DE4113519C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuier­ lichen Ultraschallprüfung der Längsschweißnaht eines längsnahtgeschweißten Rohrs unmittelbar nach dem Schweiß­ vorgang gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung zählt durch den Prospekt "Ultraschall-Prüfanlagen" der Krautkrämer GmbH & Co., Robert-Bosch-Straße 3, 5030 Hürth 5, Seite 21, Bild 30 und Seite 22, Bild 31 in der Ausgabe GP 69.SD zum Stand der Technik. Hierbei werden mehrere Prüfköpfe in der Nähe der Längsschweißnaht angeordnet und entsprechend der Oberflächenkrümmung des Rohrs bogenförmig hin- und herge­ schwenkt, um evtl. Ungänzen der Längsschweißnaht zu er­ mitteln.

Unter Berücksichtigung der Translationsgeschwindigkeit des zu prüfenden Rohrs sowie der Schwenkgeschwindigkeit der Prüfköpfe vollziehen diese dann eine Zick-Zack-Bewe­ gung relativ zur Längsschweißnaht. Dies hat also zur Folge, daß die Längsschweißnaht immer nur dann geprüft wird, wenn die Prüfköpfe sie bei ihrer Zick-Zack-Bewegung überfahren. Mithin wird nicht die gesamte Längsschweiß­ naht, sondern es werden nur die durch die Zick-Zack-Bewe­ gung vorgegebenen, im axialen Abstand zueinander befind­ lichen Bereiche der Längsschweißnaht gewissermaßen punk­ tuell geprüft. Die Bereiche zwischen den Prüfstellen wer­ den hingegen nicht geprüft. Folglich läßt die Genauigkeit der Schweißnahtprüfung zwangsläufig zu wünschen übrig, weil nicht sämtliche evtl. in einer Längsschweißnaht vor­ handenen Ungänzen festgestellt werden können.

Eine weitere Eigenschaft der bekannten Bauart besteht darin, daß die Schwenkvorrichtung präzise auf die Ober­ flächenkrümmung des jeweils zu prüfenden Rohrs abgestellt sein muß. Eine andere Rohrkrümmung verlangt automatisch eine daran angepaßte Schwenkvorrichtung, was somit einen relativ hohen Aufwand bezüglich der Bereitstellung ent­ sprechender Schwenkvorrichtungen, ihrer Wartung, ihrer Lagerung und Einstellung am jeweils zu prüfenden Rohr er­ fordert.

Nachteilig an der zum Stand der Technik zählenden bekann­ ten Bauart ist ferner der Sachverhalt, daß die Wasservor­ laufstrecke aus einem Wasserstrahl besteht, der zwischen dem Prüfkopf und dem diesen umgebenden Rohr hindurchge­ drückt und dann auf die Rohroberfläche gerichtet wird. Dadurch befindet sich gewissermaßen zwischen jedem Prüf­ kopf und der Rohroberfläche eine Wassersäule. Abgesehen von dem vergleichsweise hohen Aufwand zur Erzeugung die­ ser Wassersäule ist darüber hinaus nicht zu vermeiden, daß Luftblasen in die Wassersäule gelangen und damit das Prüfergebnis verfälschen können.

Aus der WO 89/03 034 geht eine Vorrichtung zur Qualitäts­ überprüfung der inneren Nahtschabung eines längsnahtge­ schweißten und bezüglich der Längsnaht am Außen- und In­ nenumfang geschabten Rohrs hervor. Zu diesem Zweck ist eine am freien Ende eines Tragarms angeordnete Prüfein­ heit auf die Rohroberfläche einrichtbar. Die Prüfeinheit umfaßt ein Gehäuse mit Wasser- und Elektroanschlüssen so­ wie einen an die Unterseite des Gehäuses flanschbaren Schuh. Im Schuh befindet sich eine größere mit Wasser be­ aufschlagbare Ausnehmung zur Kühlung der Prüfeinheit. Ferner ist in dem Schuh ein mit Kühlwasser umspülter Prüfkopf gelagert, der über die Wasserzuführung am Ge­ häuse beaufschlagt wird. Die Unterseite des Schuhs ist an die Krümmung der Rohroberfläche angepaßt.

