberseitige Öffnung 5, durch die hindurch Wasser nach oben heraustritt, um ein Stahlplattenwerkstück 6 zu berühren und eine akustische Kopplung mit diesem zu bewerkstelligen, bevor das Wasser nach unten an der Außenseite des Reservoirs herunterfließt, wonach es gesammelt und nötigenfalls nach Filtrierung den Zuführungsleitungen 4 wieder zugeführt werden kann. Die Wassereinlässe sind durch Ventile 7 so gesteuert, daß sich ein gewünschter gleichmäßiger Wasserstrom durch die Öffnungen ergibt.

Die beiden Reservoirs sind zwischen zwei Sätzen von Rollen 8 und 9 eines Rollentischs angeordnet, entlang dessen die Stahlplatten 6 bewegt werden können.

Eine Platte ist während ihrer Bewegung zwischen diesen beiden Rollen dargestellt, wobei die Oberseite der Reservoirs gerade unterhalb der unteren Fläche der Platte liegt, wenn diese sich vorbeibewegt, und gleichzeitig ausreichend nahe angeordnet ist, so daß das aus den oberen Öffnungen nach oben heraustretende

Wasser die Platte in einem fortlaufend sich auffüllenden Pool berührt.

Es ist zu beachten, daß das eine Reservoir 1 unter und in der Nähe eines Seitenrandes 10 der Stahlplatte 6 angeordnet ist, während das andere Reservoir 2 an einem Schlitten 11 angeordnet ist, der mittels eines Motors 24 quer zur Bewegungsrichtung der Platte 6 bewegbar ist, so daß er unter dem anderen Seitenrand 13 der Platte 6 oder tatsächlich unter dem gegenüberliegenden Seitenrand einer Platte anderer Breite angeordnet werden kann.

Innerhalb jedes Reservoirs ist eine Vielzahl von Ultraschallwandlern 14 angeordnet, die elektrisch zur Abgabe von Ultraschallimpulsen und zum Empfang des Echos derselben von der Platte her angeschlossen sind. Die Wandler sind mittels isolierter elektrischer Verbindungen 15 an eine Steuereinheit 16 angeschlossen, die die Wandler aktiviert und ihr Ansprechen überwacht. Die Kontrolleinheit stellt den Auftritt eines Fehlers in dem entsprechenden Rand der Platte in bekannter Weise fest.

Die zweite Ausführungsform der Erfindung, die in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist, macht Gebrauch von denselben Prinzipien der ersten Ausführungsform unter Anpassung an die Untersuchung der Ränder eines Rohres 17.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, wird in diesem Fall das Rohr 17 auf Rollen 18 in Umdrehung versetzt, und sind die beiden Reservoirs 19 und 20 unterhalb jedes der beiden Ränder 21 und 22 des Rohrs angeordnet, so daß die Ränder mit Hilfe von Ultraschalleinrichtungen 23, die innerhalb der Reservoirs angeordnet sind, in derselben Weise untersucht werden, wie die Ränder der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Platte.

In den Figuren 6, 7 und 8 ist eine Tank 110 dargestellt, der über drei Einlasse 111 verfügt, die fortlaufend mit Wasser von einer Leitung 112 aus versorgt sind.

Der Tank weist einen Längsschlitz 115 in seiner Oberseite auf,

durch den hindurch Wasser nach oben austritt, bevor es nach unten an der Außenseite des Tanks herunterläuft, wonach es gesammelt und nötigenfalls nach nitrierung der Zuführungsleitung 112 wieder zugeführt werden kann. Die Einlasse 111 sind entlang des Tanks in Abständen angeordnet und durch einzelne Ventile 116 gesteuert, um einen angenähert gleichmäßigen Wasserstrom entlang der Länge des Schlitzes 115 zu liefern.

