EP2069774A1 - Magnetische streufluss-testvorrichtung für rohrförmige prüflinge - Google Patents

Magnetische streufluss-testvorrichtung für rohrförmige prüflinge

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EP2069774A1
EP2069774A1 EP07817570A EP07817570A EP2069774A1 EP 2069774 A1 EP2069774 A1 EP 2069774A1 EP 07817570 A EP07817570 A EP 07817570A EP 07817570 A EP07817570 A EP 07817570A EP 2069774 A1 EP2069774 A1 EP 2069774A1
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EP
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test
sensor
coil
longitudinal axis
probes
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EP07817570A
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Bernd Zimmermann
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Prueftechnik Dieter Busch AG
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Prueftechnik Dieter Busch AG
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Publication date
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    • G01N27/904—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents with two or more sensors

Definitions

  • the present invention relates to a test device for nondestructive testing of tubular specimens.
  • the test device uses a device and a method for detecting defects on such test objects by means of sensors based on magnetic leakage flux.
  • Such devices are known per se. They consist of a plurality of ring-shaped arranged around the test specimen test coils, which are permanently installed in a holder. In this arrangement, the user has the choice either to choose the diameter of the passage opening through the arrangement of the test coils larger than the diameter of the specimen or with a matched diameter of the arrangement of the test coils strong wear of the arrangement of test coils. With increasing diameter of the arrangement of the test coils, the distance of the individual test coil from the surface of the specimen increases. This reduces the sensitivity of the measuring arrangement. Therefore, designing an array of test coils of conventional design is always a compromise between measurement accuracy, on the one hand, and the acceptable cost of replacing the array of test coils, on the other. Such exchange becomes necessary when e.g. the test object does not pass through the opening in the arrangement of test coils exactly centrically or else raised defects on the surface of the test object damage the arrangement of test coils.
  • the aim of the present invention is to provide an improved sensor system for detecting defects in tube-shaped test specimens.
  • test device for testing tubular test specimens which is characterized in that a plurality of individual, from the outside of the tubular test specimen radially inwardly movable test probes is provided, each test probe on the one hand has a test coil, whose surface normal is directed perpendicular to the longitudinal axis of the specimen, and on the other hand, each test probe further comprises a second test coil whose surface normal is oriented substantially parallel to the longitudinal axis of the specimen.
  • the test probes are fastened in one embodiment of the invention on finger-shaped, elastic and provided with a mechanical bias brackets and by means of devices Hard metal protected from impact and abrasion by the test specimen.
  • the rigid finger-shaped holders of the test probes are rotatably mounted.
  • a further embodiment provides for a regulation of the rotational movement, so that the test probe in its finger-shaped holder always bears against the tubular test piece.
  • the invention is advantageously used to test larger steel and iron pipes, e.g. For example, those used for oil transportation (pipelines).
  • the invention is capable of detecting defects on said tubes which tend to extend transverse to the tube longitudinal axis.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a tubular test specimen 10 having a tube wall 13 and a transverse defect 12 drawn by way of example.
  • FIG. 3 shows a particularly space-saving arrangement of a sensor holder.
  • Figure 1 shows a sensor carrier 20 which is slotted and flexed to provide a number (e.g., 4 to 8) of terminal and finger-shaped sensor mounts 21-25.
  • the shaping takes place in such a way that the sensor holders have a resilient bias and the sensors 53 mounted thereon can resiliently rest on the test piece for the purpose of detecting stray magnetic flux quantities.
  • the shape is such that the sensor mounts 21-25 are disposed on an imaginary cylindrical surface around the sample, as shown in the figure.
  • a number (usually 2, 3, 4 or 8 pieces) of individual sensor carriers 20 are inserted into a higher-level holder (not shown), so that the sensor carriers enclose the entire tube circumference.
