DE1080325B

DE1080325B - Vorrichtung zum Pruefen von langen Schweissnaehten an Behaeltern mittels Ultraschall

Info

Publication number: DE1080325B
Application number: DED23267A
Authority: DE
Inventors: H Bincer; J R Boxcer
Original assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Current assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Priority date: 1955-07-04
Filing date: 1956-07-03
Publication date: 1960-04-21
Also published as: US2953017A; GB803551A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen von langen Schweißnähten an Behältern, insbesondere von Stoßschweißnähten an Kesseltrommeln, mittels Ultraschall, wobei der oder die auf einem Gleis geführten Schallköpfe über einen Schallübertragungskörper und ein Flüssigkeitsbad auf das Werkstück einwirken. Die Erfindung besteht darin, daß auf das zu prüfende Werkstück ein elastisches Gleis aufgelegt werden kann mit einem darauf gleitenden, den Schallübertragungskörper tragenden Schlitten, welcher einen Hohlraum mit einer an sich bekannten rahmenförmigen Dichtung aufweist, in dem durch Einfüllen von Flüssigkeit das Flüssigkeitsbad gebildet wird, und daß der Schlitten mittels eines Motors und einer unendlichen Kette auf dem Gleis in an sich bekannter Weise bewegbar ist.

In der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mittels Ultraschall dringen die Schallwellen aus einem Schallsender durch eine Flüssigkeit in das zu untersuchende Werkstück, wobei die reflektierten Schallwellen von demselben Kristall oder einem anderen aufgefangen werden und eine Anzeige in einem Oszillographen hervorrufen.

Es ist bereits bekannt, einen Behälter mit Wasser zu füllen und in diesem das zu untersuchende Werkstück einzubringen. Über dem Behälter ist auf Schienen die Meßeinrichtung fahrbar angeordnet. Eine solche Einrichtung ist zur Prüfung von Schweißnähten an langen Rohren nicht geeignet und wäre für diese Zwecke auch zu aufwendig.

Zur Messung der Güte von Schienen ist es bekannt, ein Ultraschallmeßgerät über die Schienen entlang eines Führungsstabes zu bewegen.

Vorrichtung

zum Prüfen von langen Schweißnähten
an Behältern mittels Ultraschall

Es ist weiterhin bekanntgeworden, das Werkstück durch Rollenführung zwischen einer Ultraschallmeßeinrichtung hindurchzubewegen. Eine solche Vorrichtung mag für kleinere Werkstücke geeignet sein, zum Hindurchführen einer Kesseltrommel ist es als ungeeignet zu bezeichnen.

Das Prüfen langer Schweißinähte an Kesseltrommeln wurde bisher in der Weise durchgeführt, daß die Schallköpfe freihändig an das Werkstück angelegt wurden und durch fortlaufendes Weiterbewegen über die Schweißnaht die Kontinuität der Untersuchung sichergestellt werden sollte. Es ist offensichtlich, daß eine solche Prüfung von der Geschicklichkeit des Prüfers abhängig und außerdem sehr zeitraubend ist. Bei dieser Untersuchungsmethode wurde die schallübertragende Flüssigkeit durch Anfeuchten der Oberfläche des Werkstückes in der Form eines Films hergestellt, so daß die Schallübertragung nicht vollkommen störungsfrei verläuft. Diese Störungen und Schwierigkeiten werden beim Prüfen eines zylindrischen Werkstückes noch verstärkt, da nicht nur die Anmelder:

Deutsche Babcock & Wilcox-Dampfkessel-

Werke Aktien-Gesellschaft
Oberhausen (RhId.), Duisburger Str. 375

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 4. Juli 1955

H. Bincer und J. R. Boxcer, London,
sind als Erfinder gen?)Tint worden

Unebenheit, sondern auch noch die Krümmung des Werkstückes Störungen hervorrufen kann.

