DE2920142C2 - Ultraschall-Prüfanlage zur Ermittlung von Fehlern in Rohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft sine Ultraschall-Prüfanlage zur Ermittlung von Fehlern in Rohren mit einem Wanddikkendurchmesserverhältnis kleiner 0,2, bei der zur Justierung der Prüfköpfe diese verschiebbar entlang einer Geraden angeordnet sind und bei der zur Erzeugung einer in Form eines eingeschriebenen Polygonzuges umlaufenden Transversalwelle ein vorbestimmter Einfallswinkel für die Ultraschallwellen in das Prüfstück vorgesehen.

Bei allen Prüfstücken, die durch Schrägeinschallunp von Ultraschallwellen geprüft werden, besonders aber bei der Prüfung von Rohren, ist die Einhaltung bestimmter Einschallwinkel und Abstände zwischen Prüfköpfen und Werkstück sehr wichtig, damit die Prüfung zuverlässige Ergebnisse bringt (vgl. Lumb u. a. »Ultrasonic inspection of seamless drill casing and linepipe«, Materials Evaluation 36 (1978), Nr. 10, S. 57—68, 71). Diese Parameter müssen nämlich in Abhängigkeit von Rohrdurchmesser und der Wanddikke geändert werden. Besonders bei Prüfanlagen, bei denen mehrere Prüfköpfe eingestellt werden, führt dieses zu aufwendigen Einstellvorrichtungen.

Bei bestehenden Anlagen (vgl. Krautkrämer J. u. H., »Werkstoffprüfung mit Ultraschall«, 3. Aufl., 1975, S. 450 ff sowie US-PS 38 28 609) wurde deshalb teilweise auf die Verstellbarkeit des Winkels verzichtet (die Einstellung erfolgt über die Rohrkrümmung), was aber mit Nachteilen beim Prüfen verbunden ist, weil die Vorlaufstrecke bei Rohren mit unterschiedlichen Durchmesser unterschiedlich ist Verstellvorrichtungen für beide Parameter, wo Winkel und Abstand unabhängig voneinander verstellt werden können, erfordern lange Einstellzeiten und einen großen mechanischen Aufwand.

Aus der DE-OS 22 09 906 ist eine US-Prüfanlage bekannt, bei der jeweils zwei Prüfköpfe derart zu einer starren Einheit verbunden sind, daß die ausge:andten Schallbündel unter gleichen, aber entgegengesetzt gerichteten Winkel in nur einem Oberflächenpunkt des Prüflings auftreffen. Außerdem steht die Winkelhalbierende zwischen den beiden Schallbündeln senkrecht auf der Oberfläche und damit auf der Längsachse des Prüflings. Zur Einstellung des Abstandes und der Winkellage wird der eine Prüfkopf als Sender und der zweite als Empfänger betrieben. Nach einem Prüfstückwechsel werden dann die Prüfköpfe so hnge in Richtung der Winkelhalbierenden verschoben, bis im Empfängerprüfkopf ein von der Oberfläche des Prüflings reflektiertes Echo auftritt Nachteilig ist bei dieser Anlage, daß stets zwei Prüfköpfe vorhanden sein müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine US-Anlage der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit der sowohl eine einfache als auch genaue Prüfkopfjusti'irung möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst

Die Erfindung beruht also auf dem Gedanken, daß die in Abhängigkeit von Rohrdurchmesser und Wanddicke notwendigen Positionen der Prüfköpfe auf einer Geraden liegen, die eine bestimmte Neigung gegenüber der senkrechten im Prüfstückquerschnitt liegenden Achse (y-Achse) hat und einen bestimmten Abstand von der Achse des Prüfstückes besitzt Verschiebt man den Prüfkopf auf einer solchen Geraden, so lassen sich alle für verschiedene Rohrabmessiingen notwendigen Kombinationen von Einschallwinkel und Abstand allein durch diese Verschiebung erreichen. Eine Neujustierung etwa im Zusammenhang mit einem Rohrwechsel unterschiedlicher Durchmesser ist mit der Erfindungsgemäßen Anlage wesentlich schneller und genauer möglich als bei den bekannten Anlagen.

Außerdem ist eine Automatisierung der Prüfkopfjustierung mit der neuen Anlage außerordentlich einfach durchzuführen, weil lediglich eine lineare Verstellbewegung erforderlich ist Durch diese Linearverstellung läßt sich außerdem relativ einfach eine mechanische Kopplung von mehreren Prüfköpfen zu einer Zentraiverstellungseinheit durchführen.

Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen aufgezeigt und erläutert
Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Ultraschall-Rohrprüfanlage; und

Fig.2 schematisch eine Anlage mit Zentralverstellung der Prüfköpfe.

