DE19640389A1

DE19640389A1 - Ultraschall-Prüfkopf

Info

Publication number: DE19640389A1
Application number: DE1996140389
Authority: DE
Inventors: Kerstin Gemmer-Berkbilek; Peter Kaluza
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2016-10-01
Also published as: DE19640389C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschall-Prüfkopf zur Prüfung einer Schweißnaht im heißen Zustand.

Gelegentlich ergibt sich die Aufgabe, eine Schweißnaht in heißem Zustand mittels Ultraschall zu prüfen. Beispielsweise soll die Sekundärdeckel-Schweißnaht des Pollux-Lagerbehälters für radioaktive Substanzen mittels Ultraschall geprüft wer den. Die Prüfung soll dabei im heißen Zustand der Schweißnaht bei ca. 125° C erfolgen. Diese hohe Temperatur ist durch die Strahlungswärme der radioaktiven Substanzen und durch die Restwärme vom Schweißen bedingt. Für eine solche Prüfung ist ein Heißprüfkopf-Satz erforderlich, damit die Prüfung von Engspalt-Schweißnähten mit Wurzelsteg erfolgen kann. Die hohe Temperatur erfordert einen speziellen Aufbau der einzelnen Prüfköpfe. Denn bei Ultraschall-Prüfköpfen herkömmlicher Bau art löst sich die Klebeverbindung zwischen dem Ultraschall-Schwinger (Piezoschwinger) und dem Schwingerträger schnell ab, insbesondere bei häufigen Temperaturschwankungen.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen Ultraschall-Prüf kopf zur Prüfung einer Schweißnaht im heißen Zustand anzuge ben, der insbesondere auch bei einer Temperatur von ca. 125° C eingesetzt werden kann, und bei dem die Befestigung des Ultraschall-Schwingers nicht unter der hohen Temperatur leidet. Das Prinzip dieses Ultraschall-Prüfkopfs soll für ei nen Heißprüfkopf-Satz für verschiedenartige Prüfungen geeig net sein.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Ultraschall-Prüfkopf, der gekennzeichnet ist durch

a) einen Hohlraum mit einer vorgegebenen Wand, die eine dem Hohlraum zugewandte vorgegebene Wandfläche besitzt,
b) einen Dämpfungskörper im Hohlraum,
c) ein hochtemperaturfestes Kopplungsmedium, wie insbesondere Silikonöl, im Hohlraum,
d) einen Ultraschall-Schwinger, der zwischen dem Dämpfungs körper und der vorgegebenen Wandfläche angeordnet und dort befestigt sowie über einen Film aus Kopplungsmedium an der vorgegebenen Wandfläche angekoppelt ist, und
e) mindestens zwei Schrauben, die den Dämpfungskörper unter Zwischenlage des Ultraschall-Schwingers und des Films aus Kopplungsmedium an der vorgegebenen Wand befestigen.

Dieser Aufbau eines Ultraschall-Prüfkopfes läßt sich glei chermaßen einsetzen für einen Heißprüfkopf-Satz, der besteht aus einem Längsfehler-, zwei Querfehler- und einem Fokusprüf kopf. Letzterer ist insbesondere geeignet für die Wurzelsteg prüfung, also für die Schweißnahtprüfung an den letzten zwei Millimetern der Schweißnaht.

Aus dem Kennzeichen des Ultraschall-Prüfkopfes wird deutlich, daß er "schwimmend", d. h. ohne Klebeverbindung, aufgebaut ist. Die Ankopplung zwischen dem Ultraschall-Schwinger und dem Schwingerträger, d. h. der erwähnten "vorgegebenen Wand", erfolgt über ein flüssiges hochtemperaturfestes Kopplungsme dium, vorzugsweise über Silikonöl.

Bei Temperaturen über 100° C ist zu erwarten, daß die übli cherweise verwendete Dämpfungsmasse im Dämpfungskörper weich wird. Sie könnte dadurch vorliegend Einfluß auf die Position des Ultraschall-Schwingers nehmen. Um dieses zu vermeiden, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, daß die Position des Ultraschall-Schwingers durch eine Profilhal terung gesichert ist, die vorzugsweise aus Aluminium besteht. Mit anderen Worten: Der Dämpfungskörper ist in einem hochtem peraturfesten Gehäuse untergebracht, das vorzugsweise aus Aluminium besteht.

