DE19931350A1 - Prüfvorrichtung für die Ultraschallprüfung von Stangenmaterial - Google Patents
Prüfvorrichtung für die Ultraschallprüfung von StangenmaterialInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfvorrichtung für die Ultraschallprüfung von Stangenmaterial a) mit einem rohrförmigen Behälter (20), der einen im wesentlichen zylindrischen Innenraum (22) ausbildet, welcher einen größeren Durchmesser hat als das Stangenmaterial und eine Zylinderachse (36) aufweist, b) mit mindestens einer Düse (32) für einen Wasserzulauf, die im wesentlichen tangential zu einem Innenmantel des Innenraums (22) angeordnet ist und in ihn mündet und c) mit mindestens einem Ultraschall-Prüfkopf (34), der mit dem Behälter (20) verbunden ist und eine aktive Fläche (38) hat, die vom zylindrischen Innenraum (22) aus frei zugänglich ist.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfvorrichtung für Ultraschall von
Stangenmaterial. Derartige Prüfvorrichtungen sind in vielfältiger Ausführung
bekannt, verwiesen wird hier nur beispielhaft auf das DE-Buch "Werkstoff
prüfung mit Ultraschall", IV. Auflage, Autoren J. Krautkrämer und H.
Krautkrämer.
Bei der Prüfung von Stangenmaterial geht es insbesondere um Innenfehler
prüfung und Prüfung auf Oberflächenfehler, aber auch auf Prüfung der Ab
messungen. Für die Ultraschallprüfung muß bekanntlich eine Wasserstrecke
zwischen dem Ultraschall-Prüfkopf und der zu prüfenden Stange geschaffen
und aufrechterhalten werden. Hierfür sind mehrere Techniken bekannt, bei
spielsweise Prüfung in Tauchtechnik, Pfützentechnik oder mit einem ge
führten Wasserstrahl. Weiterhin gibt es geschlossene Wasserkammern mit
Prüfstückdurchlauf, die häufig als SPS bezeichnet werden. Nach dem Ein
lauf des Prüfstücks in die geschlossene Wasserkammer dichtet das Prüf
stück den Kammereinlauf und -auslauf ab. Die Wasserkammer wird mit
Wasser gefüllt, um die Ankopplung zwischen Prüfkopf und Prüfstück zu er
reichen. Die Prüfköpfe können dabei umfangssymmetrisch angeordnet wer
den. Nachteilig ist die relativ lange Zeit, bis die Kammer mit Wasser gefüllt
ist, es verbleiben ungeprüfte Enden. Weiterhin stören Luftblasen im Ankop
pelwasser die Prüfung.
Darüber hinaus sind auch Rotationsprüfvorrichtungen bekannt. Durch Ro
tation der gesamten Prüfkammer einschließlich der Prüfköpfe wird ein sta
biler Wassermantel erzeugt. Durch ein- und auslaufseitig angeordnete
Dichtsysteme ergibt sich ein im wesentlichen rohrförmiger Wassermantel,
durch den die Prüfstücke transportiert werden können. Diese Art der Prüf
technik hat eine hohe Prüfleistung, aufgrund der rotierenden Prüfkammer
allerdings auch einen großen mechanischen Aufwand.
Unter Stangenmaterial wird im folgenden jegliche Art von länglichem Materi
al verstanden, insbesondere runde Stahlstäbe, Stäbe mit unrunden Profilen,
wie beispielsweise Vierkant- und Sechskantstäbe, Flachmaterial in Form von
Stangen, aber auch Rohre, sowie Walzgut, extrudierte Profile.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Vorrichtung zur Ultra
schallprüfung von Stangenmaterial anzugeben, die einen mechanisch einfa
chen Aufbau hat, bei der eine Vorbereitung für eine Ultraschallprüfung we
nig Aufwand erfordert und bei der Ultraschallprüfköpfe in jeder beliebigen
Lage am Umfang angeordnet werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Prüfvorrichtung für die Ultraschall
prüfung von Stangenmaterial a) mit einem Behälter, der einen im wesentli
chen zylindrischen Innenraum ausbildet, welcher einen größeren Durchmes
ser hat als das Stangenmaterial und eine Zylinderachse aufweist, b) mit
mindestens einer Düse für einen Wasserzulauf, die im wesentlichen tangen
tial zu einem Innenmantel des Innenraums angeordnet ist und in ihn mün
det und c) mit mindestens einem Ultraschall-Prüfkopf, der mit dem Behälter
verbunden ist und eine aktive Fläche hat, die vom zylindrischen Innenraum
aus frei zugänglich ist.
