DE3301329C2

DE3301329C2 - Verfahren zur Ultraschallprüfung von an Rohrenden vorgesehenen Kegelgewinden sowie Vorrichtung zu dessen Durchführung

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Publication number: DE3301329C2
Application number: DE19833301329
Authority: DE
Inventors: Jaropolk M. Ba&scaron;aluk; Oleg M. Karpa&scaron;; Ivan G. Migal; Fedor I. Ivano-Frankovsk Turko
Original assignee: IVANO-FRANKOVSKIJ INSTITUT NEFTI I GASA IVANO-FRANKOVSK SU
Current assignee: IVANO-FRANKOVSKIJ INSTITUT NEFTI I GASA IVANO-FRANKOVSK SU
Priority date: 1983-01-13
Filing date: 1983-01-17
Publication date: 1986-08-07
Also published as: GB2134255A; FR2540248B1; FR2540248A1; GB2134255B; DE3301329A1; GB8300835D0

Abstract

Ein Verfahren zur Ultraschallprüfung von Rohrgewinden besteht darin, daß man Ultraschallschwingungen in den Körper eines Rohres 3 an der Stirnseite 1 des Kegelgewindes 2 eines Rohres 3 einführt und entlang der Umfangslinie der Stirn 1 des Kegelgewindes 2 des Rohres 3 abtastet. Dabei ist der Halbwertöffnungswinkel .r eines Bündels der Ultraschallschwingungen dem Anzugswinkel . des Kegelgewindes 2 des Rohres 3 gleich. Bei der Vorrichtung, die zur Durchführung des oben genannten Verfahrens dient, enthält eine Mitnehmergruppe 9 zum Mitnehmen des Rohres 3 an der Führung 6 senkrecht zu dieser angeordnete Rollen 10 und 11. Die Rolle 10, die an dem Kegelgewinde 2 des Rohres 3 angeordnet wird, ist mit der Führung 6 starr verbunden und kegelförmig mit einem Anzugswinkel des Kegels ausgeführt, der dem Anzugswinkel . des Gewindes 2 des Rohres 3 gleich ist. Die Rollen 11 sind zylinderförmig ausgebildet und mit der kegelförmigen Rolle 10 über die Führung 6 zum Mitnehmen der Stirn 1 des Kegelgewindes 2 des Rohres 3 bewegbar kinematisch verbunden.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

— der Halbwertsöffnungswinkel (gp_r) des eingeleiteten Bündels von Ultraschallschwingungen gleich dem Anzugswinkel {φ) des Kegelgewindes gewählt wird, wobei sich ein Randstrahl des Bündels parallel zum Boden des Kegelgewindes fortpflanzt.

2. Vorrichtung zur Ultraschallprüfung von an Rohrenden vorgesehenen Kegelgewinden zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Führung (6), an der eine dem Rohrende (3) zugeordnete Mitnehmergruppe (9) sowie ein Piezowandler (5) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,

— daß die Mitnehmergruppe (9) aus senkrecht an der Führung (6) angeordneten Rollen (10, 11) besteht,

— daß eine (10) dieser Rollen kegelförmig ausgebildet ist, am Kegelgewinde (2) abrollt und mit der Führung (6) starr verbunden ist, wobei der Anzugswinkel der Rolle dem Anzugswinkel (φ) des Kegelgewindes (2) entspricht,

— daß die anderen Rollen (11) zylinderförmig ausgebildet sind, an der dem Gewinde abgewandten Rohrwandung abrollen und in der Führung (6) zur Veränderung des relativen Abstandes zur kegelförmigen Rolle (10) verschiebbar gelagert sind,

— daß die kegelförmige Rolle (10) und die zylinderförmigen Rollen (11) zum Andrücken an das Kegelgewinde (2) bzw. an die Rohrwandung über Federn (18) in Verbindung stehen und

— daß der Piezowandler (5) an einem an der Führung (6) verstell- und festlegbaren Schlitten (22) zur Erzeugung von Schwingungen in Längsrichtung des Rohrendes (3) befestigt ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Ultraschallprüfung von an Rohrenden vorgesehenen Kegelgewinden gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 2.

