DE102005043122A1 - Verfahren und Einrichtung zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes mit einer unebenen Oberfläche - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes mit einer unebenen Oberfläche Download PDF

Info

Publication number
DE102005043122A1
DE102005043122A1 DE102005043122A DE102005043122A DE102005043122A1 DE 102005043122 A1 DE102005043122 A1 DE 102005043122A1 DE 102005043122 A DE102005043122 A DE 102005043122A DE 102005043122 A DE102005043122 A DE 102005043122A DE 102005043122 A1 DE102005043122 A1 DE 102005043122A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
workpiece
transducer elements
ultrasonic
transducer
transducer element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102005043122A
Other languages
English (en)
Inventor
Eberhard Fischer
Rainer Meier
Friedrich Mohr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INTELLIGENDT SYSTEMS & SERVICES GMBH, 91052 ER, DE
Original Assignee
IntelligeNDT Systems and Services GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IntelligeNDT Systems and Services GmbH and Co KG filed Critical IntelligeNDT Systems and Services GmbH and Co KG
Priority to DE102005043122A priority Critical patent/DE102005043122A1/de
Priority to EP06018167A priority patent/EP1762841B1/de
Priority to AT06018167T priority patent/ATE453116T1/de
Priority to ES06018167T priority patent/ES2336352T3/es
Priority to DE502006005719T priority patent/DE502006005719D1/de
Priority to US11/518,846 priority patent/US7594439B2/en
Publication of DE102005043122A1 publication Critical patent/DE102005043122A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
    • G01N29/262—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by electronic orientation or focusing, e.g. with phased arrays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/30—Arrangements for calibrating or comparing, e.g. with standard objects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/34—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/341—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with time characteristics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/056—Angular incidence, angular propagation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/106—Number of transducers one or more transducer arrays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26—Scanned objects
    • G01N2291/263—Surfaces
    • G01N2291/2638—Complex surfaces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26—Scanned objects
    • G01N2291/267—Welds
    • G01N2291/2675—Seam, butt welding