Die bisher aufgetretenen Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung beseitigt. Dabei wird zur Prüfung von langen Schweißnähten auf dem Werkstück ein Gleis angeordnet, das parallel zu der Schweißnaht verläuft. Auf diesem elastischen Gleis läuft ein Schlitten, der den Schallübertragungskörper mit den Schallköpfen trägt. Der Schlitten wird mit einem Flüssigkeitsbad versehen, das mittels einer Dichtung und eines Reservoirs auch bei der Bewegung der Vorrichtung gefüllt gehalten wird und eine einwandfreie Schallübertragung gewährleistet. Der Schlitten wild mittels eines Motors und einer unendlichen Kette auf dem Gleis in an sich bekannter Weise bewegt. Dadurch ist eine viel schnellere und von der Gesichicklichkeit des Prüfers unabhängigere und zuverlässigere Prüfung möglich.

Die Zeichnung stellt den Gegenstand der Erfindung beispieleweise und vereinfacht dar, und es bedeutet

Abb. 1 die perspektivische Darstellung der Vorrichtung, auf einer Trommel in der Arbeitsstellung montiert,

Abb. 2, 3 und 4 die Draufsicht, die Seitenansicht und die Vorderansicht des antriebslosen Endes der

S05 787/193

Vorrichtung mit der Kettenumlenkrolle und dem Schlitten,

Abb. 5, 6 und 7 den Schlitten in der Draufsicht, der Seitenansicht und im Schnitt entlang der Linie A-A der Abb. 5,

Abb. 8 die Draufsicht eines Teils der Vorrichtung mit dem Schlitten, dem Schallkopf und einem Teil des Antriebes im Schnitt entlang der Linie B-B der Abb. 9,

Abb. 9 die Seitenansicht im Schnitt entlang der Linie C-C der Abb. 8,

Abb. 10 die Vorderansicht im Schnitt entlang der Linie D-D der Abb. 8,

Abb. 11 den Schlitten gemäß Abb. 10, jedoch in größerem Maßstabe und ohne Schallkopf, wobei der untere Teil den Schnitt entlang der Linie B-B und der obere Teil den Schnitt entlang der Linie F-F der Abb. 12 darstellt,

Abb. 12 die Draufsicht entsprechend Abb. 1,

Abb. 13 den Schnitt entlang der Linie G-G der Abb. 11,

Abb. 14 die Draufsicht auf den Schallkopf, in der Pfeilrichtung entsprechend Abb. 10 gesehen,

Abb. 15 den Schnitt entlang der Linie H-H der Abb. 14 und

Abb. 16 den Schnitt entlang der Linie I-I der Abb. 15.

Gemäß den Abb. 1 bis 4 ist ein Schlitten 1 mit vier Stiften 2 versehen, die auf entgegengesetzten Seiten paarweise angeordnet sind und in Führungsrillen 3 eines Gleises 4 so eingreifen, daß der Schlitten eine Bewegung in der im voraus bestimmten Richtung erhält. Jede Schiene des Gleises 4 umfaßt ein T-Profil 5 und einen Winkel 6, die miteinander verschraubt sind. Dabei ist der Winkel 6 gegenüber dem T-Profil 5 so versetzt, daß zwischen den Schenkeln der beiden die Führungsrille 3 verbleibt. Beide Schienen sind an ihren Enden mittels Querbalken 7 und in der Mitte durch ein Portal 8 verbunden, das aus zwei Säulen 9 und einem Querbalken 10 besteht und welches so bemessen wird, daß der Durchgang des Schlittens möglich ist.

Die Schienen sind an ihren Enden durch Winkelstücke 11 verstärkt, an welchen die Querbalken 7 befestigt sind, die Kettenräder 12 und 13 tragen. Das eine Kettenrad 12 ist dabei nur als nicht angetriebene Umlenkrolle ausgeführt, das andere Kettenrad 13 wird über eine Welle 14 und einen nicht dargestellten Motor angetrieben. Über beide Kettenräder ist eine endlose Kette 15 gespannt, welche in der senkrechten Symmetrieebene der Schienen verläuft. Die Kette 15 kann dabei durch Verstellen einer Spannvorrichtung 16 nachgespannt werden, wozu die Spannvorrichtung mit einem Langloch 17 versehen ist.

An einem Ende sind die Schienen mit Einschnitten 18 versehen, die so groß gewählt und so angeordnet sind, daß die Stifte 2 bei einem Herausheben des Schlittens 1 durch diese Einschnitte 18 durchgeleitet werden können. Die inneren zwei Einschnitte sind dabei mit Platten 19 versehen, die im Betriebszustand der Vorrichtung angeschraubt sind und eine Überbrückung der Einschnitte gewährleisten.

