DE1473474A1 - Verfahren zur Pruefung von Werkstuecken hoher Temperatur mittels Ultraschall - Google Patents
Verfahren zur Pruefung von Werkstuecken hoher Temperatur mittels UltraschallInfo
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Description
A 32 49o
5. September 1968
IHSTIIUX BE RBOHERCHES SE LA SISERURGIE ZRAVQAISE
1851 rue President Roosevelt, SAIHX GERMAIH-EIi-LAIE,
(Tvelines), Frankreich
Verfahren zur Prüfung von Werkstücken hoher Temperatur
mittels Ultraschall
Sie Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung von auf
hoher Temperatur befindlichen Werkstücken mittels Ultraschall
unter Verwendung einer aus dem Prüfkopf ausströmenden Flüssigkeit, deren Siedetemperatur unterhalb der
Temperatur des Prüfkörpers liegt, als sohallübertragendes
Medium·
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alB Koppelungsnefllen
nor bei der Verwendung von festen Werkstoffeof sondern
auch bei der Verwendung beispielsweise einer Salssohmel-
von
se» und/Flüssigkeiten besondere Schwierigkeiten auf, deren
Beseitigung der Aufgabe der Erfindung zogrundeUegt.
Diese Aufgabe wird bei einer Flüssigkeit der vorgenannten Art dadurch gelöst, daß die Temperatur eines begrenzten
Teiles der Prüfkörperoberfläohe zeitweilig stark vermindert
wird, wobei der begrenzte Oberf läohenausschnltt mindestens gleich der wirksamen Oberfläche des verwendeten
elektromechanischen Wandlere ist, was dadurch erreicht wird, daß auf diesen Oberfl&chenausschnitt ein starker
Strahl einer kalten Flüssigkeit gerichtet wird, und daß an dieser Stelle unmittelbar darauf ein frischer Stroa von
die Ultraschallenergie übertragender Flüssigkeit geleitet wird, derart, daß mindestens ein Teil dieser Flüssigkeit
zuerst die wirksame Oberfläche des Wandlers bespült, um dessen Erhitzung zu vermeiden, und daß diese Flüssigkeit
zwischen dem Wandler und dem Prüfkörper eine strömende
Schicht bildet, deren Geschwindigkeit an allen Stellen so groß ist, daß die Temperatur der Flüssigkeit vor des Wandler
unterhalb der Siedetemperatur bleibt·
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Das erfindungsgemäee Verfahren weist vorteilhafterweise
noch die folgenden Merkmale auf:
a) Sie örtliche Abkühlung der Oberfläche des Prüfkörpers ^
und die Beaufschlagung dieses abgekühlten Oberflächenauesohnittes
mit Schallenergie unter gleichzeitiger Heranführung von den Schallkontakt bewirkender Flüssigkeit
erfolgt sehr rasch aufeinander;
b) die ultraschallprüfung erfolgt unter Aufrechterhaltung
einer Relativbewegung zwischen Wandler und Prüfkörper sowie nach vorhergehender Abkühlung der mit Ultraschallenergie
beaufschlagten Prüfkörperoberfläche;
c) als Kühlflüssigkeit wird Wasser verwendet;
d) zur übertragung der Sohallenergie wird ebenfalls Wasser
verwendet;
e) die Abkühlung des begrenzten Oberflächenaussohnittes
und dessen Beaufschlagung mit Ultraschall erfolgen zu gleicher Zeit, wobei die Kühlflüssigkeit gleichzeitig als
Schallübertragungaflüssigkeit dient.
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Die Vorteile des erfindtmgsgea&een Verfahrens wirken eich,
insbesondere "bei der Prüfung metallurgischer Brseugniese
ans, die aeist eine rauhe, unregelmäßige and «it einer
Oxidschicht bedeckte Oberfläche bei hoher Temperatur aufweisen.
