DGZfP-JAHRESTAGUNG 2003

ZfP in Anwendung, Entwicklung und Forschung

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Ultraschall-Prüflinie zur automatischen Prüfung von nahtlosen Rohren mit einem Aussendurchmesser bis 250 mm mit integrierter Rohrendenprüfung

S. Schmitz, Agfa NDT GmbH - Hürth
P. Meyer, Benteler Stahl/Rohr GmbH - Dinslaken
R. Prause, Agfa NDT GmbH - Hürth
Kontakt: Schmitz Stephan Dipl.-Ing.

1.0 Einleitung

1.1 Allgemeines
Das Thema des Vortrages ist eine Ultraschall-Prüflinie, die im Sommer 2002 im Werk Dinslaken der Benteler Stahl/Rohr GmbH errichtet wurde.

Prüfaufgabe:

  • Prüfgut: warmgewalzte, nahtlose Rohre
  • Aussendurchmesserbereich 30-180 mm
  • Wanddicke 2-20mm
  • Ungeprüfte Enden = 0 mm
  • zusätzlich: Prüfung auf Innenwandverformungen
  • zusätzlich:Prüfung von Rohren mit angestauchten Enden (Upset End Rohre)

Dazu wurde die Prüflinie von der AgfaNDT GmbH mit einer Rotationsprüfanlage vom Typ ROT 250 VIS und zwei Rohrendenprüfanlagen vom Typ REP- VIS ausgestattet.

1.2 Prüfablauf
Die Rotationsprüfanlage ist gemeinsam mit einer Vorbenetzungsanlage in einer Rohrführungseinheit (RFE) mit 4 Triple- Treibern aufgebaut.


Bild 1: Schema Anlagenaufbau.

Die zu prüfenden Rohre laufen über einen Bandrollgang im Lineartransport durch Vorbenetzungs- und Rotationsprüfanlage. Nach der Prüfung in der ROT 250 VIS erfolgt bereits eine Vor-Sortierung gut/schlecht. Gut-Rohre laufen auf eine Rohrauflage, aus der die automatische Beschickung der Rohrendenprüfung erfolgt.

Von der Rohrauflage legt ein Hubrechen das zu prüfende Rohr in einen Bündigrollgang ein, in dem das Rohr in Prüfposition für die Rohrendenprüfung (REP) gefahren wird. Von dort erfolgt die Übergabe in den eigentlichen Prüfrollgang. Das Rohr wird stationär in Rotation versetzt, die REP- Prüfmechanik fährt unter dem zu prüfenden Rohrende her. Anschliessend erfolgt die Übergabe an die zweite Prüfstation. Nach Abschluss der beiden Prüfungen erfolgt die Sortierung als Summe der Prüfergebnisse von REP1 und REP2.

Soll keine Rohrendenprüfung erfolgen, können die Rohre sofort in die entsprechenden Schlecht- Sortiermulden durchgetaktet werden.

2.0 Rotationsprüfanlage

2.1 Rotationsprüfmechanik
Die eingesetzte Rotationsprüfanlage ROT 250 VIS (max. Prüfdurchmesser 250 mm) ist vollständig bestückt mit 28 Prüfköpfen in 8 Prüfeinschüben.


Bild 2: Schema Prüfkopfanordnung.

Das Bild zeigt eine Abwicklung des Rotors um die Längsachse und somit die Lage der Prüfeinschübe in der Anlage

Die Anlage ist ausgestattet mit vier 4- fach Längsfehlerschwingerzeilen. Um den Durchsatz zu erhöhen prüfen jeweils 2 gegenüberliegende Schwingerzeilen in gleicher Schallrichtung.

Zusätzlich enthält die Prüfanlage 4 Prüfeinschübe mit je 2 Querfehlerprüfköpfen und je 1 Wanddicken- bzw. Wanddicken-/ Geometrie-Prüfkopf.

Mögliche Prüffunktionen sind:

  • Längsfehlerprüfung
  • Querfehlerprüfung
  • Dopplungsfehlerprüfung
  • Wanddickenmessung
  • Exzentrizität
  • Aussendurchmessermessung
  • Innendurchmessermessung
  • Ovalität
  • Innenwandverformungen

Von den 28 Prüfköpfen werden je nach Prüfmode max. 20 Prüfköpfe gleichzeitig in verschiedenen Kombinationen betrieben.

