DGZfP-JAHRESTAGUNG 2003

ZfP in Anwendung, Entwicklung und Forschung

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Magnetelektrische Rissprüfanlagen zum kontaktlosen Prüfen von Rohrenden

Dr. Martin Brai, Tiede, Essingen, (A. Hofmann, M. Haubner)
Kontakt: Brai Martin Dr.

I. Magnetelektrische Rissprüfanlage zum berührungslosen Aufmagnetisieren von Rohrenden mit folgenden Abmessungen:

Außendurchmesser: min. 244 mm - max. 1700 mm
Innendurchmesser: min. 219 mm
Rohrlängen: min. 6 m - max. 12 m
Wandstärke: ca. 6,4 mm - 38,1 mm
Schweißnahtüberhöhung: max. 5 mm
Prüfbereich: Fase und Stirnfläche
  Innen- und Außenmantel
  Schweißnaht
  Prüfbereich an Rohrende: ca. 250 mm
Fehlerart: Längs-, Quer-, umlaufende Fehler
Prüfgeschwindigkeit: durchschnittlich 100 mm/s
Taktzeit je Bauteil: max. 6 min. (bei größten Rohrdimensionen),
  abhängig von der Betrachtungszeit
Leistungsdaten: 10 Rohre pro Stunde (max. Rohrabmessungen)
  bei 100 % Maschinenkapazität
  12 Rohre pro Stunde (bei kleineren Rohrabmessungen)

Problemzonen bei der Fertigung von Stahlrohren waren und sind die Rohrenden. Hier kommt es leicht zu Fehlern in Form von Rissen. Noch bis vor wenigen Jahren setzte man deshalb zur Überprüfung das Magnetpulververfahren in der Form ein, dass eine Magnetisierung mit stromdurchflossenem Leiter (Hilfsdurchflutung mit Wechselstrom) zum Einsatz kam, wobei zur Stromeinspeisung ein direkter Kontakt zwischen Leiter und Rohrwand bestand. Vorteil dieser Technik waren vor allem die geringen Taktzeiten. Nachteilig war jedoch, dass innen und außen nur Längsrisse gefunden werden konnten.

Für eine Fehlersuche in allen Richtungen war es deshalb notwendig, eine Kombination mit einer Magnetisierungsspule (Spulenmagnetisierung mit Gleich- oder Wechselstrom) vorzusehen.

Es zeigte sich dann, dass für die Fehlerauffindung von Längs- und Querrissen auf den Innen- und Außenflächen der Einsatz von Gleichstrom unabdingbar war. Beim Magnetisieren mit Gleichstrom muss jedoch eine Niederfrequenz-Entmagnetisierung durchgeführt werden, was nicht unerheblichen zusätzlichen Zeitaufwand erforderlich macht. Die Dauer dieser Entmagnetisierung ist dabei abhängig vom Magnetisierungsstrom, übersteigt aber in jedem Fall das Doppelte der Taktzeit mit Wechselstrom.

Weiter können bei Magnetisierung mit stromdurchflossenem Leiter durch die Kontaktierung Brandstellen auf Innen- und Außenflächen entstehen. Dies ist natürlich unerwünscht, denn es führt zu Nacharbeiten und macht erneute Prüfungen erforderlich.

Um diese Probleme zu umgehen, wurden die Vorschriften für die Rohrendenprüfung in internationaler Übereinstimmung neu definiert. Heute bezieht man sich auf API American Petroleum Institute, welches auf ASTM E 709, American Society for Testing and Materials, verweist.

Auf der Basis dieser Vorgabe entwickelte die in Essingen bei Aalen ansässige Firma Tiede GmbH + Co ein Verfahren, das in eine standardisierte Rohrenden-Prüfanlage mündete. Mit ihr ist es möglich, Rohrenden von 244 bis 1700 mm Durchmesser kontaktlos zu prüfen.

Grundidee der Anlage ist, ein Jochpaar so anzuordnen, dass es am jeweiligen Rohrende eingefahren werden kann und sich dort vollautomatisch nicht nur auf die verschiedenen Durchmesser, sondern auch auf die jeweiligen Rohrwandstärken einstellt. Das Jochpaar ist dann so ausgerichtet, dass sowohl im Rohr als auch außerhalb der Rohrwandung jeweils ein Magnetisierungspol eines Einzeljoches platziert ist. Während des Magnetisiervorganges wird das zu prüfende Rohr durch die gekreuzten Magnetfelder gedreht und gleichzeitig mit fluoreszierendem Tiede-Prüfmittel bespült. Die Kontrolle auf Fehlstellen erfolgt direkt anschließend durch Sichtprüfung unter UV-Lichteinfall.

Da bei der kontaktlosen Prüfung kein Strom in das Material eingeleitet werden darf, geschieht hier die Erzeugung eines magnetischen Feldes für die Nachweisbarkeit von Längs- und Querfehlern durch Erzeugung zweier magnetischer Felder mit einer 90° Phasenverschiebung. Bei der Überlagerung zweier gleichgroßer Felder mit dem Phasenwinkel von 90° entsteht ein umlaufender Feldvektor.

Der durch diese Technik erzeugte Inspektionsbereich deckt bei den Rohrinnen- und -außenflächen 200 bis 300 mm einschließlich Stirnfläche und Fase ab. Detektiert werden in einem Arbeitsgang sowohl Längs- als auch Querfehler. Die Taktzeit beträgt ca. 90 Sekunden für den max. Rohrdurchmesser und ist bei geringeren Durchmessern entsprechend kürzer, die Inspektionsgeschwindigkeit kann mit ca. 100 mm/s angegeben werden.

