DE2806550C2 - Vorrichtung zur automatischen Ultraschall-Prüfung von Rundmaterial - Google Patents
Vorrichtung zur automatischen Ultraschall-Prüfung von RundmaterialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Ultraschallprüfung von Rundmaterial auf Längs
und/oder Querrisse unter Verwendung von gebündelten Ultraschallstrahlen im ImpulsReflexionsverfahren mit
zumindest einer Gruppe von stationären Prüfköpfen, die auf einem zur Durchlaufbahn für den ohne
Umdrehung axial vorgeschobenen Prüfling koaxialen Kreis gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Eine Vorrichtung dieser Gattung ist durch die Patentschrift US 32 85 059 bekanntgeworden. Mit den
in dieser Druckschrift dargestellten und beschriebenen Anlagen soll die Prüfung mittels stets radial einfallender
Ultraschallstrahlung erfolgen. Um dies zu gewährleisten, sind die Schallaustrittsflächen der Prüfkopfschwinger
zylindrisch gekrümmt, einem zur Durchlaufbahn für den Prüfling konzentrischen Kreis folgend. Bei radialer
Einschallung ist es praktisch ausgeschlossen, eine Prüfung auf Längs und Querrisse mit der notwendigen
Empfindlichkeit durchzuführen, weil ein senkrecht auf die Prüflingsoberfläche auftreffender Schallstrahl nur an
parallel zur Prüflingsoberfläche verlaufenden RißBegrenzungsflächen reflektiert werden kann. Die Schallstreuung
in verschiedene Richtungen, die in der genannten US 32 85 505 unterstellt wird, ist zu
geringfügig, um damit feine Längs und Querrisse nachweisen zu können, weil die Anzeigen solcher Risse
in den Echofolgen von Außen und InnenOberfläche untergehen würden. Eine Schrägstellung der Prüfköpfe
nach der US 32 85 059 könnte keine Abhilfe bringen, da hierbei eine annähernd gleichmäßige Einschallung auf
den Prüfling nicht realisierbar wäre, wodurch eine Bewertung der reflektierten Amplitudenwerte praktisch
unmöglich wäre. Demzufolge ist die Vorrichtung nach der US 32 85 059 für den Nachweis von Längs und
Querrissen auch bei abgewandelter Anordnung der Prüfköpfe unbrauchbar; sie ist nur für die Anzeige von
sich in Umfangsrichtung des Prüflings erstreckenden Ungänzen (Dopplungen) brauchbar unter der Voraussetzung,
daß die Einschallung, wie in der US 32 85 059 beansprucht, in zur Prüflingsoberfläche senkrechter
Ό Richtung erfolgt, wodurch auf Abschnitten des Prüflingsumfanges,
die mindestens gleich der axialen Wirkbreite der Prüfköpfe sind, annähernd gleiche
Einschallbedingungen erzeugt werden.
Der technische Nutzen einer Anlage, mit welcher die gefährlichsten und häufigsten Materialfehler, nämlich
Längs und Querrisse, nicht ermittelt werden können, sondern nur Ungänzen in Umfangsrichtung, die bei
einer Prüfung auf Längs und Querrisse mit angezeigt werden können, steht infrage.
Für die Prüfung von Rundmaterial, wie Rohren, Stangen, Ringen, auf Längs und Querrisse im ImpulsReflexionsVerfahren
sind bislang Systeme mit einem oder mehreren Prüfköpfen verwendet worden, die mit
runden oder eckigen Schwingern ausgerüstet und entweder parallel zur Prüflingsachse oder auf dem
Prüflingsumfang verteilt angeordnet sind. Bei der Prüfung wird entweder der Prüfling oder das Prüfkopfsystem
gedreht Im Handbuch der zerstörungsfreien Matei ialprüfung von E A. W. Müller ist auf Blatt H 3112
ein solches bekanntes System für die Prüfung von Rundmaterial im ImpulsReflexionsverfahren auf Längs
und Querrisse beschrieben.
