DE2636107C3

DE2636107C3 - Ultraschallsonde zur Inspektion hohlzylindrischer Körner von ihrem Innenumfang her, insbesondere für hohlgebohrte Schrauben von Reaktordruckbehältern

Info

Publication number: DE2636107C3
Application number: DE2636107A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl.-Ing. Engl; Dietgar Dipl.-Ing. Figlhuber; Roland Ing.(Grad.) 8520 Erlangen Gottfried; Georg 8501 Kalchreuth Gugel
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1974-01-25
Filing date: 1976-08-11
Publication date: 1979-05-03
Also published as: DE2636107A1; DE2636107B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschallsonde zur Inspektion hohlzylindrischer Körper von ihrem Innenumfang her, insbesondere für hohlgebohrte Schrauben von Reaktordruckbehältern, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher gekennzeichneten Aufbauform.

Eine solche Ultraschallsonde ist durch die DE-OS 03 635 bekannt. Insbesondere sind bei dieser bekannten Ultraschallsonde zwei einander diametral gegenüberliegende Prüfköpfe einer ersten achsnormalen Ebene mit ihrer Hauptstrahlungsebene zu derjenigen eines zweiten Prüfkopfpaares, das gleichfalls zwei s innerhalb einer zweiten achsnormalen Ebene einander diametral gegenüberliegende Prüfköpfe aufweist, um einen Winkel von 90° verdreht. Die einzelnen Prüfköpfe sind dabei begrenzt radial beweglich mittels Blattfedern innerhalb von Aussparungen des Trägers gelagert; die Dichtungskörper, als flache Scheiben ausgebildet, übernehmen auch die Zentrierfunktion. Durch diese bekannte Ultraschallsonde ist bereist die Aufgabe gelöst, die Prüfzeit bei der Ultraschallprüfung von Reaktorschrauben möglichst kurz zu halten und

is trotzdem eine genaue und reproduzierbare Prüfung zu erzielen. Dies liegt daran, daß aufgrund der Mehrfachanordnung der Prüfköpfe mit insbesondere mäanderförmigen Prüfbahnen nur Teilbereiche des Innenumfangs der Schraubenbohrung abgefahren zu werden brauchen, wobei die Prüfsignale einem mehrkanaligen Auswertgerät zugeleitet werden. Es hat sich indessen gezeigt, daß die bekannte Ultraschallsonde unter besonderen Einsatzbedinguiigen, insbesondere bei nicht genau zylindrischen Schraubenbohrungen bzw. kleinen Materialerhe-

2^r> bungen, hinsichtlich der Genauigkeit ihres Ankopplungsspaltes verbesserungsbedürftig ist

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ultraschallsonde der eingangs genannten Art so auszubilden, daß in jedem Falle eine genauer

w Ankopplungsspalt zwischen den Prüfköpfen und den Wandungen der zu prüfenden Schraube erzielt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einer Ultraschallsonde der eingangs definierten Art dadurch

>"> gelöst, daß die Prüfköpfe in Radialausnehmungen des Trägers zentriert vergossen sind und am Einführungsende sowie am rückwärtigen Ende des Trägers je eine elastisch deformierbare Zentriermanschette befestigt ist Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor

*" allem darin zu sehen, daß die Prüfköpfe nun ein für alle mal genau zentriert innerhalb des Trägers vergossen sind und sich mithin beim Prüfvorgang innerhalb des Trägers nicht mehr bewegen können, wobei die genaue Zentrierung beim Prüfvorgang durch die Zentrierman-

■*'· schetten erreicht wird, so daß mithin immer eine genau zentrische Lage der Trägerachse und ein in Umfangsrichtung gleichförmiger Ankopplungsspalt zur Wandung der zu prüfenden Schraube erzielt wird.
Aufbau und Wirkungsweise des Erfindungsgegen-

^v> Standes, werden in folgendem anhand der zwei Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung erläutert, in welcher zeigt

F i g. 1 in einem Axialschnitt einen Prüfkopfträger nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

">^r> F i g. 2 die Außenansicht des Gegenstandes nach Fig. 1;

Fig.3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Prüfkopfträgers, der an seinem einen Ende einen wasserdichten Stecker trägt, in entsprechender Darstellung zu

wi Fig. 1;

Fig.4 die Außenansicht des Prüfkopfträgers nach Fig.3;

Fig. 5 die Einzelheit X aus Fig. I in detaillierter Darstellung.