Bei den bekannten Verfahren unter Verwendung einer ZwI-.
sohenschloht aus feuerfester Werkstoff wird in diese» ein
Temperaturgradient zwischen der Temperatur des Wandlers und der praktisch unveränderten Temperatur des Prüfkörpers aufrechterhalten·
Sei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrene wird
eine plö" tali ehe, Örtlich begrenzte und Torübergehende Abkühlung
desjenigen Teiles der Oberfläche des Prüfkörpers hervorgerufen, der ait Sohallenergie beaufschlagt wird,
wobei die Abkühlung der Oberfläche auf eine Teaperatur
erfolgt, die so niedrig ist, daß die Ale Sohallenergie Übertragende flüssigkeit Sa Bereich des Wandlers unterhalb der Siede teaperatur bleibt. Zwischen den Handler und
den FrüfkOrper wird so eins alt großer geschwindIgTreit
strömende flüsslgkeltsschleht gebracht, deren theraische
Trägheit ein Sieden der !Flüssigkeit la Bereich des Wand-
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lere verhindert. Auf diese Weise ist eine Ultraschallprüfung
ohne weiteres möglioh, da die sehallübertragende
Plüssigkelt einen ausreichenden akustischen Kontakt
bewirkt and der elektraaechanische Wandler durch Wärmeeinflüsse
nicht beeinträchtigt wird· Infolge der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt eine Erwärmung des Wandlers
in wesentlichen nur duroh Wäraekonrektion, wobei darauf geachtet werden nuß, daß der vor den Wandler gelegene
Bereich keine toten Zonen oder Wirbeleonen aufweist, in denen die StrOnnigegesohwindigkeit der flüssigkeit geringer
ist and so eine Srhitsang bis sar Siedetemperatur er-BUgliohen
wurde. Dies wird duroh eine Schicht erreicht, die über ihren Querschnitt eine praktisch gleich große Geschwindigkeit aufweist. Auf diese Welse werden auch die
auf die hohe Temperatur surüolosufünrenden Eigenschaften
des FrttfkOrpers duroh die nur oberfläohenmäfiige, eng begrenste
und nur kurs dauernde Abkühlung nicht wesentlich beeinflußt. Der V&rjoeinhalt des Prüfkörpers ist ausreichend
grofi, to» die abgekühlte Oberfläche nach erfolgter
Sohallbeauf schlagring rasch wieder auf die Ausgangstenperatur
su bringen. Bas Verhalten eines auf diese Weise untersuchten Prüfkörpere bein anschließenden Waisen, Abscheren, Stansen oder auch Schmieden wie überhaupt bei jeder
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Vorsogsweise wird, wenn irgendmöglioh, ale ItthlflÜaeigkeit
und auch als flüssigkeit zur Übertragung der Schallenergie
Yasser -verwendet· Versuche haben gezeigt, daß Wasser bis zu PrtifkBrperteniperaturen von 5oo and 6oo° O
verwendet werden kann· Ss kann angenommen werden, daß diese
Xemperaturwerte auch noch überschritten werden können·
Bei diesen Temperaturen war es lauer möglich, in Bereich des Wandlers eine siedefreie Zone aufrechtzuerhalten. Auaserhalb
der Prüfzone kocht and verdampft das Wasser; die Dampferzeugung wird jedoch in günstiger Weise duroh das
Phänomen der Erwärmung begrenzt. Bas Daapfvolumen ist bei
1ooo° O nor nnbeträchtlioh größer als bei einer Temperatur von 3oo° 0· Ee ist jedoch wichtig, daß die Dampfbildung
nicht vor den Wandler erfolgt, da diese den akustischen Kontakt nachhaltig sturen wurde und eine Schallprüfung wegen des in UltrasohallBtrahl vorhandenen Dampf es
unmöglich machen würde.
In höheren Seapexaturbereiohem, in denen die Verwendung
von Wasser unmöglich ist, verwendet man VlQssigkeiten alt
höheren Siedepunkt, wie beispielsweise Ol oder Metalleal«-
sohmelsen· In dem letsteren lall wird der Wandler in eine
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durch eine susätsliohe fflüssigkeit gekühlte Umhüllung eingeschlossen, wobei die Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, gleichseitig den akustischen Kontakt zwischen den
Wandler und der Umhüllung bewirkt* wobei die umhüllung
ihrerseits über die erstgenannte flüssigkeit in akustieohen Kontakt ait dem Prüfkörper steht« Eine solche Vorrichtung ist Jedoch wegen ihres umständlicheren Aufbaues nur für besondere VaTIe su enpf ehlen«
Wandler und der Umhüllung bewirkt* wobei die umhüllung
ihrerseits über die erstgenannte flüssigkeit in akustieohen Kontakt ait dem Prüfkörper steht« Eine solche Vorrichtung ist Jedoch wegen ihres umständlicheren Aufbaues nur für besondere VaTIe su enpf ehlen«
Sin weiterer Torteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere bei der Prüfung von Bisenmetallen, besteht darin,
daß der auf den Prüfkörper gerichtete kalte !Flüssigkeitsstrahl die bei so hohen Temperaturen neist vorhandene Oxidschicht
rissig macht, loslöst und wegschwemmt·
kopf es xur THnffrh^ffiM^nnc des erfindungegemäSen Verfahrens
in aoheaatisoher Weise dargestellt. Ss «eigen
in aoheaatisoher Weise dargestellt. Ss «eigen
Tig· 1 einen Schnitt nach der Schnittlinie I-I der Pig. 2;
Jig· 2 eine Ansicht des Prüfkopfes von unten;
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?ig. 3 einen senkrechten Schnitt durch ein anderes Ans—
fUhrungsbeleplel eines Prüfkopfes nach der Schnittlinie ItI-III der I1Ig. 4; and
Yig· 4 eine Ansicht dee in Jig. 3 dargestellten Pröfköpfes
▼on unten.
