DE4107562C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Prüfsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei diesem überträgt eine Mehrzahl von Ultraschallsonden Ultraschallwellen in einen Prüfling von rundem Querschnitt, um die Anwesenheit von Fehlstellen aufgrund von Reflexionen festzustellen, während ein Sondenhalter um die Achse des Prüflings rotiert.

Es wurden verschiedene Ultraschallprüf- oder Metalluntersuchungssysteme vorgeschlagen, die einen Prüfling wie ein Stahlrohr oder einen Rundstab abtasten, um Fehlstellen im Prüfling zu erfassen. Ein beispielhaftes bekanntes Ultraschall-Prüfsystem wird in der offengelegten japanischen Gebrauchs­ muster-Anmeldung Nr. 66 863/81 beschrieben und enthält eine innere Manschette oder einen Düsen­ block, durch die ein Prüfling hindurchgeführt wird. Eine äußere Manschette oder ein Sondenhalter ist koaxial zum Düsenblock angeordnet, derart, daß ein ringförmiger Durchgang zwischen ihnen gebildet ist. Der Düsenblock und der Sondenhalter werden beide um den Prüfling gedreht. Eine Mehrzahl von Ultraschallsonden erstreckt sich radial durch den Sondenhalter in den Durchgang hinein. Der Düsenblock weist eine Mehrzahl von Düsenöffnungen in radialer Ausrichtung mit den Sonden auf. Während der Sondenhalter und die Sonden mit hoher Geschwindigkeit rotieren, wird Wasser unter Druck in den ringförmigen Durchgang eingeführt und dann von den Düsenöffnungen zum Prüfling hin ausgespritzt zur Bildung einer Wassersäule. Ultraschallwellen werden von den Sonden durch die Wassersäule in den Prüfling ausgesandt. Da die Sonden um die Achse des länglichen Prüflings rotieren, kann dieser wendelförmig abgetastet werden. Dieses Metalluntersuchungsverfahren er­ möglicht eine rasche und genaue Prüfung eines Prüflings mit rundem Querschnitt.

Wenn der Sondenhalter sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, zum Beispiel 1000 Umdrehungen pro Minute, bewirkt die auftretende Zentrifugalkraft, daß Wasser in einem Bereich des Sondenhalters, in dem Sonden befestigt sind, entweicht. Es ist fest­ zustellen, daß eine Wassersäule zwischen jeder Sonde und dem Prüfling aufrechterhalten werden muß, um eine akustische Kopplung zwischen diesen sicherzustellen. Um ein Entweichen von Wasser zu verhindern, wurden Versuche unternommen, die Sonden fester am Sondenhalter anzubringen, indem die Anzahl der Schrauben erhöht wurde oder mittels vergleichbarer Maßnahmen. Jedoch ergibt sich hieraus ein erhöhter Zeitaufwand für die Auswechslung der Sonden.

Diese Auswechslung ist erforderlich, wenn ein neuer Prüfling mit einem anderen Durchmesser untersucht werden soll.

JP 63-96 549 beschreibt eine Ultraschall-Prüfanordnung, bei der sich die Ultraschallsensoren von der Innenfläche des Halters aus radial zu den zugeordneten Düsenöffnungen erstrecken.

In dem deutschen Gebrauchsmuster 86 30 250 und dem französischen Patent 20 67 551 werden eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von zylinderförmigen Werkstücken beschrieben, die an der Innenfläche aus rotierenden Prüfkopfhalter befestigte Prüfköpfe aufweist.

Demgemäß ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ultraschall-Prüfsystem mit einer verbesserten Abdichtung zwischen dem Sondenhalter und den Sonden zu schaffen und außerdem eine leichte Herausnahme der Sonden zum Zwecke einer Auswechslung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Prüfsystems ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung ist ein Ultraschallprüf- bzw. Metalluntersuchungssystem vorgesehen, das einen hohlen Düsenblock mit einer Mehrzahl von radialen Düsenöffnungen sowie einen koaxial und im Abstand zum Düsenblock angeordneten Sondenhalter enthält. Der Düsenblock und der Sondenhalter bilden zwischen sich einen ringförmigen Durchgang. Ein Elektromotor bewirkt die Drehung des Düsenblockes und des Sondenhalters um ihre Achsen. Eine Kopplungsmittel- oder Wasserquelle ist mit dem ringförmigen Durchgang verbunden. Von dieser wird Wasser unter Druck in den Durchgang geliefert und durch die Düsenöffnungen zum länglichen Prüfling hin ausgespritzt. Der Prüfling hat einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und ist typischerweise ein Stahlrohr. Die Prüflinge werden entlang einer Geraden durch den hohlen Düsenblock geführt, während der Düsenblock und der Sondenhalter zusammen mit den Sonden um die Achse des Prüflings gedreht werden. Eine Mehrzahl von Ultraschallsonden ist vorgesehen zur Übertragung von Ultraschallwellen durch die Düsenöffnungen in den Prüfling, um in diesem aufgrund von Reflexionen Fehlstellen zu ermitteln. Die Sonden erstrecken sich radial von der Innenfläche des Sondenhalters zu den jeweiligen Düsenöffnungen. Jede Sonde ist an einem Sondengehäuse befestigt und bildet mit diesem eine Sondeneinheit. Die Innenfläche des Sondenhalters weist Einschnitte auf zur Aufnahme der Sondengehäuse. Die Einschnitte und die Sondengehäuse haben vorteilhaft einen flachen Boden. Wenn die Sonde rotiert, wird eine Zentrifugalkraft auf die Sondeneinheit ausgeübt, so daß sie gegen die Innenfläche des Sondenhalters bzw. den flachen Boden des Einschnitts gedrückt wird. Dies erhöht die Wirksamkeit einer Dichtung zwischen der Sondeneinheit und dem Sondenhalter und führt zu einer Herabsetzung des Entweichens von Wasser. Unter diesen Umständen kann eine Wassersäule sicher zwischen den Sonden und dem Prüfling gebildet werden, wobei eine geringere Wassermenge erforderlich ist. Die Sonden werden mit nur einer einzigen Schraube fest in ihrer Lage gehalten, da sie während der Drehung gegen die Innenfläche des Sondenhalters gedrückt werden. Dies ermöglicht ein einfaches Auswechseln der Sonden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Ansicht eines Ultraschall-Prüf­ systems,