  • a sensor carrier 20 is suitable to be formed by bending about its longitudinal axis so that it can be inserted into different sized oversized brackets. With just a few sizes of sensor carriers or sensor holders, testers for many different tube diameters can easily be used (preferably in the range of 60mm to 370mm). As a result, although for each pipe diameter own higher-level brackets required, the individual sensor carrier 20, sensor brackets 21 - 25 with the associated sensors but can be used for several different pipe diameters.
  • the sensor carrier 20 and the sensor holders 21 - 25 are not made of one part. It thus becomes possible to exchange individual sensor holders 21 between different sensor carriers 20, wherein the sensor carriers 20 are each adapted to a specific or a number of different tube diameters. If the sensor carriers 20 are designed to be deformable, the number of required sensor carriers is reduced during the transition to a corresponding smaller tube diameter. For rigid sensor carriers 20, a separate type of sensor carrier is required for each tube diameter. There are contact devices 31 - 35 are provided so that electrical outputs of sensors used can be connected to connection cables, which in turn are associated with symbolically indicated contact devices 41 - 45 in connection.
  • FIG. 1 The arrangement shown in FIG. 1 is thus suitable for scanning a tubular test specimen, in particular in its longitudinal direction, as indicated by the arrow in FIG. 1.
  • the actual sensor 53 shown in FIG. 2 includes sensor coils 52, 52 'and 54', 54 "for detecting stray magnetic flux quantities respectively located on the underside of the sensor holders, as shown in FIG In principle, it is a sensor coil combination consisting of a respective lying flat coil whose turns 54 ', 54 "are shown in cross-section and whose axis extends radially to the DUT, and in each case a perpendicular thereto, ie upright standing coil with turns 52, 52 ', whose axis is parallel to the transport direction of the specimen 13. Both the flat-lying coil 52, 52 'and the upright coil 54' 54 "extends in area over virtually the entire width of a sensor holder (eg 21).
  • stops 62, 64 are provided on a holder 60 in order to limit the possibility of movement of the sensor holder in the radial direction.
  • the coils 52, 54 embedded in a suitable filler are normally directly on the DUT or the surface of the tube 10. It is also possible to design the sensor coil 54, the axis of which points radially away from the test object and receives the magnetic field components extending radially to the test object, as a flat coil.
  • the winding of this coil may also be e.g. take the form of an applied to a circuit board spiral of conductive material.
  • a particularly space-saving design is further illustrated by a single sensor holder.
  • the individual sensor holders 61 are in the form of rohrfbrmigen test piece 10 formed radially extending tubes and thus require less space in the transport direction of rohrfbrmigen DUT as in the embodiment shown in Fig. 1.
  • the sensors 52, 52 'and 54', 54 "are protected by an annular cemented carbide piece 26.
  • a contact device 31 is provided on the sensors through which the supply and through a connecting cable In the interior of the tube, that is to say on the side of the sensor which is remote from the test object, there is, in addition to the contact device 31, an alignment device 59 which, in conjunction with devices not shown, is connected to the sensor element.
  • the sensor itself is pressed, for example, by means of a helical spring 58 against the wall 13 of the test piece 10.
  • An adjustment of the pressing force is made possible by a screw 56, for example If a control of the distance of the sensors from the wall 13 of the device under test 10 is provided, then this can be done with compressed air or over a linear motor or spindle drive in the tubular sensor holder 61 are effected. In this design, the space required for two of these devices in a row for gapless coverage of the specimen is particularly low.
  • the fingers run parallel or perpendicular to the transport device, it may prove expedient that the fingers have a different orientation to the transport direction.
  • the modular design of the test device from sensor holder 21 - 25, sensor carrier 20 and parent holder allows a significant reduction in the variety of parts.
  • the resilient support or a regulation of the distance from the sensor to the DUT the wear of the sensors is reduced.
  • such a simple replacement of individual sensors in the event of a defect is possible, which can occur after wear of the hard metal part.
  • the entire test head must be replaced with every defect of a single coil since all sensors in the test head are cast. Therefore, any such replacement will always replace all coils, regardless of whether they are still intact.