In Fig. 1 ist mit 1 ein auf Fehler zu prüfendes Rohr mit dem Durchmesser D und der Wanddicke s bezeichnet. Der mit P gekennzeichnete US-Prüfkopf (der um das Rohr 1 rotiert) ist entlang der Geraden A verschiebbar angeordnet. Die entsprechenden US-Wellen treffen nach Durchlaufen, beispielsweise einer Wasservorlaufstrecke der Länge Sv, unter dem

Einfallswinkel λ auf das Rohr 1 und durchlaufen unter dem Einschallwinkel β die Rohrwand (im folgenden werden stets Transversalwellen betrachtet).

Der Winkel ω, unter dem die Gerade A die jz-Achse schneidet, ergibt sich aus dem für ein maxima! ~· vorgegebenes Wanddickendurchmesserverhältnis s/D berechneter Einschallwinkel. s/D sollte allerdings jtc;s idei.ier als 0,2 sein, weil sonst Longitudinalwellen die Messungen verfälschen.

Angenommen, es sollen Stahlrohre mit einem maximalen Wanddickendurchmesserverhältnis

— = G,i51 geprüft werden. Dann folgt aus sin^ = siny

(\-2s/D) (vgl. Fig. 1) mit >w=90° für /W=44°. Wählt man /J=40^c, um sicher zu sein, daß noch eine Reflexion an der Rohrinnenwand erfolgt, so ergibt sich für den Einfallswinkel x= 18,3° aus der Beziehung:

SHi a _ £j_

sin/? C₂

wobei ο die Schallgeschwindigkeit des Koppelmediums (hier Wasser) und C₂ diejenige im Prüfstück bedeutet. Da

20 ferner au;, geometrischen Überlegungen Mp.t:

tan ω .·* sin α
i-'ann im Rahmen der Meßgenauigkeit für Kleint Winkt!

gesetzt werden. Die Gerade A sollte folglich iii uiciem Fall eine Neigung von etwa 18,5° besitzen.

Bei einer maximal vorkommenden Wanddicke von S/ra*=5 mm ergibt sich eine Vorlaufstrecke von Sv>6> mm.

F i g. 2 zeigt schematisch eine Anlage mit Zentrafverstellung der Prüfköpfe P\ bis /V Die Halterungen H\ bis //4 werden zusammen mit diesen Prüfköpfen und mit Hilfe der Zentralverstelleinheit 3 entlang der Geraden A1 bis A₁ bewegt.

Die Erfindung ist selbsverständlich nicht auf die Längsfehlerprüfung beschränkt, sondern kann entsprechend auch bei der US-Prüfung von Rohren auf Querfehler verwendet werden. Die Gerade A liegt in diesem Fall in der y-z-Ebene wobei ,- J.ie Richtung der Rohrachse bedeutet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Ultraschall-Prüfanlage zur Ermittlung von Fehlern in Rohren mit einem Wanddickendurchmesserverhäitnis kleiner 0,2, bei der zur Justierung der Prüfköpfe diese verschiebbar entlang einer Geraden angeordnet sind und bei der zur Erzeugung einer in Form eines eingeschriebenen Polygonzuges umlaufenden Transversalweile ein vorbestimmter Einfallswinkel für die Ultraschallwellen in das Prüfstück vorgesehen ist,

dadurch gekennzeichnet,
daß jeweilige Gerade (A; A\ bis A4), auf der die Prüf köpfe (P; P\ bis Pa) angeordnet sind, mit der senkrechten, im Prüfstückquerschnitt liegenden und durch den Mittelpunkt gehenden Achse (y-Achse) einen Winkel (ω) bildet, der demjenigen Einfallswinkel (λ) entspricht, bei dem sich für ein — bezogen auf mehrere zu überprüfende Rohre mit unterschisdlichem Wanridickendurchmesserverhältnis — maximal vorgegebenes Wanddickendurchmesserverhältnis (S/D)_m„ gerade noch eine zwischen Innen- und Außenwand des Rohres (1) zickzackförmig hin- und herlaufende Transversalwelle ausbildet, und daß der Schnittpunkt der Geraden (A; A₁ bis A4) mit der /-Achse so gewählt ist, daß die Laufzeit der Vorlaufstrecke (Sv) größer ist als die maximal vorkommende Laufzeit der Ultraschallwellen in den Prüfstücken (1).

2. Ultraschall-Prüfanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Prüfköpfe (P\ bis ft) über das Prüfstück (1) verteilt, jeweils einer auf einer entsprechenden Geraden (A\ bis A4), mechanisch miteinander -gekoppelt angeordnet sind und daß zur Justierung derselbe .1 eine Zentralverstellung (3) vorgesehen ist.