DE3129498C2

DE3129498C2 - Ultraschallhandprüfkopf für die Prüfung von runden Rohren oder Stangen

Info

Publication number: DE3129498C2
Application number: DE19813129498
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. 5050 Bergisch-Gladbach Grabendörfer
Original assignee: Krautkraemer GmbH and Co
Current assignee: Krautkraemer GmbH
Priority date: 1981-07-27
Filing date: 1981-07-27
Publication date: 1983-07-14
Also published as: FR2510261A1; GB2106247B; JPS5819558A; FR2510261B1; DE3129498A1; GB2106247A

Abstract

Es wird ein Ultraschallprüfkopf für die Handprüfung von Rohren und Stangen beschrieben, in dessen Prüfkopfgehäuse zwei voneinander getrennte Schwinger (14, 16) angeordnet sind. Um zu erreichen, daß einerseits auch wie bei bekannten derartigen Rohrprüfköpfen ein Kontroll-(Umlauf-) Echo gemessen werden kann, andererseits aber die Neigung der Schwinger bei verschiedenen Rohrdurchmessern nicht geändert werden muß, und schließlich der Prüfkopf handlich bleibt, werden die Schwinger (14, 16) so angeordnet, daß die Schallaustrittspunkte (18, 19) auf einer zur Prüfstückachse (40) parallelen Geraden (20) hintereinanderliegen.

Description

dadurch gekennzeichnet, ^lD

- daß die Schwinger (14,16) in dem Prüfkopfgehäuse (12) in zwei zueinander geneigten,

■ unterschiedlichen Ebenen parallel zur Prüfstückachse (40) angeordnet sind,

- daS die Schallaustrittspunkte (18, 19) der Zcntralstrahlen aus der Oberfläche der Prüfkopfsohle (17) auf einer gemeinsamen, zur Prüfstückachse (40) parallelen Geraden (20) liegen und ■

- daß zusätzlich zur Erfassung von Echosignalen (10,11) die Erfassung der umlaufenden Schallstrahlen (8) des jeweils anderen Schwingers (14, 16) über eine an sich bekannte funktionelle Verknüpfung durch entsprechende Anpassung der Schwingerabmessungen, der Schallvorlaufstrec'cen (142,162), der Einschallwinkel (21,22) und des Abstandes (a) der Schwingerinnenkanten (141, 161) voneinander in Richtung der Prüfstücklängsacnse (40) vorgesehen ist.

2. Ultraschallhandprüfkop/ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallvorlaufstrekken (142,162) der Schwinger (14,16) etwa gleich der Nahfeldlängen der Schwinger (14,16) sind

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Die Erfindung betrifft einen UltraschaHhandprüfkopf für die Prüfung von runden Rohren oder Stangen, mit einem Prüfkopfgehäuse, in dem zwei voneinander getrennte Schwinger angeordnet sind, die beide in dem zu untersuchenden Prüfstück jeweils entgegengesetzt gerichtete, in Form von eingeschriebenen Polygonzügen zickzack-förmige Ultraschallwellen erzeugen, deren Zentralstrahlen unter gleichem aber entgegengesetzt gerichtetem Einfallswinkel auf die Oberfläche der Prüfkopfsohle auftreten.

Derartige Prüfköpfe sind beispielsweise aus ]. und H. Krautkrämer, Werkstoffprüfung mit Ultraschall, 3. Auflage, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1975, S. 444 f bekannt. Der Vorteil derartiger, Transversalwetlen erzeugender Rohrprüfköpfe besteht darin, daß zusätzlich zu den von Materialfehlern verursachten Echosignalen auch ein von den umlaufenden Schallstrahlen des jeweils anderen Schwingers verursachtes Signal als Kontrollsignal (Umlaufecho) zur kontinuierlichen Überwachung der Ankopplung zustan· de kommt. Nachteilig hingegen ist bei diesem Prüfkopf, daß - um gleiche Schallgeometrie in Rohren unterschiedlicher Durchmesser und Wanddicken zu erhalten - jeweils für eine bestimmte Kombination von Durchmesser und Wanddicke ein Rohrprüfkopf mit spezieller Neigung der beiden Schwinger hergestellt werden muß, Aus dem o,e. Buch von J. u, H, Krautkrämer ist ebenfalls auf S, 447 ein Prflfkopf offenbart, in der zwei Winkelköpfe mit gleichem Einfallswinkel mechanisch so zusammengefaßt sind, daß sie entgegengesetzt gerichtete Transversalwellen erzeugen und sich gleichzeitig an die Rohroberfläche anpassen können. Nachteilig bei diesen Prüfkopfanordnungen ist die große nicht erfaßte Zone (in Umfangsrichtung der Rohre) zwischen den beiden Prüfköpfen sowie die Unhandlichkeit und Größe der Prüfkopfhalterung.