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Abstract

Die magnetische Streufluss-Testvorrichtung zur Prüfung von rohrförmigen metallischen Prüflingen weist eine Vielzahl einzelner, gegenüber der Längsachse des Prüflings radial beweglicher fingerförmiger Testsonden auf, welche von außen von allen Seiten auf den Prüfling aufgelegt werden. Auf diese Weise ist dieser von Testsonden umgeben und kann unter diesen verschoben werden. Dabei weist jede Testsonde jeweils neben einer ersten Prüfspule, deren Flächennormale im wesentlichen parallel zur Längsachse des Prüflings gerichtet ist, zusätzlich eine zweite Prüfspule auf. Die Flächennormale der zweiten Prüfspule ist im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Prüflings orientiert.

Description

MAGNETISCHE STREUFLUSS-TESTVORRICHTUNG FUR ROHRFÖRMIGE PRÜFLINGE
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Testvorrichtung zur zerstörungsfreien Untersuchung rohrförrniger Prüflinge. Die Testvorrichtung bedient sich dabei einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Erkennung von Defekten an solchen Prüflingen mittels Sensoren auf Basis magnetischen Streuflusses.
Solche Vorrichtungen sind an sich bekannt. Sie bestehen aus einer Vielzahl ringförmig um den Prüfling angeordneter Prüfspulen, die fest in einer Halterung eingebaut sind. In dieser Anordnung hat der Anwender die Wahl, entweder den Durchmesser der Durchtrittsöffnung durch die Anordnung der Prüfspulen größer zu wählen als den Durchmesser des Prüflings oder bei angepasstem Durchmesser der Anordnung der Prüfspulen starken Verschleiß der Anordnung von Prüfspulen hinzunehmen. Mit größer werdendem Durchmesser der Anordnung der Prüfspulen erhöht sich der Abstand der einzelnen Prüfspule von der Oberfläche des Prüflings. So verringert sich die Empfindlichkeit der Messanordnung. Deshalb ist die Auslegung einer Anordnung von Prüfspulen herkömmlicher Bauart immer ein Kompromiss zwischen Messgenauigkeit einerseits und den hinnehmbaren Kosten für den Austausch der Anordnung von Prüfspulen andererseits. Ein solcher Austausch wird nötig, wenn z.B. der Prüfling nicht exakt zentrisch durch die Öffnung in der Anordnung von Prüfspulen hindurchtritt oder aber erhabene Fehler an der Oberfläche des Prüflings die Anordnung von Prüfspulen beschädigen.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine verbesserte Sensorik zur Erkennung von Fehlern an rohrfb'rmigen Prüflingen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Testvorrichtung zur Prüfung von rohrförmigen Prüflingen geschaffen ist, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Vielzahl einzelner, von der Außenseite des rohrförmigen Prüflings radial nach innen beweglicher Testsonden vorgesehen wird, wobei jede Testsonde einerseits jeweils eine Prüfspule aufweist, deren Flächennormale senkrecht zur Längsachse des Prüflings gerichtet ist, und andererseits weiterhin jede Testsonde eine zweite Prüfspule aufweist, deren Flächennormale im wesentlichen parallel zur Längsachse des Prüflings orientiert ist. Die Testsonden sind dabei in einer Ausführungsform der Erfindung an fingerförmigen, elastischen und mit einer mechanischen Vorspannung versehenen Halterungen befestigt und mittels Vorrichtungen aus Hartmetall vor Stößen und Abrieb durch den Prüfling geschützt. In einer anderen Ausfuhrungsform sind die starren fingerförmigen Halterungen der Testsonden drehbar gelagert. Eine weitere Ausfuhrungsform sieht eine Regelung der Drehbewegung vor, so dass die Testsonde in ihrer fingerförmigen Halterung immer an dem rohrförmigen Prüfling anliegt.
Insbesondere wird die Erfindung mit Vorteil dazu benutzt, größere Stahl- und Eisenrohre zu testen, z. B. solche, die für den Erdöltransport verwendet werden (Pipelines). Die Erfindung ist insbesondere dazu geeignet, Defekte an den genannten Rohren zu erkennen, die sich eher quer zur Rohr-Längsachse erstrecken.
Die Erfindung wird im Folgenden an den Zeichnungen 1, 2 und 3 erläutert.
Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen rohrförmigen Prüfling 10 mit einer Rohrwandung 13 sowie einem beispielhaft gezeichneten querliegenden Defekt 12.
Fig. 2 enthält eine Darstellung einer Sensor-Halterung 21 und des eigentlichen Sensors 53.
hα Fig. 3 ist eine besonders raumsparende Anordnung einer Sensor-Halterung dargestellt.