Die maximale Prüfgeschwindigkeit beträgt in Abhängigkeit von der Prüfaufgabe und den aufzufindenden Fehlerlängen 100 m/min.

2.2 Prüfung auf Innenwandverformungen
Herkömmliche Methoden zur Auffindung sind Sichtkontrolle oder Wanddickenmessung, wobei das Problem besteht, dass Sichtkontrollen nur begrenzt möglich sind und in Bereichen mit Innenwandverformungen oft eine Wanddickenmessung nicht möglich ist, da keine auswertbaren Reflexionen zur Verfügung stehen. Auf letzterem basiert das hier eingesetzte Prüfverfahren.

Die Prüfung auf Innenwandverformungen wird mit den Wanddickenprüfköpfen durchgeführt. Durch den Einsatz senkrecht einschallendener Prüfköpfe erhält man eine Mehrfachreflexion an der fehlerfreien Rohrrückwand. Werden die Schallwellen jedoch bei Verformungen an der Rückwand gestört, verringert sich die Rückwandechofolge in einer charakteristischen Form, was von der Auswerteblende erkannt wird.

2.3 Prüfung von Rohren mit angestauchten Enden (Upset- Ends)
Durch Umrüsten der Rotationsprüfanlage auf elastische Dichtblenden ist zusätzlich zur Prüfung von Glattrohren die Prüfung von Rohren mit angestauchten Enden im Durchlaufverfahren möglich.

Die inneren Gummiblenden mit Rohrnenndurchmesser weiten sich mit dem einlaufenden angestauchten Rohranfang, dichten dann aber während der Prüfung den Prüfkopfbereich, in dem sich der rotierende Wassermantel befindet, ab.

Zur reproduzierbaren Durchführung der Prüfung müssen die Rohre von der Rohrführungseinrichtung mit Triple- Treibern präzise geführt werden, da eine Führung durch die Rotationsprüfmechanik nicht mehr vorhanden ist. Grundvoraussetzung ist hier eine genaue Fluchtung der Treiber untereinander und der Rotationsprüfmechanik zur Treibereinheit.

Geprüft wird der gesamte Glattrohrbereich. Die ungeprüften Enden betragen in Abhängigkeit von der Länge des angestauchten Endes und der Geradheit der Rohre ca. 250-450mm.

3.0 Rohrendenprüfanlage

Nachgeschaltet zur Rotationsprüfanlage befinden sich zwei Rohrendenprüfanlagen (REP), die das von der Rotationsprüfanlage ungeprüfte Ende von ca. 50-100mm prüfen.

3.1 Rohrendenprüfmechanik
Die Prüfung der Rohrenden wird in Pfützentechnik durchgeführt.

Jede Prüfwanne ist ausgestattet mit 2 Längsfehlerprüfköpfen, 2 Querfehlerprüfköpfen und einem Wanddickenprüfkopf, der zusätzlich die Prüfaufgaben Exzentrizitätsmessung, Dopplungsfehlerprüfung und Prüfung auf Innenwandverformungen durchführt.


Bild 3:
Prüfwanne Rohrendenprüfanlage.

Bild 4:
Prüfung von angestauchten Enden mit REP-VIS.

Die Prüfwanne ist kardanisch gelagert und wird mit leichtem Druck von unten an das Rohr angestellt, so dass sie sich der Bewegung des Rohres in alle Richtungen anpassen kann. Dimensionsabhängige Führungshalbschalen sorgen für eine präzise Führung der Prüfwanne am Rohr.

Die Rohre werden im Prüfrollgang stationär in Rotation versetzt und mit einer leichten Anstellung des Rollganges gegen einen Festanschlag gefahren. Der Festanschlag entspricht dem Rohrdurchmesser und dichtet den leeren Prüfbehälter ab, so dass der Wasserpegel sofort mit Prüfungsbeginn die richtige Höhe erreicht hat. Während der Prüfung hat er die Aufgabe, das Rohr gegen eindringendes Wasser abzudichten.

Zur Prüfung des Rohrendes fährt die Prüfwanne mit einer definierten Geschwindigkeit unter dem zu prüfenden Rohrende her.

Mit dem einlaufenden Rohr erfolgt für jeden Prüfkopf einzeln die Prüfdatenfreigabe, um möglichst nahe an das Rohrende heranprüfen zu können.