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Einrichtung zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes (2) mit einer unebenen Oberfläche (13, 13b) mit einem an das Werkstück (2) akustisch angekoppelten Ultraschallprüfkopf (10), der eine Mehrzahl von starr in einem linearen Array angeordneten Wandlerelementen (201 bis 20n) enthält, die mit einer für jedes Wandlerelement (201 bis 20n) vorgegebenen Verzögerungszeit zeitverzögert ansteuerbar sind, wird für eine Anzahl der Wandlerelemente (201 bis 20n) die Laufzeit eines von einem einzelnen Wandlerelement (201 bis 20n) gesendeten und von der Oberfläche (13) reflektierten und von diesem Wandlerelement (201 bis 20n) empfangenen Ultraschallsignals gemessen und zu einer Korrektur der Verzögerungszeiten herangezogen, und es werden anschließend die Wandlerelemente (201 bis 20n) mit diesen korrigierten Verzögerungszeiten angesteuert.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Einrichtung zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes mit einer unebenen Oberfläche.
  • Insbesondere im Bereich von Schweißnähten weisen Werkstücke an Wurzeln und Decklage eine unebene Oberfläche auf, die in aller Regel von Hand geschliffen wird. Trotz einer solchen Handbeschleifung werden dabei ebene Flächen nicht erreicht. Bei Verschweißungen von Rohren aus nicht rostendem Stahl kommt es außerdem zu einem starken Einzug durch Schrumpfen beim Abkühlen, der zusätzliche Unebenheiten verursacht. Schweißverbindungen in Rohrleitungssystemen von Kernkraftwerken weisen außerdem am Rohrinnendurchmesser Andrehungen zur Anpassung der Innendruchmesser und Übergangsschrägen zum Ursprungsdurchmesser, Plattierungen an ferritischen Rohrleitungen, Pufferschweißungen auf das ferritische Material zum Anschweißen an austenitische Komponenten sowie Übergangsschrägen für Durchmessererweiterung an Stutzen auf. Dies alles bewirkt, dass die zur Prüfung einer solchen Schweißnaht eingesetzten Ultraschallprüfsensoren sowohl bei der Prüfung von innen als auch von außen auf unebenen, unregelmäßig welligen Werkstückoberflächen aufgesetzt und bewegt werden müssen. Ein Beispiel für eine solche unebene oder wellige Oberfläche eines Werkstückes ist in 9 wiedergegeben. Gemäß dieser Figur sind zwei Teile 2a und 2b eines Werkstück 2, beispielsweise eine Rohrleitung aus einem austenitischen Stahl und ein Stutzen aus einem ferritischem Material, an einer Schweißnaht 6 über eine Pufferschweißung 8 miteinander verschweißt. Neben unvermeidbaren Oberflächenunebenheiten ergibt sich im Bereich der Schweißnaht 6 und der Pufferschweißung 8 eine ausgeprägte Welligkeit. Diese Welligkeit oder Unebenheit hat zur Folge, dass sich in dieser Zone zwischen der Oberfläche 13 des Werkstückes 2 und einem Ultraschallprüfkopf 10 mit ebener, starrer Koppelfläche 12 ein ungleichmäßiger Spalt 14 ergibt, der die Einschallbedingungen in das Werkstück 2 beeinflusst und eine Interpretation der Messergebnisse erschwert oder diese grundsätzlich verfälscht. Die Einschallbedingungen werden zusätzlich dadurch geändert, dass durch die Unebenheit der Oberfläche des Werkstückes 2, der im dargestellten Beispiel auch ein Versatz zwischen den beiden Teilen 2a und 2b überlagert ist, die Koppelfläche 12 nicht mehr parallel zu einer mittleren geradlinigen Oberflächenkontur 16 sondern unter einem unbekannten Neigungswinkel α zu dieser orientiert ist.
  • Der Spalt 14 ist mit einem Koppelmedium, in der Regel Wasser gefüllt. Durch Reflexionen im Spalt 14 zwischen Koppelfläche 12 und Oberfläche 13 werden Interferenzen verursacht, die im ungünstigen Fall das Ultraschallsignal um bis zu etwa 14 dB schwächen können. Darüber hinaus wird an den Welligkeiten der Werkstückoberfläche der Ultraschallstrahl unregelmäßig gebrochen und die Ausbildung eines Schallbündels verhindert. Dies kann dazu führen, dass Fehlstellen (Reflektoren) im Werkstück 2 übersehen werden.
  • Um die mit dieser Unebenheit oder Welligkeit einhergehenden Probleme zu lösen, wurde versucht, die Prüfung von Prüfpositionen aus durchzuführen, an denen die Oberfläche 13 des Werkstückes 2 eben ist, d. h. in denen der Prüfkopf 10 möglichst flächig auf der Oberfläche 13 aufsitzt. Mit anderen Worten: Der Prüfkopf 10 wurde versetzt von der Schweißnaht 6 aufgesetzt. Eine solche Möglichkeit ist aber für eine Vielzahl von Anwendungsfällen auf Grund der vorstehend erläuterten Randbedingungen nicht praktikabel. Alternativ hierzu werden auch Prüfköpfe eingesetzt, die in einer Richtung parallel zur Welligkeit – im Beispiel der 1 senkrecht zur Zeichenebene – schmal sind, so dass sie beim Bewegen des Prüfkopfes über die Schweißnaht der Kontur der Welle folgen können, so dass ein ausgeprägter, unregelmäßig geformter Koppelspalt 14, wie er in der 9 dargestellt ist, nicht entsteht. Um in dieser Weise auf der Oberfläche 13 „reiten" zu können, müssen die Prüfköpfe sehr schmal ausgeführt werden. Mit solchen Prüfköpfen ergeben sich aber Schallfelder mit großen Öffnungswinkeln, die zur Prüfung eines Werkstückes mit größerer Wanddicke, im Beispiel ab etwa 30 mm, nicht mehr geeignet sind.
