DE19826759C1

DE19826759C1 - Vorrichtung zum Ultraschall-Prüfen von Längs-Schweißnähten auf Querfehler

Info

Publication number: DE19826759C1
Application number: DE1998126759
Authority: DE
Inventors: Michael Waechter; Juergen Verhoeven
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2018-06-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum US-Prüfen von Längs-Schweißnähten auf Querfehler mit mindestens einem in einem Halteelement angeordneten, in Linie zur Schweißnaht liegenden und mit je einem Schwinger versehenen Prüfkopf und mit mindestens einem Koppelmittelanschluß, dessen Kanal im Bereich des Schwingers mündet, wobei der Prüfkopf nach dem Impuls-Reflexionsverfahren arbeitet. Dabei ist im Prüfkopf (23, 23') ein breiter Rechteckschwinger angeordnet, dessen Breite quer zur Schweißnaht (17) liegt und der das Koppelmittel führende Kanal ist im Austrittsbereich düsenartig ausgebildet mit einer Öffnung (29) quer zur Schweißnaht (17), die der Breite des Rechteckschwingers entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ultraschall-Prüfen von Längs-Schweißnähten auf Querfehler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung ist in einem Halteelement mindestens ein in Linie zur Schweißnaht liegender und mit je einem Rundschwinger versehener Prüfkopf angeordnet, wobei der Prüfkopf nach dem Impuls-Reflexionsverfahren arbeitet. In dem Halteelement ist auch ein Koppelmittelanschluß vorgesehen, dessen Kanal im Bereich des Schwingers mündet. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß der Randbereich der Schweißnaht und der Beginn der Wärmeeinflußzone nicht mit der gleichen Prüfempfindlichkeit geprüft wird wie der Schweißnahtmittenbereich. Aus diesem Grunde wird häufig dieser Bereich durch ein zusätzliches Prüfsystem überwacht.

Eine Vorrichtung zum US-Prüfen von Längs-Schweißnähten auf Längs- und Querfehler ist von Scott Lebsack und Helmut Heckhauser in der Zeitschrift "Materials Evaluation" (August 1995, Seiten 886-891) veröffentlicht mit dem Titel "Immersion Probe Arrays for Rapid Pipeline Weld Inspection". Diese weist ein Haltesystem auf, in dem zwei Prüfkopfsysteme befestigt sind. Jedes Prüfkopfsystem weist vier Prüfköpfe für die Längsfehlerprüfung und einen Prüfkopf für die Querfehlerprüfung auf. Die zwei Prüfkopfsysteme sind rechts und links neben der Schweißnaht positioniert. Der Prüfkopf für die Querfehlerprüfung ist zur Schweißnaht in einem Winkel von etwa 45° schräggestellt. Die Schwinger in den Prüfköpfen sind rund mit einem Durchmesser von 5 mm. Das in Tauchtechnik arbeitende Prüfkopfsystem ist mit Anschlüssen für das Koppelmittel versehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsmäßige Vorrichtung zum Ultraschall-Prüfen von Längs- Schweißnähten auf Querfehler anzugeben, die in der Lage ist, die Schweißnaht über die gesamte Breite bis in die Wärmeeinflußzone hinein mit annähernd gleicher Prüfempfindlichkeit zu prüfen.

Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird im Prüfkopf statt des Rundschwingers ein breiter Rechteckschwinger, vorzugsweise mit der Abmessung 20 × 10 mm eingesetzt, dessen Breite quer zur Schweißnaht liegt. Der das Koppelmittel führende Kanal ist im Austrittsbereich düsenartig ausgebildet mit einer Öffnung quer zur Schweißnaht, die der Breite des Rechteckschwingers entspricht. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Düse in Schweißnahtlängsrichtung unsymmetrisch aufgebaut. Um eine optimale Tandemanordnung zu erreichen, werden die beiden unsymmetrisch ausgebildeten Austrittsöffnungen gegeneinander gesetzt. Der Austrittsbereich der Düse ist der Schweißnahtüberhöhung angepaßt. Die interne Koppelmittelführung im Kanal ist so gestaltet, daß eine laminare Koppelmittelsäule zur US-Einkopplung gegeben ist und ein Leerlaufen der Koppelmittelzuführung verhindert wird. Um Koppelmittelstörungen zu verhindern, ist zusätzlich eine Luftdüse vor dem Prüfkopf angeordnet. Die Anpassung der Tandemanordnung an verschiedene Dicken des zu prüfenden Körpers erfolgt in der Weise, daß auf einem verfahrbaren Prüfwagen eine Prüfkopfvorrichtung fest und die zweite axial verschiebbar dazu angeordnet ist. Damit kann der Abstand zwischen den beiden Prüfkopfvorrichtungen in Abhängigkeit von der Wanddicke optimal eingestellt werden.

