DE10146340A1 - Ultraschall-Prüfvorrichtung und Prüfgerät zur Prüfung von Materialien und Verbindungsbereichen - Google Patents

Abstract

Prüf-Vorrichtung zur Prüfung von Materialien und Verbindungsstellen mittels Ultraschall mit einem Gehäuse, das zumindest eine Aufnahme-Vorrichtung (5) zur Aufnahme von zumindest einem Ultraschall-Prüfkopf mit einem vorbestimmten Prüfbereich zur Untersuchung eines zu prüfenden Bereichs einer Bauteil-Anordnung aufweist, wobei die Prüf-Vorrichtung eine Prüfkammer (10; 10a, 10b, 10c) im Übergang zwischen der Aufnahme-Vorrichtung (5; 5a, 5b, 5c) und dem Prüfbereich des Bauteils aufweist, die über einen Kanal (24; 24a, 24b, 24c) mit einem Zuleitungskanal (13) für das Prüf-Medium in Verbindung steht, um das Prüfmedium zwischen den Ultraschall-Prüfkopf und die Bauteil-Oberfläche zu halten, wobei eine Absaug-Einrichtung (20) mit einer Abfluß-Leitung (23) vorgesehen ist, um das Prüfmedium aus der Prüfkammer abzusaugen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Prüfvorrichtung und ein Prüfgerät zur Prüfung von Materialien und Verbindungsbereichen wie Schweißnähten.
• Zur Durchführung von Ultraschall-Prüfungen an Strukturteilen ist die sogenannte Kontakt-Methode bekannt, bei denen ein Prüfkopf mit Schwingern zur Erzeugung des Ultraschalls verwendet wird. Die Schwinger übertragen den Ultraschall direkt auf das Strukturteil. Aus der Antwort des Strukturteils wird auf das Vorhandensein eines Material-Fehlers geschlossen.
• Zur Durchführung von Ultraschall-Prüfungen von Schweißnähten sind Prüf- Vorrichtungen bekannt, bei denen als Prüf- oder Übertragungs-Medium Wasser oder Gel verwendet wird, über das die Ultraschall-Wellen übetragen werden. Dazu wird der zu prüfende Schweißnaht-Abschnitt des Bauteils entweder in ein Tauchbecken versenkt oder mittels eines Wasser-Strahls unter Wasser gesetzt. In beiden Fällen ist das Wasser aufzufangen und über ein Leitungs- und Förder-System abzuführen, was einen verhältnismäßig großen Geräte-Aufwand erforderlich macht. Ein weiterer Nachteil bekannter Prüf-Vorrichtungen ist, daß diese Prüf-Vorrichtungen nicht mobil sind. Es ist also das zu prüfende Bauteil erst zu einer Einrichtung mit der Prüf-Vorrichtung zu bringen, was einen unverhältnismäßig großen Aufwand bedeutet, wenn verschiedene Bauteile an verschiedenen Orten zu prüfen sind.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Prüf-Vorrichtung bereitzustellen, mit dem ein hinsichtlich dem Kosten- und dem Zeit-Aufwand effektives Ultraschall- Prüfverfahren gewährleistet wird.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Alternative Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
• Im folgenden wird anhand der Zeichnungen das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben, die zeigen:
• Fig. 1 eine durchsichtige Drahtlinien-Zeichnung einer Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgesehenen Prüfgehäuses oder der Prüf-Vorrichtung, einer zugehörigen Führungs-Einrichtung und einen Anschnitt eines Bauteils mit einer zu prüfenden Schweißnaht,
• Fig. 2 eine Ausführungsform einer Führungs-Einrichtung in Gestalt einer Prüfmaske in perspektivischer Darstellung,
• Fig. 3 eine durchsichtige Drahtlinien-Zeichnung einer Ausführungsform der Prüf-Vorrichtung für sich gesehen,
• Fig. 4 eine Ansicht der Prüf-Vorrichtung in Richtung C-C nach der Fig. 3,
• Fig. 5 einen Schnitt durch die Prüf-Vorrichtung entlang der Linie A-A nach der Fig. 3,
