FR2510261A1

FR2510261A1 - ULTRASONIC CONTROL HEAD FOR MANUAL TUBE AND ROD CONTROL

Info

Publication number: FR2510261A1
Application number: FR8213101A
Authority: FR
Inventors: Werner Grabendorfer
Original assignee: Krautkraemer GmbH and Co; Krautkraemer GmbH
Current assignee: Krautkraemer GmbH and Co; Krautkraemer GmbH
Priority date: 1981-07-27
Filing date: 1982-07-27
Publication date: 1983-01-28
Also published as: DE3129498C2; GB2106247A; GB2106247B; JPS5819558A; DE3129498A1; FR2510261B1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE TETE DE CONTROLE A ULTRASONS POUR LE CONTROLE MANUEL DE TUBES ET DE TIGES, DANS LE BOITIER DUQUEL SONT DISPOSES DEUX OSCILLATEURS 14, 16 SEPARES L'UN DE L'AUTRE. POUR RENDRE POSSIBLE, D'UNE PART, LA MESURE DE L'ECHO DE CONTROLE (AYANT TOURNE AUTOUR DE LA PIECE) COMME C'EST LE CAS AVEC LES PALPEURS POUR TUBES DE TYPE CONNU ET, D'AUTRE PART, LA MODIFICATION DE L'INCLINAISON DES OSCILLATEURS EN FONCTION DE DIAMETRES DIFFERENTS DES TUBES, ET POUR QUE FINALEMENT LE PALPEUR PUISSE ETRE MANIABLE, LES OSCILLATEURS 14, 16 SONT DISPOSES DE MANIERE QUE LES POINTS DE SORTIE 18, 19 DES RAYONS ULTRASONORES SOIENT L'UN DERRIERE L'AUTRE SUR UNE DROITE 20 PARALLELE A L'AXE 40 DE LA PIECE A CONTROLER.THE INVENTION RELATES TO AN ULTRASONIC CONTROL HEAD FOR THE MANUAL CONTROL OF TUBES AND RODS, IN THE CASE OF WHICH ARE TWO OSCILLATORS 14, 16 SEPARATE FROM ONE THE OTHER. TO MAKE POSSIBLE, ON THE ONE HAND, THE MEASUREMENT OF THE CONTROL ECHO (HAVING TURNED AROUND THE PART) AS IS THE CASE WITH TUBE PROBES OF KNOWN TYPE AND, ON THE OTHER HAND, CHANGING THE '' INCLINATION OF THE OSCILLATORS ACCORDING TO THE DIFFERENT DIAMETERS OF THE TUBES, AND SO THAT THE PROBE CAN FINALLY BE HANDLING, THE OSCILLATORS 14, 16 ARE ARRANGED SO THAT THE OUTPUT POINTS 18, 19 OF THE ULTRASOUND RADIUS ARE BEHIND ONE ANOTHER ON A RIGHT 20 PARALLEL TO AXIS 40 OF THE PART TO BE CONTROLLED.

Description

102-61102-61

Tête de contrôle à ultrasons-pour contrôle manuel de Ultrasonic control head - for manual control of

tubes et tiges.tubes and rods.

La présente invention concerne une tête de contrôle à ultrasons pour le contrôle manuel de tubes et de tiges, dans le bottier duquel sont disposés deux oscillateurs séparés l'un de l'autre, les deux oscillateurs créant dans la pièce à examiner deux ondes ultrasonores dirigées en sens contraire, suivant des parcours en zig-zag constitués par des tracés polygonaux inscrits, et les rayons centraux des faisceaux ultrasonores provenant des deux oscillateurs The present invention relates to an ultrasonic control head for the manual control of tubes and rods, in the housing of which are arranged two oscillators separated from each other, the two oscillators creating in the part to be examined two directed ultrasonic waves. in the opposite direction, following zigzag paths formed by inscribed polygonal lines, and the central rays of the ultrasonic beams coming from the two oscillators

venant frapper la surface de la semelle de la tête de contrô- coming to strike the surface of the sole of the control head

le sous des angles d'incidence identiques, mais dirigés en the same angles of incidence, but directed in

sens contraires.opposite senses.

