DE3414362A1

DE3414362A1 - Verfahren zur ultraschall-pruefung von bolzen mit einem wanddickensprung

Info

Publication number: DE3414362A1
Application number: DE19843414362
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl.-Phys. Dr. 8520 Erlangen Heumüller; Georg Dipl.-Ing. 8521 Möhrendorf Hölzler; Michael Dipl.-Phys. Dr. 8551 Röttenbach Kröning
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-04-16
Filing date: 1984-04-16
Publication date: 1985-10-17
Also published as: JPS60235054A; BR8501767A; ES8701384A1; DE3579614D1; ES542238A0; US4640131A

Description

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KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

VPA 84 P 6 0 3 0 DE

Verfahren zur Ultraschallprüfung von Bolzen mit einem Wanddickensprung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ultraschall-Prüfung von Bolzen mit einem Wanddickensprung auf von diesem ausgehende Anrisse mit einem Sender und einem Empfänger für Ultraschallwellen.

Solche Anrisse waren bisher nur zu ermitteln, wenn die Ultraschall-Prüfung von der durch den Wanddickensprung bestimmten dünneren Seite des Bolzens aus erfolgen konnte, weil sonst der Wanddickensprung mit seinen großen Ultraschallechos die verhältnismäßig kleinen Echosignale von Anrissen abgeschattet und verfälscht hat. Da jedoch besonders in kerntechnischen Anlagen Prüfungen im strahlengefährdeten Bereich, zum Beispiel wegen der Fernbedienung, oft nur von der dickeren Seite des Bolzens aus vorgenommen werden können, ist es die Aufgabe der Erfindung, Anrisse an Bolzen mit einem Wanddickensprung von der dickeren Seite des Bolzens aus festzustellen.

Erfindungsgemäß ist einmal vorgesehen, daß als Sender und Empfänger ein piezzoelektrischer Wandler auf der dickeren Seite des Bolzens am Umfang so aufgesetzt wird, daß der Wanddickensprung im Nahfeldbereich liegt, daß mit dem Wandler Longitudinalwellen mit einem Winkel von 55 bis 70° und Transversalwellen mit einem Winkel von 25 bis 35° in Richtung auf den Wanddickensprung eingestrahlt werden und daß die Intensität der reflektierten Transversalwellen und Longitudinalwellen mit einer Echokennlinie verglichen wird, die mit einem

Sm 2 Hgr / 13.04.1984

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dem zu prüfenden Bolzen entsprechenden Probekörper mit Anrisse unterschiedlicher Tiefe simulierenden Nuten gewonnen wurde.

Eine andere Lösung der Aufgabe besteht darin, daß ein Tandemprüfkopf mit in Bolzenlängsrichtung hintereinanderliegendem Sender und Empfänger auf der dickeren Seite des Bolzens am Umfang so aufgesetzt wird, daß der Wanddickensprung im Nahfeldbereich des Senders und ein Reflexionspunkt an der gegenüberliegenden Bolzenoberfläche im Nahfeldbereich des Empfängers liegt, daß mit dem Sender Transversalwellen unter einem Winkel von 40 bis 700 in Richtung auf den Wanddickensprung eingestrahlt werden und daß die Intensität einer reflektierten Transversalwelle des Empfängers mit einer Echokennlinie verglichen wird, die mit einem dem zu prüfenden Bolzen entsprechenden Probekörper mit Anrisse unterschiedlicher Tiefe simulierenden Nuten gewonnen wurde.

Die erfindungsgemäßen Verfahren haben sich beide bei Erprobungen ausgezeichnet bewährt, so daß sie in ihrer Empfindlichkeit und Genauigkeit als praktisch gleichwertig angesehen werden können. Auch Anrisse mit Tiefen, die kleiner als die Höhe des Wanddickensprunges sind, waren damit gut feststellbar. Beide Verfahren können vorteilhaft mit einer Vorrichtung ausgeführt werden, die so aufgebaut ist, daß mehrere Prüfköpfe zu einem Ring zusammengefaßt sind, der eine den Bolzen einschließende Öffnung aufweist, daß der Ring Mittel zur Zentrierung an dem Bolzen aufweist, mit denen der Abstand der Prüfköpfe von der Bolzenoberfläche konstant größer als das Doppelte der Wellenlänge gehalten wird, und daß der Ring mit einem Ultraschallprüfgerät über einen Umschalter verbunden ist, der die einzelnen Prüfköpfe anzusteuern gestattet.

