DE3410434A1 - Device for testing metallic pipes for defects, by means of ultrasound - Google Patents

Device for testing metallic pipes for defects, by means of ultrasound

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Abstract

The invention relates to a device for testing the complete volume of metallic pipes for defects, by means of ultrasound, consisting of means for conveying and guiding the pipe to be tested in the axial direction and of one or more electrodynamic transducers which are arranged at a distance from the pipe and consist of a housing having coils for producing a magnetic field and having a plurality of transmitting coils (3, 6, 13, 15) for the pulsed generation of ultrasound waves in the pipe, which coils are arranged physically in series in the region of the homogeneous magnetic field, and receiving coils (4, 7, 14, 16). In order to improve the capability for longitudinal and lateral fault indication and also to detect such faults in the complete pipe volume, it is proposed according to the invention that the plurality of transmitting coils (3, 6, 13, 15) of a transducer be wound in such a manner that current passes through them in the same direction and such that a generator is provided for each coil, and such that an electronic unit is provided which controls the generators within the clock cycle in a time delayed, adjustable manner, in the sequence of the coils allocated to them. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung vonThe invention relates to a device for testing

metallischen Rohren auf Fehler mit den Merkmalen des Gattungsbegriffs.metallic pipes for defects with the characteristics of the generic term.

In der DE-AS 26 55 804 werden schon elektrodynamische Wandler mit mehreren Sendespulen, dort Spulenwicklung genannt, vorgeschlagen, die in Reihe angeordnet sind.In DE-AS 26 55 804 electrodynamic converters are already with several transmission coils, there called coil winding, proposed which are arranged in series are.

diese Spulen zur Ultraschallerzeugung werden nach diesem Vorschlag gemeinsam von einem Generator beaufschlagt, wobei die mehreren Spulen in Reihe oder parallel geschaltet sind. Diese Schaltung gestattet zwar eine gewisse Anpassung der Spulenkombination an den Innenwiderstand und die Frequenz des Generators, hat aber keinen Einfluß auf die Fehlerindikation.these coils for generating ultrasound are based on this proposal acted upon jointly by a generator, the multiple coils in series or are connected in parallel. This circuit allows a certain amount of adaptation the coil combination to the internal resistance and the frequency of the generator but no influence on the error indication.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Fähigkeit der Längs- und Querfehlerindikation gattungsgemäßer Vorrichtungen zu verbessern. Im weiteren ist es Aufgabe der Erfindung sowohl Längs- als auch Querfahler im gesamten Rohrvolumen zu erfassen.The object of the invention is therefore to improve the ability of the longitudinal and To improve transverse fault indication of generic devices. In the further is It is the object of the invention to have both longitudinal and transverse baffles in the entire pipe volume capture.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Schutzbegehrens. Die Vorrichtung erzeugt im Prüfrohr selbst nach dem elektrodynamischen Prinzip unter einem vorwählbaren Winkel zur Rohroberfläche laufende Ultraschall-Wellen (US-Wellen). Von solchen gerichteten US-Wellen, die piezoelektrisch erzeugt sind und über eine Ankoppelflüssigkeit auf das Prüfrohr übertragen werden, ist die Fähigkeit zur Indikation von Fehlern quer zur Wellenrichtung bekannt.The task is solved by the characteristics of the protection request. The device generates in the test tube itself according to the electrodynamic principle Ultrasonic waves (US waves) running at a preselectable angle to the pipe surface. From such directed US waves which are generated piezoelectrically and transmitted to the test pipe via a coupling fluid is the ability known for the indication of errors transversely to the wave direction.