Der Erfindung liegt ausgehend von der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Vorrichtung die Aufgabe zugrunde, diese sowohl hinsichtlich ihres konstruktiven Aufbaus als auch ihrer Handhabung im Hinblick auf das Prüfen von Rohren mit unterschiedlichen Durchmessern zu vereinfachen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführ­ ten Merkmalen gesehen.

Ein wesentlicher Gesichtspunkt bildet hierbei der Sach­ verhalt, daß nunmehr der Prüfkopfwinkel so eingestellt werden kann, daß bei den gängigen längsnahtgeschweißten Rohrtypen mit Außendurchmessern zwischen etwa 30 mm und etwa 180 mm sowie einer Wanddicke bis zu etwa 4 mm ein Einschallwinkel < 70° erreicht wird. Dadurch kann eine Prüfung mit kombinierten Longitudinal- und Transversal­ wellen als Oberflächenwellen erfolgen. Im Hinblick dar­ auf, daß bei einem Einschallwinkel < 70° der Schalldruck in Richtung auf die innere Rohroberfläche stark reduziert wird, besteht keine Gefahr dahingehend, daß, wie es bei reinen Transversalwellen der Fall ist, zulässige Ungän­ zen, wie sie z. B. durch nach innen vorstehende Schweißma­ terialüberschüsse gekennzeichnet sind, erfaßt und in nicht gewünschter Weise als Fehler ermittelt werden. Den­ noch gewährleisten die Oberflächenwellen eine eindeutige Feststellung sämtlicher gravierenden Bindefehler in der Längsschweißnaht sowie unzulässige Schabefehler im Be­ reich der Längschweißnaht an der inneren und äußeren Oberfläche des Rohrs. Da ein hochauflösender Prüfkopf, z. B. ein 5 MHz-Prüfkopf, verwendet wird, erfolgt eine scharfe Bündelung des Schallstrahls, wodurch auch Ungän­ zen geringster Ausdehnung ermittelt werden. Von beson­ derem Vorteil ist jedoch der Sachverhalt, daß dank der erfindungsgemäßen Gestaltung bei üblichen Schweißge­ schwindigkeiten keine Prüfspurlücken mehr vorhanden sind, sondern eine 100%ige Prüfung der gesamten Längsschweiß­ naht durchgeführt wird. Da es sich ferner nach dem Justieren des Prüfkopfs um eine quasi stationäre Einrich­ tung handelt, kann ihr Aufbau relativ einfach gehalten werden. Bei sich ändernden Rohrdurchmessern ist es ledig­ lich erforderlich, durch eine Änderung des Prüfkopfwin­ kels sowie durch eine Verlagerung der Halterung in der sich quer zur vertikalen Mittellängsebene des Rohrs er­ streckenden Horizontalebene sowie durch Austausch des die Wasserkammer mit begrenzendem Formstück sich der geän­ derten Rohrgeometrie anzupassen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist in der dem Prüf­ kopf zugeordneten Wasserkammer begründet. Diese nimmt nämlich jetzt eine Rückstaufunktion wahr mit dem Ergeb­ nis, daß keine Turbulenzen entstehen können, die ggf. Störanzeigen hervorrufen. Auch wird das Entstehen von Luftblasen ausgeschlossen. Eine weitere Vereinfachung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt dadurch, daß zur Speisung der Wasserkammer das nach dem Schweißvorgang verwendete und auf unter 20°C abgekühlte Kühlwasser ver­ wendet wird.

Die Rollenführung des Tragkörpers erlaubt eine genaue Einstellung des Prüfkopfs zur Rohroberfläche und damit eine unverfälschte Prüfung der Längsschweißnaht. Auch wird hierdurch sichergestellt, daß das mit einem ge­ ringstmöglichen Abstand zur Rohroberfläche angeordnete Formstück keinen unzulässigen Verschleißbeanspruchungen unterworfen wird. Durch die Rollenanordnung liegt der Tragkörper quasi sattelartig auf dem zu prüfenden Rohr.

