DE7933989U1 - Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung langgestreckter Prüfstücke mit Ultraschallimpulsen - Google Patents

Description

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OmIaH 2?. November 1979

Stf. 449 Kw/bdl

5ooo Köln 41 K-13S

VORRICHTUNG ZUR ZERSTÖRUNGSifcElEN PRÜFUNO LANGGESTRECKTER PRÜFSTÜCKE

MIT ULTRASCHALLlMPULSEN

Sie Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung langgestreckter Prüf etüöke mit Ultrasohallimpulsen, wobei das Prüfstück mit einer überlagerten Dreh« und Schiebebewegung durch eine mit Anköppelflüsaigkeit gefüllte Prüfkamtner geführt wird*

Bei der Ultraschallprüfung von Rohren, Stangen, Knüppeln und anderen langgestreckten Prüfstücken werden Ultraschallimpulse in das Prüfstück eingeleitet« Diese Impulse werden an inhomogenen Stellen im Prüfstück reflektiert und können von dem schallaussendenden Schwinger im Ultraschall-Prüfkopf oder einem nur als Empfänger wirkenden Schwinger im selben oder einem anderen Ultraschall-Prüfkopf empfangen werden. Aus der Größe der reflektierten und empfangenen Ultraschallintensität und aus der Laufzeit des Ultraschallimpülses wird ein Befund über das Prüfstück gebildet. In einer anderen Auslegung dieser Technik können auch die an inhomogenen Prüfptücken nicht reflektierten Ultraschallimpulse, also die durchgelassenen Ultraschallimpulse, zur Befundbildung ausgewertet werden, wobei allerdings die Information aus der Impulslaufzeit entfällt. Bei diesen Prüftechniken ist es notwendig, die Ultraschallwelle vom aussendenden Prüfkopf in das. Prüfstück und zurück wieder vom Prüfstück in den empfangenden Prüfkopf, der derselbe sein kann wie der sendende Prüfkopf, über ein Ankoppelmittel zu übertragen, wobei als Ankoppelmittel Flüssigkeiten, insbesondere Wasser verwendet werden. Es sind mehrere Ankoppeltechniken bekannt, so z.B. die Pfützentechnik bei der wassergefüllte Prüfkammern, die über den Prüfköpfen angebracht sind und nach oben offen sind, von unten an die Prüfstückoberfläche

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herangebracht werden· Me is* aueh bekannt, in Abwandlung dieser Pfütaenteehnik dieeeJKäfflfflern sa ausaugestal+en, daß eie der Oberfläche des Prüf st'iekes angepaßt sind und erst mit Wasser gefüllt werden, wenn sie auf die Prtifetüekeberfläche aufgesetat werden sind« !/as erlaubt eine umfangesymaetrisöhe Anordnung der Prüf köpf β um das Prüfsttiak, Sei der Prüfung reiten diese Kammern auf einem Vasserfilffl über das eich vorsohiebende und drehende Prüfstück. In einer weiteren Technik werden die Prüfstüeke in eine iauohwanne eingebracht, die mit Ankoppelflüssigkeit, insbesondere Wasser, gefüllt ist und in der sieh auch die Prüfköpfe, ebenfalls unter Wasser, befinden. Diese Prtifteehniken sind beschrieben Von J.u.U. Krautkrätaer, Werkstoffprüfung alt Ultraschall, 3. Auflage, Springer Verlag 1975 auf den Seiten 45° bis 454· Die drei genannten Prüfteohniken haben wesentliche Nachteile. Bei der Pfütaentechnik können die Prüfstücke nur von unten an das Prüfstück angekoppelt werden, eine rotations- bssw. umfangssymmetrisehe Anordnung der Prüfköpfe um das Prüfstück ist nicht möglich. Bei der Ankopplung über Kammern, die durch die Prüfstücksoberfläche selbst abgeschlossen werden, ist es nachteilig, daß für jede Prüfstückabmessung angepaßte Kammerwände, bzw. Schleißsohlen erforderlich sind. Die Kammern können erst nach dem Aufsetzen auf das Prüfstück mit Wasser gefüllt werden, und es ist ein hoher Leckverlust an Wasser vorhanden, da die Kammern auf einem Wasserfilm über das Prüfstück reiten. Weiter ist es hierbei sehr nachteilig, daß nur rotatiortssymmetrische Prüfstücke prüfbar sind. Außerdem sind kleinere Abmessungen wegen der Anpassung der Kammern an die Prüfstückkrümmung, nicht mehr prüfbar« Insgesamt erfordert diese Technik einen großen konstruktiven Aufwand. Beim Einsatz von Eintauchwannen, der sogenannten Tauchtechnik, muß die eine Längsabmessung der Wanne größer sein als die Länge des Prüfstückes. Das ergibt sehr lange Wannen, einen komplizierten Drehantrieb für das Prüfstück und sehr hohe Mengen von Ankoppelflüssigkeit. Es sind auch hier Techniken bekannt, bei der die Eintauchwanne verkleinert werden kann, und in ihren Seitenwänden Öffnungen erhält zur Durchführung des Prüfstückes. Jedoch muß beim Wechsel eines Prüfstückes ständig der Wasserspiegel unter die Höhe dieser seitlichen Öffnungen abgesenkt