Durch die im wesentlichen tangential angeordnete und in den Innenraum
des Behälters mündende Düse wird Wasser eingeleitet. Aufgrund dieser Zu
leitung und der daraus resultierenden Umlaufbewegung des Wassers ent
steht ein im wesentlichen rohrförmiger Wassermantel. Störende Luftblasen
bleiben nicht stationär, sondern werden mitgerissen und sind daher für die
Prüfung unbeachtlich. Eine Rotation des Behälters erfolgt nicht, vielmehr ist
der Behälter stationär. Es rotiert aber der im Behälter befindliche Wasser
mantel. Durch die Rotation des Wassermantels ist dieser stabil, sofort nach
dem Einlauf eines Prüfstücks in Form einer Stange kann die Prüfung erfol
gen.
Der Behälter kann sehr kurz aufgebaut werden. Ungeprüfte Enden bleiben
klein. Es ist aber auch möglich, die Endprüfung im Behälter durchzuführen,
wenn sich ein Endbereich einer zu prüfenden Stange im Innenraum befin
det.
Es ist mindestens ein Ultraschall-Prüfkopf am Behälter angeordnet, vor
zugsweise sind sehr viele Prüfköpfe vorgesehen. Sie können in jeder beliebi
gen Lage am Umfang angeordnet werden. Ebenso können Prüfkopfgruppen
(CLUSTER) oder Gruppenstrahler (Arrays) eingesetzt werden. Sie können al
so radial ausgerichtet sein, aber auch schräg in beliebiger Winkelausrich
tung innerhalb der möglichen Einschallwinkel angeordnet sein, beispielswei
se in der Radialebene schräg oder in einem Winkel ungleich 90 Grad zur Zy
linderachse.
Die Ultraschall-Prüfköpfe haben eine aktive Fläche, die vorzugsweise von ei
nem Vorlaufkörper aus geeignetem Festkörpermaterial gebildet ist. Dieser
Vorlaufkörper kann so geformt werden, dass er bündig mit dem Innenmantel
des Behälters abschließt, also den Umlauf des Wassers innerhalb des rohr
förmigen Behälters nicht stört.
Die zu prüfenden Teile werden im wesentlichen konzentrisch zur Zylinder
achse durch den Innenraum hindurchgeführt. Es ist aber auch möglich,
stationäre Stangen oder Profile zu prüfen, in dem der Behälter aus zwei in
einer Axsialebene zu verbindenden Halbschalen aufgebaut wird, die um eine
stationäre Stange, beispielsweise eine Rohrleitung, herumgelegt werden und
axsial verschoben werden können, um die Prüfung durchzuführen.
Für das Stangenmaterial sind Führungsmittel an den beiden Stirnflächen
des rohrförmigen Behälters vorgesehen, sie sind für eine Führung der zu
prüfenden Stange ausgelegt, so dass die zu prüfende Stange im wesentlichen
konzentrisch zur Zylinderachse angeordnet ist. Vorzugsweise sind geeignete
Dichtmittel vorhanden, um den Wasseraustritt im Bereich der Stirnflächen
gering zu halten. Es kann aber auch ganz bewußt der Wasseraustritt im Be
reich der Stirnflächen erfolgen, wodurch einerseits die Dichtungen sehr ein
fach werden oder gar entfallen können und andererseits ein separater Aus
laß nicht benötigt wird. Es kann aber auch ein separater Auslaß vorgesehen
sein, der entsprechend der mindestens einen Düse für Wasserzulauf ausge
bildet ist und tangential das Wasser wieder austreten läßt, und zwar in Um
laufrichtung.