Das Formstück kann beispielsweise durch einen durchsich­ tigen Kunststoff, wie insbesondere Plexiglas, gebildet sein. Die Wasserkammer ist dann in diesem Formstück aus­ geprägt. Der Lamellensumpf neben dem Prüfkopf verschluckt die Anteile der Oberflächenwellen, die ggf. in diesem Be­ reich zu einer Verfälschung des Prüfergebnisses beitragen könnten. Der aus einer großporigen Gummimasse mit Lamel­ len bestehende Lamellensumpf verhindert ferner Störanzei­ gen durch abspaltende Wellen im Auswertbereich am Bild­ schirm.

Zweckmäßig ist das Formstück mit Schrauben am Tragkörper befestigt, so daß ein schneller Austausch beim Übergang von einem Rohrdurchmesser auf einen anderen Rohrdurchmes­ ser möglich ist.

Durch die Verstellbarkeit des Prüfkopfwinkels sowie durch die horizontale Verlagerung der den Prüfkopf aufnehmenden Halterung ist es darüber hinaus möglich, den Prüfkopf bei unterschiedlichen Wanddicken auf die Ersatzfehlergrößen (Testnutenfehler) problemlos einstellen zu können.

Insgesamt gestattet die Erfindung eine kontinuierliche Prozeßüberwachung, wenn diese Vorrichtung mit bekannten Auswertesystemen kombiniert wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird in den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gesehen. Da­ nach sind jeweils zwei gegensinnig angeordnete Prüfköpfe vorhanden, welche nicht nur die Sicherheit bei der Ungän­ zenermittlung noch weiter erhöhen, sondern es auch erlau­ ben, beispielsweise eine Außentestnut in zwei Sprungab­ ständen und eine Innentestnut in anderthalb Sprungabstän­ den anzuschallen.

Die Zuordnung einer gesonderten Wasserkammer zu jedem Prüfkopf ist mit dem Vorteil verbunden, daß keine Wasser­ kammer einen ggf. negativen Einfluß auf die andere Was­ serkammer ausüben kann, da jede Wasserkammer für sich mit abgekühltem Kühlwasser gespeist wird.

Die Führungsrollen gemäß Patentanspruch 3 können unmit­ telbar durch Wälzlager gebildet sein, die in entspre­ chende Halterungen eingebettet sind. Dabei drehen die seitlichen Führungsrollen um vertikale Achsen, während die mittigen Stützrollen um horizontale Achsen drehen. Auch die Stützrollen können durch Wälzlager gebildet sein. Die seitlichen Führungsrollen können endseitig von Schwenkarmen gelagert sein, die auf unterschiedliche Rohrdurchmesser gezielt einstellbar und dann arretierbar sind.

Im Patentanspruch 4 ist eine dem Tragkörper zugeordnete Auslegereinheit gekennzeichnet, welche nicht nur zur Fixierung der Betriebslage des Tragkörpers dient, sondern auch benutzt wird, um den Tragkörper von einem Rohr abhe­ ben bzw. auf ein Rohr gezielt absenken zu können. Das Ab­ heben ist beispielsweise bei sich ändernden Rohrdurchmes­ sern oder zur Überprüfung der Prüfmodalitäten erforder­ lich. Ferner ist ein Abheben notwendig, wenn eine Band­ querschweißnaht angerissen ist. In diesem Fall könnte diese Schadstelle zu einer Beschädigung der Prüfeinrich­ tung führen. Des weiteren kann die Auslegereinheit benutzt werden, um sowohl die elektrische Energie zu jedem Prüf­ kopf als auch das Kühlwasser zu jeder Wasserkammer zu leiten.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Auslegereinheit be­ steht in den kennzeichnenden Merkmalen des Pa­ tentanspruchs 5. Der zweiflügelige Tragarm ist z. B. in einer an den Querschnitt des Tragarms angepaßten Hülse gleitend geführt, die ihrerseits zwischen zwei zueinander parallelen Schenkeln der Säule liegt. Die beiden Schenkel können gegeneinander verspannt und auf diese Art und Weise sowohl die Lage des Tragarms relativ zur Hülse als auch die Relativlage der Hülse zur Säule eingestellt und fixiert werden.

