DE2311561A1

DE2311561A1 - Rotierende ultraschall-untersuchungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2311561A1
Application number: DE2311561A
Authority: DE
Inventors: Peter Atkinson; Matthew James Hetherington
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel PLC
Priority date: 1972-03-09
Filing date: 1973-03-08
Publication date: 1973-09-20
Also published as: DE2311561C2; FR2175208B1; FR2175208A1; CA987399A; BE796493A; US3837202A; ZA731465B; JPS491282A; JPS5522745B2; GB1376538A; IT980511B

Description

PATENTANWÄLTE DR. INCVAN OERWERTH DR. FRANZ LEDERER

91 HAMBURG 90 β MÖNCHEN 80

WlUTOBFH STB. M · TIL. 104111 77 0*61 LUCILI-CtAHNtTI. 1* ■ TIL. ΙΟ· 11> 47 »9

München, 8. März 1973

Anmelder: British Steel Corporation 33 Grosvenor Place,
London SW 1 / England

Rotierende Ultraschall-Untersuchungsvorrichtunp;

Die Erfindung betrifft eine rotierende Ultraschall-Untersuchungsvorrichtung, die "bei der Untersuchung von Stahlrohren, beispielsweise in Hinblick auf Defekte und genaue Einhaltung ihrer Abmessungen, durch Eerumführuns einer oder mehrerer Ultraschall-Sondeneinheiten entlang einer eng geschraubten Spirale um jedes Rohr herum verwendet werden, wobei eine gute und beständige Ultraschall-Verbindung zwischen der Sonde und dem Rohr häufig durch eine zwischen die Sonde und das Rohr ausgerichtete oder vorgesehene Flüssigkeit geschaffen ist.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine oder mehrere Sondeneinheiten an Trägern vorzusehen, die um die Achse dea asu untersuchenden Rohrs rotieren und die nach der Einführung des Rohre in die Untersuchungsvorrichtung gelöst werden, um die Sondeneinheiten mit der Rohrwandung in Berührung zu bringen· In der Praxis muß bei dieser Vorrichtung sichergestellt

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sein, daß das einzuführende Rohr vor der Annäherimg der Sondeneinheiten korrekt angeordnet ist, so daß eine merkliche Verzögerung hei der Annäherung der Sonde auftritt und ein Endahschnitt des Rohrs nicht untersucht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die diesen Nachteil überwindet oder zumindest in erheblichem Umfang reduziert,

Erfindungsgeiaäß ist eine Sondeneinheit zur Verwendung bei einer rotierenden Ultraschall-Untersuchungsvorrichtung mit mindestens einer Ultraschall-Untersuchungssonde an einem zur Berührung mit einem zu untersuchenden Rohr bestimmten Sondenblock vorgesehen, wobei der Sondenblock am einen Ende eines Arms angebaut ist, an dessen anderem Ende ein Gegengewicht vorgesehen ist, der Sondenblock ein Teil aufweist, das um eine Achse drehbar ist, die im Betrieb im wesentlichen mit der Achse des zu untersuchenden Rohrs zusammenfällt, wobei der Arm zur Rotationsachse geneigt und zwischen seinen Enden an das drehbare Teil schwenkbewegbar für eine Schwenkbewegung des Blocks auf die Rotationsachse zu und von dieser weg angeschlossen ist, wodurch der Block bei der Rotation der Einheit zusammen mit dem drehbaren Teil einwärts in Richtung auf die Rotationsachse durch die von dem Gegengewicht bewirkte Zentrifugalkraft bewegt wird·

Die Schwenkachse des Arms kann einen rechten Winkel zur Rotationsachse einnehmen. _,

Der zur Berührung eines Rohrs bestimmte Block kann entsprechend der Außenwandv/gestalt des zu untersuchenden Rohrs gestaltet sein und des weiteren mit einem schrägen Führungsschuh an einer Seite ausgestattet sein., der entgegen der axialen Bewegungsrichtung der Rohre durch die Vorrichtung* hindurch ausgerichtet ist, wodurch der Block mit der Außenwandung θ ir in die Vorrichtung einzuführenden Rohrs in Berührung brlngb

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ist, und zwar mittels des Führungsschuhs, der das Rohrende berührt und radial auf dieses aufsteigt, bis sich der Block auf der Rohraußenwandung bewegen kann·

Der Block kann mit einem seitlichen Führungsschuh ausgestattet sein, der entgegen der Rotationsrichtung des Blocks rundjtai ein Rohr herum ausgerichtet 1st, so daß der Block auf jeden Rohroberflächenfehler, beispielsweise Aufblätterungen oder Vorsprünge, aufsteigen kann.

