DE1648768B2 - Verfahren zur zerstoerungsfreien werkstoffpruefung von rohren auf fehlerstellen - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Rohren auf Fehlerstellen, bei dem ein Ultraschalibündel an einer Stelle der Rohrwand eingeleitet und die Schallencrgie-Abschwächung des an einer anderen Stelle nach Mehrfachreflexionen innerhalb des P obres empfangener Ultraschallbündels, das in derselben Ebene wie das anfallende Ultraschallbündel verläuft, gemessen wird.

Bei den Verfahren der eingangs genannten Art ist es bekannt., das Ultraschallbündel in einer Ebene senkrecht zur Achse des Rohres einzuleiten und an einer anderen Stelle innerhalb der Querschnittsebene zu empfangen. Um alle Fehlerstellen zu erfassen, muß hierbei der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger auf dem Rohr parallel zur Rohrachse längs des Rohres bewegt werden (USA.-Patentschrifr2 795 133).

Bei einer anderen Verfahrensgattung, dem sogenannten Impuls-Echo-Verfahren, ist es bekannt, Fehler in ebenen Platten oder in Rohren mittels der an den Fehlern auftretenden Reflexionen zu erfassen, wobei der die Reflexionen empfangende Schallwandler gleichzeitig Sender und Empfänger ist. Bei einem Verfahren dieser Gattung, welches für die Prüfung von Gasflaschen verwendet wird, pflanzt sich das Ultraschallbündel in einer Ebene fort, die durch die Achse der Flasche und eine Erzeugende der zylindrischen Flaschenoberfläche definiert ist (E. A. W. M ü 11 e r : Handbuch der zerstörungsfreien Materialprüfung. Abschnitt 0.31. S. 1, untere Hälfte; München 1959).

Die bekannten Verfahren führen zu ke^:nen ode; völlig unzureichenden Fehleranzeigen, wenn Oberflächenfehler von Rohren erfaßt werden sollen, die in Form einer meist großflächigen Dickenabweichung der Rohrwandung vorliegen. Die Impuls-Echo-Methodc versagt hier insbesondere dann, wenn das Schallbündel in einer die Rohrachse enthaltenden Ebene in den Rohrmantel eingeschallt wird. Die Einschaltung in einer zur Rohrachse senkrechten Qtierschnittsebene führt zwar wegen der im allgemeinen kürzeren Abstände zwischen Schallwandler und Fehler prinzipiell zu günstigeren Verhältnissen: dieic sind aber auch noch völlig unbefriedigend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Oberflächenfehler von Rohren, insbesondere großflächige Dickenabv .ichungen der Wandungen des zu prüfenden Rohres, zuverlässig zu erfassen.

Erfindungsgcmälj wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Bestimmung von Fehlerstellen, die durch eine Dickenabweichung der Wand des zu prüfenden Rohres hervorgerufen werden, die Einleitung des Ultraschallbündels in einer Ebene vorgenommen wird, die durch eine Erzeugungslinie der Ro.'iroberfläche und durch die Rohrachse definiert ist.

Gemäß einer bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung wird dann, wenn zwischen ''cm Rohr und dem einfallenden und austretenden Ultraschallbündel eine schraubenlinienförmige Relativbewegung um die Achse des Rohres herum durchgeführt wird, die Ganghöhe der Relativbewegung höchstens gleich dem Abstand gewählt, der zwischen der Eintrittsstelle des Ultraschallbündels und dessen Ausgangsstelle liegt.

Die vorteilhafte Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht darauf, daß das Bündel nach Reflexion an einem Oberflächcnfehler und nachfolgender Mehrfachrcflexion unter der Wirkung der Rohrkrümmung relativ schnell aus seiner anfänglichen Fortpflanzungsebene herausgedreht wird, eine Tendenz, die um so stärker ist, je kleiner der Krümmungsradius des Rohres ist. Auf diese Weise kommt es auch bei relativ schwachen Oberflächenfchlern bei einer genügend weiten Entfernung des Fehlers vom Empfänger, die ohne weiteres immer eingestellt werden kann, zu einer erheblichen Abschwächung der am Schallempfänger austretenden Schallcnergie. Diese Abschwächung ist relativ groß gegenüber der natürlichen Abschwächung, die das Schallbündel beim Durchlaufen einer relativ langen Strecke vom Sender zum Empfänger erleidet, so daß ein großer Rohrabschnitt geprüft werden kann, ohne daß sich die Gefahr ergibt, daß eine unzureichende Signalanzeige erfolgt.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich, wenn die Entfernung zwischen der senderseitigen Eintrittsstelle des Schallbündels in das Rohr und der Austrittsstelle des Bündels längs einer Erzeugenden des Rohres, die durch die Eintrittsstelle geht, zwischen 20 und 200 mm und wenn der eingangsseitige Winkel des Schallbündels mit der Normalen der RohrflUche zwischen 5 und 18° gewählt wird.