Der Schwenkzylinder ist vorzugsweise mit pneumatischer Energie beaufschlagbar. Er ist insbesondere gelenkig zwi­ schen einer auch die Säule der Auslegereinheit tragenden ­ Basis und den dem Support abgewandten Tragarmflügel eingegliedert.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeich­ nungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Seitenansicht ein längsnaht­ geschweißtes Rohr sowie eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Ultraschallprüfung der Längsschweißnaht;

Fig. 2 eine Ansicht auf die Vorrichtung gemäß dem Pfeil II der Fig. 1 in vergrößerter Darstel­ lung und

Fig. 3 ebenfalls in vergrößerter Darstellung einen vertikalen Querschnitt durch die Vorrichtung der Fig. 1 im oberen Rohrumfangsbereich.

Mit 1 ist in der Fig. 1 eine Vorrichtung zur kontinuier­ lichen Ultraschallprüfung der Längsschweißnaht 2 eines längsnahtgeschweißten Rohrs 3 unmittelbar nach dem Schweißvorgang bezeichnet.

Wie auch die Fig. 2 und 3 erkennen lassen, umfaßt die Vorrichtung 1 einen an der Rohroberfläche 4 rollend abge­ stützten, in Rohrlängsrichtung jedoch unverschieblichen Tragkörper 5. Der Tragkörper 5 besitzt um vertikale Ach­ sen rotierende seitliche Führungsrollen 6 in Form von Wälzlagern sowie sich etwa in der vertikalen Mittel­ längsebene MLE des Rohrs 3 auf der Rohroberfläche 4 ab­ rollende Stützrollen 7 ebenfalls aus Wälzlagern, die je­ doch um horizontale Achsen rotieren.

Die seitlichen Führungsrollen 6 sind endseitig von um vertikale Achsen 8 verschwenkbaren Lagerarmen 9 angeord­ net, die aus der in Fig. 2 in Vollinien dargestellten Position so weit verschwenkt werden, daß sie mit der Rohroberfläche 4 in Kontakt gelangen. Dies ist in Fig. 2 anhand der links oben veranschaulichten Führungsrolle 6 in strichpunktierter Linienführung angedeutet.

In einer sich quer zur Mittellängsebene MLE des Rohrs 3 erstreckenden Horizontalebene HE sind in zwei Ausnehmun­ gen 10 des Tragkörpers 5 (Fig. 2 und 3) Halterungen 11 verlagerbar und in der jeweils eingestellten Position feststellbar. Dies kann beispielsweise durch Schraubbol­ zen 12 erfolgen, die in Fig. 3 schematisch angedeutet und in Fig. 2 in strichpunktierter Linienführung wieder­ gegeben sind.

In jeder Ausnehmung 10 des Tragkörpers 5 sind zwei bezüg­ lich der vertikalen Mittellängsebene MLE einmal nach links und einmal nach rechts verlagerte Halterungen 11 vorgesehen. In jeder Halterung 11 ist eine Aussparung 13 ausgebildet, in welcher ein hochauflösender 5-MHz-Prüf­ kopf 14 hinsichtlich des Prüfkopfwinkels α seines Schwin­ gers 15 einstellbar gelagert ist. Dabei sind die jeweils paarweise einander in einer Ausnehmung 10 des Tragkörpers 5 benachbarten Prüfköpfe 14 hinsichtlich ihrer Prüfkopf­ winkel α V-förmig zueinander angeordnet.