  • Aus der Publikation S. Mahaut et al., Pipe Inspection using UT Smart flexible Transducer, Technical Paper, 8th ECNDT Barcelona 2002, ist ein Ultraschallprüfkopf bekannt, dessen Koppelfläche flexibel ist und sich an die Oberflächenkontur des Werkstückes anpassen kann. Der Ultraschallprüfkopf enthält hierzu eine Mehrzahl von in einer Reihe angeordneten, mechanisch voneinander getrennten Wandlerelementen, so dass sich das auf diese Weise gebildete Array an die Oberflächenkontur des Werkstückes anschmiegen kann und auf seiner Rückseite dieselbe Kontur aufweist. Diese rückseitige Kontur wird mit einer optischen Messanordnung vermessen. Die einzelnen Wandlerelemente des Arrays werden dann mit einer Verzögerungszeit angesteuert, die entsprechend dieser Kontur korrigiert ist, um auf diese Weise Einschallwinkel und Fokustiefe korrekt einzustellen. Der getrennte Aufbau der einzelnen Wandlerelemente mit Verschleißschicht, Anpassschicht, Piezoschwinger, Dämpfungsmasse und elektrischer Verdrahtung sowie deren mechanische Aufhängung und Wasserdichtheit ist jedoch sehr aufwendig. Außerdem weist ein solcher Prüfkopf nur eine begrenzte Haltbarkeit und Robustheit auf.
    •
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes mit einer unebenen Oberfläche anzugeben, das die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine nach diesem Verfahren arbeitende Einrichtung anzugeben.
  • Bezüglich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Bei dem Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes mit einer unebenen Oberfläche mit einem an das Werkstück akustisch angekoppelten Ultraschallprüfkopf, der eine Mehrzahl von starr in einem linearen Array angeordneten Wandlerelementen enthält, die mit einer für jedes Wandlerelement vorgegebenen Verzögerungszeit zeitverzögert ansteuerbar sind, wird für eine Anzahl der Wandlerelemente die Laufzeit eines von einem einzelnen Wandlerelement gesendeten und von der Oberfläche reflektierten und von diesem Wandlerelement empfangenen Ultraschallsignales gemessen und zu einer Korrektur der Verzögerungszeiten herangezogen, und es werden anschließend die Wandlerelemente mit diesen korrigierten Verzögerungszeiten angesteuert. Durch diese Maßnahmen ist bei einfachem und robustem Aufbau des Ultraschallprüfkopfes eine Prüfung welliger Werkstückoberflächen möglich.
  • Wenn außerdem ein Neigungswinkel des Ultraschallprüfkopfes gegen eine mittlere geradlinige Oberflächenkontur des Werkstückes gemessen und bei der Ermittlung der korrigierten Verzögerungszeiten berücksichtigt wird, können durch eine Welligkeit der Oberfläche des Werkstücks hervorgerufene Schräglagen des Ultraschallprüfkopfes erkannt und durch entsprechend korrigierte Ansteuerung der Wandlerelemente kompensiert werden.
  • Hinsichtlich der Einrichtung wird die Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst mit einer Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 3, dessen Vorteile ebenso wie die Vorteile der ihm untergeordneten Patentansprüche den zu den jeweils zugehörigen Verfahrensansprüchen angegebenen Vorteilen entsprechen.
    •
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiel der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:
  • 1 eine Einrichtung gemäß der Erfindung mit einem in einer Prüfposition auf einem ebenen Werkstück aufgesetzten Ultraschallprüfkopf, der ein lineares Array aus einer Mehrzahl von Wandlerelementen enthält,
  • 2 ein Diagramm, in dem die Zeitverzögerung zwischen den Wandlerelementen des Arrays gegen die Position der Wandlerelemente im Array aufgetragen ist,
  • 3 ein Prinzipbild zum Veranschaulichen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 4 eine vorteilhafte Ausgestaltung eines Ultraschallprüfkopfes gemäß der Erfindung ebenfalls in einem schematischen Prinzipbild,
  • 5 und 6 jeweils ein Diagramm, in dem die mit den Wandlerelementen des Arrays für unterschiedliche Oberflächenkonturen gewonnenen Informationen über den Abstand zwischen Wandlerelement und Oberfläche des Werkstückes veranschaulicht ist,
  • 7 die Einrichtung gemäß der Erfindung mit einem in einem unebenen Bereich des Werkstückes aufgesetzten Ultraschallprüfkopf,
  • 8 ein Diagramm, in dem die korrigierte Zeitverzögerung zwischen den einzelnen Wandlerelementen des Arrays gegen die Position der Wandlerelemente für die in 7 gezeigte Prüfsituation aufgetragen ist,
  • 9 ein Werkstück mit einer unebenen Oberfläche mit einem im Bereich einer Schweißnaht aufgesetzten Prüfkopf in einem schematischen Längsschnitt.
  • Gemäß 1 enthält der Ultraschallprüfkopf 10 einer Einrichtung gemäß der Erfindung eine Mehrzahl n von starr in einem linearen Array angeordneten Wandlerelementen 201,...i,...n . Zwischen den Empfangs- bzw. Sendeflächen der Wandlerelemente 20i des Arrays und der unmittelbar auf die ebene Oberfläche 13 des Werkstückes 2 aufgesetzten Koppelfläche 12 befindet sich als Vorlaufstrecke eine dünne planparallele Anpassschicht, deren Dicke vorzugsweise gleich der halben Mittenwellenlänge λ/2 oder ein Mehrfaches davon des zur Prüfung verwendeten Ultraschallsignals 21 ist, und deren akustische Impedanz möglichst an die akustische Impedanz eines zur Kopplung verwendeten fluiden Koppelmediums, in der Regel Wasser, angeglichen ist. Diese dünne Anpassschicht ist in der Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