Per in den iig. 1 and 2 dargestellte Prüf^Jtopf ist Toreogswelse
for die Prüfung τοη Valswerkserseagnleeen geeignet. Dieser Prüfkopf liegt auf des unterhalb des Prüfkopfes
vorbeigefuhrten Prüfkörper mittels eines Plüeeigkeitepolsters
auf, den die Tlüsslgkeit durch drei die Grundplatte des Prüfkopfea 1 durohsetsende Kanäle 3» 4 und 5 sagefOhrt
wird· Diese Kanäle stehen in Verbindung sit der
6.
An den in die Xaaner 6 einmündenden Enden der Leitungen 3,
4 and 5 sind in diese Düsen 7, 8 and 9 eingeschraubt, die
den Haupt-Strönungswideretand der Leitungen bilden, so daß
der flÜBsigkeiteduronflnö durch die Leitungen praktisch unabhängig τοη der SrOBe des Spaltes, «wischen der Tl&ohe Io
des Prüfkopfes and der Oberfläche des Prüfkörpers 2 ist*
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Dae in dea Prüfkopf angeordnete piesoelektrlsohe Element
11 1st ringförmig anegeblldet und wird -von einer Bohrung
12 durcheetst, durch, die die zur Abstandshalterung dienende flüssigkeit strömt. Dieee flüssigkeit verteilt sich
unterhalt» des piezoelektrischen Elementes gleichmäßig nach allen Seiten und bewirkt gleichseitig auch den elektrischen
Kontakt mischen den Element 11 and dem Prüfkörper Das piezoelektrische Element let mittels nicht dargestellter
Leitungen alt einem Ultraschallgenerator In ähnlicher Welse verbunden, wie dies die 71g· 3 and 4 zeigen.
Der den Prüfkopf bildende Metallblock 1 weist desweiteren einen Kanal 13 auf, der an seinem unteren Ende in ein Y-förmiges
Gabelstück 14 übergeht. Durch diesen Kanal wird
die mhlflüseigkeit zugeführt, deren Menge durch die Düse
15 geregelt wird·
In Setrieb dieses Prüfgerätes wird der Prüfkopf 1 in Richtung
des In 71g· 1 elngeselohneten Pfeiles In Relativbewegung
EU. dem Prüfkörper 2 gehalten. Die aus den Kanälen 3*
4 and 5 aastretende flüssigkeit bildet unter der fläche 1o
des Prüfkopf es einen 711m, wobei die gleichmäßige Terteilung
der aasstrOnenden flüssigkeit durch die Verbreiterungen 16, 17 and 18 begünstigt wird. Die aas den Kanälen 4
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and 5 austretende ^flüssigkeit ruft eine erste stärke Abkühlung
der Oberfläche des Prüfkörpers hervor· Biese Abkühlung wird noch verstärkt duroh die aas der Y-förmigen
MBndang des Xanales 14 aastretende flüssigkeit, wobei
die aus den Kanälen 4 und 5 stammende Vlüssigkeit, die
an der Oberfläche des Prüfkörpers eohon erwärmt wurde, nach den Seiten hinweggespült wird. Der begrenzte Aussohnitt
aas der Oberfläche des Prüfkörpers, der vor den Wandler zu liegen kommt, ist somit ausreichend abgekehlt·
Die aas des Kanal 3 austretende Plttssigkeit verteilt sich
gleichmäßig in radialer Riohtung und streicht hierbei an der ringfSrjsigen Oberfläche des Wandlers 11 mit so hoher
Geschwindigkeit vorbei, daß eine Srwäraong der Oberfläche
des Prüfkörpers and eine Erwärmung der flüssigkeit bis snr Siedetemperatur im Bereich des Ultraoohalletrahles vermieden wird· Gleichseitig bewirkt diese fflüssigkeit eine nachhaltige Abkühlung des Elementes 11 und gewährleistet damit
eJfen guten akustischen Kontakt·
Bie Vorratskammer 6 für die Druckflüssigkeit ist über den
Stutzen 19 mit einem Druckbehälter verbunden, in dem ein Brück von etwa 4 kg/cm aufrechterhalten wird·
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punktfurolg wirkenden unbeweglich angeordneten Prüfkopfee
dargestellt· Auen bei diesen Aueftthrungebeiepiel 1st
das piesoelektrlsohe Slenent 11a kreieförslg ausgebildet
and wird τοη eines axialen Kanal 12a» der die Terlflngenmg
des Xanalee 3a bildet, durofcsetst· Has sn des Generator
führende Kabel 21 wird bei 2o an des Oetttase festgehalten.