Die Winkeleinstellung ist derart vorgenommen, daß der ma­ terialspezifische Einschallwinkel größer als 70° bemessen ist. Auf diese Art und Weise ergeben sich die aus der Fig. 3 erkennbaren Oberflächenwellen 16 durch Kombination von Longitudinalwellen und Transversalwellen. Mit Hilfe dieser Oberflächenwellen 16 können alle gravierenden Bin­ defehler in der Längsschweißnaht 2 sowie unzulässige Schabefehler an der inneren Rohroberfläche 17 und äußeren Rohroberfläche 4 mit ausreichender Sicherheit registriert werden. Da der Schalldruck zur inneren Rohroberfläche 17 stark reduziert wird, entfallen jedoch Störanzeigen von zulässigen inneren Schweißnahtüberhöhungen 18.

Zur einwandfreien Ankopplung jedes Prüfkopfs 14 mit der äußeren Rohroberfläche 4 ist jedem Prüfkopf 14 eine Was­ serkammer 19 zugeordnet (Fig. 1 und 3). Jede Wasser­ kammer 19 wird für sich von dem auf unter 20°C abgesenk­ ten Kühlwasser gespeist, das zur Kühlung des Rohrs 3 nach dem Schweißvorgang verwendet wird. Die Wasserkammer 19 wird von der Rohroberfläche 4, der Halterung 11 für den Prüfkopf 14, einem neben dem Prüfkopf 14 befindlichen La­ mellensumpf 20 aus einer großporigen Gummimasse mit La­ mellen sowie einem an die Krümmung der Rohroberfläche 4 anpaßbaren, einen auswechselbaren Bestandteil des Trag­ körpers 5 bildenden Formstück 21 aus Plexiglas begrenzt. Das Formstück 21 ist mittels Schrauben 22 mit dem Trag­ rohr 5 lösbar verbunden, so daß unterschiedlichen Rohr­ durchmessern problemlos Rechnung getragen werden kann.

Der Tragkörper 5 ist über Stegwände 23 mit einem Flügel 24 eines Tragarms 25 einer Auslegereinheit 27 gelenkig verbunden (Fig. 1). Der Tragarm 25 ist in einer an sei­ nen Querschnitt angepaßten mehrteiligen Hülse 26 längs­ verschieblich geführt. Die Hülse 26 ist in einer Säule 28 der Auslegereinheit 27 schwenkbar gelagert und mit Hilfe eines Klemmhebels 29 in der jeweiligen Winkelstellung fi­ xierbar. Hierbei wird gleichzeitig auch die Relativlage des Tragarms 25 in der Hülse 26 bestimmt.

Am anderen Flügel 30 des Tragarms 25 ist die Kolbenstange 31 eines pneumatisch beaufschlagbaren Zylinders 32 ange­ lenkt, der mit seinem anderen Ende 33 an einer neben dem Rohr 3 befindlichen Basis 34 angelenkt ist, welche auch zur Festlegung der Säule 28 dient.

Mit Hilfe des Zylinders 32 kann folglich der Tragkörper 5 vom Rohr 3 abgehoben und in geeigneter Weise wieder auf­ gesetzt werden.

Wie ferner aus der Fig. 1 ersichtlich, kann der Tragarm 25 zur Halterung der zu den Prüfköpfen 14 führenden Elek­ trokabel 35 sowie der zu den Wasserkammern 19 führenden Wasserleitungen 36 dienen. Dabei ist beispielsweise in eine Wasserleitung 36 in der Fig. 1 ein Absperrventil 37 eingegliedert, das eine Regulierung des Wasserzulaufs er­ möglicht. Selbstverständlich können auch die anderen Was­ serleitungen 36 mit einem solchen Absperrventil 37 ausge­ rüstet sein.

