DE4113519A1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen ultraschallpruefung der laengsschweissnaht eines rohrs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Ultraschallprüfung der Längsschweißnaht eines längsnahtge­ schweißten Rohrs unmittelbar nach dem Schweißen in der Schweißlinie gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung zählt durch den Prospekt "Ultra­ schall-Prüfanlagen" der Krautkrämer GmbH & Co., Robert-Bosch- Straße 3, 5030 Hürth 5, Seite 21, Bild 30 und Seite 22, Bild 31 in der Ausgabe GP 69.SD zum Stand der Technik. Hierbei werden mehrere Prüfköpfe in der Nähe der Längsschweißnaht angeordnet und entsprechend der Oberflächenkrümmung des Rohrs bogenförmig hin- und hergeschwenkt, um evtl. Ungänzen der Längsschweißnaht zu ermitteln.

Unter Berücksichtigung der Translationsgeschwindigkeit des zu prüfenden Rohrs sowie der Schwenkgeschwindigkeit der Prüfköpfe vollziehen diese dann eine Zick-Zack-Bewegung relativ zur Längsschweißnaht. Dies hat also zur Folge, daß die Längsschweißnaht immer nur dann geprüft wird, wenn die Prüfköpfe sie bei ihrer Zick-Zack-Bewegung überfahren. Mit­ hin wird nicht die gesamte Längsschweißnaht, sondern es werden nur die durch die Zick-Zack-Bewegung vorgegebenen, im axialen Abstand zueinander befindlichen Bereiche der Längs­ schweißnaht gewissermaßen punktuell geprüft. Die Bereiche zwischen den Prüfstellen werden hingegen nicht geprüft. Folglich läßt die Genauigkeit der Schweißnahtprüfung zwangs­ läufig zu wünschen übrig, weil nicht sämtliche evtl. in einer Längsschweißnaht vorhandenen Ungänzen festgestellt werden können.

Eine weitere Eigenschaft der bekannten Bauart besteht darin, daß die Schwenkvorrichtung präzise auf die Oberflächenkrüm­ mung des jeweils zu prüfenden Rohrs abgestellt sein muß. Eine andere Rohrkrümmung verlangt automatisch eine daran angepaßte Schwenkvorrichtung, was somit einen relativ hohen Aufwand bezüglich der Bereitstellung entsprechender Schwenk­ vorrichtungen, ihrer Wartung, ihrer Lagerung und Einstellung am jeweils zu prüfenden Rohr erfordert.

Nachteilig an der zum Stand der Technik zählenden bekannten Bauart ist ferner der Sachverhalt, daß die Wasservorlauf­ strecke aus einem Wasserstrahl besteht, der zwischen dem Prüfkopf und dem diesen umgebenden Rohr hindurchgedrückt und dann auf die Rohroberfläche gerichtet wird. Dadurch befindet sich gewissermaßen zwischen jedem Prüfkopf und der Rohrober­ fläche eine Wassersäule. Abgesehen von dem vergleichsweise hohen Aufwand zur Erzeugung dieser Wassersäule ist darüber­ hinaus nicht zu vermeiden, daß Luftblasen in die Wassersäule gelangen und damit das Prüfergebnis verfälschen können.

Der Erfindung liegt ausgehend von der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Vorrichtung die Aufgabe zugrunde, diese sowohl hinsichtlich ihres konstruktiven Aufbaus als auch ihrer Handhabung im Hinblick auf das Prüfen von Rohren mit unterschiedlichen Durchmessern zu verein­ fachen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen gesehen.