Der Vorschub des Prüfbehälters ist mittels SPS einstellbar und liegt je nach Prüfaufgabe zwischen 8 und 10 mm pro Umdrehung. Gängige Oberflächengeschwindigkeiten liegen zwischen 1 und 1,5 m/sec, je nach Geradheit der zu prüfenden Rohrenden.

Die Länge der ungeprüften Enden liegt in der Prüfpraxis zwischen 0-7 mm, bei der Querfehlerprüfung besteht in einer Schallrichtung noch eine Abhängigkeit von der Wandstärke.

Ebenso wie in der Rotationsprüfmechanik ist auch bei der REP die Prüfung von Rohren mit angestauchten Enden möglich. Die REP prüft bei zylindrischer Aussen- und Innenwand den angestauchten Teil des Rohres über die ganze Länge der Anstauchung. Durch das getrennte Abschalten jedes einzelnen Prüfkopfes kann die Prüfung bis an den Übergangsbereich zum Nenndurchmesser durchgeführt werden.

4.0 Prüfelektronik

4.1 Allgemeines
Beide Anlagentypen werden mit Prüfelektroniken vom Typ VIS betrieben.


Bild 5:
Windows- orientierte Bedienoberfläche - Menü "Fehlerprüfung".

Bild 6:
"Eventgrafik".

Bild 7:
Analoggrafik "Fehlerprüfung".

Kernstück der Prüfelektronik sind bei der Rotationsprüfanlage ROT 250 VIS zwei Elektronik- Einschubrahmen mit insgesamt 20 Kanalkarten, von denen jede im Parallelbetrieb einen Prüfkopf mit einer Frequenz von bis zu 20 kHz betreiben kann, und ein Standard Industrie-PC mit der Bedien- und Auswertesoftware.

Alle Kanalkarten sind identisch, egal ob eine Fehlerprüfung, Wanddicken- oder Geometriemessung erfolgt, was die Anlagenkonfigurierung für wechselnde Prüfaufgaben/ Prüfmodi enorm vereinfacht.

Die gesamte Konfiguration der Prüfelektronik erfolgt ausschliesslich über Tastatur, Maus und die Windows- orientierte Bediensoftware auf dem Anlagen-PC.

Der digitale A-Scan ist mit einer zuschaltbaren Maximalwert- Speicherfunktion versehen, die auch die ausserhalb der Bildwiederholfrequenz aufgetretenen Amplituden- Maximalwerte darstellt, damit diese nicht für die Visualisierung verloren gehen. Diese Funktion ist gerade beim Einrichten der Rotationsprüfmechanik sehr wichtig, da ansonsten eine maximale Fehleramplitude nur angezeigt wird, wenn der Testfehler genau zum Zeitpunkt des Bildaufbaus voll getroffen wird.

Ohne diese Funktion wird ein Testfehler bei rotierender Prüfmechanik nur durch kurzzeitiges Aufleuchten angezeigt, wogegen er bei Zuschalten der Speicherfunktion als stehende Amplitude erscheint.

5.0 Fehlerdokumentation und Auswertung

Zur Online- und Offline- Fehlerdokumentation stehen verschiedenen Grafiken zur Verfügung, die die Fehlerlage bezogen auf die Rohrlänge ortsgetreu darstellen.

Bild 6 zeigt die "Eventgrafik", die als Digitalgrafik nur die Lage eines Fehlers am Rohr anzeigt. Zusätzlich wird im oberen Bildbereich verschiedene Prüfstatistiken und ein Soll-Ist Vergleich zwischen den wichtigsten Prüfparametern, wie z.B. Rollgangsgeschwindigkeit, Rotationsdrehzahl, Prüfschussabstand,... angezeigt.

Zusätzlich zeigen "Analoggrafiken" ebenfalls ortsgetreu die in einem Rohrabschnitt aufgetretenen Amplituden oder die Messwerte aus Wanddicken- und Geometriemessung.

Die Prüfergebnisse können nach Abschluss der Prüfung automatisch über einen Koppelrechner an ein Betriebsdatenerfassungssystem übertragen werden und stehen dort einer automatisierten Auswertung zur Verfügung.

STARTHerausgeber: DGfZPProgrammierung: NDT.net