DE3422602C2

DE3422602C2 -

Info

Publication number: DE3422602C2
Application number: DE19843422602
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Phys. Dr. 8551 Roettenbach De Kroening; Berndt-Rainer Dipl.-Phys. Dr. 8520 Erlangen De Martens; James-Otto Folsom Calif. Us Schaefer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-06-18
Filing date: 1984-06-18
Publication date: 1990-11-29
Also published as: DE3422602A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Werk stoffehlern in einem Prüfling, insbesondere in austenitischem Stahl, durch Ultraschall-Holografie mit Ultraschallprüfköpfen, die als Sender für Ultraschallwellen auf eine Oberfläche des Prüflings aufgesetzt werden und unter bestimmten Winkeln zu dieser in den Prüfling einstrahlen, und als Empfänger für Signale, die als Reflexion der Ultraschallwellen von den Werk stoffehlern ausgehen, und mit einem Rechner zur Speicherung und Auswertung der Reflexionssignale, wobei die Reflexionssignale im Rechner zu einem Hologramm mit einer synthetischen Apertur, die wesentlich größer als die des einzelnen Prüfkopfes ist, phasenangepaßt zusammengesetzt werden, das in Bezug auf die Werkstoffehler ausgewertet wird.The invention relates to a method for determining work defects in a test specimen, especially in austenitic Steel, by ultrasonic holography with ultrasonic probes, which act as a transmitter for ultrasonic waves on a surface of the DUT are placed and at certain angles irradiate it in the test object and as a receiver for Signals that reflect the ultrasonic waves from the factory run out of material defects, and with a computer for storage and evaluation of the reflection signals, the reflection signals in the computer to a hologram with a synthetic aperture, which is much larger than that of the individual test head, be phase-matched, that in relation to the Material defect is evaluated.

Auf der 4. Internationalen Konferenz "Zerstörungsfreie Prüfung in der Kerntechnik", 25.-27. Mai 1981 in Lindau wurde die Fehler größenbestimmung mit Hilfe der akustischen Holografie für ober flächennahe Fehler behandelt.At the 4th International Conference "Non-Destructive Testing in nuclear technology ", May 25-27, 1981 in Lindau the error sizing using acoustic holography for upper area-wide errors treated.

Aus den FhG-Berichten 3/78, Seiten 5-12 ist ein Verfahren zur Ultraschall-Holographie von Werkstoffehlern bekannt. Dabei wird eine Sender-Empfänger-Kombination auf der Oberfläche eines zu prüfenden Bauteiles entlang geführt und in zeitlichen Abstän den werden Signale ausgesandt und reflektierte Signale empfangen.From the FhG reports 3/78, pages 5-12 is a procedure known for ultrasonic holography of material defects. Here becomes a transmitter-receiver combination on the surface of a guided along the component to be tested and at intervals Signals are transmitted and reflected signals are received.

Aus der DE-OS 29 23 687 ist ein Verfahren zur holographischen Fehlerabbildung bekannt, das besonders für austenitische Werk stoffe geeignet ist. Dabei wird ein Prüfkopf mit einer kleinen Schallbündel-Divergenz verwendet, der dadurch für austeniti schen Werkstoff geeignet ist. Um ein Holographie-Bild zu bekom men, wird dieser Prüfkopf über einen Winkel geschwenkt, der einer für die Ultraschall-Holographie üblichen Schallbündel- Divergenz entspricht. Dieser Schwenkvorgang erfolgt in einzelnen Schritten, wobei jeweils Messungen vorgenommen werden.DE-OS 29 23 687 describes a method for holographic Fault mapping known, especially for austenitic work is suitable. A test head with a small Sound beam divergence is used, which makes it for austeniti suitable material. To get a holographic image this test head is swiveled over an angle that a sound beam common for ultrasound holography Corresponds to divergence. This pivoting process takes place in individual Steps, taking measurements in each case.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ultraschall-Holo graphiebild von Werkstoffehlern in einem Prüfling, insbesondere in einem Prüfling aus austenitischem Stahl, zu erzeugen, ohne daß ein Ultraschall-Sender oder ein -Empfänger geschwenkt werden muß.The invention has for its object an ultrasound holo graphic image of material defects in a test specimen, in particular in a test specimen made of austenitic steel, without producing that an ultrasonic transmitter or a receiver is pivoted must become.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß nacheinander als Sender und Empfänger zwei oder mehr Prüfköpfe mit einer Schallbündeldivergenz von 20° oder weniger mit verschiedenen Einschallwinkeln betrieben werden.The object is achieved according to the invention in that successively two or more probes as transmitter and receiver with a beam divergence of 20 ° or less with different insonification angles can be operated.