Um die erforderliche gleichmäßige Prüfempfindlichkeit über den gesamten Prüflingsumfang zu erzielen,
wird bei bisherigen Anlagen ein Impulsabstand von ca. 1 mm eingehalten. Die Drehzahl des Prüflings bzw. des
PrüfkopfSystems ist begrenzt durch die nicht beliebig schnell zu bewegenden Massen. Außerdem kann die
Impulsfolgefrequenz jedes Prüfkopfes nicht größer sein als der Reziprokwert der zu bewertenden SchallLaufzeit
im Prüfling. Geht man z. B. davon aus, daß die praktisch zu realisierende Anregefrequenz eines Prüfkopfes
2 MHz ist, so lassen sich bei einer zu bewertenden SchallLaufzeit von 50 us IO Prüfköpfe
seriell betreiben. Die Relativgeschwindigkeit zwischen Prüfkopf und Prüfling ist damit auf 2 m/s begrenzt, wenn
der Impulsabstand 1 mm nicht überschreiten soll. Bei einer effektiven axialen Wirkbreite der Prüfköpfe von
6 mm läßt sich demnach ein Vorschub von 60 mm/U so realisieren. Das bedeutet, daß bei einem Prüfling mit
einem Durchmesser von z. B. 50 mm die maximal erreichbare lineare Durchlaufgeschwindigkeit 38 m/min
beträgt. Das entspricht nur einem Bruchteil der Produktionsgeschwindigkeit von Massenprodukten.
Um z. B. Produktionsgeschwindigkeiten von 5 m/s prüftechnisch bewältigen zu können, wären bei Durchführung
der Prüfung mit den bekannten Anlagen acht parallele Prüfanlagen erforderlich.
Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Anlage besteht auch noch darin, daß aufgrund der nicht
vorhandenen idealen Geometrie der Prüflinge bezüglich Geradheit und Rundheit sowie durch die Einflüsse des
Oberflächenzunders bei gewalztem Material sowohl die exakte Führung zwischen Prüfsystem und Prüfling als
auch die Ankopplung immer problematischer wird, so daß aus diesen Gründen eine Erhöhung der Durchlaufgeschwindigkeit
kaum möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Anlage zu schaffen, mit welcher die Prüfung auf Längs
und Querrisse im UltraschalllmpulsReflexionsverfahren bei erhöhter linearer Durchlaufgeschwindigkeit möglich
ist
Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die
Ultraschalischwinger der Prüfköpfe mit ihren Abstrahlflächen
in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung des Prüflings gegenüber dem Prüflingsradius
unter einem einen vorgegebenen Brechungswinkel der Ultraschallstrahlung im Prüfling bewirkenden Anstellwinkel
geneigt angeordnet sind und daß die UltraschallSchwinger in Umfangsrichtung so verteilt und ihre
Abstrahlflächen so ausgedehnt sind, daß jeder Ultraschallschwinger einen Abschnitt annähernd gleicher
Einschallbedingungen mit einer Längsausdehnung L = U/n im Prüflingsumfang und einer mindestens der
axialen Wirkbreite der Prüfköpfe gleichen Breite aufweist
Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
erläutert
F i g. 1 zeigt eine Anordnung zur Prüfung auf Längsrisse,
F i g. 2 eine Anordnung zur Prüfung auf Querrisse,
Fig.3 veranschaulicht die Empfindlichkeitsverteilung
über den Umfang des Prüflings und
F i g. 4 ist ein Schnitt durch die PrüfkopfFührungsEinheit.