Ein wesentlicher Gesichtspunkt bildet hierbei der Sachver­ halt, daß nunmehr der Prüfkopfwinkel so eingestellt werden kann, daß bei den gängigen längsnahtgeschweißten Rohrtypen mit Außendurchmessern zwischen etwa 30 mm und etwa 180 mm sowie einer Wanddicke bis zu etwa 4 mm ein Einschallwinkel < 70° erreicht wird. Dadurch kann eine Prüfung mit kombinier­ ten Longitudinal- und Transversalwellen als Oberflächenwel­ len erfolgen. Im Hinblick darauf, daß bei einem Einschall­ winkel < 70° der Schalldruck in Richtung auf die innere Rohroberfläche stark reduziert wird, besteht keine Gefahr dahingehend, daß, wie es bei reinen Transversalwellen der Fall ist, zulässige Ungänzen, wie sie z. B. durch nach innen vorstehende Schweißmaterialüberschüsse gekennzeichnet sind, erfaßt und in nicht gewünschter Weise als Fehler ermittelt werden. Dennoch gewährleisten die Oberflächenwellen eine eindeutige Feststellung sämtlicher gravierenden Bindefehler in der Längsschweißnaht sowie unzulässige Schabefehler im Bereich der Längschweißnaht an der inneren und äußeren Ober­ fläche des Rohrs. Da ein hochauflösender Prüfkopf, z. B. ein 5 MHz-Prüfkopf, verwendet wird, erfolgt eine scharfe Bündelung des Schallstrahls, wodurch auch Ungänzen gering­ ster Ausdehnung ermittelt werden. Von besonderem Vorteil ist jedoch der Sachverhalt, daß dank der erfindungsgemäßen Ge­ staltung bei üblichen Schweißgeschwindigkeiten keine Prüf­ spurlücken mehr vorhanden sind, sondern eine 100%ige Prü­ fung der gesamten Längsschweißnaht durchgeführt wird. Da es sich ferner nach dem Justieren des Prüfkopfs um eine quasi stationäre Einrichtung handelt, kann ihr Aufbau rela­ tiv einfach gehalten werden. Bei sich ändernden Rohrdurch­ messern ist es lediglich erforderlich, durch eine Änderung des Prüfkopfwinkels sowie durch eine Verlagerung der Halte­ rung in der sich quer zur vertikalen Mittellängsebene des Rohrs erstreckenden Horizontalebene sowie durch Austausch des die Wasserkammer mit begrenzendem Formstück sich der geänderten Rohrgeometrie anzupassen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist in der dem Prüfkopf zugeordneten Wasserkammer begründet. Diese nimmt nämlich jetzt eine Rückstaufunktion wahr mit dem Ergebnis, daß keine Turbulenzen entstehen können, die ggf. Störanzeigen hervor­ rufen. Auch wird das Entstehen von Luftblasen ausgeschlossen. Eine weitere Vereinfachung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt dadurch, daß zur Speisung der Wasserkammer das auf unter 20°C abgekühlte Kühlwasser aus der Schweißlinie ver­ wendet wird.

Die Rollenführung des Supports erlaubt eine genaue Einstel­ lung des Prüfkopfs zur Rohroberfläche und damit eine unver­ fälschte Prüfung der Längsschweißnaht. Auch wird hierdurch sichergestellt, daß das mit einem geringstmöglichen Abstand zur Rohroberfläche angeordnete Formstück keinen unzulässigen Verschleißbeanspruchungen unterworfen wird.

Das Formstück kann beispielsweise durch einen durchsichtigen Kunststoff, wie insbesondere Plexiglas, gebildet sein. Die Wasserkammer ist dann in diesem Formstück ausgeprägt. Der Lamellensumpf neben dem Prüfkopf verschluckt die Anteile der Oberflächenwellen, die ggf. in diesem Bereich zu einer Ver­ fälschung des Prüfergebnisses beitragen könnten. Der aus einer großporigen Gummimasse mit Lamellen bestehende Lamel­ lensumpf verhindert ferner Störanzeigen durch abspaltende Wellen im Auswertbereich am Bildschirm.

Zweckmäßig ist das Formstück mit Schrauben am Support be­ festigt, so daß ein schneller Austausch beim Übergang von einem Rohrdurchmesser auf einen anderen Rohrdurchmesser möglich ist.

Durch die Verstellbarkeit des Prüfkopfwinkels sowie durch die horizontale Verlagerung der den Prüfkopf aufnehmenden Halterung ist es darüberhinaus möglich, den Prüfkopf bei unterschiedlichen Wanddicken auf die Ersatzfehlergrößen (Testnutenfehler) problemlos einstellen zu können.