Des têtes de contrôle de ce type sont connues par exem- Control heads of this type are known, for example.

ple d'après J et H Krautkrâmer "Werkstoffpr Ufung mit Ultraschall", troisième édition, édité par Springer-Verlag, ple after J and H Krautkrâmer "Werkstoffpr Ufung mit Ultraschall", third edition, edited by Springer-Verlag,

Berlin, Heidelberg, New York, 1975, page 444 et suivantes. Berlin, Heidelberg, New York, 1975, page 444 et seq.

L'avantage de ces tête de contrôle de tubes qui produisent des ondes transversales réside dans le fait qu'un écho de contrôle est toujours présent en vue de la surveillance continue du couplage Par contre, l'inconvénient de cette tête de contrôle vient de ce que, pour obtenir la même géométrie des ultrasons dans des tubes de diamètres et d'épaisseurs de paroi différents, il faut réaliser chaque fois une tête de contrôle dont les deux oscillateurs ont une inclinaison spéciale pour chaque combinaison déterminée de diamètre et d'épaisseur de paroi L'ouvrage de J et H. Krautkrâmer mentionné ci-dessus décrit également à la page 447 une tête de contrôle dans laquelle deux têtes angulaires ayant le même angle d'incidence sont téunies mécaniquement de manière qu'elles produisent des ondes transversales dirigées en sens contraires et qu'elles puissent s'adapter simultanément à la surface du tube L'inconvénient de ces The advantage of these tube control heads which produce transverse waves lies in the fact that a control echo is always present with a view to continuous monitoring of the coupling. On the other hand, the disadvantage of this control head is that that, in order to obtain the same geometry of ultrasound in tubes of different diameters and wall thicknesses, it is necessary to produce each time a control head whose two oscillators have a special inclination for each determined combination of diameter and thickness of wall The work by J and H. Krautkrâmer mentioned above also describes on page 447 a control head in which two angular heads having the same angle of incidence are mechanically joined so that they produce transverse waves directed in opposite directions and that they can adapt simultaneously to the surface of the tube The disadvantage of these

agencements de têtes de contrôle réside dans la zone -impor- control head fittings resides in the -import- area

tante non couverte selon la périphérie des tubes) située entre les deux têtes de contrôle, ainsi que le manque de aunt not covered according to the periphery of the tubes) located between the two control heads, as well as the lack of

maniabilité et l'importance de la monture. handling and the importance of the frame.

L'objet de l'invention est donc un palpeur du type mentionné dans le préambule qui puisse être monté dans un boîtier compact et facilement maniable, sans mécanisme de retenue, dans lequel on dispose pendant la mesure d'un écho de contrôle permettant de surveiller continuellement le couplage et dont le faisceau d'ultrasons conserve le même angle de réfraction dans les pièces à examiner aussi bien pour une inclinaison constante des oscillateurs que pour des The object of the invention is therefore a probe of the type mentioned in the preamble which can be mounted in a compact and easily maneuverable housing, without a retaining mechanism, in which there is available during measurement an echo of control making it possible to monitor continuously coupling and whose ultrasonic beam maintains the same angle of refraction in the parts to be examined both for a constant inclination of the oscillators and for

pièces de diamètres différents.parts of different diameters.

Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que les oscillateurs sont montés dans le boîtier de la tête de contrôle dans deux plans différents perpendiculaires à l'axe de la pièce à examiner, que les points de sortie des rayons ultrasonores centraux sur la surface de la semelle de According to the invention, this problem is solved by the fact that the oscillators are mounted in the housing of the control head in two different planes perpendicular to the axis of the part to be examined, that the exit points of the central ultrasound rays on the sole surface of

la tête de contrôle sont situés sur une ligne commune parallè- the control head are located on a parallel common line

le à l'axe de la pièce à examiner, et que l'intervalle existant (en vue de dessus de la tête de contrôle) entre les the to the axis of the part to be examined, and that the existing gap (in top view of the control head) between the