Damit wird der Vorteil erzielt, daß ein Ultraschall-Holographie bild mit einfachen handelsüblichen Prüfköpfen zu gewinnen ist, die nicht schwenkbar sein müssen. This has the advantage that an ultrasound holography image can be obtained with simple commercial probes, that do not have to be pivotable.

Es wurde festgestellt, daß mit der Erfindung eine holo grafische Untersuchung von Werkstoffehlern auch in auste nitischem Stahl gelingt, bei der die für die Auswertung wesentliche Größe der Apertur durch die rechnerische Zu sammensetzung zu einer synthetischen Apertur mit wesent lich größeren Werten als die des einzelnen Prüfkopfes er folgt. Dazu können Hologramme auch mit solchen Prüfköpfen aufgenommen werden, die auf Grund ihrer schmalen Schall bündel für Austenitprüfung verwendet werden, aber ohne die Erfindung nicht für Holografie brauchbar sind.It was found that with the invention a holo graphical investigation of material defects also in auste nitic steel succeeds in the for the evaluation essential size of the aperture through the computational close composition to a synthetic aperture with essential values larger than those of the individual test head follows. Holograms can also be used with such probes are recorded due to their narrow sound bundles can be used for austenite testing, but without the invention is not useful for holography.

Bei der Erfindung werden vorzugsweise zwei Prüfköpfe verwendet, deren Einstrahlungswinkel um mindestens 5° verschieden ist. Vorzugsweise liegt der eine Einstrah lungswinkel bei 45°, der andere dagegen bei 60°.In the invention, two test heads are preferably used used, the angle of incidence of at least 5 ° is different. The one beam is preferably located angle at 45 °, the other, however, at 60 °.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrie ben. Dabei zeigt die Fig. 1 in einer schematischen, annähernd perspektivischen Darstellung die Anwendung des Verfahrens bei einem ausschnittsweise dargestellten Werkstück. In Fig. 2 sind die verwendeten zwei Ultra schallprüfköpfe mit ihrem Strahlenverlauf in einem vereinfachten Schnittbild vergrößert skizziert.For a more detailed explanation of the invention, an embodiment is described with reference to the accompanying drawings. The Fig. 1 in a schematic, perspective view roughly showing the application of the method in a fragmentary illustrated workpiece. In Fig. 2, the two ultrasonic probes used are outlined with their beam path enlarged in a simplified sectional view.

Das zu prüfende Werkstück 1 ist in der Darstellung der Fig. 1 auf einen quaderförmigen Körper reduziert, der aus austenitischem Stahl besteht und zwei Teile 1 a und 1 b umfaßt, die durch eine Schweißnaht 2 in Form einer X-Naht verbunden sind. Im Bereich der Schweißnaht 2 be findet sich ein flächenhafter Fehler 4 mit einer Länge A und einer Höhe B, wie schraffiert angedeutet ist. Im Normalfall ist das Werkstück ein größeres Bauteil. z.B. ein Druckkessel, Dampferzeuger oder dergleichen.The workpiece 1 to be tested is reduced in the illustration of FIG. 1 to a cuboid body, which consists of austenitic steel and comprises two parts 1 a and 1 b , which are connected by a weld seam 2 in the form of an X-seam. In the area of the weld 2 be there is a flat defect 4 with a length A and a height B , as indicated by hatching. The workpiece is normally a larger component. eg a pressure vessel, steam generator or the like.

Zur genauen Analyse des Fehlers 4 im Rahmen einer Prü fung des Werkstückes 1, insbesondere im Bereich der Schweißnaht 2, ist eine Ultraschallprüfung mit einer rechnerischen Holografie-Rekonstruktion vorgesehen. Zu diesem Zweck werden zwei Ultraschallprüfköpfe 6, 7 längs einer glatten Fläche auf der Oberseite 8 des Werkstückes 1 bewegt. Die Bewegung wird durch eine so genannte Abtastmechanik 10 gesteuert. Sie umfaßt einen Manipulator 11, der mit den Ultraschallköpfen 6, 7 über eine Verbindungsstange 12 gekoppelt ist, so daß die Ultraschallköpfe auf der Oberfläche 8 nach einem ge eigneten Fahrprogramm, z.B. rechtwinklig mäandrierend, bewegt werden können. Die Bewegung wird über eine Weg ausgabeleitung 13 in eine Datenaufnahme- und Auswer tungseinrichtung 15 übertragen.For the precise analysis of the error 4 in the context of a test of the workpiece 1 , in particular in the area of the weld seam 2 , an ultrasound test with a computed holographic reconstruction is provided. For this purpose, two ultrasound probes 6 , 7 are moved along a smooth surface on the top 8 of the workpiece 1 . The movement is controlled by a so-called scanning mechanism 10 . It comprises a manipulator 11 , which is coupled to the ultrasound heads 6 , 7 via a connecting rod 12 , so that the ultrasound heads can be moved on the surface 8 according to a suitable driving program, for example meandering at right angles. The movement is transmitted via a path output line 13 in a data acquisition and evaluation device 15 .