Fig. 2 einen Längsschnitt in vergrößerter Darstellung durch den wesentlichen Teil des Ultraschall-Prüfsystems nach Fig. 1 und

Fig. 3 einen Querschnitt in vergrößerter Darstellung entlang der Linie III-III in Fig. 2.

Das Ultraschall-Prüfsystem 10 enthält eine vertikal bewegliche Basis 12, einen darauf angeordneten Metallprüfkörper 14 und einen auf diesem be­ festigten Antrieb 16, zum Beispiel einen Elektro­ motor. Eine Mehrzahl von Klemmrollen-Sätzen 18 befindet sich stromaufwärts des Körpers 14 zur Zu­ führung eines Prüflings 20 zu diesem. Weiterhin befindet sich eine Mehrzahl von Klemmrollen-Sätzen 22 stromabwärts des Körpers 14 zum Empfang des Prüf­ lings 20. Die Klemmrollen-Sätze 18 und 22 sind so ausgebildet, daß sie Vibrationen des Prüflings 20 unterdrücken. Der Prüfling 20 hat einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und ist typischerweise ein längliches Stahlrohr, das aus einer Produktionslinie zugeführt wird.

Gemäß Fig. 2 und 3 enthält der Prüfkörper 14 einen Träger 24, der mit dem Elektromotor 16 über einen Einstellriemen 26 verbunden ist. Der Träger 24 wird um die Achse des Prüflings 20 gedreht und ist mit einem Flansch 28 versehen. Ein Düsenblock 30 ist an einem Ende über einen Ring 32 mit dem Flansch 28 verbunden. Ein Flansch 34 erstreckt sich von dem anderen Ende des Düsenblocks 30 radial nach außen. Ein Sondenhalter 36 ist koaxial zum Düsenblock 30 angeordnet und ist mit einem Ende mit dem Flansch 34 des Düsenblocks 30 ver­ bunden. Ein Flansch 38 erstreckt sich vom anderen Ende des Sondenhalters 36 radial nach außen. Ein ringförmiger Vorsprung 40 erstreckt sich vom Außenumfang des Flansches 38 des Proben­ halters 36, um sich mit dem Flansch 28 des Trägers 24 zu verbinden. Ein ringförmiger Durchgang 42 ist zwischen dem Düsenblock 30 und dem Sonden­ halter 36 gebildet. Wasser als Kopplungsmittel wird von einer Wasserquelle 44 über einen durch den ringförmigen Vorsprung und den Ring 32 ge­ bildeten Einlaß 46 zum Durchgang 42 geliefert. Der Düsenblock 30 ist so dimensioniert, daß ein vorbestimmter Abstand zwischen seiner Innenfläche und der Außenfläche des Prüflings 20 besteht.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist eine Mehrzahl von Ultraschall-Sondeneinheiten 50 in in Umfangs­ richtung gleichen gegenseitigen Abständen an der Innenfläche des Sondenhalters 36 befestigt. Jede Sondeneinheit 50 weist ein Gehäuse 52 und eine daran befestigte Sonde 54 auf, die sich in radialer Richtung von der Innenfläche des Sonden­ halters 36 zum Prüfling 20 hin erstreckt. Die Innenfläche des Sondenhalters 36 ist mit Ein­ schnitten 56 versehen, in denen die Gehäuse 52 aufgenommen sind. Die Gehäuse 52 werden jeweils durch Schrauben 58 (Fig. 2) in ihrer Lage gehalten. Es ist bevorzugt, daß die Gehäuse 52 und die Einschnitte 56 einen flachen Boden aufweisen. Der Düsenblock 30 hat eine Mehrzahl von radialen Düsenöffnungen 60 in radialer Ausrichtung mit den Sonden 54.