In der Zeichnung wird anhand eines Ausführungsbeispieles die erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtung

Fig. 2, 3 eine Längsansicht mit unterschiedlichen Abständen der Prüfkopfvorrichtungen

Fig. 4 eine Längsansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Prüfkopfvorrichtung

Fig. 5 eine Ansicht in Richtung A in Fig. 4

Fig. 6 eine Vorderansicht eines Düsenelementes

Fig. 7 eine Draufsicht von Fig. 6

Fig. 8 einen Schnitt in Richtung A-B in Fig. 6

Fig. 9 eine Seitenansicht von Fig. 6

Fig. 10 eine Ansicht in Richtung C in Fig. 9

Fig. 11 eine Ansicht in Richtung D in Fig. 9

Fig. 12 eine Längsansicht eines Haltekörpers

Fig. 13 eine Draufsicht von Fig. 12

Fig. 14 einen Schnitt in Richtung A-B in Fig. 12

Fig. 15 eine Ansicht in Richtung C in Fig. 12

In Fig. 1 ist in einem Querschnitt und in Fig. 2 und 3 in einer Längsansicht eine erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtung dargestellt. Sie besteht aus einem verfahrbaren Prüfwagen 1, der sich mit paarweise angeordneten Kugel-Lagerungen 2, 2'-5, 5' auf dem zu prüfenden Körper, in diesem Falle ein Rohr 6, abstützt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Prüfwagen 1 mit zwei Prüfkopfvorrichtungen 7, 8 bestückt, die durch paarweise angeordnete Haltekörper 9, 9', 10, 10' positioniert werden. Das zweite Haltekörperpaar 10, 10' ist mittels einer Stellmutter 11, 11' und einer Spindel 12, 12' axial verschiebbar auf dem Prüfwagen 1 angeordnet. Die Verstellung erfolgt von Hand mittels eines mit einem Getriebe verbundenen Handrades 13. Die jeweilige Spindel 12, 12' ist an den Enden in paarweise angeordneten Lagerböcken 14, 14', 15, 15' gelagert. Um Koppelmittelstörungen zu verhindern, ist stirnseitig am Prüfwagen 1 eine Luftdüse 16 angeordnet.

In den nachfolgenden Fig. 4-15 sind die Einzelheiten der beiden erfindungsgemäß ausgebildeten Prüfkopfvorrichtungen 7, 8 dargestellt.

Fig. 4 und 5 zeigt in einer Längs- und einer Draufsicht die beiden Prüfkopfvorrichtungen 7, 8. Dargestellt ist in diesem Ausführungsbeispiel, wie schon zuvor erwähnt, eine Tandemanordnung zweier Prüfkopfvorrichtungen 7, 8. Gemäß Fig. 1 wird mit den beiden Prüfkopfvorrichtungen 7, 8 die Längs-Schweißnaht 17 eines Rohres 6 geprüft. Die winkelige Anstellung der Prüfkopfvorrichtung 7, 8 ist erforderlich, um den gewünschten Einschallwinkel in der Längs-Schweißnaht 17 zu erzeugen. Beide Prüfkopfvorrichtungen 7, 8 weisen ein Gehäuse 18, 18' und ein damit verbundenes Düsenelement 19, 19' auf. Die Verbindung zwischen Gehäuse 18, 18' und Düsenelement 19, 19' erfolgt über durch das Gehäuse 18, 18' sich erstreckende lange Schrauben 20, 21. Jedes Gehäuse 18, 18' ist mit zwei Anschlüssen 22, 22' für die Koppelmittelzufuhr, im Regelfall Wasser, ausgestattet. In das Gehäuse 18, 18' ist der hier nur angedeutete Prüfkopf 23, 23' mit dem hier nicht dargestellten Rechteckschwinger einsteckbar. Die Fixierung erfolgt über seitlich in das Gehäuse 18, 18' einschraubbare Schrauben 24, 24', 25, 25'. Im Kontaktbereich zwischen Düsenelement 19, 19' und Gehäuse 18, 18' ist eine Dichtung 26, 26' angeordnet.