  • Die Wandlerelemente 201 bis 20n werden von einer Steuer- und Auswerteeinrichtung 22 mit einer für jedes Wandlerelement 201 bis 20n vorgegebenen Verzögerungszeit t1 bis tn angesteuert, um auf diese Weise den Einschallwinkel β und die Lage des Fokus F eines in das Werkstück 2 eingekoppelten Ultraschallsignales 21 einzustellen. Im dargestellten Beispiel befindet sich im Bereich des Fokus F eine Fehlstelle, die zu einem Echosignal führt, das von den Wandlerelementen 201 bis 20n empfangen wird. Auf Grund des bekannten Einschallwinkels β und der gemessenen Laufzeit des Echosignals kann die Fehlstelle im Werkstück 2 lokalisiert werden.
  • In 2 ist nun für die einzelnen Wandlerelemente 201 bis 20n die Verzögerungszeit t1 bis tn in μs angegeben, wobei im Beispiel 10 Wandlerelemente 201 bis 2010 vorgesehen sind. Der Figur ist nun zu entnehmen, dass die Verzögerungszeiten ti bei einem Werkstück mit ebener Oberfläche zwischen dem ersten Wandlerelement 201 und den Wandlerelementen 20i mit wachsendem Abstand des Wandlerelementes 20i vom ersten Wandlerelement 201 zunehmen. Im dargestellten Beispiel wird ohne Fokussierung nur ein von Null verschiedener Einschallwinkel β erzeugt, so dass die Verzögerungszeiten ti auf einer Geraden liegen, und somit der Unterschied der Verzögerungszeit zwischen jeweils benachbarten Wandlerelementen 20i und 20i±1 konstant ist. Wird zusätzlich eine elektronische Fokussierung durchgeführt, ergibt sich ein gekrümmter Kurvenverlauf.
  • 3 zeigt nun zwei Prüfsituationen, in denen sich der Ultraschallprüfkopf 10 über dem Werkstück 2 in einem Bereich mit ebener Oberfläche 13a (durchgezogene Oberflächenkontur) und in einem Bereich mit konkav gekrümmter Oberfläche 13b (gestrichelte Oberflächenkontur) befindet. Zur besseren Veranschaulichung ist der sich durch eine Anpassschicht 32 ergebende Abstand d zwischen einer Empfangs- bzw. Sendefläche 33 der Wandlerelemente 20i und der mit der Koppelfläche 12 praktisch zusammenfallenden ebenen Oberfläche 13a des Werkstückes 2 übertrieben dargestellt.
  • Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 22 werden nun zeitlich nacheinander die Wandlerelemente 201 bis 20n in einer Betriebsart angesteuert, in der diese jeweils für sich genommen im Impuls-Echo-Betrieb arbeiten. Mit anderen Worten: Zunächst wird das Wandlerelement 201 angesteuert, und die von diesem Wandlerelement 201 gesendeten Ultraschallwellen breiten sich mit einem großen Öffnungswinkel zum Werkstück 2 hin aus. An der Oberfläche 13a des Werkstückes 2 werden die Ultraschallwellen reflektiert und erzeugen ein Eintrittsechosignal. Vom Wandlerelement 201 werden im wesentlichen nur diejenigen reflektierten Ultraschallwellen als Eintrittsechosignal empfangen, die senkrecht auf die Oberfläche 13a, d. h. im Punkt Ra1 auftreffen. Die Laufzeit dieses Eintrittsechosignales, d. h. des von der Oberfläche 13a reflektierten und vom Wandlerelement 201 empfangenen Ultraschallsignales wird gemessen und in eine Wegstrecke umgerechnet, die in diesem Fall gleich dem Abstand d zwischen Empfangs- bzw. Sendefläche 33 und Oberfläche 13a ist. Wenn die tatsächliche Oberflächenkontur des Werkstückes 2 in der Prüfposition unbekannt ist, könnte sich der Punkt Ra1 der Oberfläche des Werkstückes 2, von dem aus die empfangenen Echosignale ausgehen, auch auf einem Kreisbogen 30a1 befinden, der in der Figur strichpunktiert dargestellt ist.
  • Anschließend erfolgt eine Ansteuerung des Wandlerelementes 202 und die Laufzeit der vom Wandlerelement 202 empfangenen Echosignale wird ebenfalls gemessen. Auf diese Weise wird jedes der Wandlerelemente 201 bis 20n angesteuert. In der Figur ist noch die Situation für das Wandlerelement 20n-1 eingezeichnet, für das sich im für die ebene Oberfläche 13a dieselben Verhältnisse ergeben wie für das Wandlerelement 201 (Reflexion des Eintrittsechosignales in Ra(n-1), das bei Unkenntnis der Kontur auf dem Kreisbogen 30an-1 liegen kann.
  • Im Falle der ebenen Oberfläche 13a erreicht das Eintrittsechosignal jedes Wandlerelement 201 bis 20n nach derselben Laufzeit, die es benötigt, um den doppelten Abstand d zwischen Sende- bzw. Empfangsfläche 33 der Wandlerelemente 201 bis 20n und Oberfläche 13a zurückzulegen.
  • Gestrichelt ist nun eine Situation eingezeichnet, die sich ergibt, wenn eine konkav gekrümmte Oberfläche 13b vorliegt. Der Figur ist zu entnehmen, dass in diesem Fall das Wandlerelement 201 ein Eintrittsechosignal für eine senkrecht zur Sendefläche emittierte Ultraschallwelle vom Punkt Rb1 erhält. Auch hier können, eine Unkenntnis der tatsächlichen Oberflächenkontur unterstellt, die Eintrittsechosignale jedoch von Punkten stammen, die auf dem Kreisbogen 30b1 liegen. Im dargestellten Beispiel empfängt nun das Wandlerelement 20n-1 das Eintrittsechosignal von einem Punkt Rb(n-1) der Oberfläche 13b, der nicht in Richtung der Normalen des Wandlerelementes 20n-1 liegt. Auch hier können die Eintrittsechosignale jedoch von Punkten stammen, die auf dem Kreisbogen 30bn-1 liegen.