Für die Abdichtung im Bereich der Stirnseiten haben sich auswechselbare
Endringe besonders bewährt, die an beiden Stirnseiten des Behälters einfach
lösbar befestigt werden können. Es gibt sie in unterschiedlichen Ausführun
gen, also mit unterschiedlichen zentralen Öffnungen, jeweils angepaßt auf
das zu prüfende Stangenmaterial, nämlich dessen Profil.
Im Bereich der Stirnseiten, dort wo die Endringe angeordnet sind, ist ein
Wasseraustritt möglich, eventuell sogar gewollt. Unterhalb der Stirnseiten
werden daher Wasserauffangbecken angeordnet, die das austretende Wasser
sammeln.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen
Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung von nicht einschränkend
zu verstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung, die unter Bezug
nahme auf die Zeichnung nun näher erläutert werden. In der Zeichnung zei
gen:
Fig. 1 eine Prüfvorrichtung nach der Erfindung in einem axsialen Längs
schnitt und mit einer zu prüfenden Rundstange,
Fig. 2 ein Schnittbild durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1 entsprechend
der Schnittlinie II-II,
Fig. 3 eine Darstellung als Axialschnittbild einer Prüfvorrichtung mit koni
schem Innenmantel,
Fig. 4 eine axiale Seitenansicht einer aufklappbaren Prüfvorrichtung und
Fig. 5 eine axiale Seitenansicht einer Führungsbuchse, die aus zwei halb
ringförmigen Teilstücken zusammensetzbar ist.
Fig. 1 zeigt eine Prüfvorrichtung für die Ultraschallprüfung von Stangen
material nach der Erfindung. Die Vorrichtung hat einen rohrförmigen Be
hälter 20, der einen im wesentlichen zylindrischen Innenraum 22 hat. Er hat
weiterhin zwei Stirnseiten 24, die durch jeweils eine Führungsbuchse 26 in
Ringform so abgeschlossen sind, dass eine Durchlaßöffnung für das zu prü
fende Stangenmaterial freibleibt.
Als zu prüfendes Stangenmaterial ist in der Ausführung nach Fig. 1 und
Fig. 2 eine Stange 28 in Form eines Rundstabes vorgesehen, der dicht in
Abdichtmitteln der beiden Führungsbuchsen 26 angeordnet und durch diese
Führungsbuchsen geführt ist. Er kann in Richtung des Pfeils 30 transpor
tiert werden.
In den Innenraum 22 mündet eine Düse 32 für Wasserzulauf. 180 Grad ver
setzt hierzu ist noch eine weitere, richtungsgleiche Düse vorgesehen, wie
Fig. 2 zeigt. Diese Düsen 32 sind so tangential zum Innenmantel angeordnet,
dass sie das Wasser im wesentlichen tangential einleiten. Es wird dadurch
ein rotierender Wassermantel in Rohrform gebildet, wie er aus Fig. 2 er
sichtlich ist. Er umläuft im Sinne der Pfeile 31 die zu prüfende Stange 28.
Für die eigentliche Ultraschallprüfung sind am Behälter 20 drei Prüfköpfe 34
angeordnet, die hier nur beispielhaft für die möglichen Prüfköpfe stehen. Ein
Prüfkopf schallt auf einer Radialen ein, ein anderer in einem Winkel zur
Längsachse 36, ein dritter auf einer Radialebene, jedoch nicht durch das
Zentrum, also nicht durch die Längsachse 36. Die Ultraschall-Prüfköpfe 34
haben jeweils eine aktive Fläche 38, die in den Innenraum ragt und mit dem
Innenmantel möglichst bündig und formgleich verläuft. Hierzu hat bei
spielsweise der Winkelprüfkopf 34 einen im wesentlichen keilförmigen Vor
laufkörper.