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Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei zeigen die Fig. 1 und 2 die Prinzipien der neuen Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Bolzens mit einem Wanddickensprung, die Fig. 3 stellt die dazu verwendete Echokennlinie dar. In Fig. 4 ist eine Vorrichtung zur Ausübung der erfindungsgemäßen Verfahren schematisiert dargestellt, wobei die beiden Ausführungen der erfindungsgemäßen Verfahren auf unterschiedlichen Seiten angedeutet sind.

Der zu prüfende rotationssymmetrische Bolzen 1 hat einen Wanddickensprung 2 am Übergang von seinem dickeren Teil 3 zum dünneren Teil 4. Es handelt sich zum Beispiel um einen zylindrischen Führungs- oder Haltestift mit einem Durchmesser D von 22 mm. Der dünnere Teil 4 ist ein Gewindezapfen, der einen Durchmesser d von 15 mm mit einem Gewinde M 15 hat.

Der Wanddickensprung 2 mit seiner rechtwinkligen Stufung ist durch Anrisse besonders gefährdet, wie sie als Fehler 5 dargestellt sind. Diese Anrisse sollen mit dem Verfahren nach der Erfindung von der dickeren Seite 3 aus ermittelt werden. Dazu wird nach Fig. 1 ein Ultraschallprüfkopf 6 aufgesetzt, der als Sender und Empfänger arbeitet.

Der ültraschallprüfkopf 6 sitzt mit einer der Oberfläche des Bolzens 1 angepaßten Sohle dicht auf dem Umfang des dickeren Teils 3 des Bolzens 1 auf. Sein Abstand A vom Wanddickensprung 3 ist mit zum Beispiel 21,5 mm so groß gewählt, daß der Wanddickensprung im Nahfeldbereich des Prüfkopfes 6 liegt. Dies gilt für den Longitudinalwellenhauptstrahl 8, der mit einer

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Frequenz von 4 MHz unter einem Winkel 9 von etwa 65° gegenüber der Senkrechten auf dem Umfang des Bolzens eingestrahlt wird. Der gleichzeitig in den Bolzen 1 einlaufende Transversalwellenhauptstrahl 10 hat dagegen einen Winkel 11 von etwa 30°. Dieser Strahl 10 ist auf die gegenüberliegende Seite des Bolzens 1 gerichtet, so daß durch Wellenumwandlung ein longitudinaler Strahl 12 zustande kommt, der den Anriß 5 erfaßt.

Der am Anriß 5 reflektierte Longitudinalwellenhauptstrahl 8 führt zu einem Transversalwellenecho entsprechend dem eingestrahlten Transversalwellenhauptstrahl 10. In umgekehrter Richtung führt der Transversalwellenhauptstrahl 10 zu einem als Longitudinalwellenstrahl 8 vom Anriß 5 reflektierten Signal. Die Intensität der Signale wird mit der in Fig. 3 dargestellten Echokennlinie 13 verglichen. Dabei ist auf der Ordinate die Echohöhe E in dB dargestellt, auf der Abszisse 13 die Anrißtiefe T in Millimeter. Die Echokennlinie 13 erreicht als Sättigungskurve den maximalen Wert für T a d, d.h. für den völligen Abriß des Gewindezapfens

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 erfolgt die Ultraschallmessung mit einem Tandemprüfkopf 17, in dem ein Sender 18 und ein Empfänger 19 für Transversalwellen in Längsrichtung des Bolzens 1 hintereinander angeordnet sind. Die durch die Strahlenteile 20, 21 und angedeuteten Transversalwellen werden unter einem Winkel 23 von 45° gegenüber der Normalen zur Bolzenoberfläche eingeschallt. Die zur Bestimmung der Echointensität als Maß für Anrisse dienende Echokennlinie ist in Fig. 3 mit dem gestrichelten Kurvenzug 25 wiedergegeben, der für T * d wiederum in einen Sättigungsgrenzwert einläuft;

Bei der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung 26 sind zu

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beiden Seiten der strichpunktierten Mittellinie 27 des Bolzens 1 die beiden Ausführungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Ringanordnung der Prüfköpfe dargestellt. Die Ringanordnung 28 umfaßt einen Kunststoffring 28A, vorzugsweise aus Plexiglas, mit einer dem Durchmesser D angepaßten Öffnung 29, die zugleich die Zentrierung des Ringes 28 an dem Bolzen 1 bewirkt. Auf dem Kunststoffring 28A sitzt eine Vergußmasse 28B mit Dämpfungseigenschaften. Die gewünschte Lage in Längsrichtung des Bolzens 1 wird durch Anlegen des Ringes 28 an eine Platte 30 erreicht, in der der Gewindezapfen 4 steckt.

