DE2146422A1

DE2146422A1 - Einrichtung zum mittigen Einstellen eines Gerätes auf die Schweißnaht endlos geschweißter Metallrohre

Info

Publication number: DE2146422A1
Application number: DE19712146422
Authority: DE
Inventors: Raymond Noisy-Le Cec Dejussieu (Frankreich). P
Original assignee: Vallourec Usines a Tubes de Lorraine Escaut SA
Current assignee: Vallourec Usines a Tubes de Lorraine Escaut SA
Priority date: 1970-09-17
Filing date: 1971-09-16
Publication date: 1972-03-23
Also published as: BE772669A; CH551841A; CA934449A; NL7112471A; FR2107758A5; ES395553A1; DE2146422C3; US3767882A; NL167471B; IL37716A; FR2107757A5; DE2146423B2; JPS5216051B1; IT940356B; ZA716202B; NL167471C; LU61704A1; IL37716A0; AU463646B2; DE2146423A1

Description

PATENTANWÄLTE 7 STUTTGART 1 }1.:1:1⁹.^Ί1

DR.-ING. WOLFF, H. brtR IELS, lange strasse si

' ' . TELEFON, (0711) 296310 und 297295

DR. BRANDES, DR.-ING. HELD · telex, 072«^ , - . - ~

Dipl.-Phvs. Wolff ΔΐΗΌ^ΔΖ.

Einrichtung zum mittigen Einstellen eines Gerätes

auf die Schweißnaht endlos geschweißter Metallrohre. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum mittigen Einstellen eines Gerätes auf die Schweißnaht endlos geschweißter Metallrohre, wobei das Gerät auf einem Laufwerk befestigt ist, das an einem festen Rahmen um die Längsachse des geschweißten Rohres schwenkbar angeordnet ist, und wobei für das Verschwenken des Laufwerkes ein Antrieb vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von einem Fehlersignal gesteuert wird, das von einer Abtastvorrichtung hervorgerufen wird, die auf dem Laufwerk angeordnet ist und eine auf die Schweißnaht zurückzuführende Änderung einer bestimmten magnetischen Eigenschaft des Rohres erfaßt. |

Bei geschweißten Stahlrohren, die aus endlosen Stahlbändern hergestellt werden, indem man diese durch geeignete Rollen zu einem Schlitzrohr verformt, dessen Ränder in bekannter Weise, beispielsweise durch Induktionserwärmung, miteinander verschweißt werden, ist es bekanntlich erforderlich, gewisse Maßnahmen, namentlich Prüfmaßnahmen, zu ergreifen, um sich der Qualität der Schweißnaht zu versichern. Bei den heute bekannten Prüfgeräten zum Prüfen der Qualität einer Schv/eißnaht, die vielfach auf der Anwendung von Ultraschalltransduktoren oder von örtlichen Wirbelstromsonden beruhen, ist es bekanntlich notwendig, die Fühler, Sonden oder Transduktoren so genau ä wie möglich mittig auf die Schweißzone einzustellen, die man prüfen will, andernfalls eine solche Prüfung wirkungslos und ungenau wird.

Ein solches mittiges Einstellen der Aufnehmer der Prüfgeräte auf die Schv/eißnaht wirft nichts desto weniger wegen der Verwindung der Schweißnaht ein großes Problem auf. Es ist nämlich bekannt, daß namentlich auf Grund der Tatsache, daß das Ausgangsstahlband nicht völlig gerade ist und dazu neigt, säbelförmig

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zu verlaufen, eine mehr oder minder ausgeprägte Verwindung der

sie Schweißnaht auftritt. Mit anderen Worten verlagert/sich im Ver-

in zufälliger Weise

lauf der Fertigung des Rohres/von einer gegebenen Normalstellung aus nach der einen oder nach der anderen Seite. Eine solche Verlagerung kann auf einer Länge von mehreren Metern mehrere Zentimeter erreichen.

Um die Aufnehmer der Prüfeinrichtung mittig zur Schweißnaht des Rohres zu halten, crleichgültig wie groß die Verwindung der

. der US-Ps 3 346 807 Schweißnaht ist, sind in/bereits Einrichtungen zum Einstellen

— worden
der Geräte vorgeschlagen/ bei denen das Gerät auf einem Laufwerk befestigt ist, das an einem festen Rahmen um die Läncfsachse des geschweißten Rohres schwenkbar angeordnet ist, welches an dem Rahmen vorbeigeführt wird, wobei für das Verschwenken des Laufwerkes ein Antrieb vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von einem Fehlersignal gesteuert wird, das von einer Abtastvorrichtung hervorgerufen wird, die auf dem Laufwerk angeordnet ist und eine auf die Schweißnaht zurückzuführende Änderung einer bestimmten magnetischen Eigenschaft des Rohres erfaßt, so daß damit das Gerät auf die Längsachse der Schweißnaht ausgerichtet gehalten werden kann.