Insgesamt gestattet die Erfindung eine kontinuierliche Pro­ zeßüberwachung, wenn diese Vorrichtung mit bekannten Auswer­ tesystemen kombiniert wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird in den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gesehen. Danach sind jeweils zwei gegensinnig angeordnete Prüfköpfe vorhan­ den, welche nicht nur die Sicherheit bei der Ungänzenermitt­ lung noch weiter erhöhen, sondern es auch erlauben, bei­ spielsweise eine Außentestnut in zwei Sprungabständen und eine Innentestnut in anderthalb Sprungabständen anzu­ schallen.

Die Zuordnung einer gesonderten Wasserkammer zu jedem Prüf­ kopf ist mit dem Vorteil verbunden, daß keine Wasserkammer einen ggf. negativen Einfluß auf die andere Wasserkammer ausüben kann, da jede Wasserkammer für sich mit abgekühltem Kühlwasser aus der Schweißlinie gespeist wird.

Durch die Rollenanordnung gemäß Patentanspruch 3 liegt der Support quasi sattelartig auf dem zu prüfenden Rohr. Die Führungsrollen können unmittelbar durch Wälzlager gebildet sein, die in entsprechende Halterungen eingebettet sind. Da­ bei drehen die seitlichen Führungsrollen um vertikale Achsen, während die mittigen Stützrollen um horizontale Achsen drehen. Auch die Stützrollen können durch Wälzlager gebildet sein. Die seitlichen Führungsrollen können endseitig von Schwenk­ armen gelagert sein, die auf unterschiedliche Rohrdurchmesser gezielt einstellbar und dann arretierbar sind.

Im Patentanspruch 4 ist eine dem Support zugeordnete Aus­ legereinheit gekennzeichnet, welche nicht nur zur Fixierung der Betriebslage des Supports dient, sondern auch benutzt wird, um den Support von einem Rohr abheben bzw. auf ein Rohr gezielt absenken zu können. Das Abheben ist beispiels­ weise bei sich ändernden Rohrdurchmessern oder zur Überprü­ fung der Prüfmodalitäten erforderlich. Ferner ist ein Ab­ heben notwendig, wenn eine Bandquerschweißnaht angerissen ist. In diesem Fall könnte diese Schadstelle zu einer Be­ schädigung der Prüfeinrichtung führen. Desweiteren kann die Auslegereinheit benutzt werden, um sowohl die elek­ trische Energie zu jedem Prüfkopf als auch das Kühlwasser zu jeder Wasserkammer zu leiten.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Auslegereinheit besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 5. Der zweiflügelige Tragarm ist z. B. in einer an den Quer­ schnitt des Tragarms angepaßten Hülse gleitend geführt, die ihrerseits zwischen zwei zueinander parallelen Schenkeln der Säule liegt. Die beiden Schenkel können gegeneinander verspannt und auf diese Art und Weise sowohl die Lage des Tragarms relativ zur Hülse als auch die Relativlage der Hülse zur Säule eingestellt und fixiert werden.

Der Schwenkzylinder ist vorzugsweise mit pneumatischer Ener­ gie beaufschlagbar. Er ist insbesondere gelenkig zwischen einer auch die Säule der Auslegereinheit tragenden Basis und den dem Support abgewandten Tragarmflügel eingegliedert.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnun­ gen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Seitenansicht ein längsnahtge­ schweißtes Rohr sowie eine Vorrichtung zur kon­ tinuierlichen Ultraschallprüfung der Längs­ schweißnaht;

Fig. 2 eine Ansicht auf die Vorrichtung gemäß dem Pfeil II der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung und

Fig. 3 ebenfalls in vergrößerter Darstellung einen vertikalen Querschnitt durch die Vorrichtung der Fig. 1 im oberen Rohrumfangsbereich.

Mit 1 ist in der Fig. 1 eine Vorrichtung zur kontinuier­ lichen Ultraschallprüfung der Längsschweißnaht 2 eines längsnahtgeschweißten Rohrs 3 unmittelbar nach dem Schweißen in der Schweißlinie bezeichnet.