bords internes des oscillateurs, les dimensions des oscil- internal edges of the oscillators, the dimensions of the oscil-

lateurs, les longueurs des distances séparant les oscilla- the lengths of the distances separating the oscillations

teurs de la surface de la semelle et les angles d'incidence des rayons centraux des faisceaux ultrasonores sont choisis de manière telle que, en raison de la divergence des rayons ultrasonores parvenant dans la pièce à examiner, et par excitation du premier oscillateur on puisse mesurer dans le second oscillateur un écho de retour ayant tourné dans la pièce, et que par excitation du second oscillateur on puisse mesurer dans le premier oscillateur un écho de retour ayant The dimensions of the sole surface and the angles of incidence of the central rays of the ultrasonic beams are chosen in such a way that, due to the divergence of the ultrasonic rays reaching the part to be examined, and by excitation of the first oscillator, it is possible to measure in the second oscillator a return echo having turned in the room, and that by excitation of the second oscillator we can measure in the first oscillator a return echo having

tourné dans la pièce.shot around the room.

Avantageusement; l'intervalle séparant les bords internes des oscillateurs, quand on regarde la tête de contrôle par Advantageously; the interval between the internal edges of the oscillators, when we look at the control head by

le dessus, est compris entre 2 et 5 mm. the top is between 2 and 5 mm.

De préférence, la distance séparant les oscillateurs de la pièce-à examiner est approximativement égale à la longueur Preferably, the distance separating the oscillators from the part to be examined is approximately equal to the length

du champ proche des oscillateurs.of the near field of the oscillators.

Les oscillateurs peuvent produire des ondes ultrasonores ayant une fréquence de 2 M Hz et présentent une surface de 225 mm 2 et l'angle d'incidence des rayons centraux peut être choisi de manière que l'angle de réfraction dans une pièce The oscillators can produce ultrasonic waves with a frequency of 2 M Hz and have an area of 225 mm 2 and the angle of incidence of the central rays can be chosen so that the angle of refraction in a room

d'acier soit-de 370 ou de 450.steel either from 370 or 450.

Les oscillateurs peuvent être montés sur un support et ce support peut être constitué en un matériau connu sous la dénomination Plexiglas. The oscillators can be mounted on a support and this support can be made of a material known under the name Plexiglas.

La tête de contrôle peut être constituée par l'assembla- The control head can be formed by the assembly

ge de deux têtes angulaires du commerce montées l'une der- two angular commercial heads mounted one behind

rière l'autre.laugh the other.

La semelle du palpeur peut être adaptée à la courbure de la surface de la pièce à examiner et la droite sur laquelle sont situés les points de sortie des ultrasons peut être la The probe base can be adapted to the curvature of the surface of the part to be examined and the straight line on which the ultrasound exit points are located can be

droite des sommets.right of the peaks.

D'autres détails et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture des exemples de réalisation décrits ci-après, avec référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente une tête de contrôle pour tubes Other details and advantages of the invention will appear on reading the exemplary embodiments described below, with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 represents a control head for tubes

correspondant à l'état actuel de la technique, - corresponding to the current state of the art, -

la figure 2 est une vue frontale d'une tête de contrôle conforme à l'invention, la figure 3 est une vue de dessus de la tête de contrôle de la figure 2, FIG. 2 is a front view of a control head according to the invention, FIG. 3 is a top view of the control head of FIG. 2,

la figure 4 est une vue éclatée en perspective du sup- Figure 4 is an exploded perspective view of the sup-

port de la tête de contrôle utilisé à la figure 1 et compre- port of the control head used in figure 1 and include

nant des oscillateurs, et la figure 5 représente un autre exemple de réalisation of oscillators, and Figure 5 shows another embodiment

d'un support de tête de contrôle muni d'oscillateurs. a control head support fitted with oscillators.