Bezugszeichenaufstellung

 1 Vorrichtung
 2 Längsschweißnaht
 3 Rohr
 4 Rohroberfläche
 5 Tragkörper
 6 Führungsrollen
 7 Stützrollen
 8 vertikale Achsen von 9
 9 Lagerarme
10 Ausnehmungen
11 Halterungen
12 Schraubbolzen
13 Aussparung in 11
14 Prüfkopf
15 Schwinger
16 Oberflächenwellen
17 innere Rohroberfläche
18 Schweißnahtüberhöhung
19 Wasserkammer
20 Lamellensumpf
21 Formstück
22 Schrauben
23 Stegwand
24 Flügel von 25
25 Tragarm
26 Hülse
27 Auslegereinheit
28 Säule von 27
29 Klemmhebel
30 Flügel von 25
31 Kolbenstange von 32
32 Zylinder
33 Ende von 32
34 Basis von 27
35 Elektrokabel
36 Wasserleitungen
37 Absperrventil
HE Horizontalebene
MLE Mittellängsebene
α Prüfkopfwinkel

Claims (5)

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Ultraschallprüfung der Längsschweißnaht (2) eines längsnahtgeschweißten Rohrs (3) unmittelbar nach dem Schweißvorgang, welche mindestens einen Ultraschall-Prüfkopf (14) mit einem bezüglich des Prüfkopfwinkels (α) zur Rohroberfläche (4) einstell- und fixierbaren Schwinger (15) aufweist, welche durch einen in Rohrlängsrichtung unverschieblichen Tragkörper gehaltert sind, wobei der Prüfkopf (14) und die Oberfläche (4) des mit der Längsschweißnaht (2) etwa in seiner vertika­ len Mittellängsebene (MLE) translatorisch geführten Rohrs (3) durch eine Wasservorlaufstrecke (19) gekop­ pelt sind, dadurch gekennzeich­ net, daß ein hochauflösender Prüfkopf (14) hin­ sichtlich des Prüfkopfwinkels (α) in einer Halterung (11) auf einen Einschallwinkel <79° einstellbar und in der jeweiligen Winkellage feststellbar gelagert ist, die ihrerseits in dem an der Rohroberfläche (4) über seitliche Führungsrollen (6) und mittige Stützrollen (7) abgestützten, in Rohrlängsrichtung unverschieblichen Tragkör­ per (5) in einer sich quer zur Mittellängsebene (MLE) des Rohrs (3) erstreckenden Horizontalebene (HE) ver­ lagerbar und fixierbar ist, wobei die Wasservorlauf­ strecke (19) durch eine Wasserkammer gebildet ist, die von der Rohroberfläche (4), der Halterung (11) für den Prüfkopf (14), einem neben dem Prüfkopf (14) befindlichen Lamellensumpf (20) sowie einem an die Krümmung der Rohroberfläche (4) anpaßbaren, auswech­ selbarer Bestandteil des Tragkörpers (5) bildenden Formstück (21) begrenzt und durch das nach dem Schweißen verwendete, auf unter 20°C abgesenkte Kühlwasser gespeist ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung des Rohrs (3) mindestens zwei Prüfköpfe (14) im Abstand zweier einander unmittelbar benachbarter und bezüg­ lich der vertikalen Mittellängsebene (MLE) einmal nach links und einmal nach rechts verlagerter Halte­ rungen (11) vorgesehen sind, deren Prüfkopfwinkel (α) zueinander V-förmig verlaufen, wobei jedem Prüfkopf (14) eine Wasserkammer (19) zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Führungsrollen (6) und mittigen Stütz­ rollen (7) jeweils endseitig des Tragkörpers (5) ge­ lagert sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (5) mit einer neben dem Rohr (3) ortsfest installierten Auslegereinheit (27) schwenkbeweglich verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslegereinheit (27) einen in seiner Längserstreckung verstellbaren Tragarm (25) aufweist, der an einem Ende (24) mit dem Tragkörper (5) gelenkig verbunden, im mittleren Län­ genbereich an einer Säule (28) schwenkbar und posi­ tionierbar gelagert und am anderen Ende (30) unter den Einfluß eines Schwenkzylinders (32) gestellt ist.