Der Arm kann in der Nahe seines Schwenkpunkts gekröpft sein, wobei der das Gegengewicht tragende Armteil unter einem gröeserem üinkel zur Rotationsachse verläuft als der den Block tragende Armteil·

Der Block kann an dem oder den Armen über eine Kardanaufhängung angeordnet sein, die eine ungehinderte Schwenkbewegung des Blocks in erheblichem Maße zuläßt«

Es können zwei gegenseitig miteinander verbundene Arme vorgesehen sein, wobei das Gegengewicht am einen Ende zwischen den Armen angeordnet ist und die Arme am anderen Ende an den Block angeschlossen sind·

Der oder die Arme können zum Radius des Rohrs derart geneigt sein, daß der Block während der Rotation der Einheit um eine Rohrachse in Hinblick auf die Rotationsrichtung vorn und das Gegengewicht in Hinblick auf die Rotationsrichtung hinten
liegt.

Es können Mittel zur Zuführung einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, zu dem Block oder den Ultraschall-Sonden vorgesehen sein, wobei die Flüssigkeit als ein Anschlußfluld zwischen den Sonden und einem zu untersuchenden Rohr während des Untersuchungsbetriebs der Vorrichtung dient·

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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden eine Ausführungsforin derselben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Sondeneinheit,

Fig. 2 eine Endansicht der Sondeneinheit der Fig. 1,

Fig. 3 und 4 perspektivische Ansichten des Sondenblocks der Sondeneinheit der Fig. 1 und

Fig. 5 einen Teil-Längsschnitt durch den Sondenblock der Sondeneinheit der Fig. 1.

Entsprechend der zeichnerischen Darstellung verfügt die Sondeneinheit über eine insgesamt mit 1 bezeichnete Schwenkeinheit, die über einen Schwenkzapfen 2 an Auslegearmen 3 befestigt ist, die ihrerseits von einem drehbaren Träger 4 getragen sind.

Die Schwenkeinheit verfügt über ein Paar gekröpfter Arme 5, die etwa an ihren !.'litten an den Zapfen 2 angeschlossen sind. Die Arme 5 sind an ihrem einen Ende über Zapfen 6 an einander gegenüberliegenden Seiten eines rechteckigen Rahmens 7 schwenkbewegbar angeordnet. Der Rahmen 7 ist seinerseits ebenfalls schwenkbewegbar angeordnet, und zwar über Zapfen 8, die durch Augen 9 hindurch in Ansätze 10 hineinreichen, die sich von einer Sondenblockeinheit-11 aus nach oben erstrecken. Die gelenkigen Anordnungen der Arme 5 an" der Blockeinlieit 11 über den Rahmen 7 bilden eine Kardanlagerung für die Blockeinheit, die der' Blockeinheit eine ungehinderte große V/inkelbeweguns ermöglicht.

Am gegenüberliegenden Ende sind die Arme 5 über e,in Gegengewicht 12 miteinander verbunden.

Die Sondeneinheit 11 verfügt über ein Blockglied 18 mi j einen

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ORiGiNAL INSPEC

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Basisschuh 13, der der Gestalt der Außenwandung des zu untersuchenden Hohrs entsprechend profiliert ist. Liit dem Basisschuh 13 ist ein Seitenführungsschuh 15 einstückig ausgeführt. - Am Blockglied 18 ist ein vordereg.Führungsschuh 16 mittels Schrauben 17 "befestigt· Der mit demYpührungsschuh I5 einstückig ausgeführte vordere Basisschuh 13 ist am Blockteil 18 durch Mittel "befestigt, die ihre schnelle Lösung und Entfernung gestatten. So ist der Basisschuh 13 am einen Ende mit einer Lippe 19 verseilen, die über, eine weitere Lippe 20 des vorderen Führungsschuhs 16 gegen das Blockteil 18 gedruckt wird. Am anderen Ende greift ein Arm 21 eines im allgemeinen U-förmigen Federteils 22 in entsprechende Nuten in dem Ende 23 des Schuhs 13 und einer Tragplatte 24 ein, die über Schrauben 25 an dem Ende des Blockteils 18 befestigt ist, wodurch der Schuh 13 gegen das Blockteil 13 gedruckt wird. Das Federglied 22 wird durch ein umgebogenes Ende 2,6 in seiner Stellung festgehalten, das rund um einen Schaftverlängerungsteil einer der Schrauben 27 angeordnet ist. Zur weiteren Abstützung und Verstrebung ist der Seitenschuh <5 über eine Schraube 28 an ein Ansatzstück 29 angeschlossen, das vom vorderen Schuh