In manchen Anwendungsfällen, z. B. bei der Fehlerprüfung warmer Rohre oder bei großen Prüfgeschwindigkeiten, ist die hydraulische Kopplung der piezoelektrischen Wandler aufwendig, unzuverlässig oder sogar unmöglich. Der Ausgangsschrift ist deswegen schon der Hinweis auf die elektrodynamische US-Erzeugung im warmen Prüfrohr und die Optimierung der elektrischen Daten der Spulen zur Erzeugung der US-Wellen an die des Generators zu entnehmen.In some applications, e.g. B. when checking for defects in warm pipes or at high test speeds, the hydraulic coupling is the piezoelectric Converter expensive, unreliable or even impossible. The original font is therefore already the reference to the electrodynamic US generation in the warm test pipe and the optimization of the electrical data of the coils for generating the US waves that of the generator can be found.

Bei der gegenwärtigen Vorrichtung ist es darüber hinaus möglich, die entgegengesetzte Abstrahlung der US-Wellen mit denselben Sendespulen desselben Wandlers dadurch zu erreichen, daß die Generatoren in einem Takt in einer Reihenfolge der räumlichen Anordnung ihrer Spulen und in einem darauf folgenden Takt in entgegengesetzter Reihenfolge ihrer räumlichen Anordnung zeitverzögert gesteuert werden Damit ist es ohne zusätzlichen Aufwand möglich, unterschiedliche Abstrahlrichtungen zu erreichen.In the current device it is also possible to use the opposite radiation of the US waves with the same transmitter coils of the same transducer to achieve that the generators in a cycle in an order of spatial arrangement of their coils and in a subsequent cycle in opposite directions The order of their spatial arrangement can be controlled with a time delay it is possible to achieve different radiation directions without additional effort.

Nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag unterscheidet sich der Aufbau des elektrodynmischen Wandlers vom Stand der Technik. Der Wandler wird auch anders als nach dem Stand der Technik betrieben.According to the proposal according to the invention, the structure differs of the prior art electrodynamic converter. The converter will also be different as operated according to the state of the art.

Zur Verbesserung der Fehleranzeige und zur Unterdrückung von Störanzeigen wird außerdem vorgeschlagen, die Empfangsspulen in jedem Wandler ebenfalls mehrfach und analog den Sendespulen zur Erzeugung von Ultraschallwellen vorzusehen und räumlich und elektrisch gemäß Anspruch 3 anzuordnen. Das heißt, die in den Spulen zeitverzögert ankommenden Signale von ein und demselben Fehler werden zeitverzögert im Addierer zeitgleich verstärkt, so daß sich Fehleranzeigen aus dem allgemeinen Störpegel stärker herausheben.To improve the error display and to suppress fault displays it is also proposed that the receiving coils in each transducer also be multiple and analogous to the transmitter coils for generating ultrasonic waves to be provided and to be arranged spatially and electrically according to claim 3. That is, the ones in the coils Delayed incoming signals from the same error are delayed amplified in the adder at the same time, so that error displays from the general Emphasize the interference level more strongly.

Durch geeignete Wahl der zeitlichen Verzögerung läßt sich der Empfang von US-Signalen aus einem bestimmten Einschallwinkel stark bevorzugen.The reception can be controlled by a suitable choice of the time delay strongly prefer US signals from a certain angle of incidence.

Mit einer Wandlergruppe gemäß Anspruch 4 wird bei geeignetem Längsvorschub des Rohres und Umfangsgeschwindigkeit der Wandlergruppe eine vollständige Prüfung des Rohrvolumens erfolgen. Zur Erhöung der Prüfgeschwindigkeit können mehrere Wandlergruppen gemäß Anspruch 4 und Anspruch 5 in Achsrichtung hintereinander angeordnet sein, so daß mehrgängig geprüft wird. Die Wandlergruppen arbeiten dabei nach einem Taktschema, das eine gegenseitige Beeinflussung vermeidet.With a transducer group according to claim 4, with a suitable longitudinal advance of the pipe and circumferential speed of the transducer group a complete test of the pipe volume. Several converter groups can be used to increase the test speed according to claim 4 and claim 5 be arranged one behind the other in the axial direction, so that it is checked several times. The converter groups work according to a clock scheme, that avoids mutual interference.