Als Ultraschall-Schwinger wird vorzugsweise eine Piezokeramik eingesetzt. Bei einem Prüfkopf zur Bestimmung von Quer- und von Längsfehlern ist diese Piezokeramik planparallel ausge bildet. Bei der Ausbildung als Fokus-Prüfkopf wird vorzugs weise ein Composite-Schwinger eingesetzt.

Bei Temperaturen über 250°C geht die Polarisation der Piezo keramik allerdings verloren. Dennoch ist als Vorteil zu ver zeichnen, daß durch den oben beschriebenen Aufbau eine Tempe raturfestigkeit des Ultraschall-Prüfkopfs bis 250°C erreicht werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprü chen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von vier Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Querfehler-Prüfkopf,

Fig. 2 einen Längsfehler-Prüfkopf, und

Fig. 3 und 4 einen Fokus-Prüfkopf im Seitenschnitt bzw. im Horizontalschnitt.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen somit einen Heißprüfkopf-Satz zur Prüfung von Engspalt-Schweißnähten mit Wurzelsteg im heißen Zustand.

Nach Fig. 1 wird ein Hohlraum 2 gebildet aus einer keilför migen Abstrahlwand 4 mit einer ebenen Wandfläche 5, aus zwei Seitenwänden 6 und 8 aus demselben Material, welches insbe sondere Polymid (Handelsname: Vespel) ist, und aus einer Rückwand 9 aus VA-Stahl. Die Seitenwände 6, 8 sind durch Außenwände 10 bzw. 12 aus VA-Stahl eingefaßt.

Im Hohlraum 2 befindet sich ein Dämpfungskörper 14. Weiterhin befindet sich dort ein hochtemperaturfestes Kopplungsmedium 16 im flüssigen Zustand, wie insbesondere Silikonöl. Ferner ist dort ein Ultraschall-Schwinger 18 angebracht, und zwar zwischen dem Dämpfungskörper 14 und der Wandfläche 4a der keilförmigen Koppelwand 4. Zur Ankopplung an der Wandfläche 4a dient ein Film 26 aus Kopplungsmedium 16. Ein gleicharti ger Film kann sich auch zwischen dem Ultraschall-Schwinger 18 und dem Dämpfungskörper 14 befinden. Die Rückseite des Dämp fungskörpers 14 ist mit 24 bezeichnet.

Von Bedeutung ist, daß vorliegend die Befestigung des Dämp fungskörpers 14 an der Wandfläche 5 durch Schrauben 22 er folgt. Vorliegend sind vier wandseitig angebrachte Schrauben 22 vorgesehen, von denen lediglich zwei in Fig. 1 erkennbar sind. Diese Schraubverbindung kann sich bei hohen Temperatu ren nicht lösen.

Der Ultraschall-Schwinger 18 ist hier mit einer Profilhalte rung aus Aluminium versehen. Mit anderen Worten: Der Ultra schall-Schwinger 18 ist randseitig in einem Rahmen 20 festge halten, der bevorzugt aus Aluminium besteht. Schrauben 28 halten die Rückwand 9 an den Seitenwänden 6, 8.

Für den Prüfvorgang werden zwei der in Fig. 1 dargestellten Prüfköpfe benötigt, und zwar einer als Sender und einer als Empfänger.

Fig. 2 zeigt einen Längsfehler-Prüfkopf mit zwei gleichartig aufgebauten Teilköpfen, von denen der links dargestellte als Sender und der rechts dargestellte als Empfänger ausgebildet ist. Diese Teilköpfe sind unter Zuhilfenahme von zwei Hohl räumen 2, 2a gebildet, und die Sendefläche und die Empfangs fläche sind gegeneinander geneigt. Die Schrägstellung bewirkt hier die Fokussierung. Als Ultraschall-Schwinger 18, 18a wer den hier ebenfalls Piezo-Schwinger eingesetzt.