Wie auch die Fig. 2 und 3 erkennen lassen, umfaßt die Vorrichtung 1 einen an der Rohroberfläche 4 rollend abge­ stützten, axial jedoch unverschieblichen Support 5. Der Support 5 besitzt um vertikale Achsen rotierende seitliche Führungsrollen 6 in Form von Wälzlagern sowie sich etwa in der vertikalen Mittellängsebene MLE des Rohrs 3 auf der Rohroberfläche 4 abrollende Stützrollen 7 ebenfalls aus Wälzlagern, die jedoch um horizontale Achsen rotieren.

Die seitlichen Führungsrollen 6 sind endseitig von um verti­ kale Achsen 8 verschwenkbaren Lagerarmen 9 angeordnet, die aus der in Fig. 2 in Vollinien dargestellten Position so weit verschwenkt werden, daß sie mit der Rohroberfläche 4 in Kontakt gelangen. Dies ist in Fig. 2 anhand der links oben veranschaulichten Führungsrolle 6 in strichpunktierter Li­ nienführung angedeutet.

In einer sich quer zur Mittellängsebene MLE des Rohrs 3 er­ streckenden Horizontalebene HE sind in zwei Ausnehmungen 10 des Supports 6 (Fig. 2 und 3) Halterungen 11 verlagerbar und in der jeweils eingestellten Position feststellbar. Dies kann beispielsweise durch Schraubbolzen 12 erfolgen, die in Fig. 3 schematisch angedeutet und in Fig. 2 in strich­ punktierter Linienführung wiedergegeben sind.

In jeder Ausnehmung 10 des Supports 5 sind zwei bezüglich der vertikalen Mittellängsebene MLE einmal nach links und einmal nach rechts verlagerte Halterungen 11 vorgesehen. In jeder Halterung 11 ist eine Aussparung 13 ausgebildet, in welcher ein hochauflösender 5-MHz-Prüfkopf 14 hinsichtlich des Prüfkopfwinkels α seines Schwingers 15 einstellbar ge­ lagert ist. Dabei sind die jeweils paarweise einander in einer Ausnehmung 10 des Supports 5 benachbarten Prüfköpfe 14 hinsichtlich ihrer Prüfkopfwinkel α V-förmig zueinander angeordnet.

Die Winkeleinstellung ist derart vorgenommen, daß der mate­ rialspezifische Einschallwinkel größer als 70° bemessen ist. Auf diese Art und Weise ergeben sich die aus der Fig. 3 erkennbaren Oberflächenwellen 16 durch Kombination von Lon­ gitudinalwellen und Transversalwellen. Mit Hilfe dieser Oberflächenwellen 16 können alle gravierenden Bindefehler in der Längsschweißnaht 2 sowie unzulässige Schabefehler an der inneren Rohroberfläche 17 und äußeren Rohroberfläche 4 mit ausreichender Sicherheit registriert werden. Da der Schall­ druck zur inneren Rohroberfläche 17 stark reduziert wird, entfallen jedoch Störanzeigen von zulässigen inneren Schweiß­ nahtüberhöhungen 18.

Zur einwandfreien Ankopplung jedes Prüfkopfs 14 mit der äußeren Rohroberfläche 4 ist jedem Prüfkopf 14 eine Wasser­ kammer 19 zugeordnet (Fig. 1 und 3). Jede Wasserkammer 19 wird für sich aus der Schweißlinie von dem auf unter 20°C abgesenkten Kühlwasser gespeist. Die Wasserkammer 19 wird von der Rohroberfläche 4, der Halterung 11 für den Prüfkopf 14, einem neben dem Prüfkopf 14 befindlichen Lamellensumpf 20 aus einer großporigen Gummimasse mit Lamellen sowie einem an die Krümmung der Rohroberfläche 4 anpaßbaren auswechsel­ baren Bestandteil des Supports 5 bildenden Formstück 21 aus Plexiglas begrenzt. Das Formstück 21 ist mittels Schrauben 22 mit dem Support 5 lösbar verbunden, so daß unterschied­ lichen Rohrdurchmessern problemlos Rechnung getragen werden kann.