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dann müssen diese öffnungen im Setrieb gegen das Prüfstück abgediehtet werden» so daß ea unmöglich ist, hier eine kontinuierliche und damit aueh automatische Prüfung durohauftihren.

Es 1st Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anaugeben, die eine ufiifangssyfflffletrisehe Anordnung der prüfköpfe, eine kontinuierliche und äutöfflatieierb&re Prüfung langgestreckter und nicht notwendigerweise rotationssytataetrieoher Prüfstücke auch mit kleinen Querab» Messungen bei geringem kontruktiven Aufwand ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der kennaeichnenden Teile der Ansprüche gelöst.

Eine beispielhafte Ausführungsform einer solchen erfindungsgemäßen Vorrichtung ist anhand der einzigen Figur beschrieben. Bei noch nicht in die Prüfkammer 5 eingelaufenem Prüfstück 8 ist, wie in der oberen Hälfte der Figur dargestellt, nur der Bereich V der Prüfkammer mit Wasser gefüllt. Die Prüfkammer 5 wird seitlich durch die Wände 9 und 1o abgeschlossen und nach unten durch den Boden 2o. Die vorderen und hinteren Wände sind nicht dargestellt. Die Kammer kann nach oben hin offen sein. In dieser Kammer ist eine vorzugsweise zylinderförmige Führung 1 und vorzugsweise zentrisch zur Prüfstückachse vorhanden. In dieser Führung befindet sich ein Schieber 2, der mit der oder den Dichtungen 16 gegen die Führung 1 abgedichtet ist. Dieser Schieber ist somit in Richtung der Prüfstück· achse bzw* der Ein- und Auslaufrichtung des Prüfstückes verschiebbar. Die Verschiebung wird mit einer Verschiebevorrichtung 4 z.B. einer pneumatischen Vorrichtung vorgenommen. Ist, wie in der oberen Hälfte der Figur dargestellt, das Prüfstück 8 noch nicht in die Prüfkammer eingelaufen, wird die Stirnfläche 6 des Schiebers 2 bzw. eine vorspringende Nase 6a dieser Stirnfläche gegen die Wand 1o der Prüfkammer 5 mit einer scheibenförmigen Dichtung 12, die eine Doppelfunktion erfüllt, abgedichtet. In dieser als A bezeichneten Stellung des Schiebers 2 wird nur der mit V bezeichnete Bereich der Prüfkammer mit Wasser bzw. Ankoppelflüssigkeit gefüllt sein. In der Wand 9 der Prüfkammer 5 befindet sich eine Öffnung mit einer Weite, die größer als die größte Querabmessung der Prüfstücke ist. Da der