Um die Erfindung besser verständlich zu machen, wird diese an Hand eines Ausführungsbeispiels in den Figuren näher erläutert.

F i g. 1 veranschaulicht schematisch wie die Prüfung der Dicke ^ines Stahlrohres ausgeführt wird;

F i g. 2 entspricht der Fig. 1, zeigt aber den Fall, daß ein Oberflächenfehler im Lauf des Ultraschallbündels lie«'¹;

F i g. 3 veranschaulicht im Querschnitt das in Fig.? veranschaulichte Rohr und zeigt, wie das Ultraschallbündcl aus der Ebene abgelenkt wird, in der es normalerweise verlaufen wüiJc.

In den Zeichnungen ist ein Stahlrohr 1 veranschaulicht, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geprüft wird.

Ein als Schallquelle arbeitender Wandler 2 leitet ein Bündel von Ultraschallwellen, welches einen kleinen Öffnungswinkel aufweist, auf den Punkt A der Erzeugenden oder Er2eugungsl^;nie3 der äußeren Zylinderfliiche des Rohres 1.

In einer gewissen Entfernung vom Punkt A ist auf den Punkt D, der sich gleichfalls auf der Linie der Erzeugenden 3 befindet, die Achse eines als Schallempfänger arbeitenden Wandlers 4 gerichtet, der die von dem Wandler! ausgehenden Schallwellen empfängt.

Um die Übertragung des Ultraschallbündels zwischen dem Prüfling und den Wandlern sicherzustellen, verwendet man Wasserschläuche oder Wassersirahlen 5, die schematisch in den Zeichnungen veranschaulicht sind, weil, sie für die Ankoppelung von Ultraschallwellen in der Ultraschalltechnik allgemein gebräuchlich sind.

Die Achse des Schallbündels 6, welches von dem Wandler 2 ausgesandt wird, wird so eingestellt, daß sie in einer Durchmesserebene des Rohres verläuft, wobei c¹ ie Durchmesserebene durch die Erzeugende 3 hindurchgeht.

Wenn also das Rohr 1 genau zylindrische und konzentrische Begrenzungsflächen aufweist, führt das Bündel 6, wie dies aus F i g. 1 ersichtlich ist, eine Anzahl von Reflexionen an der inneren und äußeren Oberfläche des Rohres aus, bleibt aber hierbei immer genau in der Durchmesserebene wie an der Eintrittsstelle des Strahlenbär dels. Das austretende Bündel 7 befindet sich somit in derselben Ebene wie das eintretende Bündel 6 und tritt in der Richtung aus, in der die Achse des Wandlers 4 verläuft.

Wie man aus der Zeichnung ersehen kann, bildet das Ultraschallbündel 6 mit der Normalen der Rohroberfläche einen Winkel (dieser Winkel wird in Wasser gemessen, welches als Koppelflüssigkeit für die Fortpflanzung des Ultraschallbündels zum Punkt A dient). Es ist ersichtlich, daß man, indem einerseits der Wert dieses Winkels und andererseits die Entfernung zwischen den Punkten Λ und B verändert wird, es so einrichten kann, daß nach einer bestimmten Anzahl von Reflexionen an den Wandungen des Rohres das Bündel im Punkt B empfangen wird.

In den F i g. 2 und 3 ist veranschaulicht, wie ein Fehler8, der in einer leichten Dickenvariation des Rohres 1 besteht, eine Ablenkung des Ultraschallbündels hervorruft, welches dann den Weg 7' einschlägt, und außerhalb des Ansprechbereiches des Wandlers 4 an diesem vorbeiläuft. Man ersieht in>besonaere aus Fig. 3, daß die Projektion des eini: !!enden Bündels in die Ebene der Fig. 3, die sen-vcln zur inneren und äußeren Oberfläche des Rohiv erläuft, nicht mehr senkrecht an der inneren '.;-·.·;-fläche reflektiert wird, wenn es sich um einen IY-Vr nach der Art des Fehlers 8 handelt, der in der .' . .-nung veranschaulicht ist.