Der Support 5 ist über Stegwände 23 mit einem Flügel 24 eines Tragarms 25 einer Auslegereinheit 27 gelenkig verbun­ den (Fig. 1). Der Tragarm 25 ist in einer an seinen Quer­ schnitt angepaßten mehrteiligen Hülse 26 längsverschieblich geführt. Die Hülse 26 ist in einer Säule 28 der Auslegerein­ heit 27 schwenkbar gelagert und mit Hilfe eines Klemmhebels 29 in der jeweiligen Winkelstellung fixierbar. Hierbei wird gleichzeitig auch die Relativlage des Tragarms 25 in der Hülse 26 bestimmt.

Am anderen Flügel 30 des Tragarms 25 ist die Kolbenstange 31 eines pneumatisch beaufschlagbaren Zylinders 32 angelenkt, der mit seinem anderen Ende 33 an einer neben dem Rohr 3 befindlichen Basis 34 angelenkt ist, welche auch zur Fest­ legung der Säule 28 dient.

Mit Hilfe des Zylinders 32 kann folglich der Support 5 vom Rohr 3 abgehoben und in geeigneter Weise wieder aufgesetzt werden.

Wie ferner aus der Fig. 1 ersichtlich, kann der Tragarm 25 zur Halterung der zu den Prüfköpfen 14 führenden Elektro­ kabel 35 sowie der zu den Wasserkammern 19 führenden Wasser­ leitungen 36 dienen. Dabei ist beispielsweise in eine Wasser­ leitung 36 in der Fig. 1 ein Absperrventil 37 eingegliedert, das eine Regulierung des Wasserzulaufs ermöglicht. Selbst­ verständlich können auch die anderen Wasserleitungen 36 mit einem solchen Absperrventil 37 ausgerüstet sein.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Ultraschallprüfung der Längsschweißnaht (2) eines längsnahtgeschweißten Rohrs (3) unmittelbar nach dem Schweißen in der Schweißlinie, welche mindestens einen Ultraschall-Prüfkopf (14) mit einem bezüg­ lich des Prüfkopfwinkels (α) zur Rohroberfläche (4) einstell- und fixierbaren Schwinger (15) aufweist, wobei der Prüfkopf (14) und die Oberfläche (4) des mit der Längsschweißnaht (2) etwa in seiner vertikalen Mittellängsebene (MLE) translato­ risch geführten Rohrs (3) durch eine Wasservorlaufstrecke (19) gekoppelt sind, dadurch gekennzeich­ net, daß ein hochauflösender Prüfkopf (14) hinsichtlich des Prüfkopfwinkels (α) in einer Halterung (11) ein- und feststellbar gelagert ist, die ihrerseits in einem an der Rohroberfläche (4) rollend abgestützten, axial unverschieb­ lichen Support (5) in einer sich quer zur Mittellängsebene (MLE) des Rohrs (3) erstreckenden Horizontalebene (HE) ver­ lagerbar und fixierbar ist, wobei die Wasservorlaufstrecke (19) durch eine von dem auf unter 20°C abgesenkten Kühl­ wasser aus der Schweißlinie gespeisten Wasserkammer gebildet ist, die von der Rohroberfläche (4), der Halterung (11) für den Prüfkopf (14), einem neben dem Prüfkopf (14) befind­ lichen Lamellensumpf (20) sowie einem an die Krümmung der Rohroberfläche (4) anpaßbaren, auswechselbarer Bestandteil des Supports (5) bildenden Formstück (21) begrenzt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in Längsrichtung des Rohrs (3) minde­ stens zwei Prüfköpfe (14) im Abstand zweier einander unmit­ telbar benachbarter Halterungen (11) vorgesehen sind, deren Prüfkopfwinkel (α) zueinander V-förmig verlaufen, wobei jedem Prüfkopf (14) eine Wasserkammer (19) zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Support (5) seitliche Führungsrollen (6) und mittige Stützrollen (7) aufweist, die jeweils endseitig des Supports (5) gelagert sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Support (5) mit einer neben dem Rohr (3) ortsfest installierten Auslegereinheit (27) schwenkbeweglich verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auslegereinheit (27) einen in seiner Längserstreckung verstellbaren Tragarm (25) aufweist, der an einem Ende (24) mit dem Support (5) gelenkig verbun­ den, im mittleren Längenbereich an einer Säule (28) schwenk­ bar und positionierbar gelagert und am anderen Ende (30) unter den Einfluß eines Schwenkzylinders (32) gestellt ist.