Zur Erzeugung des Ultraschallfeldes 1 sind Wandler
2, 3 in zum Prüfling koaxialer Kreisringanordnung gleichmäßig um den Prüflingsumfang herum verteilt
angeordnet, und zwar in zwei, parallele Kreisringanordnungen bildenden Gruppen. Die Länge L der Wandler 2,
3, das ist deren Ausdehnung in Umfangsrichtung des Prüflings 4, ist größer als in axialer Richtung. Die
Wandler 2, 3 werden im Zeitmultiplexverfahren seriell nacheinander oder seriell in parallelen Gruppen
angeregt, wobei die Reihenfolge der einzelnen Wandler so festgelegt wird, daß keine akustische Beeinflussung
benachbarter Wandler eintritt. Der Schall wird durch Fokussierung in Umfangsrichtung so gebündelt, daß der
Einfallwinkel über der Wandlerlänge L annähernd konstant bleibt. Bei einer Wandlerlänge von z. B. 15 mm
ergibt sich an relevanten Fehlern im Prüfling eine effektive Schallstrahlausdehnung von ca. 10 mm bei
einem noch zu tolerierenden Empfindlichkeitsabfall. Um eine gleichmäßige Empfindlichkeitscharakteristik 5
über den gesamten Prüflingsumfang zu erzielen, sind die Wandler 2, 3 in zwei parallelen Gruppen 6, 7 so
angeordnet, daß die Wandler 2 der einen Gruppe 6 um eine halbe Schwingerteilung '/2 gegenüber den Wandlern
3 der anderen Gruppe 7 versetzt angeordnet sind. Die Empfindlichkeitsminima der einen Gruppe fallen
demzufolge mit den Empfindljchkeitsmaxima der
anderen Wandlergruppe zusammen.
Bei der Prüfung auf Längsrisse (Fig. 1) werden die
Wandler 2, 3 gegenüber dem Prüflingsradius in Umfangsrichtung so angestellt, daß der gewünschte
Brechungswinkel im Prüfling erzeugt wird. Für die Prüfung auf Querrisse (F i g. 2) erfolgt die Anstellung
der Wandler 2, 3 gegenüber dem Prüflingsradius in axialer Richtung so, daß der gewünschte Brechungswinkel
im Prüfling erreicht wird. Bei zusätzlicher Anstellung in Umfangsrichtung ist ein Nachweis von schrägverlaufenden
Fehlern realisierbar.
Verteilt man in der vorstehend beschriebenen Weise z. B. 24 Wandler auf den Prüflingsumfang und legt eine
zu bewertende Schall Laufzeit von 50 μ5 zugrunde, so
benötigt man für die 100%ige Abtastung des Umfangs eine Zeit von 1,2 ms. Bei einer effektiven axialen Breite
der Prüfköpfe von 6 mm läßt sich damit eine lineare Durchlaufgeschwindigkeit von 5 m/s, also von
300 m/min realisieren. Selbst wenn man diese Geschwindigkeit aus Gründen der Ankopplung auf 2 m/s
begrenzen würde, betrüge die Durchlaufgeschwindigkeit immer noch ein Vielfaches derjenigen der
bekannten Anlagen.
Eine Verbesserung der Empfindlichkeitsverteilung über den Umfang läßt sich gemäß Fig.4 dadurch
erreichen, daß die Wandler 2 der einen Gruppe 6 als Sender und jeweils zwei benachbarte Wandler der
anderen Gruppe 7 als Empfänger geschaltet werden.
Der Übersichtlichkeit halber sind die Wandler in F i g. 3
in der Abwicklung dargestellt Die Empfindlichkeitscharakteristik 5 nach F i g. 3 zeigt, daß sich für jeden
Schwinger zwei Empfindlichkeitsmaxima ergeben und daß die Minima an der Trennstelle zwischen zwei
Wandlern liegen. Eine weitere Erhöhung der Prüfsicherheit wird dadurch erreicht, daß jeder Wandler beider
Gruppen 6, 7 einmal als Sender und zweimal als Empfänger geschaltet wird.
