DE10114396A1 - Testing arrangement for ultrasonic testing of metallic material blocks using one or move test head arrangements, each test head comprising adjacent probes with overlapping ultrasound beams so that whole internal volume is covered - Google Patents
Testing arrangement for ultrasonic testing of metallic material blocks using one or move test head arrangements, each test head comprising adjacent probes with overlapping ultrasound beams so that whole internal volume is coveredInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Prüfanordnung für die Ultra schallprüfung von Materialblöcken. Wenn hier von Materialblöc ken gesprochen ist, so sind darunter großvolumige, bei spielsweise quaderförmige durch Gießen, Wälzen oder Schmieden hergestellte Metallblöcke, etwa solche aus einer Aluminiumle gierung zu verstehen. Bei der Ultraschallprüfung von Materi alblöcke sollen Fehler im gesamten Volumen sowie im Oberflä chenbereich aufgedeckt werden. Zur Prüfung werden z. B. 10 m lange, 2 m breite und 1 m hohe Blöcke auf Rollenstraßen in eine Ultraschall-Prüfstation transportiert. Die Prüfung von Blöc ken auf Volumen- und Oberflächenfehlern ist zwar in prüf technischer Hinsicht relativ einfach, sie erfordert aber ei nen erheblichen gerätetechnischen Aufwand. Um eine lückenlose Überprüfung des gesamten Materialblocks zu gewährleisten, werden bei herkömmlichen Prüfanordnungen an der Blockobersei te Prüfköpfe in einer Querreihe so aneinander geordnet, dass sich ihre Schallbündel zumindest gegenseitig berühren. Um die Anzahl der Prüfköpfe zu reduzieren werden auch bewegliche Prüfköpfe eingesetzt, die eine quer zur Vorschubrichtung des Materialblocks verlaufende oszillierende Bewegung ausführen. Dem verringerten Aufwand an Prüfköpfen steht jedoch eine kom plizierte Führungsmechanik gegenüber. Außerdem ergeben sich abhängig von der Oszillationsfrequenz und der Vorschubge schwindigkeit mehr oder weniger große ungeprüfte Bereiche.The invention relates to a test arrangement for the Ultra sound testing of material blocks. If here from Materialblöc ken is spoken, including large-volume ones for example cuboid by casting, rolling or forging manufactured metal blocks, such as those made of an aluminum alloy to understand greed. In the ultrasonic testing of materi alblocks should have errors in the entire volume and in the surface uncovered area. For testing z. B. 10 m long, 2 m wide and 1 m high blocks on roller conveyors in one Ultrasound test station transported. Blöc's exam Checking for volume and surface defects is under review technically relatively simple, but it requires egg considerable expenditure on equipment. To a complete To review the entire block of material to ensure are on the block top in conventional test arrangements te probes arranged in a transverse row so that their sound bundles at least touch each other. To the Reducing the number of probes will also be movable Probes are used, which are transverse to the feed direction of the Carry out oscillating movement of material blocks. However, the reduced expenditure on test heads is a problem opposite management mechanics. Also arise depending on the oscillation frequency and the feed rate speed more or less large unchecked areas.
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Prüfanordnung vorzuschlagen, mit der eine vollständige Prü fung eines Materialblocks auf Volumenfehler und Oberflächen anrisse mit geringem gerätetechnischen Aufwand durchführbar ist.Based on this, it is the object of the invention, a Propose a test arrangement with which a complete test a block of material for volume defects and surfaces Cracks can be carried out with little technical effort is.
Diese Aufgabe wird bei einer Prüfanordnung gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass an der Oberfläche des Materialblocks ei ne Prüfkopfgruppe aus zwei nebeneinander angeordneten Prüf köpfen positioniert wird, wobei die Prüfköpfe mit Gruppen strahlern ausgestattet sind, deren Schwenkbereiche sich über schneiden. Mit einer solchen Prüfanordnung ist es nun mög lich, ohne aufwendige Traversiereinrichtungen das Volumen ei nes Materialblocks durch schrittweise Veränderung der Ab strahlrichtung der Gruppenstrahler praktisch lückenlos abzu tasten und auf Fehler zu überprüfen.This object is achieved in a test arrangement according to claim 1 solved in that on the surface of the material block ei ne test head group consisting of two test units arranged side by side heads is positioned, the probes with groups spotlights are equipped, the swivel ranges over to cut. With such a test arrangement it is now possible Lich, the volume without complex traversing devices block of material by gradually changing the Ab beam direction of the group emitters practically without gaps grope and check for errors.