16 ausgeht· Der Basis- und der Seitenschuh können zu Austauschzwecken entfernt werden, indem die Schraube 28 gelöst, das umgebogefiijt6 der Feder 22 vom Schaft 27 gelöst, der Federarm 21 aus den ITuten herausgezogen und der Schuh vom Blockteil 18 um die Lippen 19 und 20 weggeschwenkt wird, bis die Lippen außer Eingriff kommen.

An der dem Seitenführungsschuh I5 gegenüberliegenden Seite des Blockteils 18 ist ein Verlängerungsgewicht 30 angebracht, um die Sondeneinheit in Hinblick auf die Zapfen 8 auszubalancieren.

Am Blockteil 18 sind drei Ultraschall-Sonden 31 gelagert. Des weiteren sind am 31ockteil 18 Einlaßröhrchen 32 vorgesehen, mittels deren eine Uitraschall-Anschluß/Verbindungs-

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flüssigkeit (üblicherweise '.Tasser) zugeführt werden kann, um so im Betrieb die zwischen den Sonden 31 und dem zu untersuchenden Rohr 14 befindlichen Säume 33 auszufüllen.

Beim Betrieb läßt man die Einheit zusammen mit den Lagerarmen 3 und dem Träger 4 in Richtung des Pfeils 34 der Pig. 2 um die Achse des Rohrs 14 rotieren. Die dabei vom Gegengewicht 12 ausgeübte Zentrifugalkraft ist größer als die von der Sondenblockeinheit 11 ausgeübte Zentrifugalkraft, so daß die Sondenblockeinheit um den Schwenkzapfen 2 herum in Richtung auf die Rohrachse in eine Stellung genau innerhalb des Radius des zu untersuchenden Rohrs gedruckt wird (beispielsweise zwischen 1/4 und 3/4 Zoll kleiner als der Rohrradius). Sie wird in dieser Stellung nit Hilfe eines einstellbaren Anschlags 34 an einen der Lagerarme 3 an einer TJeiterbev/egung gehindert. (Ferner ist ein einstellbarer Anschlag 36 zur Begrenzung der nach außen gerichteten Bewegung der Sondenblockeinheit 11 vorgesehen.)

Wenn das zu untersuchende Rohr 14 in die Untersuchungsvorrichtung in Richtung des Pfeils 37 der Pig. 1 eingeführt wird, trifft zunächst sein vorderer Rand auf den vorderen Führungsschuh 16, der so lange auf den Rohrrand aufsitzend gleitet, bis die Oberfläche des Basisschuhs 13 mit der Außenwandung des Rohrs in Berührung kommen und auf dieser gleiten kann, wobei der Block durch die Zentrifugalkraft mit den Rohr in Berührung gehalten wird.

In beachtenswerter .Veise kann die Untersuchung des Rohrs unmittelbar dann beginnen, wenn die 31ockeinheit 11 die Außenwandung 14 an dessen Ende berührt, so daß das gesamte Rohr, einschließlich des äußersten Endes, mit Hilfe vori Ultraschall untersucht werden kann.

Der Tiinkel zwischen dem zwischen den Zapfen 2 und 6 gelegenen

+) des Rohrs

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Teils der Arme 5 einerseits und der Achse des Rohrs 14 andererseits wird so klein wie praktisch möglich gehalten, um so die axiale Verschiebung der Sondenblockeinheit 11 zu verringern, wenn es sich bei dem zu untersuchenden Rohr um ein beispielsweise exzentrisches oder ovales Rohr handelt· Eine solche axiale Verschiebung würde das spiralförmige Abtastmuster der Rohruntersuchung verändern und möglicherweise zu einem Fehler bzw. Irrtum führen·

Der Seitenführungsschuh 15 dient dem Schutz der Blockeinheit gegen Beschädigung durch Aufblätterungen bzw. Aufschichtungen, Vorsprünge und ähnliche Rohroberflächenfehler· Trifft die Blockeinheit während der Rotation auf einen solchen Fehler auf, so führt der Führungsschuh 15 die Einheit über diesen Fehler hinweg, in ähnlicher 7/eise ist die Einheit zur Rohrachse unter einem .Zinke 1 (in der Fraxis von etwa 30 ) geneigt, um die Sondeneinheit über einen beliebigen derartigen Rohroberflächenfehler hinwegzuführen.