Die Prüfköpfe sind für Impuls-Echo-Betrieb ausgelegt, ebenfalls die zugehö
rige, hier nicht näher dargestellt Prüfelektronik, die an sich bekannt ist und
dem Stand der Technik entspricht. Es sind aber auch andere Prüfverfahren
möglich. Auf das eingangs genannte Buch wird insoweit verwiesen.
Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 tritt das für die Ankopp
lung verwendete Wasser im Bereich der Führungsbuchsen 26, insbesondere
zwischen den Führungsbuchsen 26 und der Stange 28, aus und wird in
Auffangbecken 40 gesammelt und von dort abgeführt.
Die radiale Dicke des Wassersmantels zwischen Stange 28 und Innenmantel
22 beträgt mindestens 5 Millimeter, vorzugsweise liegt sie bei einigen Zenti
metern. Die Strömungsgeschwindigkeit in Umlaufrichtung wird so gewählt,
dass Blasen aller Art mitgerissen werden, jedenfalls sich nicht an irgendei
ner Stelle festsetzen können.
Die Prüfköpfe 34 können umfangssymmetrisch am Behälter 20 angeordnet
werden. Die Anordnung ist von der Konstruktion der Prüfvorrichtung unab
hängig, sie kann den jeweiligen Prüferfordernissen angepaßt werden.
Der Behälter 20 kann recht kurz ausgeführt werden, es genügt eine axsiale
Länge, die ausreicht, um alle Prüfköpfe für die jeweilige Prüfaufgabe unter
zubringen.
Der mechanische Aufbau der Prüfvorrichtung ist recht einfach, es gibt keine
rotierenden Teile, es rotiert lediglich der Wassermantel.
In Fig. 3 ist ein Behälter 20 gezeigt, der einen leicht konisch ausgebildeten
Innenraum 22 hat. Das Wasser wird in diesem Fall durch eine Düse 32 ein
geleitet. Sie befindet sich im Bereich größeren Durchmessers. Das Wasser
verläßt den Innenraum 22 wieder an einer ähnlich ausgebildeten und in
gleicher Richtung angeordneten Auslaßdüse 42. Unabhängig hiervon sind
am Innenmantel 22 schraubenförmig angeordnete, eine geringe Höhe von
beispielsweise 5 bis 10 mm aufweisende Stege als Leitbleche 44 vorgesehen,
die schraubenlinienförmig umlaufen. Durch sie wird der Wassermantel vom
Einlaß zum Auslaß schraubenlinienförmig geleitet.
Fig. 4 zeigt einen Behälter, der in einer durch die Längsachse 36 verlau
fenden Ebene geteilt ist zu zwei Halbschalen, welche durch ein Gelenk 46
mit parallel zu Längsachse 36 verlaufender Gelenkachse miteinander so ver
bunden sind, dass sie zu einem Behälter gemäß Fig. 1 und 2 zusammen
geklappt werden können. Entsprechende Dichtmittel sind an den beiden
Halbschalen 50, 52 vorgesehen. Dieser Behälter 20 kann mit entsprechen
den Führungsbuchsen 26 für die Prüfung stationärer, also bereits in einer
Anlage befindlicher Stangen 28 eingesetzt werden, beispielsweise von Rohr
leitungen bei chemischen Anlagen oder in Kernkraftwerken.
Die Pfeile 48 zeigen, wie die beiden Halbschalen 50, 52 zu einem geschlosse
nen Behälter zusammengeklappt werden können.
Schließlich ist in Fig. 5 eine Führungsbuchse 26 gezeigt, die hier aus zwei
Segmenten zusammengesetzt ist. Dadurch kann die Führungsbuchse 26 auf
Stangen aufgesetzt werden, ohne deren Ende einfädeln zu müssen bzw. auf
stationäre, eingebaute Stangen aufgesetzt werden, wie dies für die Ausfüh
rung nach Fig. 4 soeben beschrieben wurde.