Mit der vorgeschlagenen Prüfanordnung lässt sich ein Gesamt schallfeld mit einem Winkel von etwa 120° erzeugen. An der Materialblockseite, an der die Prüfkopfgruppe angeordnet ist, sind folglich Eckbereiche vorhanden, in denen ein Fehler nicht aufspürbar ist. Wenn jedoch an jeder Seite, insbesonde re an jeder Schmalseite eines Materialblocks eine Prüfkopf gruppe angeordnet wird, können auch diese Eckbereiche mit Hilfe der jeweils an der gegenüberliegenden Seite angeordne ten Prüfkopfgruppe geprüft werden. Die Anordnung von zwei Prüfkopfgruppen an diametral gegenüberliegenden Schmalseiten ermöglicht auch die Prüfung von Materialblöcken mit Breiten bis zu 2 m und mehr.With the proposed test arrangement, an overall can generate a sound field at an angle of approximately 120 °. At the Material block side on which the probe group is arranged there are consequently corner areas in which an error is not detectable. However, if on each side, especially right on each narrow side of a block of material group, these corner areas can also be used Help the arranged on the opposite side test head group. The arrangement of two Test head groups on diametrically opposite narrow sides also enables the testing of blocks of material with widths up to 2 m and more.
Die Erfindung wird nun anhand von in den beigefügten Zeich nungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is now based on in the accompanying drawing illustrated embodiments explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine Prüfanordnung mit einer einzigen, an einer Schmalseite eines Materialblocks angeordneten Prüf kopfgruppe, Fig. 1 shows a test arrangement with a single, arranged on a narrow side of a block of material testing head group,
Fig. 2 das Detail II aus Fig. 1, Fig. 2 shows the detail II from Fig. 1,
Fig. 3 eine Prüfanordnung mit zwei an gegenüberliegenden Schmalseiten eines Materialblocks angeordneten Prüfkopfgruppen, Fig. 3 shows a test arrangement with two on opposite narrow sides of a material block arranged Prüfkopfgruppen,
Fig. 4 eine Abbildung entsprechend Fig. 3, in der die Er kennung einzelner Fehler beispielhaft verdeutlicht ist. Fig. 4 is an illustration corresponding to FIG. 3, in which the detection of individual errors is exemplified.
Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung dient zur Prüfung eines quaderförmigen Materialblockes 1 mit einer Breite 2 von bei spielsweise etwa 1 m. An einer Schmalseite 3 des Materialblo ckes ist eine aus zwei Prüfköpfen 4, 5 bestehende Prüfkopf gruppe angeordnet. Die in Fig. 2 schematisch dargestellten Prüfköpfe 4, 5 sind mit geringem Abstand nebeneinander an der Blockoberfläche 6 positioniert. Sie umfassen ein im Quer schnitt etwa rechteckiges Gehäuse 7, das auf der der Oberflä che 6 zugewandten Seite eine Koppelöffnung 8 aufweist. Die Prüfköpfe 4, 5 umfassen weiterhin einen Vorlaufkeil 9, dessen Schallankoppelfläche 10 mit Axialabstand zu der die Koppel öffnung 8 umgrenzenden Stirnseite 11 des Gehäuses 7 angeord net ist. Der zwischen der Schallankoppelfläche 10 und der Stirnfläche 11 angeordnete Raum bildet eine im Betriebszu stand mit Wasser beschickbare Koppelkammer 12. An einer Schrägfläche des Vorlaufkeiles 9 sind mehrere streifenförmig ausgebildete und parallel nebeneinander