Fig. 1. zeigt einen Sensor-Träger 20, der geschlitzt und durch Biegung so geformt ist, dass eine Anzahl (beispielsweise 4 bis 8) endständiger und fingerförmiger Sensor-Halterungen 21 - 25 bereitgestellt wird. Die Formgebung erfolgt dabei so, dass die Sensor-Halterungen eine elastische Vorspannung aufweisen und die dort angebrachten Sensoren 53 zur Detektion von magnetischen Streufluß-Größen federnd auf dem Prüfling aufliegen lassen. Weiterhin ist die Formgebung so, dass die Sensor-Halterungen 21 - 25 auf einer gedachten zylindrischen Fläche um den Prüfling angeordnet sind, wie in der Figur gezeigt.
Gemäß der Erfindung wird eine Anzahl (normalerweise 2, 3, 4 oder 8 Stück) einzelner Sensor-Träger 20 in eine übergeordnete Halterung (nicht gezeigt) eingelegt, so dass die Sensor-Träger den gesamten Rohrumfang umschließen. Gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung ist ein Sensor-Träger 20 geeignet, durch Biegung um seine Längsachse so geformt zu werden, dass er in unterschiedlich groß dimensionierte übergeordnete Halterungen eingelegt werden kann. So können mit nur wenigen Baugrößen an Sensor-Trägern bzw. Sensor-Halterungen dennoch leicht Testgeräte für viele unterschiedliche Rohrdurchmesser (bevorzugt im Bereich von 60 mm bis 370 mm) bereitgestellt werden. Dadurch sind für jeden Rohrdurchmesser zwar eigene übergeordnete Halterungen erforderlich, die einzelnen Sensor- Träger 20, Sensor-Halterungen 21 - 25 mit den zugehörigen Sensoren sind aber für mehrere verschiedene Rohrdurchmesser einsetzbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung sind der Sensor-Träger 20 und die Sensor-Halterungen 21 - 25 nicht aus einem Teil gefertigt. So wird es möglich, einzelne Sensor-Halterungen 21 zwischen verschiedenen Sensor-Trägern 20 auszutauschen, wobei die Sensor-Träger 20 jeweils an einen bestimmten oder eine Anzahl verschiedener Rohrdurchmesser angepasst sind. Sind die Sensor-Träger 20 verformbar ausgeführt, so reduziert sich die Zahl benötigten Sensor-Träger beim Übergang zu einem entsprechenden kleineren Rohrdurchmesser. Bei starren Sensor-Trägern 20 ist für jeden Rohrdurchmesser ein eigener Typ Sensor-Träger erforderlich. Es sind Kontakt- Vorrichtungen 31 - 35 vorgesehen, so dass elektrische Ausgänge von verwendeten Sensoren an Verbindungskabel angeschlossen werden können, welche ihrerseits mit symbolisch angedeuteten Kontaktvorrichtungen 41 - 45 in Verbindung stehen.
Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung ist somit geeignet, einen rohrformigen Prüfling insbesondere in dessen Längsrichtung abzutasten, wie dies durch den Pfeil in Fig. 1 angedeutet wird.
Es ist von Vorteil, zwei dieser in Fig. 1 dargestellten Vorrichtungen in Transportrichtung hintereinander anzuordnen. Dann ist eine lückenlose Abtastung des gesamten Rohrumfanges möglich, indem die einzelnen Sensoren auf der zweiten Vorrichtung so gegenüber den Sensoren der ersten Vorrichtung versetzt sind, dass sie genau die Lücken zwischen den Sensoren der ersten Vorrichtung erfassen. Weiter kann es beim Einsatz derselben Größe an Sensor-Trägern und Sensoren bei verschiedenen Rohrdurchmessern dazu kommen, dass der Abstand zweier Sensoren zu groß ausfällt, weil die maximal mögliche Zahl der Sensoren pro Rohrdurchmesser durch das Verhältnis der Breite der Sensor-Träger zum Rohramfang bestimmt wird. Deshalb liegen bei derselben Größe von Sensor-Halterung 21 - 25 und Sensor- Träger 20 bei unterschiedlichen Rohrdurchmessern unterschiedliche Abstände zwischen den einzelnen Sensoren vor. Insbesondere können auch Abstände auftreten; die eigentlich zu groß für eine lückenlose Abtastung der Oberfläche des Prüflings sind. Auch in diesen Fällen wird eine lückenlose Ermittlung von Defekten möglich, wenn zwei dieser Vorrichtungen hintereinander angeordnet sind. Weiter wird so eine genauere Bestimmung der Größe eines Defekts im Prüfling möglich, wenn sie angestrebt wird. Der in Fig. 2 dargestellte eigentliche Sensor 53 enthält Sensorspulen 52, 52' bzw. 54', 54" zur Detektion von magnetischen Streufluß-Größen, die sich jeweils auf der Unterseite der Sensor-Halterungen befinden, wie dies in Fig. 2 gezeigt wird. Im Prinzip handelt es sich um eine Sensorspulen-Kombination bestehend aus jeweils einer flach liegenden Spule, deren Windungen 54', 54" im Querschnitt gezeigt sind und deren Achse radial zum Prüfling verläuft, und jeweils einer senkrecht dazu, d.h. aufrecht stehenden Spule mit Windungen 52, 52', deren Achse parallel zur Transportrichtung des Prüflings 13 verläuft. Sowohl die flach liegende Spule 52, 52' als auch die aufrecht stehende Spule 54' 54" erstreckt sich flächenmäßig über praktisch die gesamte Breite einer Sensor-Halterung (e.g. 21).