• Fig. 6 einen Schnitt durch die Prüf-Vorrichtung entlang der Linie B-B nach der Fig. 3,
• Fig. 7 eine zweite Ausführungsform der Prüf-Vorrichtung in einer Drahtlinien-Darstellung,
• Fig. 8 eine Draufsicht auf die zweite Ausführungsform der Prüf-Vorrichtung nach der Fig. 7,
• Fig. 9 einen Schnitt durch die Prüf-Vorrichtung entlang der Linie D-D nach der Fig. 8.
• Die erfindungsgemäße Prüf-Vorrichtung oder das erfindungsgemäße Prüfgehäuse 1 wird mit seiner Unterseite 2 auf die Oberfläche des zu prüfenden Bauteils aufgestzt und weist zumindest eine Aufnahme-Vorrichtung oder eine Prüfkopf-Halterung 5 mit einer Befestigungs-Einrichtung 6 auf. Die Prüf- Vorrichtung 1 dient zur Aufnahme eines Prüfkopfes (nicht dargestellt), der mittels der Befestigungs-Einrichtung 6 in der Aufnahme-Vorrichtung 5 fixierbar ist. Das von der Prüf-Vorrichtung 1 und dem zumindest einen Prüfkopf gebildete Prüfgerät dient zur Prüfung eines zu prüfenden Bereichs A einer Bauteil- Anordnung B oder eines Bauteils mittels Ultraschall, wobei vorzugsweise Wasser als Prüfmedium verwendet wird. Der zu prüfende Bereich kann eine Verbindungsstelle zweier Bauteile, wie z. B. eine Schweißnaht, oder die Oberfläche eines Bauteils im Rahmen einer Material-Prüfung sein. Demgegenüber ist der Prüfbereich derjenige Bereich, der momentan von dem Prüfkopf durch Abgabe und Messung der reflektierten Ultraschall-Wellen erfaßt wird. Die Prüf-Vorrichtung 1 kann mittels einer Führungs-Einrichtung F, wie z. B. einer Prüf-Maske.
• In der Prüf-Vorrichtung 1 ist von der Aufnahme-Vorrichtung aus in Richtung zum prüfenden Bereich hin eine Püfkammer 10 zur Aufnahme des Prüf- Mediums ausgebildet. Diese Prüfkammer ist im Betrieb mit Prüfmedium gefüllt, wodurch eine konstante und gleichmäßige Schall-Ankopplung und Schall- Einbringung in den zu prüfenden Bereich des Bauteils gewährleistet ist. Die Prüfkammer 10 ist nach Einführung des Prüfkopfes zwischen unterhalb desselben, d. h. zwischen diesem und dem zu prüfenden Bereich gelegen. Dabei kann der Prüfkopf auch teilweise in die Prüfkammer 10 hineinragen.
• Weiterhin weist die Prüf-Vorrichtung 1 einen Zuleitungskanal 13 zur Zuführung des Prüfmediums auf, der vorzugsweise mittels eines Verbindungskanals 14 mit der Prüfkammer 10 in Verbindung steht.
• Die Prüf-Vorrichtung 1 umfaßt weiterhin eine Absaug-Einrichtung 20 an der Unterseite 2 auf, die über zumindest einen Verbindungs-Kanal 24 mit zumindest einem Absaug-Kanal 25 in Verbindung steht. Der Absaug-Kanal 25 und vorzugsweise auch der zumindest eine Verbindungs-Kanal 24 sind zur Unterseite hin offen gestaltet oder weisen eine oder mehrer Öffnungen an der Unterseite 2 auf. Die entsprechenden Randbereiche der Öffnungen können mit Dichtungen gegenüber der Bauteil-Oberfläche des zu prüfenden Bereichs abgedichtet sein. Der Absaug-Kanal 25 verläuft an der Unterseite 2 um den zumindest eine Aufnahme-Vorrichtung 5 herum, um das aus der zumindest einen Prüfkammer austretende Prüfmedium abzusaugen.
• Bei der speziellen in den Fig. 1 bis 9 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüf-Vorrichtung 1 weist dieses im wesentlichen die Gestalt eines Quaderblocks 1a vorzugsweise aus Metall auf, in dem drei Aufnahme-Bohrungen 5a, 5b, 5c als Aufnahme-Vorrichtungen 5 angeordnet sind. In jeden von diesen kann jeweils ein Prüfkopf (nicht dargestellt) eingesetzt werden. Die Befestigungs-Vorrichtungen 6 für die Aufnahme-Vorrichtungen 5a, 5b, 5c haben die Gestalt von Befestigungs-Bohrungen 6a, 6b, 6c. Jede dieser Bohrung 