Fig. 3 und 4 zeigen einen Fokus-Prüfkopf. Dieser kann z. B. linienfokusiert sein auf 3 mm Bündelbreite in 64 mm Prüf tiefe. Diese Fokussierung wird durch die Kombination eines gekrümmten Ultraschall-Schwingers 18, insbesondere eines Composite-Schwingers, mit einer halblinsenförmigen Abstrahl wand 4 aus hochtemperaturbeständigen Material, insbesondere aus Polymid, erreicht. Auch hier sind wieder Schrauben 22 vorgesehen.

Ein Composite-Schwinger ist ein solcher mit würfelweise vor gesehenen Schlitzen, die verfüllt sind mit einer Harz-Klebe verbindung. Ein solcher Composite-Schwinger kann kurze Im pulse abgeben, die weitgehend von alleine gedämpft sind.

Aus Fig. 4 wird deutlich, daß das Gehäuse 9, 10, 12 aus VA-Stahl sowohl einen Sender 30 als auch einen Empfänger 32 be inhaltet. Beide sind gleichartig aufgebaut.

Claims

1. Ultraschall-Prüfkopf zur Prüfung einer Schweißnaht im heißen Zustand, gekennzeichnet durch

a) einen Hohlraum (2; 2a) mit einer vorgegebenen Wand (4; 4a), die eine dem Hohlraum (2; 2a) zugewandte vorgegebene Wandfläche (5; 5a) besitzt,
b) einen Dämpfungskörper (14; 14a) im Hohlraum (2; 2a),
c) ein hochtemperaturfestes Kopplungsmedium (16; 16a), wie insbesondere Silikonöl, im Hohlraum (2; 2a),
d) einen Ultraschall-Schwinger (18; 18a), der zwischen dem Dämpfungskörper (14; 14a) und der vorgegebenen Wandfläche (5; 5a) angeordnet und dort befestigt sowie über einen Film (26; 26a) aus Kopplungsmedium (16; 16a) an der vorge gebenen Wandfläche (5; 5a) angekoppelt ist, und
e) mindestens zwei Schrauben (22; 22a), die den Dämpfungskör per (14; 14a) unter Zwischenlage des Ultraschall-Schwin gers (18; 18a) und des Films (26; 26a) aus Kopplungsmedium (16; 16a) an der vorgegebenen Wand (4; 4a) befestigen.

2. Ultraschall-Prüfkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohl raum (2; 2a) zumindest teilweise durch ein Gehäuse (9, 10, 12) aus VA-Stahl gebildet ist.

3. Ultraschall-Prüfkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohl raum (2; 2a) zumindest teilweise durch zwei Seitenwände (6, 8; 6a, 8a) gebildet ist, die aus demselben Material wie die vorgegebene Wand (4; 4a) bestehen und an dieser befestigt sind.

4. Ultraschall-Prüfkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vor gegebene Wand (4; 4a) aus Polymid gebildet ist.

5. Ultraschall-Prüfkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vor gegebene Wand (4; 4a) keilförmig ausgebildet ist (Fig. 1+2).

6. Ultraschall-Prüfkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vor gegebene Wand (4) planlinsenförmig ausgebildet ist (Fig. 3).

7. Ultraschall-Prüfkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämp fungskörper (14) in einem hochtemperaturfesten Gehäuse (28) untergebracht ist, das vorzugsweise aus Aluminium besteht.

8. Ultraschall-Prüfkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ul traschall-Schwinger (18) randseitig in einem Rahmen (26) festgehalten ist.

9. Ultraschall-Prüfkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ul traschall-Schwinger (18; 18a) ein Composite-Schwinger ist.

10. Ultraschall-Prüfkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Bestimmung von Querfehlern vorgesehen ist (Fig. 1).

11. Ultraschall-Prüfkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Bestimmung von Längsfehlern vorgesehen ist (Fig. 2).

12. Ultraschall-Prüfkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er als Fokus-Prüfkopf ausgebildet ist (Fig. 3+4).

13. Ultraschall-Prüfkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er als Sender ausgebildet ist, und daß ein gleichartig aufgebauter Empfänger unter Zuhilfenahme eines benachbarten Hohlraums (2a) ausgebildet ist (Fig. 2).

14. Ultraschall-Prüfkopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sen defläche (5a) und die Empfangsfläche (5) gegeneinander ge neigt sind (Fig. 2).