Die Winkelstücke 11 sind mit Langlöchern 20 versehen, in welche Bänder 21 eingreifen, die ein Werkstück 22 umfassen und die ganze Vorrichtung in der richtigen Lage halten. Nach Bedarf kann noch ein weiteres Verbindungselement um das Werkstück und über dem Querbalken 10 angebracht werden.

Die Schienen, die Querbalken 7 und das Portal 8 sind aus Aluminium hergestellt und so elastisch, daß sich das Gleis 4 den Unebenheiten des Werkstückes in der Nähe einer Schweißnaht 23 anpassen kann. Dabei ist durch die runden Stifte 2 und die Führungsrillen 3 ein Einklemmen oder ein Herausfallen des Schlittens 1 ausgeschlossen.

Gemäß den Abb. 5 bis 7 enthält der Schlitten 1 ein rahmenähnliches Untergestell 24, das in der einen Richtung mit zwei Armen 25 und 26 und in der entgegengesetzten Richtung gleichfalls mit zwei Armen

ίο 27 versehen ist. Die Oberkanten dieser Arme sind mit Ausnahme des Armes 26 unterhalb der Oberkante des rahmenähnlichen Gestellteiles. Auch die Unterkanten der Arme liegen tiefer, so daß der rahmenähnliche Teil höher als die Arme liegt. Das Untergestell 24 ist mit vier lotrechten und symmetrisch am Rahmenteil angeordneten Löchern 36 versehen, die zum Durchgang von Plungern 35 und der Aufnahme von Vorspannfedern dienen. In den Armen sind noch viermal je drei Löcher 28, 29 und 30 für die Anbringung der

so Stifte 2 eingebohrt, die eine Auswahl der Höhe gestatten. Dadurch kann die Vorrichtung den Werkstücken mit verschiedenen Durchmessern angepaßt werden.

Gemäß den Abb. 8, 9,10 trägt der Schlitten 1 einen Schallübertragungskörper 31, der sich mit seiner unteren Fläche 32 an das Werkstück anlehnt und den Ultraschall auf dieses überträgt. Dieser in den Abb. 11, 12 und 13 deutlicher dargestellte Körper 31 ist über und durch ein Loch in einer Grundplatte 33 angeordnet, wobei diese Grundplatte 33 mit lotrechten Haltestücken versehen ist, zwischen denen der Körper 31 eingeklemmt ist, und zwar durch Schrauben 34, die durch den Körper und durch die Haltestücke bzw. durch entsprechende Löcher in demselben hindurchgesteckt sind.

Auf der Grundplatte 33 sind auch vier lotrechte Plunger 35 angeordnet, die in ihrem unteren Teil mit größerem Durchmesser ausgeführt sind und durch die entsprechenden Löcher 36 des Schlittens 1 und in einer Deckplatte 37 durchgeführt sind. Zwischen einem Absatz 38 des Plungers 35 und der Deckplatte 37 wird eine Feder eingesetzt, die den Plunger 35 unmittelbar, die Grundplatte 33 mittelbar und den Schallübertragungskörper 31 nach unten drückt bzw. ihn gegen das Werkstück andrückt. Die Plunger 35 sind zusätzlich mit Endschrauben 39 versehen, die größeren Kopfdurchmesser haben, als der Durchmesser des Deckplattenloches ist, so daß auch eine Abwärtsbewegung begrenzt ist. Mit dieser Anordnung und dadurch, daß die Plunger 35 mit genügendem Spiel versehen sind, kann sich die Grundplatte so dem Werkstück anpassen, daß die untere Fläche 32 des Schallübertragungskörpers 31 optimal das Werkstück tangiert und an das Werkstück mit optimalem Druck angepreßt wird, der von der Federcharakteristik abhängig ist.

Der Schallübertragungskörper 31 ist seitlich mit einem zylindrischen Rücken 40 versehen, dessen Achse 41 mittig auf der unteren Fläche 32 des Körpers 31, und zwar parallel zu den Schienen 4, Hegt. Im Bereich des oberen Endes ist der Körper 31 parallel mit der Fläche 32 abgeflacht und die so entstandene Stufe 42 zur Aufnahme elektroakustischer Elemente 53 von Schallköpfen 43 bestimmt, die lotrecht über die Achse 41 angeordnet sind.