Die in F i g. 4 gezeigte Prüfkopf Führungseinrichtung weist einen Prüfkopfträger 8 auf, der als zur Ankopplung dienende Wasserkammer ausgebildet ist, die durch auswechselbare Dichtungsringe 9 an beiden Seiten abgedichtet ist Die zwecks Einstellung drehbar gelagerten Prüfköpfe 10 sind mit je einem Wandler 2,3 ausgerüstet, dem eine akustische Linse 11 zur Fokussierung des Schallfeldes vorgesetzt ist Bei Verwendung gekrümmter Wandler erübrigt sich eine solche Linse. Die Prüfköpfe sind entweder einzeln oder über Stellglieder 12, 13, 14,15, die auf dem Prüfkopf 8 gelagert sind, in Umfangsrichtung verstellbar.
Die in F i g. 4 gezeigte Prüfkopf Führungseinrichtung weist einen Prüfkopfträger 8 auf, der als zur Ankopplung dienende Wasserkammer ausgebildet ist, die durch auswechselbare Dichtungsringe 9 an beiden Seiten abgedichtet ist Die zwecks Einstellung drehbar gelagerten Prüfköpfe 10 sind mit je einem Wandler 2,3 ausgerüstet, dem eine akustische Linse 11 zur Fokussierung des Schallfeldes vorgesetzt ist Bei Verwendung gekrümmter Wandler erübrigt sich eine solche Linse. Die Prüfköpfe sind entweder einzeln oder über Stellglieder 12, 13, 14,15, die auf dem Prüfkopf 8 gelagert sind, in Umfangsrichtung verstellbar.
Durch Auswechseln der dargestellten Prüfköpfe zur Prüfung auf Längsrisse gegen Prüfköpfe mit zur Achse
angestellten Winkeln läßt sich ohne weiteres ein Prüfkopfsystem für Querrisse oder schrägorientierte
Risse realisieren.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Vorrichtung zur automatischen Ultraschallprüfung von Rundmaterial auf Längs und/oder Querrisse
unter Verwendung von gebündelten Ultraschallstrahlen im ImpulsReflexionsverfahren mit zumindest
einer Gruppe von stationären Prüfköpfen, die auf einem zur Durchlaufbahn für den ohne
Umdrehung axial vorgeschobenen Prüfling koaxialen Kreis gleichmäßig verteilt angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die UltraschallSchwinger (2, 3) der Prüfköpfe mit ihren
Abstrahlflächen in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung des Prüflings gegenüber dem
Prüflingsradius unter einem einen vorgegebenen Brechungswinkel der Ultraschallstrahlung im Prüfling
bewirkenden Anstellwinkel geneigt angeordnet sind und daß die UltraschallScnwinger in Umfangsrichtung
so verteilt und ihre Abstrahlflächen so ausgedehnt sind, daß jeder Ultraschallschwinger
einen Abschnitt annähernd gleicher Einschallbedingungen mit einer Längsausdehnung L = U/n im
Prüflingsumfang und einer mindestens der axialen Wirkbreite der Prüfköpfe gleichen Breite aufweist
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch fokussierende Vorsätze 11 vor den Wandlern
(2,3).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfköpfe (10) in Umfangsrichtung
verstellbar angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkopfträger (8) als
Wasserkammern ausgebildet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19782806550 DE2806550C2 (de) | 1978-02-16 | 1978-02-16 | Vorrichtung zur automatischen Ultraschall-Prüfung von Rundmaterial |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19782806550 DE2806550C2 (de) | 1978-02-16 | 1978-02-16 | Vorrichtung zur automatischen Ultraschall-Prüfung von Rundmaterial |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2806550A1 DE2806550A1 (de) | 1979-08-30 |
DE2806550C2 true DE2806550C2 (de) | 1982-10-28 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19782806550 Expired DE2806550C2 (de) | 1978-02-16 | 1978-02-16 | Vorrichtung zur automatischen Ultraschall-Prüfung von Rundmaterial |
Country Status (1)
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---|---|
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1978
- 1978-02-16 DE DE19782806550 patent/DE2806550C2/de not_active Expired
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