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Kammerbereich um diese Öffnung herum durch den Schieber 2 abgeschlossen ist, können durch diese Öffnung keine Leckverluste an Ankoppelflüssigkeit auftreten. In dem Bereich V der Prüfkammer 5 befinden sich vorzugsweise rotationssymmetrisch angeordnet Prüfköpfe 17a und 17b usw. Läuft von rechts kommend, also in Einlaufrichtung, ein Prüfstück 8 in die Prüfkammer 5 ein, wird von einem neben der Wand 9 außerhalb der Prüfkammer 5 befindlichen Signalgeber 18 z.B. eine Lichtschranke mit einer Zeitverzögerung, die sich aus der Vorschubgeschwindigkeit des Prüfstückes und dem vom Signalgeber bis zur Stirnfläche 6 des Schiebers 2 notwendigen Weg ergibt, die Schiebevorrichtung 4 derart in Betrieb gesetzt, daß der Schieber in die im unteren Teil der Figur dargestellte Stellung B gebracht wird. Dadurch wird der Bereich 0 der Kammer für die Ankoppelflüssigkeit freigegeben, die sich entsprechend der rückläufigen Bewegung dee Schiebers 2 mit Ankoppelflüssigkeit füllt. Eine gegBnseitige Führung von Prüfstück und Prüfkammer wird durch Lager oder Führungsbuchsen 11 und 14 in den Wänden 1o und 6 erreicht. In dieser Arbeitsstellung B wird die Prüfkammer durch eine Flachdichtung 7, die sich auf der Stirnwand 6 des Schiebers befindet und mit einer Flachdichtung 12, die sich auf der Innenseite der Wand 1o der Kammer 5 befindet, gegen das Prüfstück bzw. Oberfläche des Prüfstückes abgedichtet. Diest Dichtungen sind vorzugsweise scheibenförmige Dichtungen aus einem Gummi oder gummiähnlichen Material, die sich auch bei nicht rotationssymmetrischen Prüfstücken dem Prüfstückprofil anpassen können.

Da sich der Kammerraum 0 mit dem Zurückziehen des Schiebers 2 zeitgleich mit Ankoppelflüssigkelt füllt, kann die Beschallung des Prüfstückes unverzögert einsetzen, so daß vorzugsweise ein lediglich geringe! Anfangsbereich des Prüfetückee und nachher auch Endbereich dee Prüfetückee ungeprüft bleiben. Es 1st vorteilhaft bei dieser Vorrichtung, daß bei einer Veränderung der Querabmessung der Prüfstücke nur die Führungebuchsen oder Lager io und 14 und die Dichtungen 12 und 7 ausgetauscht au werden brauchen. Ein unterer Flüssigkeitspegel in der Kammer 5 wird durch die Zufuhr von Ankoppel- flüeeigkeit über die Rohrleitung 19 aufrecht erhalten. Der Zufluß

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kann über ein Vorratsbehälter oder über eine Pumpeinrichtung erfolgen. Die gesamte Kammer 5 kann in eine Wasserauffangkammer 15 gestellt werden, die die durch Leckagen austretende Ankoppelflüasigkeit sammelt, und über einen Abfluß 2o, ein Rohrsystem und eine Pumpanordnung der Kammer wieder zuführt. Es ist vorteilhaft, daß sich über die Federelemente 5* die eine Grundposition der Kammer, d.h. eine fluchtende Einstellung der Öffnungen in den Wänden 9 und 1o zur Einläufige des Prüfstückes, allgemein gegeben durch vorgeschaltete Rollgänge, ermöglichen, die Kammer mit einer nur kurzen Führungsstrecke (dem Abstand der Lager 11 und 14) den Ungradheiten und der radialen Schlagbewegung eines Prüfstückes anpassen kann.

Außerdem ist es vorteilhaft, daß der Verschiebeweg des Schiebers 2 nur so groß zu sein braucht, wie es die Anordnung bzw. Abmessungen der Prüfköpfe erforderlich macht. In einer Abwandlung dieses Beispiels kann die Stirnwand 6 des Schiebers 2 konisch oder ähnlich, jedenfalls strömungsgünstig, gestaltet sein, so daß der Volumenunterschied zwischen der Stellung A und der Stellung B des Schiebers in der Kammer sehr gering ist und die Kräfte für die Verschiebung des Zylinders sehr klein bleiben, bzw. die notwendige Zeit zum Öffnen und Schließen des Schiebers gering ist.

Ist das Prüfstück durch die Prüfkammer hindurchgelaufen, schaltet der Signalgeber 18 die Prüfköpfe ab und drückt den Schieber 2 in die Stellung A. Geringe Flüssigkeitsmengen aus dem Bereich 0 können durch das Lager oder die Führungsbuchse 11 in der Wand 1o austreten und werden von der Auffangwanne 15 aufgenommen.

Die Vorrichtung erlaubt die Anwendung der Tauchtechnik bei sehr geringen Abmessungen der Flüssigkeitskaramer, ein ermöglicht eine kontinuierliche und automatische Prüfung. Bas notwendige Volumen an Ankoppelflüssigkeit ist sehr gering, so da3 es auch wirtschaftlich ist, bei Prüfstücken, die gegen Wasser als Ankoppelfliedium empfindlich sind, andere Ankoppelflüseigkeiten einzusetzen.

