DE3410434A1

DE3410434A1 - Vorrichtung zur pruefung von metallischen rohren auf fehler durch ultraschall

Info

Publication number: DE3410434A1
Application number: DE19843410434
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.rer.nat. 4100 Duisburg Böttger; Heinz Dr.-Ing. 4000 Düsseldorf Schneider; Willi Dipl.-Ing. 4150 Krefeld Weingarten
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1983-06-06
Filing date: 1984-03-19
Publication date: 1984-12-06

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung von
metallischen Rohren auf Fehler mit den Merkmalen des Gattungsbegriffs.
In der DE-AS 26 55 804 werden schon elektrodynamische Wandler mit mehreren Sendespulen, dort Spulenwicklung genannt, vorgeschlagen, die in Reihe angeordnet sind.
diese Spulen zur Ultraschallerzeugung werden nach diesem Vorschlag gemeinsam von einem Generator beaufschlagt, wobei die mehreren Spulen in Reihe oder parallel geschaltet sind. Diese Schaltung gestattet zwar eine gewisse Anpassung der Spulenkombination an den Innenwiderstand und die Frequenz des Generators, hat aber keinen Einfluß auf die Fehlerindikation.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Fähigkeit der Längs- und Querfehlerindikation gattungsgemäßer Vorrichtungen zu verbessern. Im weiteren ist es Aufgabe der Erfindung sowohl Längs- als auch Querfahler im gesamten Rohrvolumen zu erfassen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Schutzbegehrens. Die Vorrichtung erzeugt im Prüfrohr selbst nach dem elektrodynamischen Prinzip unter einem vorwählbaren Winkel zur Rohroberfläche laufende Ultraschall-Wellen (US-Wellen). Von solchen gerichteten US-Wellen, die piezoelektrisch erzeugt sind und über eine Ankoppelflüssigkeit auf das Prüfrohr übertragen werden, ist die Fähigkeit zur Indikation von Fehlern quer zur Wellenrichtung bekannt.
In manchen Anwendungsfällen, z. B. bei der Fehlerprüfung warmer Rohre oder bei großen Prüfgeschwindigkeiten, ist die hydraulische Kopplung der piezoelektrischen Wandler aufwendig, unzuverlässig oder sogar unmöglich. Der Ausgangsschrift ist deswegen schon der Hinweis auf die elektrodynamische US-Erzeugung im warmen Prüfrohr und die Optimierung der elektrischen Daten der Spulen zur Erzeugung der US-Wellen an die des Generators zu entnehmen.
Bei der gegenwärtigen Vorrichtung ist es darüber hinaus möglich, die entgegengesetzte Abstrahlung der US-Wellen mit denselben Sendespulen desselben Wandlers dadurch zu erreichen, daß die Generatoren in einem Takt in einer Reihenfolge der räumlichen Anordnung ihrer Spulen und in einem darauf folgenden Takt in entgegengesetzter Reihenfolge ihrer räumlichen Anordnung zeitverzögert gesteuert werden Damit ist es ohne zusätzlichen Aufwand möglich, unterschiedliche Abstrahlrichtungen zu erreichen.
Nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag unterscheidet sich der Aufbau des elektrodynmischen Wandlers vom Stand der Technik. Der Wandler wird auch anders als nach dem Stand der Technik betrieben.
Zur Verbesserung der Fehleranzeige und zur Unterdrückung von Störanzeigen wird außerdem vorgeschlagen, die Empfangsspulen in jedem Wandler ebenfalls mehrfach und analog den Sendespulen zur Erzeugung von Ultraschallwellen vorzusehen und räumlich und elektrisch gemäß Anspruch 3 anzuordnen. Das heißt, die in den Spulen zeitverzögert ankommenden Signale von ein und demselben Fehler werden zeitverzögert im Addierer zeitgleich verstärkt, so daß sich Fehleranzeigen aus dem allgemeinen Störpegel stärker herausheben.
Durch geeignete Wahl der zeitlichen Verzögerung läßt sich der Empfang von US-Signalen aus einem bestimmten Einschallwinkel stark bevorzugen.
Mit einer Wandlergruppe gemäß Anspruch 4 wird bei geeignetem Längsvorschub des Rohres und Umfangsgeschwindigkeit der Wandlergruppe eine vollständige Prüfung des Rohrvolumens erfolgen. Zur Erhöung der Prüfgeschwindigkeit können mehrere Wandlergruppen gemäß Anspruch 4 und Anspruch 5 in Achsrichtung hintereinander angeordnet sein, so daß mehrgängig geprüft wird. Die Wandlergruppen arbeiten dabei nach einem Taktschema, das eine gegenseitige Beeinflussung vermeidet.