Der Aufbau und die Wirkungsweise der Vorrichtung wird an den schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Hierbei ist in den Figuren 1 bis 4 ein Ausführungsbeispiel für eine Prüfung mit tangentialer Magnetisierung dargestellt; die Figuren 5 bis 7 zeigen eine Prüfanordnung mit Normalfeldmagnetisierung.The structure and mode of operation of the device is shown schematically on the illustrated embodiments explained. Here is in Figures 1 to 4 shows an exemplary embodiment for a test with tangential magnetization; FIGS. 5 to 7 show a test arrangement with normal field magnetization.

Fig. 1 zeigt die Prüfeinrichtung an einem Rohr in Längsansicht für ein Tangentialmagnetfeld, Fig. 2 zeigt die Prüfeinrichtung an einem Rohr im uerschnitt für ein Tangentialmagnetfeld, Fig. 3 zeigt die Ansicht der Sende- und Empfangsspulen in Draufsicht von der Rohroberfläche, und zwar ohne Drehung gegenüber der Figur 1, Fig. 4 zeigt dies für den anderen Wandler, Fig. 5 zeigt die Prüfeinrichtung an einem Rohr im Querschnitt für Normalfeldmagnetisierung und Fig. 6 und 7 zeigen die Ansicht der Sende- und Empfangsspulen in Draufsicht zur Längs- und Querfehlerprüfung.Fig. 1 shows the test device on a pipe in a longitudinal view for a tangential magnetic field, Fig. 2 shows the test device on a pipe in cross section for a tangential magnetic field, Fig. 3 shows the view of the transmission and receiving coils in plan view from the pipe surface, with no opposite rotation FIG. 1 and FIG. 4 show this for the other converter, FIG. 5 shows the test device on a tube in cross section for normal field magnetization and FIGS. 6 and 7 show the view of the transmitter and receiver coils in plan view for longitudinal and transverse defect testing.

In Figur 1 ist ein Joch eines Magneten 5 mit den Polen Nord 8 und Süd 9 in Längsrichtung des Rohres angeordnet, 6 und 7 sind die Sende- und Empfangsspulen zur Erzeugung bzw. zum Empfang von Ultraschallwellen.In Figure 1 is a yoke of a magnet 5 with the poles North 8 and South 9 arranged in the longitudinal direction of the pipe, 6 and 7 are the transmitting and receiving coils for generating or receiving ultrasonic waves.

Der magnetische Fluß im Rohr verläuft in Längsrichtung von N nach S. Die Spulen erzeugen Ultraschallwellen, die in achsialer Richtung des Rohres verlaufen; die Empfangsspulen empfangen Signale von im Rohr vorhandenen Querfehlern. Oberhalb des Rohres ist ein ähnlicher Wandler mit der Bezeichnung 2, 3, 4 angeordnet, der in Figur 2 deutlicher erkennbar ist. Ein magnetisches Joch 2 zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes im Rohr zwischen den Polen N und 5 verläuft in Rohrumfangsrichtung. Die Spulen zur Erzeugung von Ultraschallwellen sind mit 3 bezeichnet und erzeugen Wellen, die in Rohrumfangsrichtung verlaufen. Reflektionen von Längsfehlern werden von den Empfangsspulen 4 empfangen.The magnetic flux in the pipe runs in the longitudinal direction from N to S. The coils generate ultrasonic waves that run in the axial direction of the pipe; the receiving coils receive signals from transverse flaws present in the pipe. Above of the tube is a similar transducer labeled 2, 3, 4, the can be seen more clearly in FIG. A magnetic yoke 2 for producing a homogeneous magnetic field in the pipe between the poles N and 5 runs in the circumferential direction of the pipe. The coils for generating ultrasonic waves are denoted by 3 and generate Waves that run in the circumferential direction of the pipe. Reflections from longitudinal defects are received by the receiving coils 4.