<■'> Die in Fig. 1, 2 dargestellte Ultraschallsonde dient zur Materialprüfung, insbesondere an Schrauben von Reaktordruckbehältern. Die im folgenden als US-Sonde bezeichnete Ultraschallsonde ist am Ende eines die

US-Sonde in vertikaler Richtung auf und ab bewegenden sowie auch in bestimmte Winkellage drehenden Manipulators (nicht dargestellt) befestigt, und das Abfahren der Innenbohrung der zu prüfenden Schrauben erfolgt nach einem vorgegebenen Prüfprogramm längs mäanderförmiger Prüfbahnen. Die US-Sonde besteht im wesentlichen aus einem stabförmigen Träger 1 mit mehreren Prüfköpfen 2, die als US-Schwinger mit entsprechenden elektrischen Zuleitungen 2a ausgefüh-t und quer zur Längsachse 3 des Trägers 1 strahlend benachbart zueinander angeordnet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind je zwei Prüfköpfe 2 innerhalb der achsnormalen Hauptebenen I und II angeordnet, wobei die Strahlungsachse des einen Schwingerpaares 2, 2 der Ebene I gegenüber den i^r> Strahlungsachsen des anderen Schwingerpaares 2,2 der Ebene II um 90° gedreht ist Insgesamt ist somit je einem Prüfkopf ein Quadrant eines Koordinatensystems zugeordnet Die Strahlungsachsen 2b der Prüf Köpfe und dementsprechend die Achsen der Bohrungen 4 sind in 2η Einschubrichtung (Pfeil 5) zur Trägerlängsachse 3 hin geneigt und schließen mit dieser dementsprechend einen Winkel kleiner als 90° ein.

Die Prüfköpfe 2 sind nun in den Radialausnehmungen 4 des Trägers 1 zentriert vergossen, d. h. zentrisch zur ?·"> Längsachse 3 des Trägers 1. Damit diese zentrische Lage auch beim Einführen der US-Sonde in die Schraubenbohrung erhalten bleibt, ist am Einführungsende la sowie am rückwärtigen Ende Xb des Trägers je eine elastisch deformierbare Zentriermanschette C 1» befestigt. Dabei ist die einführungsseitige Zentriermanschette 6 im Anschluß an eine zur Grobzentrierung dienende konisch geformte Einführspitze 7 der US-Sonde angeordnet, wobei der Manschettenkragen 6a im Durchmesser etwas größer ist als der Fußkreis Ta der π Einführspitze 7. Dementsprechend befindet sich am rückseitigen Ende, der Manschette 6 vorgeschaltet, ein Führungsring 8, der auch zur Grobzentrierung dient und dessen Fußkreis 8a gleichfalls etwas kleiner als der Kragen 6a der Manschette 6 dimensioniert ist. 1»

Die elastische Deformierbarkeit der Manschette bei genauer Zentrierung der US-Sonde kann dadurch besonders günstig gestaltet werden, wenn der von einem der Befestigung dienenden Halsteil 6b entgegen der Einschubrichtung 5 verlaufende Kragen 6a der -r> Zentriermanschette 6 durch über seinen Umfang verteilte Einschnitte 6c in Federzungen 6d unterteilt ist und wenn der Kragen 6a bzw. die Federzunge^ 6d mit einer verstärkten Anlagepartie 6eund sich von letzterer in beiden Achsrichtungen konisch verjüngenden Ein- "1» und Ausschub-Partien 6/ versehen sind. Bei 9 ist der Ankopplungsspalt angedeutet, der mit einer Ankopplungsflüssigkeit 10 aufgefüllt wird, wenn die US-Sonde in die Schraubenbohrung eingefügt ist. Zur Abdichtung des Ankopplungsspaltes 9 gegenüber dem übrigen v> Bohrungsraum der Schraube sind Dichtungsmanschetten 11 (dargestellt sind zwei axial mit Abstand zueinander angeordnete Dichtungsmanschetten) vorgesehen.

Im einzelnen besteht die US-Sonde aus einem «1 Kopfstück 12 mit Außengewinde 12a, einem Mittelstück 13, das die Prüfköpfe 2 und die Bohrungen 4 enthält und einem Endstück 14, welches die rückwärtige Zentriermanschette 6 und den Zentrierring 8 haltert. Alle Teile 12, 13, 14 sind von einer Zentralbohrung 15 axial *"> durchdrungen, diese Bohrung dient der Entlüftung der Schrauben-Sacklochbohrung beim Einfügen der US-Sonde. Auf dem Kopfstück sitzen die schon erwähnten Dichtungstnanschetten 11 unter Zwischenlage eines Distanzstückes 11a und weitere Abstandshalteringe üb, wobei die Gesamtanordnung aus Zentriermanschette 6 mit zugehörigem Distanzstück 6g und die Dichtungsmanschetten 11 mit ihren Abstandshaltern Ua, lli> durch die Mutter i2b axial gegeneinander verspannt ist