angeordnete, einen Gruppenstrahler bildende, piezoelektrische Elemente 12 vor handen. Bei den Prüfköpfen 4, 5 handelt es sich beispielsweise um SE-Prüfköpfe, d. h. es ist eine (nicht dargestellte) Emp fängereinheit vorhanden. Die Schrägflächen der Vorlaufkeile 9 schließen einen zu den Koppelöffnungen 8 hin geöffneten Win kel α ein. Die Abstrahlrichtung der piezoelektrischen Elemen te 12 lässt sich durch zeitverzögerte Ansteuerung zwischen den in Fig. 1 erkenntlich gemachten Abstrahlrichtungen 4a und 4b bzw. 5a und 5b praktisch beliebig verändern. Mit dem Prüf kopf 4 lässt sich somit der von den Abstrahlrichtungen 4a und 4b eingeschlossene Fehlerauffindungsbereich 4c und mit dem Prüfkopf 5 der von den Richtungen 5a und 5b eingeschlos sene Fehlerauffindungsbereich 5c prüfen. Die Bereiche 4c und 5c überschneiden sich im mittleren Blockbereich. Die außer halb der Bereiche 4c angeordneten, jeweils von den Abstrahl richtungen 4a und 5b und der Blockoberfläche begrenzten Eck bereiche 13 sind mit den Prüfköpfen 4, 5 nicht prüfbar. Sie sind umso kleiner, je größer der mit den Gruppenstrahlern der Prüfköpfe 4, 5 realisierbare Gesamtschwenkbereich 14 und je geringer die Höhe 15 des Materialblocks 1 ist.The arrangement shown in Fig. 1 is used to test a cuboid material block 1 with a width 2 of about 1 m for example. On a narrow side 3 of the material block, a test head group consisting of two test heads 4 , 5 is arranged. The test heads 4 , 5 shown schematically in FIG. 2 are positioned next to one another on the block surface 6 at a short distance. They comprise an approximately rectangular housing 7 in cross section, which has a coupling opening 8 on the surface 6 which faces the surface 6 . The test heads 4 , 5 further comprise a lead wedge 9 , the sound coupling surface 10 with an axial distance from the coupling opening 8 bordering end face 11 of the housing 7 is angeord net. The arranged between the sound coupling surface 10 and the end face 11 forms a standing in the operating Zuzu with water coupling chamber 12th On an inclined surface of the leading wedge 9 there are a plurality of strip-shaped piezoelectric elements 12 which are arranged in parallel and arranged next to one another and form a group radiator. The test heads 4 , 5 are, for example, SE test heads, ie there is a receiver unit (not shown). The inclined surfaces of the leading wedges 9 include an open to the coupling openings 8 win angle α. The radiation direction of the piezoelectric elements 12 can be changed practically as desired by time-delayed activation between the radiation directions 4 a and 4 b or 5 a and 5 b shown in FIG. 1. With the test head 4 , the error detection area 4 c enclosed by the emission directions 4 a and 4 b can be checked and with the test head 5 the error detection area 5 c enclosed by the directions 5 a and 5 b. The areas 4 c and 5 c overlap in the middle block area. The arranged outside half of the areas 4 c, each limited by the radiation directions 4 a and 5 b and the block surface corner areas 13 are not testable with the probes 4 , 5 . They are the smaller, the larger the total swiveling range 14 that can be realized with the group emitters of the test heads 4 , 5 and the smaller the height 15 of the material block 1 .