Die Figuren 3 und 4 zeigen von der Rohroberfläche aus gesehen die Spulenarten mit jeweils einer Wicklung und den Anschlüssen. Die Anordnung in Figur 3 und 4 ist umgedreht zu der Darstellung in Figur 1.FIGS. 3 and 4 show, viewed from the pipe surface, the Coil types, each with one winding and the connections. The arrangement in figure 3 and 4 is reversed to the illustration in FIG. 1.

Im ersten Ausführungsbeispiel sind die Spulen 3a, 3b, 3c diejenigen, die Ultraschallwellen erzeugen. Jeder Spule ist ein Generator zugeordnet, der Stromimpulse in die Spulen einleitet. Die Generatoren werden in der Reihenfolge a, b, c gesteuert. Im darauffolgenden Takt wird dann die Reihenfolge c, b, a gewählt. Dadurch werden in aufeinanderfolgenden Takten Ultraschallwellen erzeugt, die wechselnd in der Rohrwand umlaufen.In the first embodiment, the coils 3a, 3b, 3c are those that generate ultrasonic waves. A generator is assigned to each coil, which generates current pulses initiates into the coils. The generators are controlled in the order a, b, c. In the following bar the sequence c, b, a is chosen. This will be in successive cycles generates ultrasonic waves that alternate in the pipe wall circulate.

Ankommende Reflektionen von Längsfehlern werden von den Spulen 4a, 4b, 4c im zweiten Teil eines jeden Taktes empfangen. Im angenommenen ersten Takt wird dabei das Signal in 4c zuerst anstehen und zeitverzögert in 4b und 4a. Die induzierten Spannungen der Spulen 4 werden in der Weise an jeder Spule verzögert, wie die Sendeimpulse zeitverzögert ausgesendet sind. Nach dieser Verzögerung sind die Impulse der Empfangsspulen 4 gleichphasig und werden in einer Addiereinheit ein verstärktes Fehlersignal ergeben.Incoming reflections of longitudinal defects are generated by the coils 4a, 4b, 4c received in the second part of each clock. In the assumed first measure the signal in 4c will be present first and with a time delay in 4b and 4a. the induced voltages of the coils 4 are delayed at each coil in such a way that how the transmission pulses are transmitted with a time delay. After this delay are the pulses of the receiving coils 4 are in phase and are in an adding unit result in an amplified error signal.

Analog verläuft die Empfangs technik im zweiten Takt, wobei das Fehlersignal zuerst in 4a und zeitverzögert in 4b und 4c ankommt.The reception technology runs analogously in the second cycle, with the error signal arrives first in 4a and delayed in 4b and 4c.

Die Arbeitsweise der in Figur 3 dargestellten Spulen für die Erzeugung von Ultraschallwellen in Längsrichtung des Rohres zur Anzeige von Querfehlern verläuft analog.The operation of the coils shown in Figure 3 for the generation of ultrasonic waves running in the longitudinal direction of the pipe to indicate transverse defects analogue.

Eine mögliche Realisierungsform bei Normalfeldmagnetisierung zeigen die Figuren 5 bis 7. Durch die Magnetpole 10 mit den Polen 11 und 12 wird im Bereich unterhalb der Sende- und Empfangsspulen 13 bis 16 ein Normalfeld erzeugt. Ähnlich wie bei der Tangentialfeldmagnetisierung beschrieben, dienen die Sendespulen 13a bis c und die Empfangsspulen 14a bis c zum Nachweis von Querfehlern.Show a possible form of realization with normal field magnetization Figures 5 to 7. By the magnetic poles 10 with the poles 11 and 12 is in the area Generates a normal field below the transmitting and receiving coils 13 to 16. Similar As described for the tangential field magnetization, the transmission coils 13a are used to c and the receiving coils 14a to c for the detection of transverse defects.

Die Sendespulen 15a bis c und die Empfangsspulen 16a bis c dienen dem Nachweis von Längs fehlern.The transmitting coils 15a to c and the receiving coils 16a to c are used proof of longitudinal defects.