Der Tank ist zwischen zwei Rollen 120 eines Rollentischs angeordnet, entlang dessen Stahlplatten bewegt werden können. Eine Platte 121 ist während ihrer Bewegung über diese beiden Rollen dargestellt. Die Oberseite des den Schlitz 115 aufweisenden Tanke liegt gerade unterhalb der unteren Fläche der Platte, wenn diese sich vorbeibewegt, und hinreichend nahe an dieser, daß das nach oben aus dem Schlitz 115 austretende Wasser die Platte auf ihrer gesamten Breite in einem sich fortlaufend >. wieder füllendem Pool 122 berührt.

Direkt unter dem Schlitz 115 und parallel zu diesem trägt der Tank 110 einen Träger in der Form eines rostfreien Stahlrohrs 125, das sich durch die einander gegenüberliegenden Enden des Tank durch Wasserdichtungen 126 hindurcherstreckt, die eine Axialverschiebung des Rohrs 125 zulassen. Ein Kurbelwellenantrieb mit einem Kurbelrad 127 und einem Verbindungshebel ist an das eine Ende des Rohrs angeschlossen und dazu bestimmt, das Rohr in dem Tank hin- und herzubewegen.

Entlang der Oberseite des Rohrs 125 ist ein äußerer Kanal vorgesehen bzw. befestigt, der eine Reihe von Ultraschallwandlern 130 trägt, die durch den Schlitz 115 hindurch ausgerichtet sind. Die Länge der Reihe der Wandler ist größer als die Breite der Platte, und zwar um ein Ausmaß, das ausreicht sicherzustellen, daß in den Extremstellungen des Rohres 125 während seiner axialen Hin- und Herbewegung kein Rand der Platte das eine oder das andere Ende der Reihe der Wandler überschreitet. Die Relativstellungen und Ausrichtungen der Wandler 130, des Schlitzes 115 und der Platte 121 sind solche, daß von jedem

Wandler abgestrahlte Ultraschallenergieimpulse von der Platte aus zu demselben Wandler zurückreflektiert werden.

Die Wandler 130 sind einzeln angeschlossen mittels isolierter elektrischer Verbindungen 131 an eine Steuereinheit 132, die die Wandler aktiviert und ihr Ansprechen auf von der Platte 121 reflektierte Ultraschallenergie überwacht. Die Kontrolleinheit 132 stellt das Vorliegen eines Fehlers in der Platte in bekannter Weise fest.

Die Erfindung kann in anderen Arten und Weisen Anwendung finden als- in derjenigen, die oben in Hinblick auf die Figuren 6, 7 und 8 im besonderen beschrieben worden ist. So ist es möglich, ein Rohr anstelle einer Platte bzw. ebenso wie eine Platte unter Ausrichtung des Rohrs in Längsrichtung über dem Schlitz und Inumdrehungversetzen des Rohrs zu untersuchen, bis sein gesamter Umfang über dem. Schlitz vorbeibewegt worden ist.

Während des Betriebs beschreibt die Reihe der Ultraschallwandler 130 eine Folge von gleichmäßig in Abständen angeordneten sinusförmigen Untersuchungsbahnen über der Oberfläche des Produkts, wodurch eine gute Überwachung der Gesamtfläche sichergestellt wird.

Es ist selbstverständlich, daß bei der Ausbildung gemäß Fig. 1 bis 5 die beiden Reservoirs 1 und 2 in Hinblick auf eine Bewegung quer zur Bewegungsrichtung der Platte ausgebildet und angeordnet werden können, so daß beispielsweise während der Bewegung der Platte wandernde Ränder derselben an beiden Seiten aufgenommen bzw. miterfaßt werden können. Auch können Mittel vorgesehen werden, beispielsweise Schalter zur Feststellung des Randes, um das oder jedes Reservoir dem. zugehörigen Plattenrand folgen lassen zu können.

Durch die Erfindung ist ein zweckmäßiges, wirkungsvolles und einfaches Mittel zur Untersuchung von metallischen Produkten wie Platten oder Rohren unterschiedlicher Breite oder Länge geschaffen worden.