Bei dieser Einrichtung weist die Abtastvorrichtung im wesentlichen eine Aufnahmespule auf, die eine Pendelbewegung um die Schweißnaht ausführt _ und die von der Schweißnaht herrührenden Abweichungen der Induktion des Magnetfeldes erfaßt, das in den entsprechenden Bereichen des Rohres durch einen Magneten hervorgerufen wird, der das Rohr umgibt und am Laufwerk befestigt ist, wobei diese Spule zugleich den Aufnehmer des Prüfgerätes für die Qualitätsprüfung der Schweißnaht bildet.

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Eine solche Einrichtung weist zunächst den Nachteil auf, daß sie auf dem Laufwerk die Verwendung bewegbarer Teile erfordert, damit die Spule aus naheliegenden Gründen der Genauigkeit so rasch und regelmäßig wie möglich verschwenkt werden kann. Darüber hinaus müssen aus den gleichen Gründen die das Magnetfeld in den abzutastenden Bereichen des Rohres erzeugenden Mittel sehr leistungsfähig sein, weshalb sie schwer und sperrig sind, was das Gewicht des Laufwerkes und dadurch wiederum die Kosten seiner Steuerung in Richtung der Schweißnaht erhöht. Außerdem kann auf Grund dessen, daß die Aufnahmespule bei jedem Durchgang ein elektrisches Signal erzeugt, " das verwertbare Fehlersignal zum mittigen Einstellen des Laufwerkes auf die Schweißnaht nur ein Mittelwert sein, der demzufolge verhältnismäßig ungenau bleibt. Es ist außerdem klar, daß aus rein mechanischen Gründen die Pendelfreauenz der Spule eng begrenzt ist, was noch die Genauigkeit der Messung eines solchen Mittelwertes verringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Einstellen-" _ richtung zu schaffen, die die zuvor erwähnten Nachteile der bekannten Einrichtungen nicht aufweist.

Diese Aufgabe ist bei einer Einrichtung der eingangs genann- i ten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Abtastvorrichtung von zwei gleichen Sonden mit einem Abtastkopf kleiner Abmessung und von Reluktanzmeßvorrichtungen gebildet wird, die jeweils ein in Abhängigkeit von der magnetischen Permeabilität in der unmittelbaren Nachbarschaft ihrer Abtastköpfe sich änderndes Meßsignal erzeugen, daß die zwei Sonden auf dem Laufwerk so angeordnet sind, daß ihre Abtastköpfe den unmittelbar beiderseits der Schweißnaht gelege-

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nen Bereichen des Metallrohres gegenüberstehen, und daß ein Schaltung vorgesehen ist, die aus der Differenz der Meßsignale das Fehlersignal zum Steuern des Antriebes bildet.

Von diesen Merkmalen ausgehend versteht man, daß die Genauigkeit der Einstellung des Laufwerkes,und damit des Gerätes auf die Schweißnaht,um so größer ist, je beträchtlicher beim Durchlauf der Schweißnaht die Änderung des Maßes der Reluktanz ist, die von den Abweichungen der. magnetischen Permeabilität in dem geprüften Medium verursacht wird, was namentlich bei gewissen Stahlrohren, und zwar besonders bei Rohren aus nichtrostendem austenitischem Stahl', der Fall ist. So liegt bei diesem Sonderfall die Einstellgenauigkeit unter 0,5 mm. Das stellt zufolge verschiedener durchgeführter Versuche einen bemerkenswerten Fortschritt gegenüber den früheren Einrichtungen mit geringerer Genauigkeit dar. Darüber hinaus erlaubt es die "ortsfeste" Anordnung der Sonden auf dem Laufwerk die Steuerung des letzteren zu vereinfachen, das weder irgend eine Bewegungsguelle aufweist noch irgend welchen dynamischen Kräften unterworfen ist, die sich zyklisch ändern und unerwünschte Erschütterungen hervorrufen. Weiterhin wird die Messung der Reluktanz beiderseits der Schweißnaht durch die beiden Sonden kontinuierlich und ohne Berührung mit dem geschweißten Rohr durchgeführt, was die auf eine mögliche gegenseitige Einwirkung zwischen den Abtastvorrichtungen und dem Rohr zurückgehende Fehlerquellen vermindert.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung an Hand eines Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert.