Außer mit diesem feststehenden Schallkopf ist der Schallübertragungskörper 31 noch mit einem beweglichen Schallkopf 70 versehen. Dieser bewegliche Schallkopf ist mit einer konkaven zylindrischen Fläche ausgeführt, die auf den konvexen zylindrischen Rücken 40 des Körpers 31 paßt und so angeordnet ist,

daß die Schallwellen aus einem Sender 45 sowie die reflektierten Wellen durch die Achse 41 verlaufen. Durch die Beweglichkeit des Schallkopfes 70 auf dem Rücken 40 des Körpers 31 kann der Einfallswinkel des Schalles verändert werden, so daß auch die Eindringtiefe und die Eindringrichtung des Schallee der zu prüfenden Schweißnaht geändert werden' kann.

Die Grundplatte 33 ist mit einer aus plastischem Material bestehenden Dichtung 46 versehen. Diese Dichtung stellt einen Rahmen dar, der um die öffnung in der Grundplatte 33 gelegt ist, durch welche der Körper 31 durchtritt. Dieser Dichtungsrahmen wird mittels Federn, die um die Plunger 35 gelegt sind, an das Werkstück angedrückt, so daß dadurch ein dichter Raum entsteht, der mit einer Flüssigkeit gefüllt wird. Die Flüssigkeit, die durch Bewegung der Vorrichtung verlorengeht, wird dabei über ein Nippel 47 und eine Leitung 48 aus einem Reservoir 49 nachgefüllt. Dadurch ist eine Schallübertragung von dem Schallsender auf das Werkstück und umgekehrt vom Werkstück auf den Schallempfänger störungsfrei möglich.

Die Schallköpfe 43 und 70 sowie auch der Schallübertragungskörper 31 sind in zwei gleiche Hälften aufgeteilt. Die Aufteilung erfolgt mittels schalldämmender Packungen 50 und 51 und ermöglicht demnach, daß an jeden Schallkopf an einer Seite der Schallsender und an der anderen Seite der Schallempfänger angebracht werden kann.

Gemäß Abb. 13 sind die Hälften des Körpers 31 an ihrer oberen Seite 52 schräg ausgeführt, so daß auch die Kristalle 53 schräg liegen und der Sendestrahl über die Körpermittellinie das Werkstück trifft und zum Empfänger wieder zurückreflektiert wird.

In den Abb. 14, 15 und 16 ist der bewegliche Schallkopf 70 dargestellt, der gemäß Abb. 10 angeordnet ist. Dieser Schallkopf ist auch mittig geteilt, und zwar durch die schalldämmende Schicht 50. Der Sender 45 und der Empfänger 44 bestehen aus Kristallen, die mittels Gummipolster 54 und Andrückplatten 55 auf ein Gleitstück 56 angedrückt werden, wobei das Gleitstück 56 aus demselben Material wie auch der Körper 31 hergestellt ist. Am Schallkopf ist ein Reservoir für die Flüssigkeit vorgesehen, die über Rillen 57 auf die Berührungsfläche gelangt und eine ungestörte Schallübertragung gewährleistet. Der Schallkopf 70 ist bei seiner Bewegung seitlich geführt und außerdem mit zwei Rohren 58 versehen, durch welche die Kabel für die elektrischen Leitungen zwischen dem Gerät und den Kristallen geführt werden. Wenn die endlose Kette 15 durch den nicht dargestellten Motor angetrieben ist, dann wird diese Bewegung durch das obere Kettentrum 59 auf ein Kettenrad 60 übertragen, das am Schlitten 1 angeordnet ist. Durch die Übersetzung über mehrere Zahnräder wird auch ein Kurbelrad 61 angetrieben und mittels Stange 62 der Schallkopf 70 in eine oszillierende Bewegung gebracht. Gleichzeitig bewegt sich auch der Schlitten 1, da ein Bolzen 63., der am Schlitten befestigt ist, in das untere Kettentrum 64 einhakt. Die Bewegung des Schallkopfes ist aber bedeutend lebhafter, da das Kettenrad eine doppelt so große Relativgeschwindigkeit wie die Kette erhält und diese Geschwindigkeit noch durch Übersetzung mehrmals vergrößert wird, so daß beispielsweise eine Oszillation des Schallkopfes auf einem Schienenwege von 2 bis 3 mm erfolgt.