Es ist ein Verfahren zur Ultraschallprüfung von Gewindeverbindungen bekannt (SU-Urheberschein 02 849), welches darin besteht, daß man in die Gewindeverbindung unter zwei verschiedenen Winkeln Ultraschallschwingungen einführt, wobei der Winkel und die Tiefe der Fehlerbildung nach der Zahl der Windungen des Gewindes berechnet werden, die bei den vorliegenden Winkeln der Einführung von Ultraschallschwingungen mit dem Fehler überdeckt sind. Das genannte Verfahren läßt sich schwer durchführen, da es die Einführung von Ultraschallschwingungen mittels eines Piezowandlers unter einem Winkel, eine Neuabstimmung des Piezowandlers für die Einführung von Ultraschallschwingungen unter einem anderen Winkel, ein Ablesen der Anzahl der mit einem Fehler überdeckten Windungen des Gewindes am Schirm eines Defektorskopes bei den beiden Winkeln der Einführung von Ultraschallschwingungen sowie die Bestimmung des Winkels und der Tiefe der Fehlerbildung nach diesen Angaben vorsieht.

Es ist ferner ein Verfahren zur Ultraschallprüfung von zylindrischen Gewinden bekannt, bei dem ein divergierender Strahl von Ultraschallschwingungen an der Stirnseite eines Rohrgewindes eingeführt wird. Infolge der Divergenz des Strahles erhält man auf dem Anzeigeschirm des Gerätes Signale von den Gewindegängen, die nur durch Herabsetzung der Empfindlichkeit des Gerätes beseitigt werden können, was aber die Prüfung und die Auswertung der Signale erschwert (Krautkrämer; Werkstoffprüfung mit Ultraschall; 4. Auflage; 1980; Seiten 367 bis 372).

Es ist ferner ein Verfahren zur Ultraschallprüfung von an Rohrenden befindlichen Kegelgewinden entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bekannt, bei dem die Ultraschallschwingungen an der Stirnseite des Kegelgewindes eingeführt und längs des Umfanges der Stirnseite des Kegelgewindes abgetastet werden (siehe z. B. Sammelband von wissenschaftlichtechnischen Referaten »Maschinen- und Erdölausrüstungen«, H. II, Moskau, WNIIOENG, 1973, Seite 22).

Da von den Gewindegängen zusätzliche Signale erzeugt werden, wird die Genauigkeit der Prüfung herabgesetzt.

Aus dem DE-GM 70 34 725 und der US-PS 38 44 164 sind Vorrichtungen zum Prüfen von Schweißphasen einer Rundnaht bekannt, bei der ein Sensorkopf mit am Rohrrand abrollenden Rollen der kreisförmigen Naht durch Drehen des Rohres bzw. durch Eigenbewegung folgt

Es ist ferner eine Vorrichtung zur Ultraschallprüfung von an Rohrenden vorgesehenen Kegelgewinden gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 2 bekannt, die eine Führung mit einem Piezowandler, einem Stutzen zum Zuführen einer Kontaktflüssigkeit und einer an der Rohrwandung abrollenden Mitnehmergruppe aufweist (SU-Urheberschein Nr. 4 73 802). Bei der genannten Vorrichtung ist die Mitnehmergruppe in Form von Hebeln mit Rollen und einem bewegbaren Griff mit gabelförmigen Zugstangen an seinen Enden ausgebildet, die in Führungsnuten von Tragbacken angeordnet sind und mit den Hebeln zusammenwirken. Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann der Piezowandler jedoch nur an der Oberfläche von Rohren mit einem Durchmesser bis zu 146 mm angeordnet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die Vorrichtung der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß zur Steigerung der Prüfgenauigkeit nur die von einem Fehler herrührenden Signale empfangen werden bzw. daß Rohre mit einer Wanddicke bis zu 90 mm unter exakter Ausrichtung der Vor- richtung relativ zum Rohrgewinde geprüft werden können.

Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 beschrie-

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benen Maßnahmen sowie vorrichtungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 2 beschriebenen Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, daß keine Signale von den Gewindegängen dank einer dem Neigungswinkel des Gewindes entsprechenden Wahl des öffnungswinkels des vom Wandle- ausgesendeten Strahles empfangen werden. Auf dem Schirm des Gerätes erscheint lediglich das von einem Defekt bzw. Fehler ausgehende Signal, wodurch die Prüfgenauigkeit gesteigert werden kann.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Kegelgewinde von Rohren mit einer Wanddicke bis zu 90 mm geprüft werden. Gleichzeitig kann die Genauigkeit der Prüfung erhöht und eine genaue Ausrichtung der Vorrichtung relativ zum Gewinde des Rohres gewährleistet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Ultraschallprüfung von an Rohrenden vorgesehenen Kegelgewinden, das zur Durchführung des Verfahrens dient, im Längsschnitt,

F i g. 2 das Ausführungsbeispiel der F i g. 1 in Richtung des Pfeiles A und F i g. 3 in Richtung des Pfeiles B.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ultraschallprüfung von an Rohrenden 3 vorgesehenen Kegelgewinden besteht darin, daß man Ultraschallschwingungen an der Stirnseite 1 (Fig. 1) des Kegelgewindes 2 in den Rohrkörper einführt. Der Halbwertöffnungswinkel φ_Γ des eingeleiteten Bündels von Ultraschallschwingungen entspricht dem Anzugswinkel φ des Kegelgewindes 2 des Rohres 3. Dann werden die eingeführten Ultraschallschwingungen über die Umfangslänge der Stirn 1 des Kegelgewindes 2 abgetastet und die von einem Fehler des Kegelgewindes reflektierten Ultraschallschwingungen empfangen, nach denen der Fehler dann bewertet wird.

Der Halbwertöffnungswinkel φ_τ des eingeleiteten Bündels von Ultraschallschwingungen, der dem Anzugswinkel φ des Kegelgewindes 2 des Rohres 3 entspricht, wird nach der bekannten Formel bestimmt, wonach der Halbwertöffnungswinkel φ_Γ des Bündels der Ultraschallschwingungen bewußt gleich dem Anzugswinkel φ des am Rohrende vorgesehenen Kegelgewindes 2 angenommen wird:

df =

0,61 · C

Sin φ '

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wobei gilt:

φ Anzugswinkel des Kegelgewindes (Grad);

d Durchmesser des Piezoelementes des Piez.owandlers(mm);

/ Arbeitsfrequenz der Ultraschallschwingungen, (MHz);

C Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Ultraschallschwingungen im Rohrkörper (m/sek) (s. z. B. A. K. eo Gurevich, I. N. Ermolov »Ultraschallprüfung von Schweißnähten« Kiew, Verlag »Technik«, 1972, S. 14).

Unter dieser Bedingung pflanzen sich die Ultraschallschwingungen parallel zum Boden des Gewindeganges des Kegelgewindes 2 fort, und beim Vorhandensein eines Fehlers in dem Kegelgewinde wird von den Ultraschallschwingungen ein impuls erzeugt, der eine Information über das Vorhandensein des Fehlers trägt

Die Vorrichtung zur Ultraschallprüfung von an Rohrenden vorgesehenen Kegelgewinden, mit der das oben beschriebene Verfahren durchgeführt wird, umfaßt eine U-förmige Führung 6 (F i g. 2) mit einem an dieser angeordneten Piezowandler 5, Stutzen 7 zum Zuführen einer Kontaktflüssigkeit über Schläuche 8 und einer Mitnehmergruppe 9 (Fig. 1). Die Mitnehmergruppe 9, die an der Rohrwandung abrollt, enthält an der Führung 6 drei senkrecht zu dieser angeordnete Rollen 10 und U. Die eine Rolle 10, die an dem Kegelgewinde 2 angeordnet wird, ist mit der Führung 6 starr verbunden und kegelförmig entsprechend dem Anzugswinkel φ des Kegelgewindes 2 des Rohres 3 ausgebildet.

Die zwei anderen Rollen 11 (Fig. 1, 2) sind zylinderförmig ausgebildet, rollen an der dem Kegelgewinde abgewandten Rohrwandung ab und sind mit der kegelförmigen Rolle 10 über die Führung 6 bewegbar verbunden.