  • In 5 ist ein Ultraschallprüfkopf 10 veranschaulicht, bei dem anstelle einer planparallelen Anpassschicht, wie sie in 4 übertrieben veranschaulicht ist, eine keilförmige Vorlaufstrecke oder Anpassschicht 32 zwischen der Empfangs- bzw. Sendefläche 33 und der Koppelfläche 12 vorgesehen ist, um bereits ohne Zeitverzögerungen der Wandlerelemente 201 bis 20n einen von 0° verschiedenen Einschallwinkel zu erzielen.
  • 5 zeigt nun eine Situation wie sie sich bei Verwendung eines in 4 dargestellten Prüfkopfes auf einer ebenen Oberfläche ergibt. In dieser Figur ist die mit den einzelnen Ultraschallwandlern mit Hilfe der Laufzeit des Echosignals, der Schallgeschwindigkeit und geometrischen Gestalt der Anpassschicht und der Schallgeschwindigkeit des Koppelmediums jeweils ermittelte Entfernung d der Oberfläche von der Empfangs- bzw. Sendefläche aufgetragen gegen die Längsausdehnung x des Arrays. Im Beispiel ist das Array auf einer keilförmigen Anpassschicht mit einem Keilwinkel von 28° angeordnet, mit dem es unmittelbar auf der ebenen Oberfläche des Werkstückes aufsitzt. In der Figur ist die Lage der Empfangs- bzw. Sendefläche der Wandlerelemente durch die Linie a angegeben. Der Figur ist nun zu entnehmen, dass jedes Wandlerelement ein Eintrittsechosignal empfängt, dem eine bestimmte Entfernung zugeordnet werden kann, wobei nicht feststeht, aus welcher Richtung das Eintrittsechosignal empfangen worden ist. Deshalb ist jedem Wandlerelement im Diagramm ein Bogen zugeordnet, der mögliche Positionen des Punktes der Oberfläche wiedergibt, von dem die Eintrittsechosignale empfangen werden. So ist dem Wandlerelement, das sich etwa in der Position x = 10 mm befindet, ein Bogen 30 zugeordnet, der in der Figur fett hervorgehoben ist. Das Wandlerelement in der Position x = 10 mm erfasst zwar den Abstand d zur Oberfläche des Werkstückes, der im dargestellten Beispiel etwa 9 mm beträgt, nicht jedoch dessen Richtung. Werden nun die Messungen für alle Wandlerelemente in der gleichen Weise durchgeführt, so ist anhand des Diagramms eine Einhüllende 34 entlang der Nulllinie zu erkennen, die die Oberflächenkontur des Werkstückes wiedergibt, bei dem es sich in diesem Fall um ein ebenes Werkstück handelt.
  • Anders stellt sich die Situation in 6 dar, in der ebenfalls der mögliche Abstand zwischen dem Werkstück und der Koppelfläche des Ultraschallprüfkopfes gegen die Position der Wandlerelemente im Ultraschallprüfkopf aufgetragen ist. Deutlich ist zu erkennen, dass sich in diesem Fall eine Einhüllende 34 ergibt, die ebenfalls die Oberflächenkontur des Werkstückes im Bereich der Koppelfläche wiedergibt und signifikant von einer ebenen Oberfläche abweicht.
  • Diese Information wird nun benutzt, um die Zeitverzögerung für die einzelnen Wandlerelemente mit Hilfe der Steuer- und Auswerteeinrichtung 22 an die unterschiedliche Form des Koppelspaltes anzupassen und den korrekten Einschallwinkel β zur mittleren Oberflächenkontur 16 einzustellen. Der 6 ist dabei zu entnehmen, dass die Oberfläche des Werkstücks vom Wandlerelement 201 etwa um 0,6 mm weiter entfernt ist als vom Wandlerelement 207 . Bei vorgegebenem Einschallwinkel und bekannten Schallgeschwindigkeiten von Werkstück und Koppelmedium sowie bekannter Schallgeschwindigkeit und Gestalt einer gegebenenfalls vorhandenen Anpassschicht lässt sich dann rechnerisch aus dieser Abstandsdifferenz, die rechnerisch aus der zwischen den Wandlerelementen 201 und 207 gemessenen Laufzeitdifferenz ermittelt worden ist, und aus dem aus der Einhüllenden 34 sich ergebenden Neigungswinkel der Oberfläche des Werk stückes die erforderliche Zeitverzögerung zwischen den Wandlerelementen 201 und 207 berechnen.
  • Auf diese Weise kann der vorgegebene Einschallwinkel β auch bei welliger Oberfläche 13 des Werkstücks 2 korrekt eingestellt werden, wie dies in 7 dargestellt ist. Dieser Figur ist nun außerdem zu entnehmen, dass die Koppelfläche 12 des Ultraschallprüfkopfes 10 um den Neigungswinkel α gegen die mittlere Oberflächenkontur 16 geneigt ist. Dieser Neigungswinkel α wird ebenfalls erfasst und bei der Korrektur der Verzögerungszeiten berücksichtigt.
  • In 8 ist sind nun für das in 7 dargestellte Beispiel für die einzelnen Wandlerelemente 201 bis 2010 die korrigierten Verzögerungszeiten t1k bis t10k in μs angegeben. Der Figur ist zu entnehmen, dass der Verlauf der korrigierten Verzögerungszeiten t1k bis t10k signifikant vom linearen Verlauf gemäß 3 abweicht.
    • 2
    Werkstück
    2a, b
    Teile
    6
    Schweißnaht
    8
    Pufferschweißung
    10
    Ultraschallprüfkopf
    12
    Koppelfläche
    13
    Oberfläche
    13a, b
    ebene, gekrümmte Oberfläche
    14
    Spalt
    16
    mittlere Oberflächenkontur
    201 bis 20n
    Wandlerelement
    21
    Ultraschallsignal
    22
    Steuer- und Auswerteeinrichtung
    30a1, 30b1
    Kreisbogen
    30an-1, 30bn-1
    Kreisbogen
    32
    Anpassschicht
    33
    Empfangs- bzw. Sendefläche
    34
    Einhüllende
    Ra1, Rb1
    Punkt
    Ra(n-1), Rb(n-1)
    Punkt
    c
    Kreisbogen
    d
    Abstand
    t1 bis tn
    Verzögerungszeit
    t1k bis tnk
    korrigierte Verzögerungszeit
    α
    Neigungswinkel
    β
    Einschallwinkel