Me Drehbewegung der Sondenblockeinheit 11 gegenüber dem Rahmen 7 wird durch einen Anschlag 38 begrenzt.

Der Träger 4 kann derart angeordnet sein^ daß seine radiale Relativstellung zur Rotationsachse verändert werden kann, wodurch sich die Vorrichtung an Rohre mit sich veränderndem Durchmesser anpassen kann. Die Sondeneinheit kann zu diesem Zweck austauschbar sein·

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Claims

Patentansprüche

•Sondeneinheit zur Verwendung bei einer rotierenden Ultraschall-Untersuchungsvorrichtung mit mindestens einer Ultraschall-Untersuchungssonde an einem zur Berührung mit einem zu untersuchenden Rohr bestimmten Sondenblock, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenblock (11) am einen Ende eines Arms (5) angebaut ist, an dessen anderem Ende ein Gegengewicht (12) vorgesehen ist, ein Teil (3,4) aufweist, das um eine Achse drehbar ist, die im Betrieb im wesentlichen mit der Achse des zu untersuchenden Rohrs (14) zusammenfällt, wobei der Arm (5) zur Rotationsachse geneigt und zwischen seinen Enden an das drehbare Teil (3 »4) schwenkbewegbar für eine Schwenkbewegung des Blocks

(11) auf die Rotationsachse zu und von dieser weg angeschlossen ist, wodurch der Block (11) bei der Rotation der Einheit zusammen mit dem drehbaren Teil (3,4) einwärts in Richtung auf die Rotationsachse durch die von den u,;-gengewicht (12) bewirkte Zentrifugalkraft bewegt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenblock (11) beim Untersuchungsbetrieb im Hinblick auf die axiale Bewegungsrichtung hinter dem Gegengewicht

(12) her.führbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (2) des Arms (5) unter einem rechten Winkel zur Rotationsachse des drehbaren Teils (3,4) verläuft,
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (5) in der ITähe seines £tahwerikpunkts (2) gekröpft ist, wobei der das Gegengewicht (12) tragende Armteil unter einem größeren V/inkel zur Rotationsachse verläuft als der den Block (11) tragende Armteil.

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5· Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenseitig miteinander
verbundene Arme (5) vorgesehen sind, wobei das Gegengewicht (12) am einen Ende zwischen den Armen (5) angeordnet ist und die Arme (5) am anderen Ende an den Block (11)
angeschlossen sind·
6. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Arme (5) zum Radius des Rohrs (14) derart geneigt sind, daß der Block (11) während der Rotation der Einheit um die Rohrachse in Hinblick auf die Rotationsrichtung vorn und das Gegengexvicht
(12) hinten liegt.
7. Vorrichtun3 nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bloclc (11) an dem oder den Armen (5) über eine Kardanaufhängung (6,8) angeordnet ist, die eine ungehinderte Schwenkbewegung des Blocks (11) in
erheblichem Haße zuläßt.
8. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Berührung eines Rohrs
(14) bestimmte Block (11) entsprechend der Außenwandgestalt des zu untersuchenden Rohrs (14) gestaltet ist.
9. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (11) mit einem schwer abnutzbaren Schuh (13, 15» 16) zur Berührung mit dem zu
untersuchenden Rohr (14) ausgestattet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der schwer abnutzbare Schuh (13, 15» 16) überschnell lösbare IiIittel (17, 19 bis 27) am Block (11) befestigt ist.

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11. Vorrichtung nach, irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (11) mit einem schrägen Führungsschuh (16) an einer Seite ausgestattet ist, der entgegen der axialen Bewegungsrichtung der Rohre (14) durch die Vorrichtung hindurch ausgerichtet ist, wo durch, der Block (11) mit der Außenwandung cirtcs in die Vorrichtlang einzuführenden Rohrs (14-) in Berührung "bring- bar ist^ und zwar mittels des ?ührungsschuhs (16), der dao Rohrende berüiirt und radial nach außen auf dieses aufsteigt, bis sich der Block (11) auf der Eohraußenwandung bewegen bzw. dort gleiten kann.
12. Vorrichtung nach irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (11) nit einen seitlichen Führungsschuh (15) ausgestattet ist, der entgegen der 3otationsrichtung des 31ocl:r (11) rund um ein Rohr herum ausgerichtet ist.

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