6a, 6b, 6c erstreckt sich von einer ersten Seitenfläche 7a des Quaderblocks 1a bis zu der entsprechenden Aufnahme-Bohrung 5a, 5b bzw. 5c und mündet in diese. In jede Befestigungs-Bohrung 6a, 6b, 6c ist eine Feststell- Schraube (nicht gezeigt), z. B. eine Madenschraube, einschraubbar, um einen in die entsprechende Aufnahme-Bohrung eingeführten Prüfkopf zu fixieren. Die Befestigungs-Bohrungen 6a, 6b, 6c verlaufen bei der dargestellten Ausführungsform orthogonal zu den Aufnahme-Bohrungen und können allgemein winklig zu diesen verlaufen.
• Bei der dargestellten Ausführungsform der Prüf-Vorrichtung 1 ist der Zuleitungskanal 13 und der Abflußkanal 23 jeweils als Bohrung ausgestaltet. Im Bereich der Unterseite 2 der Prüf-Vorrichtung 1 gehen vom Zuleitungskanal 13 insgesamt drei Verbindungskanäle 14a, 14b, 14c aus, von denen jeweils einer Prüfkammer 10a, 10b bzw. 10c verläuft, die der jeweiligen Aufnahme-Bohrung zugeordnet ist. Die Bohrungen 15a, 15b, 15c, die die Verlängerungen der Verbindungskanäle zu der der ersten Seitenfläche 7a gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche 7b darstellen, sind herstellungsbedingt. Diese werden bei dieser Ausführungsform mit vorzugsweise Madenschrauben (nicht dargestellt) versehen, um die Verbindungskanläle abzudichten. Es können auch andersartige Dichtmittel vorgesehen werden.
• Die Absaug-Einrichtung 20 umfaßt bei der dargestellten Ausführungsform einen Absaugkanal 25, der in vier rechtwinklig zueinander vberlaufenden Teilstücken gebildet ist, die um die Aufnahme-Bohrungen herum verlaufen. Dadurch kann das von den Prüfkammern 10a, 10b, 10c ausfließende Prüfmedium von allen Seiten abgesaugt werden. Dazu sind Verbindungs-Kanäle vorgesehen, die zur Unterseite 2 hin zumindest teilweise offen sind und die jeweilige Prüfkammer 10a, 10b bzw. 10c mit dem Absaugkanal 25 verbindet. Der Absaug-Einrichtung ist eine Pumpe und eine entsprechende Leitungen (nicht dargestellt) zugeordnet. Das sich im Absaugkanal 25 und in den Verbindungskanälen 24a, 24b, 24c ansammelnde Prüfmedium wird durch die Pumpe abgesaugt.
• Das in den Figuren dargestellte Prüf-Vorrichtung 1 weist eine Bohrung zur Aufnahme eines Näherungsschalters (nicht dargestellt) auf. Die Bohrung 26 ist an der Unterseite 2 des Gehäuses offen, so daß ein in diese eingebrachter Schalter mit einer entsprechenden ersten Kontaktstelle auf dem zu prüfenden Bauteil zusammenwirken kann. Diese Kontaktstelle ist über Leitungen mit einer Steuerungs-Einrichtung verbunden, die insbesondere die Einschalt- und Ausschalt-Vorgänge des Prüfgeräts steuern. Beim Einschalten des Prüfgerätes ist erfindungsgemäß vorgesehen, zunächst die Pumpe zum Absaugen des Prüfmediums und anschließend die Zuführung des Prüfmediums über den Zuleitungskanal 13 vorzusehen. Beim Ausschalten des Prüfgerätes, das durch das Überfahren einer zweiten Kontaktstelle veranlaßt wird, ist umgekehrt zuerst die Zuführung des Prüfmediums über den Zuleitungskanal 13 und erst eine vorbestimmte Zeit danach die Pumpe zum Absaugen des Prüfmediums abzuschalten. Dadurch wird bewirkt, daß eine möglichst geringe Menge des Prüfmediums nach Durchführung der Bauteil-Prüfung auf dem Bauteil zurückbleibt. Diese Ein- und Ausschalt-Vorgänge können jedoch auch ohne Schalter und Kontaktstelle, z. B. manuell oder durch vorgegebene Zeitpunkte oder eines vorgegebenen Prüfmedium-Verbrauchs oder durch das Überschreiten vorgegebener Grenzen veranlaßt werden.