Claims (5)

  1. Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes (2) mit einer unebenen Oberfläche (13, 13b) mit einem an das Werkstück (2) akustisch angekoppelten Ultraschallprüfkopf (10), der eine Mehrzahl von starr in einem linearen Array angeordneten Wandlerelementen (201 bis 20n ) enthält, die mit einer für jedes Wandlerelement (201 bis 20n ) vorgegebenen Verzögerungszeit (t1 bis tn) zeitverzögert ansteuerbar sind, bei dem für eine Anzahl der Wandlerelemente (201 bis 20n ) die Laufzeit eines von einem einzelnen Wandlerelement (201 bis 20n ) gesendeten und von der Oberfläche (13, 13b) reflektierten und von diesem Wandlerelement (201 bis 20n ) empfangenen Ultraschallsignales gemessen und zu einer Korrektur der Verzögerungszeiten (t1 bis tn) herangezogen wird, und bei dem anschließend die Wandlerelemente (201 bis 20n ) mit diesen korrigierten Verzögerungszeiten (t1k bis tnk) angesteuert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Neigungswinkel (α) des Ultraschallprüfkopfes (10) gegen eine mittlere geradlinige Oberflächenkontur (16) des Werkstückes (2) gemessen und bei der Ermittlung der korrigierten Verzögerungszeiten (t1k bis tnk) berücksichtigt wird.
  3. Einrichtung zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes (2) mit einer unebenen Oberfläche (13, 13b) mit einem an das Werkstück (2) akustisch angekoppelten Ultraschallprüfkopf (10), der eine Mehrzahl von starr in einem linearen Array angeordneten Wandlerelementen (201 bis 20n ) enthält, und mit einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (22) zum zeitverzögerten An steuern der Wandlerelemente (201 bis 20n ) mit einer für jedes Wandlerelement (201 bis 20n ) vorgegebenen Verzögerungszeit (t1 bis tn) und zum Ansteuern einzelner Wandlerelemente (201 bis 20n ) sowie zur Korrektur der Verzögerungszeiten (t1 bis tn) durch Auswerten der Laufzeit des von einem Wandlerelement (201 bis 20n ) empfangenen Ultraschallsignales.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, mit einer Messeinrichtung zum Messen eines Neigungswinkels (α) des Ultraschallprüfkopfes (10) gegen eine mittlere geradlinige Oberflächenkontur (16) des Werkstückes (2).
  5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der eine im Ultraschallprüfkopf (10) zwischen Koppelfläche (12) und Wandlerelementen (201 bis 20n ) befindliche Anpassschicht (32) vorgesehen ist, deren akustische Impedanz an die akustische Impedanz eines zur Ankopplung des Ultraschallprüfkopfes (10) an das Werkstück (2) verwendeten Koppelfluids angepasst ist.
DE102005043122A 2005-09-10 2005-09-10 Verfahren und Einrichtung zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes mit einer unebenen Oberfläche Withdrawn DE102005043122A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005043122A DE102005043122A1 (de) 2005-09-10 2005-09-10 Verfahren und Einrichtung zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes mit einer unebenen Oberfläche
EP06018167A EP1762841B1 (de) 2005-09-10 2006-08-31 Verfahren und Einrichtung zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes mit einer unebenen Oberfläche
AT06018167T ATE453116T1 (de) 2005-09-10 2006-08-31 Verfahren und einrichtung zur ultraschallprüfung eines werkstückes mit einer unebenen oberfläche
ES06018167T ES2336352T3 (es) 2005-09-10 2006-08-31 Procedimiento y dispositivo para la comprobacion por ultrasonidos de una pieza con superficie irregular.
DE502006005719T DE502006005719D1 (de) 2005-09-10 2006-08-31 Verfahren und Einrichtung zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes mit einer unebenen Oberfläche
US11/518,846 US7594439B2 (en) 2005-09-10 2006-09-11 Method and device for ultrasonic testing of a workpiece having an uneven surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005043122A DE102005043122A1 (de) 2005-09-10 2005-09-10 Verfahren und Einrichtung zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes mit einer unebenen Oberfläche