In den Fig. 6-11 sind die Einzelheiten des Düsenelementes 19 dargestellt. Es ist als ein in etwa rechteckiger Körper ausgebildet, dessen der Längs-Schweißnaht 17 zugewandte Seite schräg verläuft. In den Körper sind zwei im Abstand zueinander liegende Gewindebohrungen 27 angeordnet, in die die in Fig. 4 und 5 bereits erwähnten Schrauben 20 einschraubbar sind. Auf der Unterseite sind zwei Hartmetallkufen 28 angebracht, die rechts und links neben der Längs-Schweißnaht 17 und parallel dazu liegen. In der Mitte ist eine Öffnung 29 vorgesehen, die erfindungsgemäß düsenartig ausgebildet ist und zwar so, daß sie sich in Fließrichtung des Koppelmittels gesehen verjüngt. Die Breite 30 der Öffnung 29 entspricht der Breite des hier nicht dargestellten Rechteckschwingers. Damit ist sichergestellt, daß der Schwinger über die ganze Breite mit Koppelmittel benetzt ist. Die Kontur der Unterseite des Düsenelementes 19 weist im Längsschnitt gesehen einen gekrümmten Abschnitt 31 auf, der der Nahtüberhöhung der Längs-Schweißnaht 17 angepaßt ist. In diesem Bereich weist das Düsenelement 19 einen Überlaufbereich 32 auf, in die der Kanal des jeweiligen Anschlusses 22 des Koppelmittels mündet. Von dort fließt das Koppelmittel über eine Kante 33 in den Bereich der düsenartig ausgebildeten Öffnung 29. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die Mündung der Öffnung 29 in den durch den gekrümmten Abschnitt 31 sich ergebenden Dom asymmetrisch liegt.

In den Fig. 12-15 sind die Einzelheiten des Gehäuses 18 dargestellt. Er ist als hochkant stehender rechteckiger Körper ausgebildet mit Bohrungen 34 zur Aufnahme der Anschlüsse 22 für das Koppelmittel. Diese Bohrungen 34 münden in eine rechteckige Ausnehmung 35, in der der obere Bereich des Düsenelementes 19 einsteckbar ist. Zur Verbindung des Düsenelementes 19 mit dem Gehäuse 18 sind zwei weitere Bohrungen 36 vorgesehen, durch die in Fig. 4 und 5 bereits erwähnten Schrauben 20 durchsteckbar sind. An die untere Ausnehmung 35 schließt sich nach oben hin eine weitere im Querschnitt rechteckig ausgebildete Ausnehmung 37 an, in die der Prüfkopf 23 mit seinem Rechteckschwinger einsteckbar ist. In diese Ausnehmung 37 münden querliegende Gewindebohrungen 38, 39, in die Schrauben 24, 25 zur Fixierung des Prüfkopfes 23 einschraubbar sind.

Claims

1. Vorrichtung zum Ultraschall-Prüfen von Längs-Schweißnähten auf Querfehler mit mindestens einem in einem Halteelement angeordneten, in Linie zur Schweißnaht liegenden und mit je einem Schwinger versehenen Prüfkopf und mit mindestens einem Koppelmittelanschluß, dessen Kanal im Bereich des Schwingers mündet, wobei der Prüfkopf nach dem Impuls-Reflexionsverfahren arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß im Prüfkopf (23, 23') ein Rechteckschwinger angeordnet ist, dessen längere Erstreckung quer und mittig zur Schweißnaht (17) liegt und daß der das Koppelmittel führende Kanal im Austrittsbereich düsenartig ausgebildet ist mit einer quer und mittig zur Schweißnaht (17) liegenden Öffnung (29), die der längeren Erstreckung des Rechteckschwingers entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse in Schweißnahtlängsrichtung unsymmetrisch aufgebaut ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Tandemanordnung mit zwei in Linie zur Schweißnaht (17) liegenden Prüfkopfvorrichtungen (7, 8) die zwei unsymmetrisch aufgebauten Düsen gegeneinander gesetzt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsbereich der Düse der Schweißnahtüberhöhung angepaßt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der dem zu prüfenden Werkstück (6) zugewandte Austrittsbereich der Düse mit rechts und links neben der Schweißnaht (17) angeordneten Hartmetallkufen (28) versehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die interne Wasserführung der Düse einen Koppelmittelüberlauf (32) und einen so gestalteten Koppelmittelzulauf aufweist, daß ein Leerlaufen der Koppelmittelzuführung verhindert wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß vor der in Bewegungsrichtung vorn liegenden Prüfkopfvorrichtung (7) eine Luftdüse (16) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse als separates Düsenelement (19) ausgebildet ist, das mit einem den Prüfkopf (23, 23') und den Koppelmittelanschluß (22, 22') tragenden Gehäuse (18) lösbar verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungselement zwei lange durch das Gehäuse (18) sich erstreckende Schrauben (20, 21) vorgesehen sind, die in im Düsenelement (19) angebrachten Gewindebohrungen (27) einschraubbar sind und daß im Kontaktbereich zwischen Düsenelement (19) und Gehäuse (18) eine Dichtung (26, 26') angeordnet ist.