• Die Kontaktsstellen können statt auf dem Bauteil auch auf einem Führungs- Mittel F und insbesondere auf einer auf dieser vorgesehenen Führungsbahn vorgesehen sein. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Führungsmittels F ist in der Fig. 2 dargestellt. Das dort dargestellte Führungsmittel F weist eine Führungseinrichtung in Gestalt mehrerer Führungsbahnen 50a, 50b, 50c, 50d auf. Die auf dem zu prüfenden Bauteil anzulegende Innenseite des Führungsmittels F ist mit dem Bezugszeichen 51 und die dieser entgegengerichtete Außenseite mit dem Bezugszeichen 52 bezeichnet. Das dargestellte Führungsmittel dient zur Überprüfung von Schweißnähten, die ein Rohrteil mit an dessen Außenseite vorgesehenen Rippen verbinden. Die Führungsbahnen sind Öffnungen oder Längsnuten, in die das Prüfgehäuse 1 derart eingesetzt wird, daß die Unterseite 2 des Gehäuses auf der Bauteil- Oberläche aufliegt. Es können Bohrungen 54 an dem Führungsmittel F vorgesehen sein, um dasselbe auf dem zu prüfenden Bauteil zur Durchführung des Verfahrens zu befestigen. Die Führungsbahnen können auch eine Breite aufweisen, die größer ist als eine Seitenbreite der Prüf-Vorrichtung, so daß die Prüf-Vorrichtung durch das aufeinanderfolgende Anlegen an die Seitenränder der Führungsbahnen einen größeren Prüfbereich überfährt.
• Die Führungs-Einrichtung F auch anders als in der Fig. 2 dargestellt ist, gestaltet sein. Beispielsweise kann eine Führungs-Einrichtung nach der Erfindung auch nur eine oder mehrere Anlage-Schiene oder -Fläche anstatt Führungsbahnen 50 aufweisen. Die Anlage-Flächen, Führungsbahnen 50 und dergleichen zur Führung der Prüf-Vorrichtung 1 kann auch gekrümmt ausgeführt sein.
• Zur Erweiterung des Prüf-Bereichs können die Aufnahme-Vorrichtungen 5 bzw. die Bohrungen 5a, 5b, 5c, sofern mehrere derselben vorgesehen sind, gegenüber der z. B. sich aus dem Verlauf der Führungs-Einrichtung ergebenden Bewegungsrichtung des Prüfgerätes, also z. B. der Seitenfläche 7a oder 7b, versetzt angeordnet sein (s. Fig. 4). Alternativ oder zusätzlich kann zu diesem Zweck das Prüfgehäuse oder die Prüf-Vorrichtung 1 drehbar auf einem Adapter, dem Führungs-Mittel F oder dem Bauteil gelagert sein.
• Als Prüfmedium wird generell vorzugsweise Wasser verwendet, wobei dafür jedoch auch andere Mittel nach dem Stand der Technik, insbesondere Mischungen mit Wasser, in Betracht kommen.
• Die Prüf-Vorrichtung 1 muß nicht die Gestalt eines Gehäuse-Blocks gemäß der dargestellten Ausführungsform aufweisen. Es kann als Gußteil gestaltet sein, wodurch beispielsweise die Bohrungen 15a, 15b, 15c eingespart werden könnten. Es kann auch als Metall- oder FVW-Rahmen gestaltet sein, in den geeignete Aufnahme-Vorrichtungen in Form von Hülsen oder Rohren und die Leitungen in Form von Rohren oder Leitungen angeordnet sind.
• Bei der Durchführung der Material- oder Verbindungs-Prüfung wird nach den beschriebenen Einschalt-Vorgängen der zu prüfende Bereich abgefahren. Je nach dem Verhältnis der Beträge des Prüfbereichs in Bezug auf den zu prüfenden Bereich ist dieser Vorgang zu wiederholen, bis der gesamte zu prüfende Bereich von den Prüfköpfen abgefahren ist.
• In den Fig. 7, 8 und 9 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüf-Vorrichtung dargestellt. Bei der Darstellung der Fig. 7 bis 9 sind Merkmale gleicher Funktion mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, als in den vorangehenden Figuren. Die Ausführungsform nach den Fig. 7 bis 9 weist nur eine Aufnahme-Vorrichtunge 5 auf.