Die zeitliche Ansteuerung der einzelnen Prüfköpfe erfolgt dabei analog wie oben für die Tangentialfeldmagnetisierung beschrieben.The timing of the individual test heads is analogous as described above for the tangential field magnetization.

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Claims (5)

Vorrichtung zur Prüfung von metallischen Rohren auf Fehler durch Ultraschall Patentansprüche 1. Vorrichtung zur ganzvolumigen Prüfung von mptallien Rohren auf Fehler durch Ultraschall bestehend aus Mitteln zum Fördern und Führen des zu prüfenden Rohres in achsialer Richtung und einem oder mehreren im Abstand zum Rohr angeordneten elektrodynamischen Wandlern, die aus einem Gehäuse mit Spulen zur Erzeugung eines Magnetfeldes und mit mehreren Sendespulen (3, 6, 13, 15) zur taktweisen Erzeugung von Ultraschallwellen im Rohr, die im Bereich des homogenen Magnet feldes räumlich in Reihe angeordnet sind, und Empfangsspulen (4, 7 14, 16) bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Sendespulen (3, 6, 13, 15) eines Wandlers derart gewickelt sind, daß sie gleichsinnig stromdurchflossen sind und daß für jede Spule ein Generator vorgesehen ist und daß eine elektronische Einheit vorhanden ist, die die Generatoren innerhalb des Taktes einstellbar in der Reihenfolge der ihnen zugeordneten Spulen zeitverzögert steuert. Device for testing metallic pipes for defects Ultrasound claims 1. Device for full-volume testing of mptallien Pipes for defects by ultrasound consisting of means for conveying and guiding of the pipe to be tested in the axial direction and one or more at a distance Electrodynamic transducers arranged in the tube and consisting of a housing with coils for generating a magnetic field and with several transmitter coils (3, 6, 13, 15) for cyclical generation of ultrasonic waves in the pipe, which are in the range of the homogeneous Magnetic field spatially in series are arranged, and receiving coils (4, 7 14, 16), characterized in that the plurality of transmitter coils (3, 6, 13, 15) of a transducer are wound in such a way that current flows through them in the same direction are and that a generator is provided for each coil and that an electronic one Unit is available, which can be set in the generators within the cycle Sequence of the coils assigned to them controls with a time delay. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler mit seinem Gehäuse relativ zum Rohrumfang ununterbrochen angetrieben ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the converter is continuously driven with its housing relative to the pipe circumference. 3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ebenso wie die mehreren Sendespulen (3, 6, 13, 15) zur taktweisen Erzeugung von U1-traschallwellen auch mehrere andere ebenso räumlich angeordneten Empfangsspulen (4, 7, 14, 16) im Wandler angeordnet sind, die einzeln in ihrer räumlichen Reihenfolge mit einstellbaren Zeitverzögerungsgliedern und einem gemeinsamen Addierer verbunden sind.3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that as well as the multiple transmitter coils (3, 6, 13, 15) for cyclical generation of U1 trasound waves also several other equally spatially arranged receiving coils (4, 7, 14, 16) are arranged in the converter, individually in their spatial order connected to adjustable time delay elements and a common adder are. 4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens je ein Wandler mit in Rohrumfangsrichtung und in Rohrlängsrichtung angeordneten Sendespulen (3, 6, 13, 15) vorgesehen ist und die Generatoren des einen Wandlers und die des anderen Wandlers von Takt zu Takt wechselnd gesteuert sind.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that at least one transducer each with in the circumferential direction of the pipe and in the longitudinal direction of the pipe arranged transmission coils (3, 6, 13, 15) is provided and the generators of the one Converter and that of the other converter are controlled alternately from cycle to cycle. 5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gruppen von mehreren Sendespulen mit direkt daneben liegenden Empfangsspulen auf dem Umfang und/oder in Achsrichtung angeordnet sind.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that several groups of several transmitting coils with directly adjacent receiving coils are arranged on the circumference and / or in the axial direction.
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