Die kegelförmige Rolle 10 ist mittels einer Buchse 13 und einer Achswelle 14 an einer Konsole 12 befestigt. Die Konsole 12 ist ihrerseits an der Führung 6 befestigt. An der der Befestigungsstelle der Konsole 12 gegenüberliegenden Seite ist an der Führung 6 ein Griff 16 mittels eines Stifts 15 befestigt. Die zylinderförmigen Rollen 11 sind an einer Konsole 17 befestigt, die an der Führung 6 bewegbar angeordnet ist. Die Konsole 17 (Fig.2) ist mit der Konsole 12 mittels Federn 18 verbunden, und deren Bewegung über die Führung 6 ist durch eine Fixierungsleiste 19 begrenzt. An der der Befestigungsstelle der Konsole 17 (Fig. 1) gegenüberliegenden Seite ist an der Führung 6 ein Griff 21 mittels eines Stifts 20 befestigt.

Der Piezowandler 5 ist an einem Schlitten 22, der an der Führung 6 bewegbar und relativ zu der kegelförmigen Rolle 10 verstellbar angebracht ist, angeordnet und erzeugt in Längsrichtung des Rohrendes 3 Schwingungen.

Der Piezowandler 5 selbst enthält das obengenannte Piezoelement 4, das an ein Defektoskop (nicht dargestellt) mittels eines Kabels 23 angeschlossen wird. Das Piezoelement 4 ist auf einen Dämpfer 24 aufgeklebt und im Gehäuse 25 untergebracht. In den Schlitten 22 ist eine Buchse 26 mit einer Schutzeinrichtung 27 und einem Gelenk 28 eingebaut, in dem der Wandler 5 vorgesehen ist. An dem Schlitten 22 (Fig.3) sind zwei Fixierungsschrauben 29 und 30 vorgesehen, von denen die eine Fixierungsschraube 29 zur Fixierung des Schlittens 22 relativ zu der kegelförmigen Rolle 10 und die andere Fixierungsschraube 30 zur Einstellung des Winkels für die Einführung von Ultraschallschwingungen in den Rohrkörper an der Stirnseite 1 des Kegelgewindes 2 dient.

Die Federn 18 sind an der Führung 6 und an der Konsole 17 mittels Stützen 31 befestigt.

Die Vorrichtung zur Ultraschallprüfung von an Rohrenden vorgesehenen Kegelgewinden, welche zur Durchführung des Verfahrens dient, hat folgende Wirkungsweise:

Mittels der Griffe 16 und 21 (F i g. 1) werden die Konsolen 12 und 17, an denen eine kegelförmige Rolle 10 bzw. zylinderförmige Rollen 11 befestigt sind, zur Aufnahme der Stirn 1 des Kegelgewindes 2 des Rohres 3 auseinandergeschoben. Die Rollen 10 und 11 werden mittels der Federn 18 angedrückt, weil die Konsole 17 mit den zylinderförmigen Rollen 11 und dem Griff 21 über die U-förmige Führung 6 relativ zu der kegelförmi-

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gen Rolle 10 bewegbar angeordnet ist. Die Konsole 12 mit der kegelförmigen Rolle 10 ist mit der U-förmigen Führung 6 starr verbunden. Dabei werden die kegelförmige Rolle 10 auf das Gewinde 2 und die Rolle 11 auf den zylinderförmigen Teil des Rohres aufgeschraubt, d. h. bei der Prüfung des Nippelgewindeteiles des Rohres befindet sich die kegelförmige Rolle 10 an dem Außengewinde des Rohres, bei der Prüfung des Muffengewindeteiles aber am Innengewinde des Rohres. Der Wandler 5 befindet sich dabei an der Stirnseite 1 des Kegelgewindes 2. Über Schläuche 8 und Stutzen 7 (Fig. 2) wird in die Zone der Ultraschallschwingungen, die durch den Piezowandler 5 ausgestrahlt werden, eine Kontaktflüssigkeit zugeführt.

Dann wird der Piezowandler 5 (Fi g. 1) an der Stirnseite 1 des Kegelgewindes derart angebracht, daß auf dem Schirm des Defektoskopes (in der F i g. nicht wiedergegeben) keine Signale erscheinen, die vom Boden des Gewindeganges des Kegelgewindes 2 herrühren. Da der Schlitten 22 (F i g. 3) mit dem Wandler 5 mittels der Schraube 29 relativ zu der kegelförmigen Rolle 10 festgestellt wird, werden die vom Wandler 5 ausgestrahlten Ultraschallschwingungen bei der Bewegung der Vorrichtung über die Umfangslinie des Kegelgewindes 2 (Fig. 1) immer im gleichen Abstand vom Boden des Gewindeganges des Kegelgewindes 2 passieren. Dadurch wird die Genauigkeit der Prüfung erhöht.