Claims (7)

1. Prüf-Vorrichtung zur Prüfung von Materialien und Verbindungsstellen mittels Ultraschall mit einem Gehäuse, das zumindest eine Aufnahme- Vorrichtung (5) zur Aufnahme von zumindest einem Ultraschall-Prüfkopf mit einem vorbestimmten Prüfbereich zur Untersuchung eines zu prüfenden Bereichs einer Bauteil-Anordnung aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Prüf-Vorrichtung eine Prüfkammer (10; 10a, 10b, 10c) im Übergang zwischen der Aufnahme-Vorrichtung (5; 5a, 5b, 5c) und dem Prüfbereich des Bauteils aufweist, die über einen Kanal (24; 24a, 24b, 24c) mit einem Zuleitungskanal (13) für das Prüf-Medium in Verbindung steht, um das Prüfmedium zwischen des Ultraschall-Prüfkopf und die Bauteil-Oberfläche zu halten,
daß eine Absaug-Einrichtung (20) mit einem Abfluß-Leitung (23) vorgesehen ist, um das Prüfmedium aus der Prüfkammer abzusaugen.

2. Prüf-Vorrichtung zur Prüfung von Materialien und Verbindungsstellen mittels Ultraschall nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaug-Einrichtung (20) einen ringförmig umlaufenden Absaugkanal (25) aufweist, der um die zumindest eine Prüfkammer herum verläuft und auf dessen der Bauteil-Oberfläche zugewandten Seite zumindest eine Öffnung vorgesehen ist, wobei an der dem Bauteil zugewandten Seite des Gehäuses zumindest ein zum Bauteil hin offener Verbindungskanal (24; 24a, 24b, 24c) angeordnet ist, der von der Prüfkammer zum Ringkanal verläuft.

3. Prüf-Vorrichtung zur Prüfung von Materialien und Verbindungsstellen mittels Ultraschall nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüf-Vorrichtung als Gehäuseblock gestaltet ist, der zumindest eine Aufnahme-Vorrichtung in Gestalt einer Aufnahme-Bohrung (5; 5a, 5b, 5c) hat, in die winklig zu dessen Achse eine Bohrung (6; 6a, 6b, 6c) mündet, in die ein Feststellmittel zur Fixierung des Bohrkopfes in der Aufnahme-Bohrung einführbar ist.

4. Prüf-Vorrichtung zur Prüfung von Materialien und Verbindungsstellen mittels Ultraschall einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüf-Vorrichtung (1) eine Anlagefläche aufweist, die mit einem an dem zu prüfenden Bauteil anbringbaren Führungs-Mittel (F) zusammenwirkt, um die Prüf-Vorrichtung (1) in vorbestimmter Weise über den zu prüfenden Prüfbereich des Bauteil-Anordnung zu führen.

5. Prüf-Vorrichtung zur Prüfung von Materialien und Verbindungsstellen mittels Ultraschall einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Aufnahme-Vorrichtungen (5) vorgesehen sind, die in Bezug auf die Bewegungsrichtung der Prüf-Vorrichtung (1) versetzt zueinander angeordnet sind

6. Prüf-Vorrichtung zur Prüfung von Materialien und Verbindungsstellen mittels Ultraschall einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüf-Vorrichtung drehbar auf einem Adapter, dem Führungs-Mittel oder dem Bauteil gelagert ist, um den Prüf-Bereich des zumindest einen Prüfkopfes zu verändern.

7. Prüf-Vorrichtung zur Prüfung von Materialien und Verbindungsstellen mittels Ultraschall einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüf-Vorrichtung (1) einen Näherungsschalter aufweist, der mit einer Bauteil-bezogenen Meßstelle und einer Steuerungs- Einrichtung zusammenwirkt, wobei bei Erreichen der Meßstelle mittels der Steuerungs-Einrichtung die Reihenfolge der Zuführung und der Absaugung des Prüfmediums zu Beginn und nach Beendigung des Prüf-Vorganges gesteuert wird.