Zum Schutz gegen Beschädigung der Spulen sind Hartmetall-Stücke 26, 27 vorgesehen. Weiterhin sind Anschläge 62, 64 an einem Halter 60 vorgesehen, um die Bewegungsmöglichkeit der Sensor-Halterung in radialer Richtung zu limitieren.
Aufgrund der mechanischen Vorspannung der Sensor-Halterungen (e.g. 21 - 25) oder eines anderen Mechanismus, wie er im folgenden Abschnitt oder im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben ist, liegen die in einem geeigneten Füllmaterial eingebetteten Spulen 52, 54 normalerweise direkt auf dem Prüfling bzw. der Oberfläche des Rohrs 10 auf. Es ist auch möglich, die Sensorspule 54, deren Achse radial vom Prüfling weg weist und die zum Prüfling radial verlaufende Magnetfeldkomponenten aufnimmt, als eine Flachspule auszuführen. Die Wicklung dieser Spule kann auch z.B. die Form einer auf eine Leiterplatte aufgebrachten Spirale aus leitfähigem Material annehmen.
An die Stelle der federnden Gestaltung der Sensor-Halterungen kann auch ein Andrücken drehbar gelagerter, starrer Sensor-Halterungen mittels Pressluft, motorischer Ansteuerung oder einer anderen Art der Regelung erfolgen, um eine maximale Empfindlichkeit der einzelnen Sensoren zu gewährleisten. Die drehbare Lagerung bzw. federnde Wirkung wird durch den Doppelpfeil 69 in Fig. 2 angedeutet. Eine Regelung, die die Zustellung drehbar gelagerter Sensor-Halterungen motorisch vornimmt, wobei die Erfassung der relativen Position der Sensoren zum Prüfling mittels Lichtschranken, induktiver Sensoren oder anderer geeigneter Sensoren stattfindet, ist ebenfalls möglich.
In Fig. 3 ist weiter eine besonders raumsparende Bauform anhand einer einzelnen Sensor- Halterung dargestellt. Dabei sind die einzelnen Sensor-Halterungen 61 in Form zum rohrfbrmigen Prüfling 10 radial verlaufender Rohre ausgebildet und benötigen somit in Transportrichtung des rohrfbrmigen Prüflings weniger Raum als in der in Fig. 1 gezeigten Ausfuhrungsform. Hier sind die Sensoren 52, 52' und 54', 54" durch ein ringförmiges Hartmetall-Stück 26 geschützt. Wie in den Fig. 1 und 2 ist an den Sensoren eine Kontakt- Vorrichtung 31 vorgesehen, über die durch ein Verbindungskabel die Versorgung und Ableitung der Sensorsignale für die einzelnen Sensoren erfolgt. Im Innern des Rohrs, also an der radial vom Prüfling entfernten Seite des Sensors, befindet sich außer der Kontakt- Vorrichtung 31 eine Ausricht- Vorrichtung 59, die in Zusammenspiel mit nicht gezeigten Vorrichtungen an der Sensor-Halterung 61 für die korrekte axiale Ausrichtung der Sensoren sorgt. Der Sensor selbst wird z.B. mittels einer Schraubenfeder 58 an die Wand 13 des Prüflings 10 angedrückt. Eine Einstellung der Andrückkraft wird z.B. durch eine Schraube 56 ermöglicht. In einer Bohrung dieser Schraube 56 verläuft das Verbindungskabel. Wenn eine Regelung des Abstands der Sensoren von der Wand 13 des Prüflings 10 vorgesehen ist, so kann diese mit Pressluft oder auch über einen Linearmotor oder Spindelantrieb in der rohrförmigen Sensor-Halterung 61 bewirkt werden. Bei dieser Bauform wird der Platzbedarf für zwei dieser Vorrichtungen hintereinander zur lückenlosen Abdeckung des Prüflings besonders gering.
Außer den beiden in Fig. 1 und Fig. 3 gezeigten Ausführungsformen, in denen die Finger parallel bzw. senkrecht zur Transportvorrichtung verlaufen, kann es sich als sinnvoll erweisen, dass die Finger eine andere Orientierung zur Transportrichtung aufweisen.
Der modulare Aufbau der Testvorrichtung aus Sensor-Halterung 21 - 25, Sensor- Träger 20 und übergeordneter Halterung ermöglicht eine signifikante Reduktion der Teilevielfalt. Durch die federnde Halterung oder eine Regelung des Abstands vom Sensor zum Prüfling wird der Verschleiß der Sensoren verringert. Weiter wird so ein einfacher Austausch einzelner Sensoren im Falle eines Defekts möglich, der nach Abnutzung des Hartmetallteils auftreten kann. Bei den bisher verfugbaren Prüfköpfen für Streuflussmessungen an Rohren muss bei jedem Defekt einer einzelnen Spule der gesamte Prüfkopf ausgetauscht werden, da alle Sensoren im Prüfkopf vergossen sind. Deshalb werden bei einem solchen Tausch immer alle Spulen ersetzt, unabhängig davon, ob sie noch intakt sind.