Der Schlitten 1 trägt gleichzeitig auch einen elektrischen Schalter 65 (Abb. 9), der durch einen Hebel 66 betätigt wird. Dieser Hebel 66 ist mit einem Hebelarm 67 verbunden, der mit einer Rolle 68 (Abb. 8) versehen ist, die entlang eines Schenkels der Schiene 4 läuft, auf der in regelmäßigen Abständen Ausnehmungen 69 (Abb. 2) angeordnet sind. Auf diese Weise wird in regelmäßigen Abständen der Schalter kurz ausgeschaltet und wieder eingeschaltet, wobei Stromstöße entstehen, die für eine Anzeige der Prüfweglänge benutzt werden.

Im Falle, daß die Länge der zu prüfenden Schweißnaht größer als der Meßbereich der Vorrichtung ist, wird die Vorrichtung für eine sukzessive Prüfung der Schweißnaht benutzt, indem nach dem Prüfen eines Abschnittes die Vorrichtung weitergerückt wird und der nächste Abschnitt der Schweißnaht geprüft wird.

Nach der Befestigung der Vorrichtung in der richttigen Lage werden die Behälter mit Flüssigkeit gefüllt und der Strom eingeschaltet,- und die Prüfung läuft dann selbständig ohne irgendeinen Eingriff von Hand ab.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Prüfen von langen Schweißnähten an Behältern mittels Ultraschall, wobei der oder die auf einem Gleis geführten Schallköpfe über einen Schallübertragungskörper und ein Flüssigkeitsbad auf das Werkstück einwirken, insbesondere von Stoßschweißnähten an Kesseltrommeln, gekennzeichnet durch, ein elastisches Gleis (4), welches auf das zu prüfende Werkstück (22) aufgelegt werden kann, und durch einen den Schallübertragungskörper (31) tragenden Schlitten (1), welcher auf dem Gleis (4) gleitend angeordnet ist und einen Hohlraum mit einer an sich bekannten rahmenförmigen Dichtung (46) aufweist, in dem durch Einfüllen von Flüssigkeit das Flüssigkeitsbad gebildet wird, und welcher mittels eines Motors und einer unendlichen Kette (15.) auf dem Gleis (4) in an sich bekannter Weise bewegbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallübertragungskörper (31) mit einem feststehenden, an seiner obersten Stelle angeordneten Schallkopf (43) und einem um seinen zylindrisch ausgebildeten Rücken (40) oszillierenden Schallkopf (70) versehen ist, wobei der Körper (31) im Hohlraum des Schlittens so angeordnet ist, daß sein unterster Teil im Flüssigkeitsbad eingetaucht ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des zylindrischen Rückens (40) des Körpers (31) parallel zu den Schienen des Gleises (4) verläuft und sich in derselben Ebene befindet, in der die untere waagerechte Fläche (32) des Körpers (31) liegt, wobei der feststehende Schallkopf (43) lotrecht oberhalb der Achse angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallübertragungskörper (31) sowie auch die Schallköpfe (43, 70) in der gemeinsamen lotrechten Symmetrieebene, die senkrecht zum Gleis liegt, durch an sich bekannte Schalldämmschichten (50., 51) in zwei Hälften, und zwar die Schallsender- und die Schallempfängerhälfte, aufgeteilt sind.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der feste und senkrecht zum Werkstück angeordnete, an sich bekannte zweiteilige Schallkopf (43) mit geneigten Kristallen (53) an geneigten Schall-

körperflächen (52) versehen ist, wobei diese Flächen so geneigt sind, daß die senkrechten Linien, die durch den diagonalen Schnittpunkt jeder einzelnen Fläche verlaufen, in einer lotrechten Ebene liegen, die parallel zum Gleis liegt, und sich am Schnittpunkt zwischen dieser Ebene, der Symmetrieebene und dem Werkstück schneiden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 887 278; schweizerische Patentschrift Fr. 285 832; britische Patentschrift Nr. 674 235, 723 329; USA.-Patentschrift Nr. 2 593 865, 2 645 938, 709760;

Zeitschrift »Der Maschinenschaden« (1951), H. 3/4, S. 29 bis 38.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen