DE3629174A1 - Einrichtung zum messen der wanddicke von rohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen der Wanddicke von Rohren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine Einrichtung der vorgenannten Art ist aus der US- PS 35 55 887 bekannt. Der Elektromagnet und die Sender- und Empfangsspulen sind hierbei auf einem auf Rollen gelagerten Gestell angeordnet, das längs der Rohrwand verfahrbar ist, wobei die Rollen einen konstanten Abstand zur Prüfoberfläche gewährleisten sollen. Die Wanddicke im Bereich der Sonde wird durch die Messung des zeitlichen Abstands zwischen dem Beginn des Sendeimpulses und dem reflektierenden Impuls gemessen. Bei einer Relativbewegung zwischen Rohr und Gestell wird die Wanddicke des von der Sonde überstrichenen Streifens des Rohres parallel zu seiner Achse gemessen. Nachteilig ist hierbei, daß zur Bestimmung der maximalen, minimalen und durchschnitt­ lichen Wanddicke eine Vielzahl von Messungen erforder­ lich ist, da die Sonde bei jeder Messung die Wanddicke nur eines begrenzten Teils des Rohres erfasst. Dies bedingt, daß eine Relativdrehung zwischen Sonde und Rohr erforderlich ist, um auch die Wanddicken in Umfangs­ richtung erfassen zu können.

Bei der Einrichtung nach der US-PS 38 50 028 ist eine Spulenanordnung gewählt, bei der das Verhältnis zwischen Sende- und Empfangssignal nahezu unabhängig vom Abstand der Sende- und Empfangssonden zum Prüfobjekt ist, so daß die Abstandsjustierung nicht kritisch ist und die Oberflächenrauhigkeit das Meßergebnis nicht stark beein­ flußt. Es treten jedoch die gleichen vorbeschriebenen Nachteile auf, da die von einem fahrbaren Gestell getra­ genen Sonden ebenfalls die Wanddicke eines nur begrenzten Teils des Rohres erfassen.

Ein Verfahren, Ultraschallwellen auch in heißen Materialien bei einer Temperatur über dem Curiepunkt anzuregen, beschreibt die DE-PS 31 14 247. Dieses Verfahren ermög­ licht Wanddickenmessungen unmittelbar nach dem Walzgerüst und damit eine Steuerung des Walzvorgangs.

Um die Abhängigkeit der Empfindlichkeit der Ultraschallsonde vom Abstand zwischen Prüfoberfläche und Sonde zu kompen­ sieren, wird nach der DE-PS 30 12 187 ein Vergleich zwischen dem reflektierenden Signal und einer dazu inversen Eichkurve vorgeschlagen.

Diese Abstandsabhängigkeit ist besonders bei heißen Materialien störend, da dabei eine genaue Führung der Spule an der Oberfläche des Prüfobjekts in möglichst geringem Abstand kaum realisiert werden kann. Stets ist jedoch der Nachteil zu verzeichnen, daß die Sonde die Wanddicke nur eines begrenzten Teils des Rohres erfasst, so daß die Bestimmung der maximalen, minimalen und durchschnittlichen Wanddicke stets nur durch Auswertung zahlreicher Einzelwerte der Wanddicken in Längs- und Umfangsrichtung des Rohres in einem Rechner möglich ist.

Es besteht die Aufgabe, die Einrichtung so auszubilden, daß die durchschnittliche Wanddicke und Abweichungen von dieser durchschnittlichen Wanddicke nach oben und unten eines ringförmigen Abschnitts des Rohres mit einer einzigen Messung erfassbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Mit der Einrichtung ist es möglich, über die gesamte Länge des Rohres hinweg kontinuierlich bei jedem ringförmigen Rohrabschnitt die Wanddickenverhältnisse zu erfassen. Da zudem der Spalt zwischen dem Rohr und der ringförmigen Sonde in Bezug auf die Wanddickenmessung unkritisch ist, ist es möglich, die Wanddickenmessung unmittelbar nach dem Walzgerüst vorzunehmen, um direkt auf den Walzvorgang­ steuernd eingreifen zu können. Die Sonde wird zu diesem Zweck unmittelbar nach dem Walzgerüst angeordnet und das gewalzte und noch heiße Rohr durch die ringförmige Sonde geführt.

Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine bevorzugte Aus­ führungsform der Sonde;

Fig. 2 der Signalverlauf bei einem Rohr konstanter Wanddicke;

Fig. 3 der Signalverlauf bei einem Rohr mit Wand­ dickeschwankungen;

Fig. 4 der Signalverlauf bei einem Rohr konstanter Wanddicke;

Fig. 5 der Signalverlauf bei einem Rohr mit Wand­ dickeschwankungen;

Fig. 6 einen Teilschnitt durch eine zweite Ausführungsform;

Fig. 7 einen Teilschnitt durch eine dritte Aus­ führungsform und

Fig. 8 einen Teilschnitt durch eine vierte Aus­ führungsform.

Gemäß Fig. 1 besteht die Sonde aus einem ringförmigen Elektromagneten 1, der zwei im axialen Abstand zueinander angeordnete Ringpole 2, 3 aufweist. Zwei im Inneren des Ringmagneten 1 angeordnete Spulen 4, 5 werden von einem Gleichstrom durchflossen, so daß die Ringpole 2, 3 gegenpolig magnetisiert werden und somit magnetische Feldlinien zwischen den Ringpolen 2, 3 durch die Wand 6 eines Rohres verlaufen. Die Achse des Rohres ist mit 7 bezeichnet. Im Spalt zwischen den Ringpolen 2, 3 ist eine Ringspule 8 angeordnet, welche als Sende- und Empfangs­ spule wirkt.

Liegt ein Rohr vor, dessen Wandstärke unterhalb der Spule 8 über den gesamten Rohrumfang hinweg konstant ist, dann ergibt sich ein Kurvenverlauf entsprechend Fig. 2, wenn ein einziger Sendeimpuls 9 durch die Spule 8 erzeugt wird. Die von der Spule 8 sodann empfangenen und durch Reflektion an der Rohrwandung bewirkten Signale 10.1, 10.2 und 10.3 entsprechen in ihrem Verlauf dem Verlauf des Sendesignals 9. Die zeitlichen Abstände zwischen dem Sendesignal 9 und den Empfangssignalen 10 sind ein Maß für die Dicke der Rohrwand 6. Die reflektierten Empfangssignale 10.1, 10.2 und 10.3 nehmen in ihrer Amplitude asymptotisch gegen Null ab.

Liegt eine Rohrwand 6 vor, die im Bereich der Spule 8 eine ungleichförmige Wanddicke aufweist und deren durchschnittliche Wanddicke geringer ist als die konstante Wanddicke, die in Fig. 2 vorausgesetzt wurde, dann ergibt sich ein Kurvenverlauf entsprechend Fig. 3. Die bei einem impulsförmigen Sendesignal 9 reflektierten und von der Spule 8 empfangenen Echosignale 11.1, 11.2 und 11.3 sind wesentlich breiter als die Breite des Impulses 9. Je breiter die Signale 11.1, 11.2 und 11.3 sind, um so größer ist die Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Dicke des Bereichs der Wand 6, die von der Spule 8 umschlungen wird. Somit stellt die Breite der Empfangssignale 11.1, 11.2 und 11.3 ein Maß für die Exzentrizität der Wanddicke im Bereich der Spule 8 dar. Ist die durchschnittliche Wanddicke des Wandab­ schnitts unterhalb der Spule 8 geringer als bei Fig. 2 vorausgesetzt, dann ist die Zeitdauer T 2 zwischen der Mitte des Impulses 9 und der Mitte des nachfolgend empfangenen Signals 11.1 geringer als die Zeitdauer T 1 zwischen der Mitte des Sendeimpulses 9 und des Empfangs­ signals 10.1 gem. Fig. 2. Dies gilt natürlich auch in Bezug auf die nachfolgend empfangenen Signale.

Bei den Fig. 4 und 5 sei vorausgesetzt, daß das von der Spule 8 erzeugte Sendesignal aus einer Folge wechselnder Impulse 12 besteht. Liegt ein Rohr vor, dessen Wand 6 im Bereich der Spule 8 über den gesamten Umfang hinweg eine konstante Wandstärke aufweist, dann weisen die von der Spule 8 empfangenen Echosignale 13.1, 13.2 und 13.3 einen Verlauf auf, der dem Kurvenverlauf des Sende­ signals 12 entspricht. Lediglich die Amplitude der auf­ einanderfolgend empfangenen Signale 13 nimmt asymptotisch gegen Null ab.