A la figure 1 est représentée une tête de contrôle pour tubes 1 comportant des oscillateurs 2 et 3 disposés de façon connue Les oscillateurs 2 et 3 envoient dans le tube 4 deux faisceaux ultrasonores 5 et 6 suivant un parcours en zig-zag et dirigés en sens contraires Comme on peut le voir sur l'écran qui est également représenté, un écho de contrôle 8 est représenté sur l'écran de l'appareil à ultrasons en dehors de l'impulsion d'émission 7, les échos 10 et 11 provenant d'un défaut 9 étant symétriques par rapport à l'écho 8 L'écho de contrôle 8 qui revient après avoir tourné autour de la pièce remplit dans ce cas la fonction qui est remplie par l'écho de fond ou de surface limite 4- In FIG. 1 is shown a control head for tubes 1 comprising oscillators 2 and 3 arranged in a known manner. Oscillators 2 and 3 send into the tube 4 two ultrasonic beams 5 and 6 following a zig-zag path and directed in the direction contrary As can be seen on the screen which is also shown, a control echo 8 is represented on the screen of the ultrasonic device apart from the emission pulse 7, the echoes 10 and 11 coming from 'a defect 9 being symmetrical with respect to the echo 8 The control echo 8 which returns after having turned around the part fulfills in this case the function which is fulfilled by the background or boundary surface echo 4-

lorsqu'on travaille avec des têtes de contrôle normales. when working with normal control heads.

Lorsqu'il y a abscence d'échos de défaut, on peut donc également savoir que l'appareil et le couplage sont en ordre. La figure 2 est une vue frontale d'une tête de contrôle conforme-à l'invention La référence 12 désigne le boîtier de la tête,, la référence 13 le support de l'oscillateur 14 et la référence 15 le support de l'oscillateur 16 Les supports 13 et 15 des oscillateurs peuvent être réalisés par When there is no fault echo, we can therefore also know that the device and the coupling are in order. Figure 2 is a front view of a control head according to the invention The reference 12 designates the head housing, the reference 13 the support of the oscillator 14 and the reference 15 the support of the oscillator 16 The supports 13 and 15 of the oscillators can be produced by

exemple en matériau connu sous le nom de Plexiglas La - example of material known as Plexiglas La -

surface de contact 17 de la semelle de la tête sur la pièce est adaptée à la courbure du tube 4 Comme on peut le voir à la figure 3, les oscillateurs 14 et 16 sont disposés l'un derrière l'autre selon l'axe 40 du tube Les points de sortie 18 et 19 des ultrasons (voir également figure 4) sur la surface de la semelle de la tête 17 sont situés l'un derrière l'autre sur une ligne droite commune 20 parallèle à l'axe 40 du tube, c'est-à-di 7 re sur les droites respectives des sommets quand il s'agit de surfaces des semelles des têtes adaptées à la surface du tube Les angles d'incidence 21, 22 des rayons centraux des faisceaux d'ultrasons ont une même valeur qui est par exemple de 360, au signe près Ces angles ne changent pas quand la tête est utilisée sur des tubes de diamètre différent Les angles d'incidence des rayons centraux sont donc maintenus quand la surface 17 de contact surface 17 of the sole of the head on the workpiece is adapted to the curvature of the tube 4 As can be seen in FIG. 3, the oscillators 14 and 16 are arranged one behind the other along the axis 40 of the tube The exit points 18 and 19 of the ultrasound (see also FIG. 4) on the surface of the sole of the head 17 are located one behind the other on a common straight line 20 parallel to the axis 40 of the tube , that is to say on the respective straight lines of the tops when it is a question of surfaces of the soles of the heads adapted to the surface of the tube The angles of incidence 21, 22 of the central rays of the beams of ultrasound have the same value which is for example 360, except for the sign These angles do not change when the head is used on tubes of different diameter The angles of incidence of the central rays are therefore maintained when the surface 17 of

la semelle de la tête est adaptée, conformément aux prescrip- the sole of the head is adapted, in accordance with the prescrip-

tions du fabricant pour améliorer les conditions du couplage, à-des tubes de diamètre plus important en la soumettant à une opération de rectification, ce qui fait que les angles the manufacturer to improve the coupling conditions, to larger diameter tubes by subjecting it to a grinding operation, so that the angles

de réfraction 211 et 221 à l'intérieur de la pièce à exami- of refraction 211 and 221 inside the room to be examined

ner 4 restent également constants.ner 4 also remain constant.