Aus der DE-AS 15 73 572 ist ferner ein Prüfkopf mit zwei in Längsrichtung des Prüfstücks nebeneinander angeordneten Schwingern bekannt, die vorzugsweise einen Winkel von weniger als 10° miteinander bilden. Mit den beiden Schwingern werden in dem Prüfstück sich teilweise überdeckende Bereiche auf Materialfehler überprüft, wobei der eine Schallstrahl derart gerichtet ist, daß der entsprechende von der Rückwand des Prüfstücks reflektierte Schallstrahl als Kontrollecho verwendet werden kann.

In der Zeitschrift »Messen und Prüfen/Automatik«, H. 12, Dezember 1977, S. 813-817 wird ferner der Aufbau von sogenannten S/E-Prüfköpfen, dh, von Prüfköpfen mit getrennten Sende- und Empfangsschwingern beschrieben.

Es ist die Aufgäbe der vorliegenden Erfindung, einen Ultraschallprüfkopf der eingangs erwähnten Art anzugeben, der in einem kompakten und leicht handhabbaren Gehäuse ohne Halterungsmechanik untergebracht werden kann, bei dem während der Messung ein Kontrollecho zur kontinuierlichen Überwachung der Ankopplung zustande kommt und dessen Schallbündel bei konstanter Neigung der Schwinger auch bei unterschiedlichen Prüfstückmessern den gleichen Einschallwinkel in den Prüfstücken besitzt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden teils des Patentanspruches 1 gelöst Der UnteranyprucK betrifft eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden, anhand von Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. Es zeigt

Fi g. 1 einen Rohrprüfkopf wie er Stand der Technik ist;

F i g. 2 die Vorderansicht eines Prüfkopfes gemäß der Erfindung;

F i g. 3 die Draufsicht des Prüfkopfes nach F i g. 2; F i g. 4 eine perspektivische Ansicht der in F i g. 1 verwendeten Prüfkopfträger mit Schwingern in Explosionsdarstellung;

F i g. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Prüfkopfträger mit Schwingern.

In F i g. 1 ist ein Rohrprüfkopf 1 mit den Schwingern 2 und 3 bekannter Bauweise wiedergegeben. Die Schwinger 2 und 3 erzeugen in dem Rohr 4 zwei entgegengesetzt gerichtete Zickzack-Schallstrahlen 5 und 6. Wie aus dem ebenfalls dargestellten Schirmbild zu entnehmen ist, wird auf dem Bildschirm des Ultraschallgerätes außer dem Sendeimpuls 7 ein Kontrollecho 8 dargestellt, zu dem symmetrisch die von dem Fehler 9 stammenden Echos 10 und 11 liegen. Das Kontroll- oder Umlaufecho 8 übernimmt hier die Aufgabe, die beim Arbeiten mit Normalprüfköpfen das Rückwandecho erfüllt. Man kann daran auch bei Abwesenheit von Fehlerechos sofort erkennen, daß

Gerät und Ankopplung In Ordnung sind,

Fig,2 zeigt die Vorderansicht eines Prüfkopfes gemäß der voriiegenden Erfindung, Dabei ist mit 12 das Prufkopfgehäuse, mit 13 der Schwingerträger des Schwingers 14 und mit 15 der Schwingerträger des Schwingers 16 bezeichnet. Die Schwingerträger 13 und 15 können beispielsweise aus Plexiglas gefertigt sein. Die Oberfläche der Prüfkopfsohle 17 ist der Krümmung des Rohres 4 angepaßt Wie aus F i g, 3 entnehmbar ist, sind die Schwinger 14 und 16 in Richtung der Rohrachse 40 hintereinander angeordnet