Sie Vorrichtung raht auf den drei Spitsen 22, 25, 24« die
den Abstand des Prüfkopfββ τοη der Oberfläche des PrüfkOrpesrs
festlegen· An die Bohrungen 3a wird bei 19a ein Zuleitongsrolir
angeeohlosean.
ranert aan diese Vorrichtung der Oberflftche des Pröfkörpere,
so kühlt der bei 12a austretende nüeeigkeiteetrahl
die OberflEohe dieses lörpere. liegen die JtISe 22, 27»
gegen die Oberfläche des Prüfkörper« an, so etröat die
flüssigkeit ait groBer Oeeohwindigkeit durch den so gebildeten Spalt, voduroh nloht nur ein guter akuetieoher Kontakt
herrorgerofen, sondern auoh das Sieden der Tlüselgkeit
Tsrsdeden wird·
ORIGINAL
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Claims (1)
1SL
H73474
i - wa
PATBHTAHS VRÜGHB
Verfahren zur Prüfung ion iuf hohex" temperatur beflndlichen
WerkstUoEcn mittele ülferascliall unter Verwendung .
einer aus dem Prüfkopf ausströmenden ^lüselgkeit, deren
Siedetemperatur unterhalb der Tempuratur da? Prüfkörper«
liegt, als schallübertragendes Medina, d a du roh gekennzeichnet * dass die temperat-^r eine· begrenzten
Teiles der Prtifkörperoberfläohe aeitwUlig slork Teriiijidert
wird, wobei der begrenzte Oberflächen? ιιβ schnitt Mindest ins
gleich der wirksamen Oberfläche des verwendeten elektromechanischen Wandlers ist, was dadurch erreicht wird» dass
auf diesem Oberf 1 ächenaueschnitt ein stvrker Strahl einer
kalten Flüssigkeit gerichtet wird, und d\ae an dieser Stelle
unmittelbar darauf ein frischer Strom von die ultraschall*
energie übertragender Flüssigkeit geleitet wird, derart, dass
mindestens ein Teil dieser Flüssigkeit zuerst dl· wirksame
Oberfläche des Wandlers bespült, um dessen E&itsone isu vermeiden,
und dass diese flüssigkeit zwischen dt\ Wandler und .
BADOR1G1NAL
- -·- Unterlagen (Art. 7 · ; - ■ --^3 dr. Änderungenv.
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-f wa
dem Prüfkörper eine strömende iJchioht "hildot, deren 8a~
achwindigkeit an allan Stellen so grone ist, dass die
iSojnperatur der Flüssigkeit vor dem Wandler uateriialb der
Siedetemperatur blöibt.
2* Verfahren nach Anspruch 1 zur Prüfung vtm gegenüber
dem Wandler bewegten Worketüeken insbesondere Walswerkss·-
zeugnissen, dadurch gekennzeichnet,
daae die örtliche Abkühlung der Oberfläche dea Prüfj'örpera
und die Beaufschlagung dieses abgekühlten Gberr.QächenauB-BChnittee
mit Schallenergie unter gleichzeitiger Heranführung von den Schallkontakt bewirkender Flüssigkeit unmittelbar
aufeinander erfolgen.
3» Verfahren nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet
, da83 bei ruhende?ii Prüfkörper die
zur Kühlung dee Wandlers und dee Prüfkörpera dionende
Flüssigkeit gleichzeitig als Koppelflüssigkeit sowie aur
Kühlung der ausserhalb der vom Wandler beaufschlagten Fläche
gelegenen Flächen des Prüfkörpers verwendet wird»
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