Die zusammengefassten Eigenschaften dieser Tiede-Technologie:

  • Kontaktlose Magnetisierung von Rohrenden zum Auffinden von Längs- und Querfehlern.
  • Automatische Einstellung auf verschiedene Rohrdurchmesser.
  • Anpassung der Prüfmechanik auf unterschiedliche Rohrwandstärken, Rundheiten und Auslenkungen während des Drehvorganges.
  • Automatische Entmagnetisierung am Ende der Prüfung.

II. Kontaktlose Rohrendenprüfung mit Hilfsdurchflutungsdorn und Spule zum Prüfen von Rohren mit folgenden Abmessungen:

Außendurchmesser max.: 180 mm
Innendurchmesser min.: 48 mm
Rohrlänge min.: 8,5 m
Rohrlänge max.: 13 m

TIEDE-Know-How bei VOEST-Alpine, Austria

Die Symbiose der Erfahrungen des Einen - Spezialist für zerstörungsfreie Oberflächenprüfung TIEDE - mit den Erfordernissen des Anderen - Marktführer Rohre für die Ölindustrie, VOEST-Alpine - haben eine Innovation hervorgebracht, die in Größe und Technik weltweit einzigartig ist.

Rohre für die Ölförderindustrie unterliegen in der Herstellung den API-Vorschriften. Dies sind international verbindliche Regularien für die Herstellung und die Prüfung derartiger Qualitätsrohre, bzw. der Rohrenden. Nach Abschluss von Versuchen Ende 2001 wurde innerhalb eines knappen Jahres eine Prüflinie "aus dem Boden gestampft", die sämtliche Anforderungen der vorerwähnten API-Vorschriften erfüllt.

Die Rohrenden, in diesem Falle im Durchmesserbereich von ca. 50 - 180 mm, werden auf beiden Seiten auf eine Länge von 300 mm rissgeprüft. Auf der Oberfläche, bzw. dem Rohrmantel muss eine 100%ige Rissfindung möglich sein. Die Erzeugung der hierzu benötigten Magnetfelder muss kontaktlos sein, um Beschädigungen durch evtl. Kontaktbrandstellen zu vermeiden.

Die technische Realisierung erfolgt über eine ca. 15 Meter lange Kupferlanze (Hilfsdurchflutungsdorn), die mit einer Geschwindigkeit von ca. 2 m/s durch das Rohr "durchgeschossen" und an den Enden mit einer Kontaktzange kontaktiert wird. Der Vorschub des Kupferdorns erfolgt mit einem Servomotor über Zahnriementrieb. Das hiermit erzeugte zirkulare Wechselfeld dient zur Auffindung von Längsfehlern. Die Induzierung der Längsfelder (Querfehlerprüfung) erfolgt durch Magnetisierungsspulen (in diesem Fall mit Gleichstrom betrieben), die jedes Rohrende ca. 320 mm überfahren. Die Bespülung der Rohrenden erfolgt an der Innenseite der Rohre mit in den Kupferlanzen integrierten Spraysystemen; am Außenmantel mit vor den Spulenöffnungen angebrachten Ringduschen. Beide Magnetisierungen erfolgen gleichzeitig; man spricht von einer kombinierten Prüfung. Die Kundenforderung nach einer Taktzeit von 15 s pro Rohr werden hiermit samt einer kleinen Zeitreserve erfüllt.

Für die Inspektion der Rohrenden ist an beiden Seiten nach der Magnetisierungsstation je eine Inspektionskabine angebracht. Jede Kabine verfügt über zwei Betrachtungsplätze sowie einem Operator-Tableau zur Bedienung, Steuerung und Kontrolle der Verfahrensparameter. Jeder Arbeitsplatz hat eine UV-Leuchte, die zur Rissauswertung mit fluoreszierendem Prüfmittel benötigt wird. Fehlerhafte Rohre/Rohrenden werden im letzten "Step" des Werkstücktransports ausgeschleust.

Der Rohrtransport erfolgt seitens VOEST-Alpine mit einem sogenannten "fliegenden Teppich", der pro Einheit vier Rohre transportiert - deshalb werden die auf einer Seite liegenden Enden von bis zu vier Rohren gleichzeitig auf Fehler untersucht. Anschließend werden in einer identischen Abfolge der Stationen die anderen vier Rohrenden inspiziert. Nach der Begutachtung werden die Rohrenden entmagnetisiert, um den vorgeschriebenen Wert für den Restmagnetismus zu erreichen. Insgesamt benötigt die Anlage einen Platzbedarf von ca. 50 m ´ 20 m.

Eine große Herausforderung war die Installation der Anlage beim Kunden, da das Zeitfenster eine Montage in den Werksferien erforderte. Dank ausgeklügelter Transportlogistik (fünf 40-Tonner LKW) und "Rund-um die Uhr"-Einsatz der TIEDE-Monteure - last but not least der optimalen Vorbereitung des Installationsplatzes durch VOEST-Alpine wurde die Produktion auf der neuen Anlage termingemäß aufgenommen. Durch diesen unermüdlichen Einsatz kann nun seit Ende September 2002 ein nahezu störungsfreier Prüfbetrieb rund um die Uhr im 3-Schichtbetrieb, gefahren werden.

Die in Essingen bei Aalen beheimatete Firma TIEDE GmbH + Co hat mit dem erfolgreichen Abschluss dieses Projekts ihre führende Position auf dem Gebiet der Herstellung von Anlagen für die Oberflächenrissprüfung, nachdrücklich unter Beweis gestellt.

STARTHerausgeber: DGfZPProgrammierung: NDT.net