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102005043122A1 true DE102005043122A1 (de) 2007-07-12

Family

ID=37546335

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102005043122A Withdrawn DE102005043122A1 (de) 2005-09-10 2005-09-10 Verfahren und Einrichtung zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes mit einer unebenen Oberfläche
DE502006005719T Active DE502006005719D1 (de) 2005-09-10 2006-08-31 Verfahren und Einrichtung zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes mit einer unebenen Oberfläche

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE502006005719T Active DE502006005719D1 (de) 2005-09-10 2006-08-31 Verfahren und Einrichtung zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes mit einer unebenen Oberfläche

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7594439B2 (de)
EP (1) EP1762841B1 (de)
AT (1) ATE453116T1 (de)
DE (2) DE102005043122A1 (de)
ES (1) ES2336352T3 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7823454B2 (en) * 2006-11-29 2010-11-02 Babcock & Wilcox Technical Services Group, Inc. Ultrasonic inspection method
EP2546641B1 (de) * 2011-07-15 2019-08-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Ultraschalldefektdetektor und Ultraschalldefektdetektionsverfahren für Objekte mit komplexer Oberflächenform
EP2979644B1 (de) * 2013-03-29 2017-09-13 Fujifilm Corporation Ultraschallsonde für punktionsnadel sowie diagnostische ultraschallvorrichtung damit
DE102014102374B4 (de) * 2014-02-24 2016-01-14 Areva Gmbh Verfahren zur Prüfung eines Werkstücks mittels Ultraschall
US10470741B2 (en) * 2016-03-31 2019-11-12 General Electric Company Ultrasound transducer for imaging systems
MX2020005799A (es) 2017-12-12 2020-08-20 Nippon Steel Corp Dispositivo de deteccion de defectos, metodo de deteccion de defectos y programa.
US10816512B2 (en) * 2018-03-29 2020-10-27 The Boeing Company Inspection of a structure with a sloped back wall
EP3739330A1 (de) * 2019-05-13 2020-11-18 GE Sensing & Inspection Technologies GmbH Hochgeschwindigkeitsschienenradprüfung während des betriebs
GB2597995A (en) * 2020-08-14 2022-02-16 Dolphitech As Ultrasound scanning system with adaptive gating
JP2023003020A (ja) * 2021-06-23 2023-01-11 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 超音波探傷手法および超音波探傷装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000065807A (ja) * 1998-08-18 2000-03-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 超音波探傷システム
DE102004027305A1 (de) * 2003-06-04 2005-03-10 Daimler Chrysler Corp Vorrichtung zum Detektieren der Struktur einer Schweißung