In der Vergußmasse 28B sind acht Schwinger um den Umfang der öffnung 29 gleichmäßig verteilt. Sie sind entweder als Einschwinger-Prüfkopf 6 nach Fig. 1 oder als Tandemanordnung 17 nach Fig. 2 ausgebildet.

Die Prüfköpfe 6, 17 sind über Spulen 31 bzw. 32 zur elektronischen Anpassung an ein Ultraschallgerät 33 mit einem Umschalter 34 verbunden, mit dem jeweils einer der Prüfkopfanordnungen 6 bzw. 17 an das Ultraschallgerät 33 angeschlossen wird. Auf dem Bildschirm 35 des Ultraschallgerätes 33 können die von dem jeweils wirksamen Prüfkopf erfaßten Echosignale abgelesen werden. Sie können aber auch mit Hilfe eines Schreibers ausgegeben werden, wie mit dem Blatt 37 des Schreibers dargestellt ist. Danach ist wiederum der Vergleich mit der in Fig. 3 gezeigten Echokennlinie möglich.

Bei diesem Ausführungsbeispiel soll der durch das Spiel zwischen Bolzen 1 und öffnung 29 variierende Abstand der Prüfköpfe 6, 17 von der Bolzenoberfläche mit ausreichender Konstanz größer als das Doppelte der

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Wellenlänge von zum Beispiel 0,8 mm gehalten werden. Dazu kann man zur Zentrierung noch Keile oder ähnliche Spanneinrichtungen vorsehen, um Verfälschungen des Meßsignals durch seitliche Bewegung des Ringes 28 zu verhindern.

3 Patentansprüche

4 Figuren

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Claims

Patentansprüche

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( 1 .,Verfahren zur Ultraschall-Prüfung von Bolzen mit einem Wanddickensprung auf von diesem ausgehende Anrisse mit einem Sender und einem Empfänger für Ultraschallwellen, dadurch gekennzeichnet, daß als Sender und Empfänger ein piezzoelektrischer Wandler auf der dickeren Seite des Bolzens am Umfang so aufgesetzt wird, daß der Wanddickensprung im Nahfeldbereich liegt, daß mit dem Wandler Longitudinalwellen mit einem Winkel von 55 bis 70° und Transversalwellen mit einem Winkel von 25 bis 35° in Richtung auf den Wanddickensprung eingestrahlt werden und daß die Intensität der reflektierten Transversalwellen und Longitudinalwellen mit einer Echokennlinie verglichen wird, die mit einem dem zu prüfenden Bolzen entsprechenden Probekörper mit Anrisse unterschiedlicher Tiefe simulierenden Nuten gewonnen wurde.
2. Verfahren zur Ultraschall-Prüfung von Bolzen mit einem Wanddickensprung auf von diesem ausgehende Anrisse mit einem Sender und einem Empfänger für Ultraschallwellen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tandemprüfkopf mit in Bolzenlängsrichtung hintereinanderliegendem Sender und Empfänger auf der dickeren Seite des Bolzens am Umfang so aufgesetzt wird, daß der Wanddickensprung im Nahfeldbereich des Senders und ein Reflexionspunkt an der gegenüberliegenden Bolzenoberfläche im Nahfeldbereich des Empfängers liegt, daß mit dem Sender Transversalwellen unter einem Winkel von 40 bis 70° in Richtung auf den Wanddickensprung eingestrahlt werden und daß die Intensität einer reflektierten Transversalwelle des Empfängers mit einer Echokennlinie verglichen wird, die mit einem dem zu prüfenden Bolzen entsprechenden

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Probekörper mit Anrisse unterschiedlicher Tiefe simulierenden Nuten gewonnen wurde.
3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Prüfköpfe (6, 17) zu einem Ring (28) zusammengefaßt sind, der eine den Bolzen (1) einschließende Öffnung (29) aufweist, daß der Ring (28) Mittel (29) zur Zentrierung an dem Bolzen (1) aufweist, mit denen der Abstand der Prüfköpfe (6, 17) von der Bolzenoberfläche konstant größer als das Doppelte der Wellenlänge gehalten wird,und daß der Ring (28) mit einem Ultraschallprüfgerät (33) über einen Umschalter (34) verbunden ist, der die einzelnen Prüfköpfe (6, 17) anzusteuern gestattet.