Die Einrichtung 15 umfaßt ein Ultraschall-Holografiege rät, wie es z.B. in der eingangs genannten Konferenz erläutert worden ist, einen Rechner, z.B. der Type HP 1000, und einen Ausgabeplotter, dessen Blattausgabe bei 16 angedeutet ist. Über einen Umschalter 17 kann die Einrichtung mit den Ultraschallkabeln 18 und 19 der Prüfköpfe 6, 7 verbunden werden.The device 15 comprises an ultrasound holography advises, as has been explained, for example, in the conference mentioned at the beginning, a computer, for example the HP 1000 type, and an output plotter, the sheet output of which is indicated at 16 . The device can be connected to the ultrasonic cables 18 and 19 of the test heads 6 , 7 via a switch 17 .

Nach der Erfindung erfolgt, wie die Fig. 2 zeigt, die Prüfung mit dem ersten Prüfkopf 6 mit einem Schallbün del 20, das um den Einschallwinkel α ₁ von z.B. 45°, um höchstens 20° divergiert. Der zweite Prüfkopf 7 hat ein Schallfeld 21, dessen Einschallwinkel α ₂ z.B. 60° beträgt und dessen Schallbündeldivergenz ebenfalls höchstens 20°, z.B. 15°, groß ist. Beide Prüfköpfe 6, 7 arbeiten dabei sowohl als Sender als auch als Empfänger. According to the invention, as shown in FIG. 2, the test is carried out with the first test head 6 with a Schallbün del 20 that diverges by the insonification angle α ₁ of, for example, 45 °, by at most 20 °. The second test head 7 has a sound field 21 , the insonification angle α _{2 of which is,} for example, 60 ° and the sound beam divergence is also at most 20 °, for example 15 °, large. Both test heads 6 , 7 work both as a transmitter and as a receiver.

Die Prüfköpfe 6, 7 werden mit dem holografischen Ultra schallgerät betrieben, das mit der Einrichtung 15 um rissen ist. Das Gerät umfaßt einen Sender für Ultra schallsignale von z.B. 2 MHz, die über die Leitungen 18, 19 den Prüfköpfen 6, 7 zugeführt werden. Die Lei tungen dienen zugleich als Rückleitung für die Reflexions signale. Damit wird der Rechner der Einrichtung 15 be dient, mit dem die für die holografische Auswertung wichtige Phasenanpassung der Signale der Prüfköpfe 6, 7 vorgenommen wird. Es ergibt sich dadurch eine Simula tion von kugel- bzw. zylinderförmigen Wellenfronten und eine Gesamtapertur, die wesentlich größer als bei den bisherigen Verfahren ist, bei denen die durch das Material begrenzte Apertur der einzelnen Köpfe die lon gitudinale Auflösung und die Tiefenauflösung begrenzt. Der Rechner kann seine Ergebnisse mit einem Blattschrei ber (Blatt 16) oder über einen Bildschirm ausgeben.The test heads 6 , 7 are operated with the holographic ultrasound device, which is torn with the device 15 . The device comprises a transmitter for ultra sound signals of, for example, 2 MHz, which are fed to the test heads 6 , 7 via the lines 18 , 19 . The lines also serve as a return line for the reflection signals. The computer of the device 15 is thus used to carry out the phase adjustment of the signals of the test heads 6 , 7 which is important for the holographic evaluation. This results in a simulation of spherical or cylindrical wave fronts and an overall aperture that is much larger than in previous methods, in which the aperture of the individual heads limited by the material limits the longitudinal resolution and the depth resolution. The calculator can output its results with a sheet writer (sheet 16 ) or on a screen.

Claims

1.Procedure for determining material defects in a test specimen, in particular in austenitic steel, by ultrasound holography with ultrasound probes, which are placed on a surface of the test specimen as transmitters for ultrasonic waves and radiate into the test specimen at certain angles, and as a receiver for signals which emanate from the material defects as a reflection of the ultrasonic waves, and with a computer for storing and evaluating the reflection signals, the reflection signals in the computer being combined in a phase-matched manner to form a hologram with a synthetic aperture which is substantially larger than that of the individual test head are, which is evaluated in relation to the material defects, characterized in that two or more test heads with a beam divergence of 20 ° or less are operated with different insonification angles as the transmitter and receiver.

2. The method according to claim 1, characterized ge indicates that two probes are used det, the insonification angle ver by at least 5 ° are divorced.