Claims

Patentansprüche :
1. Testvorrichtung zur Prüfung von rohrförmigen Prüflingen, gekennzeichnet durch eine Vielzahl einzelner radial beweglicher Testsonden (53), wobei jede Testsonde (53) jeweils eine Prüfspule (54', 54") aufweist, deren Flächennormale senkrecht zur Längsachse des Prüflings (10) gerichtet ist, und weiterhin jede Testsonde eine zweite (52, 52') Prüf spule aufweist, deren Flächennormale im wesentlichen parallel zur Längsachse des Prüflings (10) orientiert ist.
2. Testvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Testsonden sich an fingerförmigen, elastischen und /oder drehbar gelagerten Sonden- Trägern (21 - 25) befinden und die Finger im wesentlichen parallel zur Längsachse des Prüflings verlaufen.
3. Testvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Testsonden sich in fingerförmigen Sonden-Trägern (61) befinden und die Finger im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Prüflings verlaufen.
4. Testvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Spule (54), deren Achse radial zum rohrförmigen Prüfling (13) verläuft, eine Flachspule ist.
5. Testvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Spule (54), deren Achse radial zum rohrförmigen Prüfling (13) verläuft, eine spiralförmige Wicklung aufweist.
EP07817570A 2006-09-28 2007-09-25 Magnetische streufluss-testvorrichtung für rohrförmige prüflinge Withdrawn EP2069774A1 (de)

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