L'intervalle "a" entre les bords internes 141 et 161 (la tête de contrôle étant vue par le dessus), les dimensions des oscillateurs et la longueur des distances 142 et 162 (figure 2) séparant les oscillateurs 14 et 16 de la surface The interval "a" between the internal edges 141 and 161 (the control head being seen from above), the dimensions of the oscillators and the length of the distances 142 and 162 (Figure 2) separating the oscillators 14 and 16 from the surface

limite, ainsi que les angles-d'incidence 21 et 22 des rayons- limit, as well as the angles of incidence 21 and 22 of the radii

centraux des faisceaux ultrasonores sont choisis de manière qu'on puisse toujours mesurer l'écho de contrôle (voir figure 1) au moyen de l'oscillateur 16 quand on excite l'oscillateur 14, cet écho provenant de la divergence des rayons ultrasonores qui parviennent dans la pièce à examiner 4 Il en va de même quand c'est l'oscillateur 16 qui est excité et lorsque la réception est effectuée par l'oscilla- central ultrasound beams are chosen so that we can always measure the control echo (see Figure 1) by means of the oscillator 16 when the oscillator 14 is excited, this echo coming from the divergence of the ultrasound rays which reach in the room to be examined 4 The same applies when it is the oscillator 16 which is excited and when the reception is carried out by the oscillator-

teur 14.14.

Il s'est avéré que l'intervalle "a' entre-les bords internes 141 et 161 des oscillateurs 14 et 16 doit être compris entre environ 2 et 5 mm Les distances 142 et 162 séparant les oscillateurs 14 et 16 de la surface limite (distance entre les oscillateurs et les points de sortie 18 et 19 des ultrasons> doit être approximativement égale à la longueur du champ proche des oscillateurs de manière à maintenir à un faible niveau l'écho parasite qui est créé It has been found that the interval "a 'between the internal edges 141 and 161 of the oscillators 14 and 16 must be between approximately 2 and 5 mm The distances 142 and 162 separating the oscillators 14 and 16 from the boundary surface ( distance between the oscillators and the ultrasonic exit points 18 and 19> must be approximately equal to the length of the near field of the oscillators so as to keep the parasitic echo which is created at a low level

dans la tête par la réflexion sur la surface 17 de la semel- in the head by the reflection on the surface 17 of the sole

le.the.

Dans un exemple de réalisation, on a utilisé des oscil- In an exemplary embodiment, we used oscil-

lateurs 14, 16 émettant des ondes ultrasonores ayant une fréquence de 2 M Hz sur une surface de 225 mm 2 On a utilisé du Plexiglas pour constituer les supports 13 et 15 des oscillateurs La distance parcourue par les ultrasons entre les oscillateurs et la surface limite a été de ce fait d'environ 56 mm (des ondes longitudinales étant créées dans la tête ellemême) Les angles d'incidence 21, 22 ont été choisis de manière que les angles de réfraction 211, 221, par rapport au faisceau, soient de 370 dans un cas et de 450 Readers 14, 16 emitting ultrasonic waves having a frequency of 2 M Hz on a surface of 225 mm 2 Plexiglas was used to form the supports 13 and 15 of the oscillators The distance traveled by ultrasound between the oscillators and the limit surface a was therefore about 56 mm (longitudinal waves being created in the head itself) The angles of incidence 21, 22 were chosen so that the angles of refraction 211, 221, relative to the beam, are 370 in one case and 450

dans un second cas La plage des diamètres des tubes utili- in a second case The range of diameters of the tubes used

sés était comprise entre 100 et 400 mm Avec tous les tubes, l'écho de contrôle 8 désiré a été obtenu avec une amplitude s was between 100 and 400 mm With all the tubes, the desired control echo 8 was obtained with an amplitude

suffisante (voir figure 1) -sufficient (see Figure 1) -

Dans l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit, les oscillateurs 14 et 16 sont disposés sur un support 24 unique comme représenté à la figure 4 Mais il serait In the embodiment which has just been described, the oscillators 14 and 16 are arranged on a single support 24 as shown in FIG. 4 But it would be

également possible comme indiqué à la figure 5 sur repré- also possible as shown in figure 5 on illustration

sentation éclatée en perspective de recourir à deux têtes exploded feeling in prospect of resorting to two heads

de contrôle angulaires du commerce. angular trade controls.