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2199887A5 (de) * 1972-08-16 1974-04-12 Shraiber David
US4010635A (en) * 1976-03-17 1977-03-08 United States Steel Corporation Sonic interference suppressor
JPS5454484A (en) * 1977-10-08 1979-04-28 Tokyo Shibaura Electric Co Ultrasonic wave diagnosis device
US4252022A (en) * 1978-11-17 1981-02-24 Westinghouse Electric Corp. Detection, characterization and studying of flaws in work by acoustic imaging
DE3227130A1 (de) * 1981-07-25 1983-02-17 British Aerospace Plc, London Lageeinstellvorrichtung
US4471785A (en) * 1982-09-29 1984-09-18 Sri International Ultrasonic imaging system with correction for velocity inhomogeneity and multipath interference using an ultrasonic imaging array
JPH01156661A (ja) 1987-12-15 1989-06-20 Hitachi Ltd 接合部探査装置
JPH02193065A (ja) * 1989-01-20 1990-07-30 Canon Inc 超音波装置
WO1991002971A1 (en) * 1989-08-21 1991-03-07 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Ultrasonic flaw detector
US5214616A (en) * 1991-08-15 1993-05-25 General Electric Company Nuclear reactor vessel inspection system and method with remote transducer positioning
US5497662A (en) * 1993-09-07 1996-03-12 General Electric Company Method and apparatus for measuring and controlling refracted angle of ultrasonic waves
US5549002A (en) * 1994-07-01 1996-08-27 General Electric Company Method for detecting and characterizing flaws in engineering materials
US6736011B2 (en) * 2000-12-07 2004-05-18 Electric Power Research Institute, Inc. Inspection of shrunk-on steam turbine disks using advanced ultrasonic techniques
US7021143B2 (en) * 2003-12-11 2006-04-04 General Motors Corporation Cylindrically-rotating ultrasonic phased array inspection method for resistance spot welds
US7823454B2 (en) * 2006-11-29 2010-11-02 Babcock & Wilcox Technical Services Group, Inc. Ultrasonic inspection method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000065807A (ja) * 1998-08-18 2000-03-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 超音波探傷システム
DE102004027305A1 (de) * 2003-06-04 2005-03-10 Daimler Chrysler Corp Vorrichtung zum Detektieren der Struktur einer Schweißung

Also Published As

Publication number Publication date
US7594439B2 (en) 2009-09-29
US20070056373A1 (en) 2007-03-15
EP1762841A1 (de) 2007-03-14
ES2336352T3 (es) 2010-04-12
DE502006005719D1 (de) 2010-02-04
ATE453116T1 (de) 2010-01-15
EP1762841B1 (de) 2009-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1762841B1 (de) Verfahren und Einrichtung zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes mit einer unebenen Oberfläche
DE102004027305B4 (de) Vorrichtung zum Detektieren der Struktur einer Schweißung
EP0685068B1 (de) Ultraschall-prüfvorrichtung für schweissnähte bei rohren, blechen und behältern
EP1830185B1 (de) Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes in einem gekrümmten Bereich seiner Oberfläche und zur Durchführung des Verfahrens geeignete Prüfanordnung
DE4424555C2 (de) Verfahren zum Erfassen von Korrosionsermüdungsrissen in Membrankesselrohren
EP1649301B1 (de) Verfahren und schaltungsanordnung zur zerstörungsfreien prüfung von gegenständen mittels ultraschallwellen
DE2260932C3 (de) Verfahren zum Bestimmen der RiBtiefe von in Werkstücken auftretenden Rissen
EP2335063B1 (de) Impulsechoverfahren mit ermittlung der vorlaufkörpergeometrie
EP2251685A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Ultraschalluntersuchung
DE4027161A1 (de) Vorrichtung zur pruefung von laenglichen gegenstaenden mittels ultraschallwellen
DE102019106427B4 (de) Wandler und Wandleranordnung für Ultraschall-Prüfkopfsysteme, Ultraschall-Prüfkopfsystem und Prüfverfahren
DE102004027798A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Dicke von Teilen mit einem äusseren Überzug unter Verwendung von Verzögerungsleitungen mit Impedanzanpassung
EP3114472A1 (de) System und verfahren zur zerstörungsfreien prüfung von metallschmelzschweissverbindungen an dünnwandigen rohren
DE69938407T2 (de) Verfahren und Gerät für die Ultraschallprüfung von Stahlröhren
DE112010002450B4 (de) Anordnung und Verfahren zur kombinierten Bestimmung von Schallgeschwindigkeiten und Abständen in Medien mittels Ultraschall
EP3794342B1 (de) Verfahren zur justierung und kalibrierung von prüfeinrichtungen zur ultraschallprüfung von werkstücken
DE102009040748B4 (de) Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von Schweißnähten in Werkstücken mittels Ultraschall
DE3309470C2 (de)
DE3715914A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum nachweis von rissen mit hilfe von ultraschall
DE102016110044A1 (de) Verfahren zur Ultraschallprüfung von langgestreckten Hohlprofilen
DE102018109574A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Ausdehnung von Fehlstellen mittels V-Durchschallung
DE4022152C2 (de)
EP3248187B1 (de) Verfahren zur herstellung eines schallwandlers für ein feldgerät der automatisierungstechnik
DD297252A5 (de) Verfahren und vorrichtung zur zerstoerungsfreien pruefung von oberflaechenschichten, insbesondere von kompliziert geformten grossen bauteilen
EP2689243B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur ultraschallprüfung eines werkstücks

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: INTELLIGENDT SYSTEMS & SERVICES GMBH, 91052 ER, DE

8130 Withdrawal