Liegt eine Wanddicke vor, deren durchschnittliche Dicke gleich der Dicke ist, die in Fig. 4 vorausgesetzt wurde, die jedoch über den Umfang hinweg ungleichförmig dick ist, also eine Exzentrizität aufweist, dann weisen die durch die Spule 8 empfangenen Echosignale 14.1, 14.2 und 14.3 einen Verlauf entsprechend Fig. 5 auf. Die Empfangssignale 14.1 und 14.3 weisen Impulsspitzen auf, deren Amplitude größer ist als diejenigen bei den Empfangs­ signalen 13.1 und 13.3, während beim Empfangssignal 14.2 die Amplituden der Impulsspitzen wesentlich geringer sind als diejenigen des Echosignals 13.2. In der Folge der Empfangssignale 14.1, 14.2 und 14.3 ist also eine Schwebung vorhanden, welche abhängig ist von der Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Wanddicke des Wandabschnitts 6, der von der Spule 8 umgeben wird. Da die durchschnittliche Wanddicke bei den Signalverläufen gem. Fig. 4 und 5 als gleich vorausgesetzt wurde, ver­ ändert sich der zeitliche Abstand T 1 zwischen dem Sende­ signal 12 und dem Empfangssignal 13.1 bzw. 14.1 und den nachfolgenden Empfangssignalen nicht. Ist jedoch die durchschnittliche Wanddicke geringer bzw. größer, dann wird dieser zeitliche Abstand geringer bzw. größer.

Bei der Ausführungsform gem. Fig. 6 weist der Ringmagnet 1 ebenfalls zwei gegenpolige Ringpole 2, 3 auf. Im Ringspalt zwischen dem Ringpol 3 und der Rohrwand 6 ist eine Sende­ spule 15 angeordnet, während im Ringspalt zwischen dem Ringpol 2 und der Rohrwand 6 eine Empfangsspule 16 ange­ ordnet ist. Die von einem Gleichstrom durchflossene und eine Vormagnetisierung bewirkende Spule kann auf der Außenseite des Mittelschenkels des Ringmagneten 1 angeordnet sein. Es ist auch eine Spulenanordnung entsprechend den Ringspulen 4, 5 gem. Fig. 1 möglich.

Bei der Ausführungsform gem. Fig. 7 weist der Ringmagnet 1.1 drei die Rohrwandung 6 umgebende Ringpole 2.1, 2.2 und 3.1 auf. Nicht dargestellte, vom Gleichstrom durch­ flossene Ringspulen bewirken eine Magnetisierung der äußeren Ringpole 2.1 und 2.2, die entgegengesetzt ist der Magnetisierung des mittleren Ringpols 3.1. Im Spalt zwischen dem Ringpol 1 und der Rohrwand 6 ist eine Sende- und Empfangsspule 8 angeordnet. Die Breite des Ringpoles 3.1 ist etwa doppelt so groß als die Breite jedes der Ringpole 2.1 bzw. 2.2.

Gemäß Fig. 8 ist wiederum ein zweipoliger Ringmagnet 1 vorgesehen, bei welchem eine Sendespule 15.1 im Ring­ spalt zwischen den Ringpolen 2 und 3 angeordnet ist, während im Spalt zwischen dem Ringpol 2 und der Rohrwand 6 eine Empfangsspule 16.1 angeordnet ist.

Claims (7)

1. Einrichtung zum Messen der Wanddicke von Rohren mittels einer elektromagnetischen Ultraschallsonde, die Ultraschallwellen erzeugt, welche durch die gleiche Sonde als reflektierende Wellen empfangen und durch zeitlichen Vergleich mit den ausgesandten Wellen ausgewertet werden, wobei die Sonde aus einem die Rohrwand in axialer Richtung vormagnetisierenden Magneten und mindestens einer Spule besteht, deren bei einem Stromfluß erzeugtes Magnetfeld dem die Vormagnetisierung bewirkenden Feld überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet ein das Rohr umgebender Ringmagnet (1) ist, der einen Magnetfluß in axialer Richtung über den gesamten Rohrumfang hinweg erzeugt, die mindestens eine Spule eine das Rohr umgebende Ringspule (8, 15, 16) ist und die reflektierenden Wellen (10, 11, 13, 14) nach Breite und/oder Amplitude ausgewertet werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ringmagnet (1) mindestens zwei im axialen Abstand zueinander angeordnete gegen­ polige Ringpole (2, 3) aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ringmagnet drei im axialen Abstand zueinander angeordnete Ringpole (2.1, 2.2, 3.1) aufweist, bei denen der mittlere Ringpol (3.1) gegenpolig zu den beiden äußeren Ringpolen (2.1, 2.2) ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die mindestens eine Ringspule (8, 15.1) im Spalt zwischen zwei Ringpolen (2, 3) angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die mindestens eine Ringspule (8, 15, 16, 16.1) im Spalt zwischen einem Ringpol (2, 3, 3.1) und dem Rohr angeordnet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfluß jeweils aus einem Impuls (9) besteht und die Impulsbreite der reflektierenden Impulse (11) und deren zeitlicher Abstand (T 2) zu diesem Impuls (9) erfasst wird.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfluß jeweils aus einer Impulsfolge (12) besteht und die Hüllkurven der reflektierenden Impulse (14) und deren zeitlicher Abstand zu dieser Impulsfolge (12) erfasst werden.