Zur Abdichtung gegenüber den Stangen 28 sind an den Führungsbuchsen
26 Dichtungen 43 vorgesehen, siehe Fig. 3. Die Führungsbuchsen 26 kön
nen in geeignete Ausnehmungen bzw. Aufnahmen an den Stirnseiten 24 des
Behälters 20 dicht und leicht lösbar eingesetzt werden.
Als Führungsbuchsen 26 haben sich auch solche mit verstellbaren Öffnun
gen als günstig erwiesen, z. B. mit einer Irisblende, wie sie ähnlich aus Foto
apparaten bekannt ist. Insbesondere bei runden Prüfstücken ist es vorteil
haft, das Prüfstück während seines Transports durch die Prüfvorrichtung zu
drehen. Dadurch läßt sich die örtliche Auflösung verbessern. Eine Drehvor
richtung greift am Prüfstück an und dreht dieses gegenüber der Prüfvor
richtung. Es ist auch möglich, die Prüfvorrichtung hin- und herzuschwen
ken, z. B. im Winkel 360° hin- und herzudrehen um die Längsachse 30. Die
Prüfvorrichtung nach der Erfindung eignet sich für solche Anwendungen, bei
denen ein einmal im normalen Prüfdurchlauf gefundener Fehler oder eine
Abweichung anschließend näher untersucht wird, indem das Prüfstück so
hin- und zurückbewegt wird bzw. gedreht wird, dass Prüfstück und/oder
Prüfvorrichtung um den Ort des gefundenen Fehlers in einem speziellen
Prüfdurchlauf bewegt wird und der Fehler so besser und im einzelnen gezielt
ausgemessen und erfaßt werden kann.
Claims (8)
1. Prüfvorrichtung für die Ultraschallprüfung von Stangenmaterial
- a) mit einem rohrförmigen Behälter (20), der einen im wesentlichen zylin drischen Innenraum (22) ausbildet, welcher einen größeren Durch messer hat als das Stangenmaterial und eine Zylinderachse (36) auf weist,
- b) mit mindestens einer Düse (32) für einen Wasserzulauf, die im we sentlichen tangential zu einem Innenmantel des Innenraums (22) an geordnet ist und in ihn mündet und
- c) mit mindestens einem Ultraschall-Prüfkopf (34), der mit dem Behälter (20) verbunden ist und eine aktive Fläche (38) hat, die vom zylindri schen Innenraum (22) aus frei zugänglich ist.
2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
mindestens eine Prüfkopf (34) so angeordnet ist, dass seine aktive Fläche
(38) bündig ist mit dem Innenmantel (22) des Behälters (20).
3. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Füh
rungsmittel für das Stangenmaterial vorgesehen sind, die für eine Füh
rung einer zu prüfenden Stange (28) im wesentlichen konzentrisch zur
Zylinderachse (36) ausgelegt sind.
4. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass End
ringe vorgesehen sind, die auswechselbar an den beiden Stirnseiten (24)
des Behälters (20) befestigbar sind und eine dem zu prüfenden Stangen
material angepaßte Öffnung aufweisen.
5. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Wasserauffangbecken (40) unterhalb mindestens einer Stirnseite (24) des
Behälters (20) vorgesehen ist, das aus dieser Stirnseite (24) ausdringen
des Wasser auffängt.
6. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Auslaß (42) im Behälter (20) vorgesehen ist, der im wesentlichen tangen
tial zum Innenmantel (22) und in Gegenrichtung zu der mindestens ei
nen Düse (32) für Wasserzulauf angeordnet ist.
7. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am In
nenmantel (22) schraubenlinig verlaufende Leitbleche (44) vorgesehen
sind.
8. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich
der Innenmantel (22) von einer Stirnseite (24) zur anderen Stirnseite (24)
hin verjüngt, insbesondere konisch verjüngt.
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