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Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Sonde der Ausführungsform nach Fig. 1;

Fig. 3 und 4 eine "teilweise geschnittene Vorderansicht bzw. Seitenansicht der Ausführungsform. '

An Hand der Fig. 1 und 2 wird im folgenden der grundlegende Aufbau einer Einrichtung gemäß der Erfindung beschrieben.

Ein Laufwerk"10 ist an einem nicht dargestellten festen Rahmen um die Längsachse 13 eines endlos geschweißten Rohres 12 drehbar angeordnet. Das Laufwerk ist entworfen, um ein nicht dargestelltes Prüfgerät zu tragen, mit dem sich die Güte der Schweißnaht 14 des Rohres 12 kontinuierlich prüfen läßt. Da die Schweißnaht 14, wie schon erwähnt/ zum Verwinden neigt, d.h. ihre Winkellage längs des Rohres 12 in Bezug auf die in Fig. 1 dargestellte normale Lage sich zu verändern neigt, ist es für eine richtige Funktion des Prüfgerätes erforderlich, dieses und damit das es tragende Laufwerk auf die Schweißnaht mittig einzustellen. Zu diesem Zweck wird die Winkellage des Laufwerkes 10 auf dem festen Rahmen unter Zwischenschaltung einer herkömmlichen Getriebeverbindung 16 von einem Antriebsmo-

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tor 18 eines Servoantriebs 20 gesteuert. Der Servoantrieb wird in Abhängigkeit von einem Fehlersignal gesteuert, das an einer Ausgangsklemme 22 einer Detektorschaltung 24 erscheint, deren Eingangsklercmen 26 und 28 mit Steuerklemraen 30 bzw. 32 zweier Detektorsonden 34 und 36 verbunden sind, welche am Laufwerk 10, und zwar beiderseits der Schweißnaht 14, angeordnet sind, wie oben beschrieben wurde.

Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, in der die Sonde 34 als Eeispiel dargestellt ist, besteht eine jede der Sonden 34 und 36 "im wesentlichen aus einem Abtastkopf, der 'durch den Luft.qnnlt eines Magnetkerns 40 aus ferromagnetisehern Material mit geringer Hysteresis dargestellt wird, aus einer primären Erregerwicklung 42 und aus einer sekundären Detektorwicklung 44, wobei die Enden der letzteren einerseits mit der Masse der Sonde und andererseits mit der Steuerklemme 30 bzw. 32 verbunden sind. Die beiden Primärwicklungen 42 der Sonden 34 und 36 sind in Reihe geschaltet und v?erden über Leitungen 46 und 48 von einem Wechselspannungsgenerator 50 gespeist, der eine bestimmte Wechselspannung mit einer Frequenz von beispielsweise 70 Hz liefert. Wenn der durch den Magnetkern 40 und durch die dem Luftspalt 38 benachbarten Bereiche des Rohres 12 gebildete magnetische Kreis von einem wechselnden magnetischen Fluß durchflossen wird, der durch die Primärwicklung 42 hervorgerufen wird, bildet die Sekundärwicklung 44 eine Meßvorrichtung für die Reluktanz des erwähnten magnetischen Kreises. Es erscheint also an der Steuerklemme 30 oder 32 der betrachteten Sonde ein Meßsignal in Form einer Wechselspannung, deren Amplitude sich bei sonst gleichbleibenden übrigen Parametern in Abhängigkeit von der magnetischen Permeabilität des in der unmittelbaren Nachbarschaft des Luftspaltes 38 befindlichen Mediums ändert.