Der Aufbau und die Wirkungsweise der Vorrichtung wird an den schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Hierbei ist in den Figuren 1 bis 4 ein Ausführungsbeispiel für eine Prüfung mit tangentialer Magnetisierung dargestellt; die Figuren 5 bis 7 zeigen eine Prüfanordnung mit Normalfeldmagnetisierung.
Fig. 1 zeigt die Prüfeinrichtung an einem Rohr in Längsansicht für ein Tangentialmagnetfeld, Fig. 2 zeigt die Prüfeinrichtung an einem Rohr im uerschnitt für ein Tangentialmagnetfeld, Fig. 3 zeigt die Ansicht der Sende- und Empfangsspulen in Draufsicht von der Rohroberfläche, und zwar ohne Drehung gegenüber der Figur 1, Fig. 4 zeigt dies für den anderen Wandler, Fig. 5 zeigt die Prüfeinrichtung an einem Rohr im Querschnitt für Normalfeldmagnetisierung und Fig. 6 und 7 zeigen die Ansicht der Sende- und Empfangsspulen in Draufsicht zur Längs- und Querfehlerprüfung.
In Figur 1 ist ein Joch eines Magneten 5 mit den Polen Nord 8 und Süd 9 in Längsrichtung des Rohres angeordnet, 6 und 7 sind die Sende- und Empfangsspulen zur Erzeugung bzw. zum Empfang von Ultraschallwellen.
Der magnetische Fluß im Rohr verläuft in Längsrichtung von N nach S. Die Spulen erzeugen Ultraschallwellen, die in achsialer Richtung des Rohres verlaufen; die Empfangsspulen empfangen Signale von im Rohr vorhandenen Querfehlern. Oberhalb des Rohres ist ein ähnlicher Wandler mit der Bezeichnung 2, 3, 4 angeordnet, der in Figur 2 deutlicher erkennbar ist. Ein magnetisches Joch 2 zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes im Rohr zwischen den Polen N und 5 verläuft in Rohrumfangsrichtung. Die Spulen zur Erzeugung von Ultraschallwellen sind mit 3 bezeichnet und erzeugen Wellen, die in Rohrumfangsrichtung verlaufen. Reflektionen von Längsfehlern werden von den Empfangsspulen 4 empfangen.
Die Figuren 3 und 4 zeigen von der Rohroberfläche aus gesehen die Spulenarten mit jeweils einer Wicklung und den Anschlüssen. Die Anordnung in Figur 3 und 4 ist umgedreht zu der Darstellung in Figur 1.
Im ersten Ausführungsbeispiel sind die Spulen 3a, 3b, 3c diejenigen, die Ultraschallwellen erzeugen. Jeder Spule ist ein Generator zugeordnet, der Stromimpulse in die Spulen einleitet. Die Generatoren werden in der Reihenfolge a, b, c gesteuert. Im darauffolgenden Takt wird dann die Reihenfolge c, b, a gewählt. Dadurch werden in aufeinanderfolgenden Takten Ultraschallwellen erzeugt, die wechselnd in der Rohrwand umlaufen.
Ankommende Reflektionen von Längsfehlern werden von den Spulen 4a, 4b, 4c im zweiten Teil eines jeden Taktes empfangen. Im angenommenen ersten Takt wird dabei das Signal in 4c zuerst anstehen und zeitverzögert in 4b und 4a. Die induzierten Spannungen der Spulen 4 werden in der Weise an jeder Spule verzögert, wie die Sendeimpulse zeitverzögert ausgesendet sind. Nach dieser Verzögerung sind die Impulse der Empfangsspulen 4 gleichphasig und werden in einer Addiereinheit ein verstärktes Fehlersignal ergeben.
Analog verläuft die Empfangs technik im zweiten Takt, wobei das Fehlersignal zuerst in 4a und zeitverzögert in 4b und 4c ankommt.
Die Arbeitsweise der in Figur 3 dargestellten Spulen für die Erzeugung von Ultraschallwellen in Längsrichtung des Rohres zur Anzeige von Querfehlern verläuft analog.
Eine mögliche Realisierungsform bei Normalfeldmagnetisierung zeigen die Figuren 5 bis 7. Durch die Magnetpole 10 mit den Polen 11 und 12 wird im Bereich unterhalb der Sende- und Empfangsspulen 13 bis 16 ein Normalfeld erzeugt. Ähnlich wie bei der Tangentialfeldmagnetisierung beschrieben, dienen die Sendespulen 13a bis c und die Empfangsspulen 14a bis c zum Nachweis von Querfehlern.
Die Sendespulen 15a bis c und die Empfangsspulen 16a bis c dienen dem Nachweis von Längs fehlern.
Die zeitliche Ansteuerung der einzelnen Prüfköpfe erfolgt dabei analog wie oben für die Tangentialfeldmagnetisierung beschrieben.
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Claims