Unter solchen Bedingungen wird der an der ! .',-

ίο lersielle reflektierte Schallstrahl aus der L. ■_■■_- welche durch die Erzeugende3 und die Ach.-. '_·, Rohres verläuft, ausgelenkl und durcheilt eine i· ·: von schraubenlinier.förmigem Verlauf im Innen; .;.:, Rohrmantels, auch wenn der Schallstrahl niclv. , .

einen weiteren Fehler trifft.

Es ist somit ersichtlich, daß es die Erfindung. . , möglicht, mit großer Genauigkeit alle Fehler ie-·.· steilen, die sich auf der Oberfläche des Rohres 1 finden.

Um die Prüfung eines Stahlrohres mit einem ai: ren Durchmesser von 244 mm und eine Dicke S,9 mm durchzuführen, verwendet man die W'·.:..' ler 2 und 4, die einen Durchmesser von 10 mm :.·,. v/eisen und deren Achse in der gleichen Eben.· l.-gen, die durch die Rohrachse hindurchgeht.

Die Entfernung des Rohres von dem Ende jec. . Wandlers kann leicht variieren und liegt beispielweise zwischen 5 und 25 mm. Man verwendet W a s.v. ■ als Koppelflüssigkeit. Der Winkel, den jeder der Wandler mit der Normalen des Rohres bildet, betr-i·.;. 10·.

Auf dem Bildschirm des Empfangsgerätes finde ι man ziemlich dichte Echofolgen, die gruppenweise gegliedert sind und die eine gewisse Entfernung vom Ausgangsecho einnehmen. Jedes des gruppier^·-. Echos entspricht einem leicht unterschiedlichen Verlauf des Bündels, welches an den beiden Grenzflächen des Rohres reflektiert wird.

Wenn die beiden Wandler 100 mm voneinander entfernt sind (gemeint ist die Entfernung der Punkte/l undß voneinander), so kann man eine Dickenveränderung des Rohres von 0,5 mm erfassen, wobei die Dickendifferenz über eine Zone von ungefähr 50 mm umfänglich verteilt ist. Der Empfang des Ultraschallbündels findet wieder statt, und die Registrierung des Fehlers wird somit ausgeschlossen, wenn der Abstand zwischen den beiden Wandlern weniger als 65 mm beträgt.

Man hat gleichfalls festgestellt, daß, selbst wenn

■Γ·ι die Entfernung zwischen den Wandlern in der Größenordnung von 65 mm liegt, man leicht Fehler entdeckt, die eine Tiefe von 0,5 mm haben, wenn diese Fehler nur über eine Zone verteilt sind, die beispielsweise einem Oberflächenbereich von 1 bis 2 cm- entspricht.

Wenn die Entfernung zwischen den beiden Wandlern in der Größenordnung von 100 mm liegt, so genügt es zur Prüfung des Rohres, dasselbe in bezug auf die Prüfvorrichtung eine Schraubenlinie mit einer Ganghöhe von etwa 100 mm durchlaufen zu lassen. Eine solche. Bewegung entspricht den Verschiebungen, die bei konventionellen Einrichtungen zur Werkstoffprüfung mit Ultraschall allgemein zugelassen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Rohren auf 'Fehlerstellen, bei dem ein Ultraschallbündel an einer Stelle der Rohrwand eingeleitet und die Schallencrgie-Abschwächung des an einer anderen Stelle nach Mehrfachreflexionen innerhalb des Rohres empfangenen Ultraschallbündels, das in derselben Ebene wie das einfallendc Ultraschallbündel verläuft, gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung von Fehlerstellen, die durch eine Dikkenabweichung der Wand des zu prüfenden Rohres hervorgerufen werden, die Einleitung des Ultvaschallbündels in einer Ebene vorgenommen wird, die dir h eine Erzeugungslinie der Rohroberäche und durch die Rohrachse definiert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zwischen dem Rohr und dem einfallenden und austretenden Ultraschallbündel eine schraubenlinienföririige Relativbewegung um die Achse des Rohres herum durchgeführt wird dadurch gekennzeichnet, daß die Ganghöhe der Relativbewegung höchstens gleich dem Abstand ist, der zwischen der Eintrittsstelle des Ultraschallbündcls und der Austrittsstelle desselben besteht.

3. Verfahre., nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß di-. Entfc "nung zwischen der scnderseitigen Eintrittsstelle des Schallbündels in das Rohr und der Austrittss; He des Bündels längs einer Erzeugenden des Rohres, die durch die Eintrittsstelle £,eht, zwischen 20 und 200 mm gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eingangsseitige Winkel (λ) des Schallbündels mit der Normalen der Rohrfläche zwischen 5 und 1S^? gewählt wird.