Die Schallaustrittspunkte 18 und 19 (vgl. auch F i g, 4) aus der Oberfläche der Prüfkopfsohle 17 liegen hintereinander auf einer gemeinsamen, zur Rohrachse 40 parallelen Geraden 20 und zwar bei gekrümmten, an die Rohroberfläche angepaßten Prüfkopfsohlen auf der jeweiligen Scheitelpunktgeraden. Die Einfallswinkel 21, 22 der Zentralstrahlen der Schallbändel besitzen bis auf das Vorzeichen den gleichen Wert, z.B. 36". Diese Winkel ändern sich nicht wenn der Prüfkopf auf anderen Rohrdurchmessern eingesetzt wird. Die Einfallswinkel der Zentralstrahlen bleiben auch dann erhalten, wenn die Prüfkopfsohie 17 entsprechend den Vorschriften des Herstellers zur Verbesserung der Ankopplungsverhältnisse durch Einschleifen auf größere Rohrdurchmesser angepaßt wird, so daß auch die sich in dem Prüfstück 4 ergebenden Einschallwinkel 211 und 221 konstant bleiben.

Der Abstand a der Schwingerinnenkanten 141 und 161, die Schwingerabmessungen und die Länge der Schallvorlaufstrecken 142 und 162 (Abstand zwischen den Schwingern 14 bzw. 16 und den Schallaustrittspunkten 18 bzw. 19) sowie die Einfallswinkel 21 und 22 der Zentralstrahlen der Schallbündel sind so zu wählen, daß aufgrund der Divergenz der in das Prüfstück 4 J5 gelangenden Schallstrahlen bei Erregung des Schwingers 14 mit dem Schwinger 16 noch das Kontrollecho (vgl. Fig. 1) gemessen werden kann. Die gleiche Bedingung soll auch gelten in Bezug auf die Erregung des Schwingers 16 und des Empfangs mit dem Schwinger i4.

Es hat sich gezeigt daß der Abstand a der Schwingerinnenkanten 141 und 161 der Schwinger 14 udn 16 etwa zwischen zwei bis fünf mm liegen sollte. Die Schallvorlaufstrecken 142 und 162 sollten etwa gleich der Nahfeldlänge der Schwinger sein, um die in dem Prüfkopf durch Reflexion an der Prüfkopfsohle 17 entstehenden Störechos gering zu halten.

In einem Ausführungsbeispiel wurden Schwinger 14, 16 verwendet die Ultraschallwellen einer Frequenz von 2 MHz mit quadratischer Fläche von 225 mm² benutzen. Als Schwingerträger 13,15 wurde Plexiglas verwendet Die Schallvorlaufstrecke betrug daher etwa 56 mm (in dem Prüfkopf selbst werden Longitudenalwellen angeregt). Die Einfallswinkel 21,22 wurden so gewählt daß die Einschallwinkel 211,211 bezogen auf Stahl in einem Fall 37° und in einem zweiten Fall 45° betrugen. Der Durchmesserbereich der verwendeten Rohre lag zwischen 100 und 400 mm. Bei allen Rohren ergab sich das gewünschte Kontrollecho 8 Γ.?* ausreichender Amplitude (vgl F i g. 1).

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden, wie in F i g. 4 dargestellt die Schwinger 14 und 16 auf einem einzigen Träger 24 angeordnet Es können aber auch - wie in Fig.5 in einer perspektivisch als Explosionsdarstellung wiedergegebenen Zeichnung angedeutet - zwei handelsübliche Winkelprüfköpfe verwendet werden.

Mit den vorstehend beschriebenen Prüfköpfen können vorteilhafterweise Rohre bis zu Außendurchmessern von ca. 400 mm gemessen werden. Bei Rohren mit einem größeren Außendurchmesser ergibt sich aufgrund der Schallschwächung auf den großen Schallumlaufwegen und der Reflexionsverluste kein Umlaufecho mehr.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

I. UltraschaHhandprüfkopf für die Prüfung von runJen Rohren oder Stangen, mit einem Prüfkopfge- _ä häuse, in dem zwei voneinander getrennte Schwinger angeordnet sind, die beide in dem zu untersuchenden Prüfstück jeweils entgegengesetzt gerichtete, in Form von eingeschriebenen Polygonzügen zickzack-förmige Ultraschallwellen erzeugen, ι ο deren Zentralstrahlen unter gleichem aber entgegengesetzt gerichtetem Einfallswinkel auf die Oberfläche der Prüfkopfsohle auftreffen,