Avec les têtes de contrôle qui viennentd'être décrites il est possible de contrôler avantageusement des tuyaux ayant des diamètres extérieurs jusqu'à 400 mm environ Pour des tuyaux ayant un diamètre supérieur on n'obtient plus d'écho de fond à cause de l'affaiblissement des ondes sur le trajet périphérique de grande longueur et à cause des pertes par réflexion. Comme il va de soi, et comme il résulte déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation, non plus qu'à cex des modes de With the control heads which have just been described it is possible to advantageously control pipes having outside diameters up to approximately 400 mm. For pipes having a larger diameter, there is no longer any bottom echo due to the weakening of the waves on the long peripheral path and due to reflection losses. As is obvious, and as already follows from the foregoing, the invention is in no way limited to those of its embodiments, no more than to those of

réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécia- realization of its various parts, having been more special-

lement envisagées; elle en embrasse, au contraire, toutes also envisaged; on the contrary, it embraces all

les variantes.variants.

Claims

1 Ultrasonic control head for manual control of tubes and rods, in the housing of which are arranged

two oscillators separated from each other, both oscillated

tors creating in the room to be examined two ultrasonic waves directed in opposite directions, following zigzag paths constituted by inscribed polygonal lines, and the rays of the center of the ultrasonic beams coming from the two oscillators coming to strike the surface of the sole of the control head at identical angles of incidence, but directed in opposite directions, characterized in that the oscillators (14, 16) are mounted in the housing (12) of the control head in two different planes perpendicular to the axis (40) of the part to be examined, in that the exit points (18, 19) of the central ultrasound rays on the surface (17) of the sole of the control head are located on a common line (20) parallel to the axis (40) of the part to be examined, and in that the gap "a" existing (in top view of the control head) between the edges

internal (141, 161) oscillators, the dimensions of -

oscillators, the lengths of the distances (142, 162) separating the oscillators (14, 16) from the surface of the sole and the

angles of incidence (21, 22) of the central radii of the beams

These ultrasonic beams are chosen in such a way that due to the divergence of the ultrasonic rays reaching the part to be examined (4), by excitation of the first oscillator (14), it is possible to measure in the second oscillator (16) a returned echo having turned in the room and that, by excitation of the second oscillator (16), one can measure in the first oscillator (14) a return echo having

shot around the room.

2 ultrasonic probe according to claim 1, character-

joked that the interval "a" separating the internal edges (141, 161) of the oscillators (14, 16), when we look at the

control head from above, is between 2 and 5 mm.

3 ultrasonic probe according to claim 1 or 2 j characterized in that the distance (142, 162) separating the

oscillators (14, 16) of the part to be examined is approximate

equal to the length of the field near the oscillators

(14, 16).

4 ultrasonic probe according to one of claims 1

to 3, characterized in that the oscillators (14, 16) produce

feels ultrasonic waves having a frequency of 2 M Hz and.

have a surface of 225 mm 2 and in that the angle

of incidence (21, 22) of the central rays is chosen from

so that the angle of refraction (211, 221) in a room

steel to control either 37 'or 45.

Ultrasonic probe-according to one of the claims 1 to

4, characterized in that the oscillators (14, 16) are mounted on a support (24) and in that this support is made of a material known by the name of Plexiglas

6 ultrasonic probe according to one of claims 1

to 5, characterized in that the control head is constituted by the assembly of two commercial angular heads mounted

one behind the other.

7 ultrasonic probe according to one of claims 1

to 6, characteristic in that the surface (17) of the sole of the control head is adapted to the curvature of the surface of the part to be checked (4) and in that the straight line (20) on which the exit points (18, 19) of

ultrasound represents the line of the vertices.