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1. mit Ultraschallimpulsen, wobei ein Prüfstück mit einer überlagerten Dreh- und Schiebebewegung durch eine mit Ankoppelflüssigkeit gefüllte wannenförmige Prüfkammer geführt wird,in der Ultraschallwellen erzeugende und empfangende Prüfköpfe angeordnet sind, gekennzeichnet durch die Merkmale:

   a) die wannenförmige Prüfkammer (5) enthält in zwei gegenüberliegenden Wänden (9; 1o) Öffnungen, die sich in einer Fluchtlinie ganz "der teilweise überdecken;

   b) im Innern der wannenförmigen Prüfkammer (5) befindet sich an der ersten Wand (9) ein die Öffnung (9a) dieser Wand umschließender erster Hohlköper als Führungselement (1), der derart ausbracht ist, daß seine Symmetrieachse parallel zu einer Fluchtlinie durch die Öffnungen der gegenüberliegenden Wände (9; 1o) liegt und dessen Länge in Richtung der Symmetrieachse so bemessen ist, daß er um mindestens der Querabmessung von Ultraschallprüfköpfen (17a; 17b) kürzer ist als der Abstand der gegenüberliegenden Wände (9; 1o);

   c) auf oder in dem Führungselement (1) befindet sich ein zweiter Hohlkörper mit offenen Stirnseiten als Schieber (2), der zum Führungselement (1) konzentrisch und auf diesem beweglich angeordnet ist, wobei seine Länge in Bewegungsrichtung so bemessen ist, daß er zwei Endlagen einnimmt, eine erste Endlage, in der er mit der einen Stirnseite (6) an der zweiten Wand (1o) der

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   wannenföraigen Prüfkammer (5) anliegt und eine zweite Endlage, in der er so weit auf oder in dem Führungselement (1) bewegt ist, daß zwischen der einen Stirnseite (6) und der zweiten Wand (1o) ein Abstand entsteht, der mindestens der Querabmessung von Ultraschallprüfköpfen (17a; 17b) entspricht;

   d) in der wannenförmigen Prüfkammer (5) sind Ultraschall prüfköpfe in dem Bereich zwischen der einen Stirnseite (6) des Schiebers (2) in seiner zweiten Endlage und der zweiten Wand (1o) aber außerhalb des von der Schieberbewegung eingeschlossenen Raumbereiches (0) derart angeordnet, daß ihre ultraschallabstrahlenden Flächen diesem Raumbereich (0) zugewandt sind und daß sie aux Umfangslinien um eine Fluchtlinie durch die Öffnungen der zwei gegenüberliegenden Wände (9; 1o) verteilt angeordnet sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Dichtungen zwischen dem Schieber (2) und dem Führungselement (1) angeordnet sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (2) an der einen Stirnseite (6) einen umlaufenden Vorsprung (6a) aufweist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Stirnseite (6) des Schiebers (2) nach außen hin kegelförmig, konvex oder ähnlich, jedenfalls strömungsgünstig, ausgeformt
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (2) in seiner einen Stirnseite (6) eine erste Führungsbuchse oder -lager (14) tr^gt und an dieser Stirnseite eine erste scheibenförmige Dichtung (7) mit einer öffnung angebracht ist und ebenfalls in der öffnung der zweiten Wand (1o) der wannenförmigen Prüfkatnmer (5) eine zweite Führungsbuchse oder -lager (11) eingesetzt ist und diese Wand im Innern der Prüfknmmer (5) eine zweite scheibenförmige Dichtung (12) mit einer öffnung trägt, wobei die beider,

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   FUhrungebuehaen ader -lager (14; II) und die öffnungen der beiden Dichtungen (7; 12) miteinander flludihten und die gemeinsame öffnung von der öffnung (da) der ersten Wand (9) der wäflnenföftfligen Prüfkammer überdeckt wird,
6. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1! und 5, dadurch gekennzeichnet ,

   daß die beiden FUhrungsbuchsen odet "lager (14; 11) und die beiden Dichtungen (7; 12) auswechselbar sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außen an der wannenförmigen FrUfkammer (5) ein oder mehrere Federelemente (3) befestigt sind) tiiit denen die Prüf kammer in einer ihre Bodenform umschließenden Auüeüwanne oder eines anderen Trägers beweglich angeordnet ist.