Die Genauigkeit der Prüfung wird auch dadurch erhöht, daß das Bündelungsdiagramm des Piezowandlers 5 derart gewählt wird, daß der Halbwertöffnungswinkel Ordern Anzugswinkel φ des Gewindes 2 entspricht. Unter diesen Bedingungen pflanzen sich die Ultraschallschwingungen am Rohrende 3 parallel zum Boden des Gewindeganges des Gewindes 2 fort. Die Berechnungen werden nach der oben angeführten Formel:

df =

0,61 · C
Sin φ

rohrgewinden aller Typengrößen verwendet werden, weil die zylinderförmigen Rollen 11 (Fig. 1), welche mit der kegelförmigen Rolle 10 kinematisch verbunden sind, von dieser Rolle auf eine Länge weggeschoben werden können, die der Länge der U-förmigen Führung 6 gleich ist, welche, ihrerseits, in Abhängigkeit von der Wanddikke des Rohrendes 3 gewählt wird.

Zur Prüfung von Bohrrohren mit unterschiedlichen Kegelgewinde-Winkeln ist eine entsprechende kegelförmige Rolle 10 zu verwenden.

Die Vorrichtung zur Ultraschallprüfung von Rohrkegelgewinden, die zur Durchführung des Verfahrens dient, gestattet es, die Prüfung von Bohrrohrkegelgewinden aller Typengrößen durchzuführen, weil von den ausschiebbaren Rolle die Wanddicken der Rohre aller Typengrößen erlaßt werden können.

Die genannte Vorrichtung hat eine einfache konstruktive Ausführung und ist betriebssicher. Ferner können Rohre mit Produktionsfehlern rechtzeitig ausgesondert und somit die technisch-ökonomischen Kennwerte bei der Niederbringung von Bohrungen erhöht werden.

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durchgeführt.

Da sich in der Nähe des Piezoelementes 4 die Ultraschallschwingungen fast ohne Divergenz fortpflanzen, ist hinter diesem eine mechanische Verzögerung in Form der Werkstoffschicht des Gehäuses 25 des Wandlers 5 vorgesehen, deren Dicke in Übereinstimmung mit der Nahzone (Fresnel-Zone) gewählt ist. Dabei pflanzen sich die Ultraschallschwingungen, beginnend an der Stirnseite 1 des Kegelgewindes 2 im Rohrkörper parallel zum Boden des Gewindeganges des Kegelgewindes 2 fort.

Der Wandler 5 liegt während der Prüfung des Gewindeteiles auch bei unterschiedlichen Rohrwänden im gleichen Abstand vom Boden des Gewindeganges des Gewindes 2, weil er relativ zur kegelförmigen Rolle 10 festgestellt wird, die während der Prüfung an der Oberfläche des Kegelgewindes 2 abwälzt

Beim Verschleiß der Stirnfläche des Kegelgewindes 2 und bei einer Abweichung derselben von der senkrechten Stellung relativ zu der Längsachse des Rohrendes 3 wird der Winkel für die Einführung der Ultraschallschwingungen geändert. Zur Einstellung des Winkels für die Einführung der Schwingungen kann der Wandler 5 in diesem Fall in Längsebenen des Rohrendes 3 schwingen, da er an einem Gelenk 28 angeordnet ist, das mittels einer Schraube 30 (F i g. 3) im Schlitten 22 befestigt wird.

Die Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens dient, kann zur Prüfung von kegelförmigen Bohr-Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

33 Ol 329 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ultraschallprüfung von an Rohrenden vorgesehenen Kegelgewinden, bei dem

— Ultraschallschwingungen an der Stirnseite des Kugelgewindes eingeleitet,

— die Ultraschallschwingungen längs des Umfangs der Stirnseite des Kegelgewindes abgetastet und

— die von einem Fehler des Kegelgewindes reflektierten Ultraschallschwingungen zur Bewertung des Fehlers empfangen werden,