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— ν —

Die Detektorschaltung 24 ist im wesentlichen eine Differentialschaltung bekannten Typs, die als Eingangssignal die Potentialdifferenz ausnutzt, die an den Endpunkten 26 und 28 einer der Diagonalen einer Impedanzmeßbrücke erscheint, deren erste beide Zweige durch die einander entgegengesetzt gewickelten Sekundärwicklungen 44 der Sonden 34 und 36 und deren beide andere Zweige durch zwei bestimmte Impedanzen gebildet werden, und zwar im vorliegenden Beispiel durch eine Parallelschaltung eines Widerstandsabgleichpotentiometers 52 und eines Induktanzeinstellpotentiometers 54. Da, wie erwähnt, der Verbindungspunkt der zwei durch die beiden entgegengesetzt gewickelten Wicklungen 44 gebildeten Brückenzweige mit der Masse verbunden ist, wird im einzelnen das Eingangssignal der Detektorschaltung 24 durch die Spannung gebildet, die an einem mittleren Punkt A erscheint, welcher durch herkömmliche Widerstände 56 und 58 mit den Endpunkten der vorerwähnten Diagonalen der oben beschriebenen Impedanzmeßbrücke verbunden ist» Das am Punkt A erscheinende Spannungssignal wird in einen Vorverstärker 60 eingegeben, auf einem mit dem Ausgang des Vorverstärkers 60 verbundenen Empfindlichkeit tseinstellpotentiometer/abgegriffen und dem Eingang eines Verstärkers 64 zugeführt.Bas Ausgangssignal des Verstärkers 64 wird anschließend durch einen Synchrondemodulator 66 demoduliert, welcher außerdem von dem Wechselspannungsgenerator 50 so gespeist wird, dass er an der Ausgangsklemme 22 ein Fehlersignal in Form einer Gleichspannung erzeugt, deren Amplitude vom Nullpunkt aus in beiden Richtungen schwankt, und zwar in Abhängigkeit von der am Punkt A abgegriffenen Spannung, deren Phasenverschiebung das Vorzeichen des Fehlersignals bestimmt. Aus der vorstehend beschriebenen Anordnung ergibt

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sich, daß das an der Ausgangsklemme 22 der Detektorschaltung 24 erscheinende Fehlersignal bei einer bestimmten passenden Einstellung der Potentiometer 52, 54 und 62 eine direkte Funktion der Differenz der Meßsignale der Reluktanzmessung ist, die an den Klemmen 30 und 32 der Detektorsonden 34 und 36 auftreten. ·. '

Das an der Ausgangsklemme 22 der Detektorschaltung 24 erscheinende Fehlersignal wird über eine Leitung 68 an eine positive Eingangsklemme 70 eines Gleichstromdifferentialverstärkers 72 v/eitergeleitet, dessen Ausgang einen Leistungsverstärker 74 des Servoantriebes 20 speist. Der Verstärker 74 steuert die Verstellbewegungen des Antriebsmotors 18/ der einerseits das Laufwerk 10 unter Zwischenschaltung des Getriebes 76 um die Achse 13 verschwenkt und andererseits einen Dynamo 16 dreht, dessen Ausgangsspannung über eine Leitung 78 zur negativen Eingangsklemme 80 des Gleichstromdifferentialverstärkers 72 geleitet wird. Die auf diese Weise durch das Dynamo 76 und die Leitung 78 erfolgende Drehzahlrückmeldung ergibt eine Dämpfung, die ein instabiles Verhalten oder "Pumpen" des Servoantriebes 20 verhindert.

Die oben beschriebene Einrichtung funktioniert wie folgt: Wie bekannt, weist das Rohr 12 in der Nachbarschaft der Schweißnaht 14 eine charakteristische Änderung gewisser magnetischer Eigenschaften, wie beispielsweise seiner Permeabilität, auf. Bei dem Sonderfall nichtrostender austenitischer Stähle zeigt die magnetische Permeabilität in der Nähe der Schweißnaht eine heftige,symmetrisch in Bezug auf die Längsachse der Schweißnaht gelegene Änderung. Da die Sekundärwicklungen 44 der Sonden 34 und 36 einander entgegengesetzt gewickelt sind, erscheinen an den Klemmen 30 und 32 Reluktanzmeßsignale in Form von Wechselspannungen mit entgegengesetzter Phasen-

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lage/ wobei die Amplitude dieser Signale durch die Reluktanz desjenigen Magnetkreises bestimmt wird, der der betreffenden Sonde zugeordnet ist.

Auf. Grund der Differentialschaltung der Sekundärwicklungen in der Meßbrücke ergibt sich, daß bei einer geeigneten Einstellung der Potentiometer 52 und 54 die Spannung am Punkt A Jflull ist, wenn die Detektorköpfe 38. der zwei Sonden 34 und 36 symmetrisch in Bezug auf die Längsachse der Schweißnaht 14 angeordnet sind. Wenn infolge einer Verwindung die Gesamtheit der zwei Detektorköpfe 38 der zwei Sonden 34 und 36 nicht mehr genau mittig zur Schweißnaht steht, erscheint daraufhin am Punkt A eine Steuerwechselspannung, deren Amplitude eine direkte Funktion der Winkelverlagerung der Detektorköpfe 38 in Bezug auf die Längsachse der Schweißnaht 14 ist, während die Phasenlage dieser Spannung die Richtung dieser Winkelverlagerung anzeigt. Die Verstärkung dieser Spannung in den Verstärkern/ /die darauffolgende Demodulation durch den Demodulator 66 läßt an der Ausgangsklemme 22 das oben erwähnte Fehlersignal erscheinen. Als Antwort auf dieses Signal versetzt der Servoantrieb das Laufwerk IO unter Zwischenschaltung des Getriebes 16 in dem Sinne in Drehung, der der Winkelverlagerung der Schweißnaht 14 entspricht, so daß die Detektorköpfe 38 der Sonden 34 und 36 auf die neue Lage der Schweißnaht erneut mittig eingestellt und ebenso die Spannung am Punkt A und das daraus folgende Fehlersignal auf Null zurückgeführt werden. In dem schon erwähnten Sonderfall eines Rohres aus nichtrostendem austenitischem Stahl ist die Genauigkeit der Einstellung des Laufwerkes 10 und des nicht dargestellten, mit ihm verbundenen Prüfgerätes in Bezug auf die Schweißnaht 14 unterhalb 0,5 mm.

Im folgenden wird an Hand der Figuren 3 und 4 eine besondere Ausführungsform der in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestell-

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-loten Einstelleinrichtung beschrieben.

Bei dieser Ausführungsform sind diejenigen Teile, die mit den an Hand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Teile übereinstimmen oder ihnen entsprechen, mit Bezugszahlen versehen, die um 100 größer sind, so daß insoweit auf deren Beschreibung hingewiesen ist.

Ein Laufwerk 110 trägt eine nicht dargestellte Sonde für die Prüfung der Güte der Schweißnaht eines Rohres 112. Das Laufwerk 110 ist an einem festen Rahmen 111 unter Zwischenschaltung von Rollen 115 um die Längsachse 113 des Rohres 112 schwenkbar angeordnet. Ein zwischen einem Antriebsmotor 118 und dem Laufwerk 110 vorgesehenes Getriebe 116 v/eist einfach eine Schnecke 117 auf, die in einen Schneckenradsektor 119 eingreift, der durch bekannte Befestigungsmittel am Laufwerk 110 befestigt ist. Einstellvorrichtungen 121 und 123 bekannten Typs sind vorgesehen, damit man die Stellung der Schwenkachse des Laufwerkes 1.10 auf dem Rahmen 111 verändern und die ganze Einrichtung auch bei Rohren verschiedenen Außendurchmessers benutzen kann.

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Claims

Patentansprüche

/ 1)jEinrichtung zum mittigen Einstellen eines Gerätes auf ν—/die Schweißnaht endlos geschweißter Metallrohre, wobei das Gerät auf einem Laufwerk befestigt ist, das an einem festen Rahmen um die Längsachse des geschweißten Rohres schwenkbar angeordnet ist, und wobei für das Verschwenken des Laufwerkes ein Antrieb vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von einem Fehlersignal gesteuert wird, das von einer Abtastvorrichtung hervorgerufen wird, die auf dem Laufwerk angeordnet ist und eine auf die Schweißnaht zurückzuführende Änderung einer bestimmten magnetischen Eigenschaft des Rohres erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung von zwei gleichen Sonden (34, 36) mit je einem Abtastkopf (38) kleiner Abmessung und von Reluktanzmeßvorrichtungen (42,44) gebildet wird, die jeweils ein in Abhängigkeit von der magnetischen Permeabilität in der unmittelbaren Nachbarschaft ihrer Abtastköpfe (38) sich änderndes Meßsignal erzeugen, daß die zwei Sonden (34, 36) auf dem Laufwerk (10) so angeordnet sind, daß ihre Abtastköpfe (38) den unmittelbar beiderseits der Schweißnaht (14) gelegenen Bereichen des Metallrohres (12) gegenüberstehen, und daß/eine Schaltung (24) vorgesehen ist, die aus der Differenz der Meßsignale das Fehlersignal zum Steuern des Antriebes (18) bildet.
2) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sonde (34, 36) einen im wesentlichen C-förmigen Magnetkern (40) aus ferromagnetischem Material mit geringer Hysteresis aufweist, dessen sehr enger Luftspalt (38)

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den Abtastkopf der Sonde (34 bzw. 36) darstellt, und daß jede Reluktanzmeßvorrichtung eine auf dem Magnetkern (40) sitzende Wicklung (44) aufweist/ an deren Ausgangsklemmen (30; 32) ,bei sich mit der Permeabilität änderndem magnetischen Fluß durch den Magnetkern (40) das Meßsignal erscheint.
3) Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ■ Schaltung' (24) eine Impedanzmeßbrücke (52, 54, 56, 58) enthält, von deren Zweigen zwei je eine der einander entgegengesetzt gewickelten Wicklungen (44) aufweisen.

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