Vorrichtung zur Prüfung von metallischen Rohren auf Fehler durch Ultraschall Patentansprüche 1. Vorrichtung zur ganzvolumigen Prüfung von mptallien Rohren auf Fehler durch Ultraschall bestehend aus Mitteln zum Fördern und Führen des zu prüfenden Rohres in achsialer Richtung und einem oder mehreren im Abstand zum Rohr angeordneten elektrodynamischen Wandlern, die aus einem Gehäuse mit Spulen zur Erzeugung eines Magnetfeldes und mit mehreren Sendespulen (3, 6, 13, 15) zur taktweisen Erzeugung von Ultraschallwellen im Rohr, die im Bereich des homogenen Magnet feldes räumlich in Reihe angeordnet sind, und Empfangsspulen (4, 7 14, 16) bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Sendespulen (3, 6, 13, 15) eines Wandlers derart gewickelt sind, daß sie gleichsinnig stromdurchflossen sind und daß für jede Spule ein Generator vorgesehen ist und daß eine elektronische Einheit vorhanden ist, die die Generatoren innerhalb des Taktes einstellbar in der Reihenfolge der ihnen zugeordneten Spulen zeitverzögert steuert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler mit seinem Gehäuse relativ zum Rohrumfang ununterbrochen angetrieben ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ebenso wie die mehreren Sendespulen (3, 6, 13, 15) zur taktweisen Erzeugung von U1-traschallwellen auch mehrere andere ebenso räumlich angeordneten Empfangsspulen (4, 7, 14, 16) im Wandler angeordnet sind, die einzeln in ihrer räumlichen Reihenfolge mit einstellbaren Zeitverzögerungsgliedern und einem gemeinsamen Addierer verbunden sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens je ein Wandler mit in Rohrumfangsrichtung und in Rohrlängsrichtung angeordneten Sendespulen (3, 6, 13, 15) vorgesehen ist und die Generatoren des einen Wandlers und die des anderen Wandlers von Takt zu Takt wechselnd gesteuert sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gruppen von mehreren Sendespulen mit direkt daneben liegenden Empfangsspulen auf dem Umfang und/oder in Achsrichtung angeordnet sind.