Die Prüfköpfe 2 bestehen aus zylinder- bzw. kreisscheibenförmigen Kristallkörpern (vgl. Fig.5), wobei der Kristallkörper mit seinen Zuleitungen 2a innerhalb der Vergußmasse 16, z. B. aus Plexiglas, angeordnet ist und auf seiner Rückseite eine Schicht 17, bestehend aus Dämpfungsmasse, z. B. Kork, angeordnet ist und anschließend an diese Dämpfungsmasse 17 wieder die Vergußmasse 16 den Restraum der Bohrung 4 auffüllt Auf den Gewindehals 13a des Mittelstückes 13 ist das Endstück 14 aufgeschraubt, das aus den Teilen 14a, 146 und 14c besteht 146 ist eine Hülse, die als Abstandshalter dient und auf den Gewindehals 14a 1 aufgeschraubt ist Die Stifte 14c/, die in entsprechenden Sacklochbohrungen des Teiles 14a angeordnet sind, dienen zur Nullpunkt-Definition für den Manipulator. Auf dem Teil 14c sitzen die schon erwähnten Teile 8 und 6 (Zentrierung und Zentriermanschette), die mittels der Mutter 14c 1, die auf einem Gewinde 14c 2 sitzt, axial verspannt sind. Das Gewinde 14c 2 dient auch als Anschlußgewinde zur Befestigung am nicht dargestellten Manipulator. Die Prüfköpfe 2 könnten auch rechteckförmig sein.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 und 4, bei dem gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist die Anordnung im Prinzip gleichartig wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, 2 und 5. Hierbei sind allerdings Endstück und Mittelstück 13, 14 zu einem Bauteil vereinigt, und der Grobzentrierungs-Konus 7 ist zugleich als Kopfstück ausgebildet. Außerdem ist am rückseitigen Ende ein wasserdichter Stecker 18 in einer Ausnehmung 19 des Bauteils 13, 14 wasserdicht vergossen, wobei die Entlüftungsbohrung 15 nicht am rückwärtigen Ende des Trägers 1 austritt, sondern seitlich über Austrittskanäle 20, die über einen Ringraum 21 und Radialbohrungen 22 mit der Zentralbohrung 15 kommunizieren. Da die Zentralbohrung 15 nicht durchgehend ausgeführt ist, ist vom unteren Teil dieser Bohrung 15' noch über zwei Kanäle 24 (radial) und 25 (axial) die Verbindung zur Radialbohrung 22 für die Entlüftung hergestellt. Die Austrittskanäle 20 sind gegenüber dem Außenraum durch eine Abdeckhülse 23 abgedeckt, die mit ihrem Flansch 23a zusammen mit der rückwärtigen Zentriermanschette 6 auf dem Bauteil 13,14 sitzt. Der Fußteil 6b der Zentriermanschetten besteht aus einem Dichtungsmaterial ebenso wie auch beim ersten Ausführungsbeispiel. Eine weitere Variante ergibt sich bei diesem Ausführungsbeispiel durch die etwas geänderte Form des Manschettenkragens 6a bzw. der Federzungen 6d Der Querschnitt der Federzungen 6d ist etwa keulenförmig, wobei das verdickte Ende der Federzungen jeweils auf dem der Einschubrichtung 5 abgewandten Seite liegt. Zu dem wasserdichten Stecker 18 führen die in F i g. 3 und 4 nicht dargestellten elektrischen Leitungen von den ebenfalls hier nicht eingezeichneten Prüfköpfen 4.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ultvaschailsonde zur Inspektion hohlzylindrischer Körper von ihrem Innenumfang her, insbesondere für hohlgebohrte Schrauben von Reaktordruckbehältern, wobei die Ultraschallsonde an ihren beiden Enden mittels Dichtungskörpern mit dem Innenumfang des Hohlzylinders elastisch dichtend in Eingriff bringbar ist und hierdurch ein Aufnahmeraum für Ankopplungsmedium begrenzt ist, mit am Außenumfang eines stabförmigen, beweglichen Trägers angebrachten und mit diesem axial und/oder tangential längs Prüfbahnen bewegbaren Prüfköpfen, die in mehreren achsnormalen Ebenen des Trägers so angeordnet sind, daß die Prüfkopf-Strahlungsrichtungen der einen Ebene gegenüber den Strahlungsrichtungen der anderen Ebene um die Trägerachse um einen Winkel verdreht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfköpfe (2) in Radialausnehmungen (4) des Trägers (I) zentriert vergossen sind und am Einführungsende (la^sowie am rückwärtigen Ende (ib)des Trägers je eine elastisch deformierbare Zentriermanschette (6) befestigt ist

2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (2b) der Bohrungen (4) in Einschubrichtung (5) zur Trägerlängsachse (3) geneigt sind.

3. Sonde nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfköpfe (2) zylinder- bzw. kreisscheibenförmig ausgebildet sind.

4. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußkabel (2a) der Prüfköpfe (2) in einer beide Ausnehmungspaare (4, 4) und den rückwärtigen Teil des Trägers (1) durchdringenden und der Entlüftung dienenden Zentralbohrung (15) geführt sind.

5. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einführungsseitige Zentriermanschette

(6) im Anschluß an eine zur Grobzentrierung dienende Einführspitze (7) der Sonde angeordnet ist und der Manschettenkragen (6a) im Durchmesser etwas größer als der Fußkreis (7a) der Einführspitze

(7) ist.

6. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von einem der Befestigung dienenden Halsteil (6b) entgegen der Einschubrichtung (5) verlaufende Kragen (6a) der Zentriermanschette (6) durch über seinen Umfang verteilte Einschnitte (6c) in Federzungen (6c()unterteilt ist.

7. Sonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (6a) bzw. die Federzungen (6d) mit einer verstärkten Anlagepartie (6c,) und sich von letzterer in beiden Achsrichtungen konisch verjüngenden Ein- und Ausschub-Partien (6f) versehen sind.