Fig. 3 zeigt eine Prüfanordnung, bei der an einem im Quer schnitt quaderförmigen Materialblock an beiden Schmalsei ten 3,16 jeweils eine zwei Prüfköpfe 17 und 18 bzw. 19 und 20 enthaltende Prüfkopfgruppe angeordnet ist. Unter der Annahme, dass die Prüfköpfe 17-20 und die Prüfköpfe 4, 5 gemäß Fig. 1 der gleichen Leistungs- bzw. Empfindlichkeitsklasse zugehö ren, so kann mit der Anordnung gemäß Fig. 3 ein Material block 1a mit der doppelten Breite des in Fig. 1 gezeigten Ma terialblockes 1 geprüft werden. Der Fehlerauffindungsbereich ist das zwischen den, den Gesamtschwenkbereich 14' begrenzen den Ausbreitungsrichtungen 17a, 18a, 19a und 20a eingeschlos sene Blockvolumen. In Fig. 3 sind in dieses Blockvolumen zur Verdeutlichung der lückenlosen Prüfung weitere innerhalb des Gesamtschwenkbereiches 14' liegende Abstrahlrichtungen einge zeichnet. Die beiden Prüfkopfgruppen 17, 18 und 19, 20 sind siegelsymmetrisch hinsichtlich einer in Höhenrichtung verlau fenden Ebene 21 und einer in Breitenrichtung verlaufenden E bene 22 angeordnet, wobei die Kreuzungslinie dieser Ebene et wa die Mittellängsachse 23 des Materialblocks 1a bildet. Fig. 3 shows a test arrangement in which a test head group containing two test heads 17 and 18 or 19 and 20 is arranged on a cross-section-like block of material on both narrow sides 3 , 16 th. Assuming that the test heads 17-20 and the test heads 4 , 5 according to FIG. 1 belong to the same performance or sensitivity class, then with the arrangement according to FIG. 3 a material block 1 a with twice the width of the in Fig. 1 shown Ma material block 1 are checked. The error detection area is the block volume enclosed between the, the total swivel area 14 'delimiting the directions of propagation 17 a, 18 a, 19 a and 20 a. In FIG. 3, further radiation directions lying within the total swiveling range 14 'are drawn into this block volume in order to clarify the gapless test. The two test head groups 17 , 18 and 19 , 20 are arranged in a seal-symmetrical manner with respect to a plane 21 extending in the height direction and a plane 22 extending in the width direction, the crossing line of this plane forming the central longitudinal axis 23 of the material block 1 a.
In Fig. 4 sind in schematischer Weise einige Materialfeh ler 24 und die zugehörigen Abstrahlrichtungen bzw. Schallim pulsverläufe 25 angedeutet. Besonders hervorzuheben ist, dass mit der doppelseitigen Anordnung von je zwei Prüfköpfen auch ein innerhalb eines Eckbereiches 13 angeordneter Fehler 24a -aufgrund des weiten Schallweges mit verminderter Empfindlich keit - erkennbar ist. In Fig. 4 some Materialfeh ler 24 and the associated radiation directions or Schallim pulse curves 25 are indicated in a schematic manner. It should be particularly emphasized that with the double-sided arrangement of two test heads, an error 24 a arranged within a corner region 13 can also be recognized owing to the wide sound path with reduced sensitivity.
11
Materialblock
material block
22
Breite
width
33
Schmalseite
narrow side
44
Prüfkopf
probe
44
a, b Abstrahlrichtung
a, b direction of radiation
44
c Fehlerauffindungsbereich
c Error detection area
55
Prüfkopf
probe
55
a, b Abstrahlrichtung
a, b direction of radiation
55
c Fehlerauffindungsbereich
c Error detection area
66
Oberfläche
surface
77
Gehäuse
casing
88th
Koppelöffnung
coupling opening
99
Vorlaufkeil
forward wedge
1010
Schallankoppelfläche
Schallankoppelfläche
1111
Stirnseite
front
1212
piezoelektrisches Element
piezoelectric element
1313
Eckbereich
corner
1414
Gesamtschwenkbereich
Total swivel range
1515
Höhe
height
1616
Schmalseite
narrow side
1717
Prüfkopf.
Probe.
1818
Prüfkopf
probe
1919
Prüfkopf
probe
2020
Prüfkopf
probe
2121
Ebene
level
2222
Ebene
level
2323
Mittellängsachse
central longitudinal axis
2424
Materialfehler
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2525
Schallimpulsverlauf
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- 2001-03-23 DE DE2001114396 patent/DE10114396A1/en not_active Withdrawn
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