Im Betrieb wird der Prüfling 20 durch die Klemmrollen- Sätze 18 entlang einer Geraden zum Prüfkörper 14 geführt. Der Prüfling 20 tritt dann in den Düsen­ block 30 ein. Zu diesem Zeitpunkt werden der Düsenblock 30 und der Sondenhalter 36 durch den Elektromotor 16 bereits mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise 1000 Umdrehungen pro Minute gedreht. Wasser wird unter Druck von der Wasser­ quelle 44 durch den Einlaß 46 in den Durchgang 42 geliefert und dann durch die Düsenöffnungen 60 herausgespritzt, wobei Wassersäulen zwischen jeder Sonde und dem Prüfling gebildet werden. Die Sonden 54 werden aktiviert, so daß sie Ultraschallwellen über die Wassersäulen in den Prüfling 20 aussenden, wodurch aufgrund von Reflexionen Fehlstellen festgestellt werden können. Während der Prüfling 20 durch den Prüfkörper 14 geführt wird, wird er wendelförmig abgetastet.

Wenn der Sondenhalter 36 mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird, unterliegen die Sondeneinheiten einer Zentrifugalkraft. Als Folge hiervon werden die Sondeneinheiten 50 gegen den Boden des jeweiligen Einschnitts 56 im Sondenhalter 36 gedrückt, wo­ durch eine wirksame Dichtung zwischen den Sonden­ einheiten 50 und dem Sondenhalter 36 auftritt. Es ist selbstverständlich, daß je größer die Drehgeschwindigkeit des Sondenhalters 36 ist, desto größer auch die auf die Sondeneinheiten 50 wirkende Zentrifugalkraft ist. Die Sondenein­ heiten 50 werden bei Drehung des Sondenhalters 36 unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft gegen dessen Innenfläche gedrückt. Dies führt zu einer Minimierung der Anzahl der Schrauben, die zur Befestigung der Sonden am Sondenhalter 36 erforderlich sind, und somit zu einem einfachen Auswechseln der Sondeneinheiten.

Wenn ein anderer Prüfling untersucht werden soll, dessen Durchmesser größer ist als der des gezeigten Prüflings 20, wird der Düsenblock 30 vom Träger 24 und vom Sondenhalter 36 getrennt und dann durch einen anderen Düsenblock mit größerem Innendurchmesser ersetzt, um einen vorgegebenen Abstand zwischen dem neuen Prüfling und dem Düsen­ block sicherzustellen. Dies erfordert auch eine Auswechselung der Sondeneinheiten. Die Schraube 58 wird gelöst, um jede Sondeneinheit vom Sonden­ halter 36 zu trennen. Die Sondeneinheit 50 wird dann in der Richtung vom Träger 24 weg verschoben. Eine andere Sondeneinheit von unterschiedlicher Größe wird danach in den Sondenhalter 36 einge­ setzt, derart, daß ein Sondengehäuse in den Einschnitt des Sondenhalters 36 eingepaßt ist. Die Schraube 58 wird wieder zur Befestigung der neuen Sondeneinheit am Sondenhalter 36 verwendet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel kann jede Sonden­ einheit durch eine einzige Schraube sicher am Sondenhalter gehalten werden, da sie während der Drehung des Sondenhalters gegen dessen Innenfläche gedrückt wird.

Claims (2)

1. Ultraschall-Prüfsystem mit
einem hohlen Düsenblock (30), der wenigstens eine radiale Düsenöffnung (60) aufweist und einen Prüfling (20) mit kreisförmigem Querschnitt umgibt,
einem koaxial mit dem Düsenblock (30) angeordneten Halter (36), zwischen denen ein ringförmiger Durchgang (42) gebildet ist,
einem den Düsenblock (30) und den Halter (36) um ihre Achsen drehenden Antrieb (16),
einer Quelle (44) zur Lieferung eines Kopplungsmittels, das in den Durchgang (42) eingeführt und aus diesem durch die mindestens eine Düsenöffnung (60) zu dem Prüfling (20) hin herausgespritzt wird, und
wenigstens einem sich radial zur mindestens einen Düsenöffnung hin erstreckenden Ultra­ schallsensor (50), der vom Halter (36) in seiner Lage gehalten wird und Ultraschallwellen durch die wenigstens eine Düsenöffnung (60) in den Prüfling (20) überträgt, um Fehlstellen in diesem festzustellen, während er durch den Düsenblock (30) geführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Ultraschallsensor (50) ein Gehäuse (52) und eine an diesem befestigte Sonde (54) aufweist, und
daß der Halter (36) auf seiner Unterseite wenigstens einen Einschnitt (56) zur lösbaren Aufnahme des Gehäuses besitzt.

2. Prüfsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (52) und der Einschnitt (56) einen flachen Boden aufweisen.