Claims

British Steel Corporation . . 18. August 3 983

M/Bl P.8480/8482

Patentansprüche

Vorrichtung zur Ultraschalluntersuchung der Ränder oder des Körpers eines metallischen Werkstücks unter Verwendung von Wasser als Kopplungsmedium zwischen Ultraschallwandlern und einem metallischen Produkt, das sich relativ zu der Untersuchungsvorrichtung entlang einer im allgemeinen vorbestimmten Bahn bewegt, gekennzeichnet durch Führungsmittel (8, 9; 18; 120), die die von dem metallischen Produkt (6; 17; 121) zu verfolgende Bahn definieren, durch ein oder mehrere Reservoirs (1, 2; 19, 20; 110) unterhalb der Bahn und je mit einer oberseitigen Öffnung (5; -; 115), durch die Wasser überlaufen kann, um aufeinanderfolgende Teile des darunter befindlichen zu untersuchenden Stücks zu berühren, und durch eine Vielzahl von Ultraschallwandlern (14; 23; 130), die in einer oder mehreren Gruppen innerhalb des oder der Reservoirs angeordnet und in Richtung auf den Rand oder Körper des zu untersuchenden Stücks ausgerichtet sind, so daß sie statisch sein oder sich in einer sinusförmigen Weise hin- und herbewegen können, um die Bahn ganz oder teilweise zu überstreichen, und so daß sie quer zur Bewegungsrichtung des Produkts entlang der Bahn einstellbar sein können, um die Stellung des Untersuchungsbereichs bzw. -feldes zu verändern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Ultraschalluntersuchung der einander gegenüberliegenden Ränder eines metallischen Werkstücks unter Verwendung von Wasser als Kopplungsmedium zwischen Ultraschallwandlern und einem metallischen ' Produkt, das sich relativ zu der Untersuchungsvorrichtung entlang einer vorbestimmten Bahn bewegt, gekennzeichnet durch Führungs mittel (8, 9), die die von dem metallischen Produkt (6) zu verfolgende Bahn definieren, durch ein Reservoir (1) für Wasser mit einer oberseitigen Öffnung, das so relativ zu

der Bahn angeordnet ist, daß es unmittelbar unter einem Rand (10) des metallischen Produkts liegt, durch ein zweites Reservoir (2) für Wasser mit einer oberseitigen Öffnung, das bewegbar an einer Schlittenbahn (11) angeordnet ist, die quer zur Bahn angeordnet ist, so daß es unmittelbar unter dem gegenüberliegenden Rand (13) des metallischen Produkts angeordnet werden kann, durch Wasser zuführungsmittel (4) zu den beiden Reservoirs zur fortlaufenden Wasserzuführung zu diesen, so daß beim Betrieb Wasser von der Oberseite des Reservoirs überläuft, um das metallische Produkt bei seiner Bewegung auf der Bahn zu berühren, und durch eine Vielzahl von Ultraschallwandlern (14) innerhalb jedes Reservoirs und ausgerichtet auf den Rand des sici* q.r^r vorbeibewegenden metallischen Produkts.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Mittel (127, 133) zur hin- und hergehenden Bewegung des Trägers (125) während des Betriebs der Vorrichtung, wobei diese Mittel in Hinblick auf einen sinusförmigen Antrieb des Trägers ausgebildet und angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Bewirkung eines sinusförmigen Antriebs für den Träger (125) in einem Kurbelwellenantrieb (127, 133) bestehen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Reservoir (2) auf der Schlittenbahn (11) mittels eines Steuermotors (24) bewegbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Ausbildung zur Untersuchung einer Stahlplatte.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ihre Ausbildung zur Untersuchung eines Stahlrohrs.
8. Verfahren zur Untersuchung metallischer Produkte unter Ver-

Wendung der Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche.