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Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von heissem Walzgut
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von heissem Walzgut im Durchlauf mittels Ultraschall mit Flüssigkeitsankopplung eines Ultraschallsenders- und -empfängers an dem Prüf- körper, wobei ein selbstschmelzender Stoff verwendet wird und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung.
Es ist bekannt, Werkstücke im Durchlauf mittels Ultraschall zu prüfen, wobei ein Ultraschallsender- und-empfänger mittels einer Flüssigkeit an den Prüfkörper angekoppelt werden. Dabei handelt es sich jedoch um kalte Prüfkörper, z. B. Blech, und als Ankopplungsflüssigkeit wird Wasser benutzt. Bei einer bekannten Anordnung (franz. Patentschrift Nr. 893. 459) ist sender- und empfängerseitig je ein topfförmiges Gehäuse vorgesehen, das mit seinem Rand dicht vor der Oberfläche des Prüfkörpers sitzt. Dieses Gehäuse steht mit einem Wasserreservoir in Verbindung, und auf dem Grunde des Gehäuses ist der Ultraschallsender bzw. -empfänger angeordnet.
Es ist auch eine Anordnung bekannt, bei welcher Sender und Empfänger an einer feststehenden Achse angeordnet sind, auf welcher eine flüssigkeitsgefüllte, auf dem Prüfkörper aufliegende Trommel abdichtend drehbar gelagert ist (deutsche Patentschrift Nr. 966 392). Bei dieser Anordnung ist die Trommel aus einem nachgiebigen, biegsamen Werkstoff hergestellt. Diese Anordnungen sind nur für kalte Prüfkörper bestimmt und geeignet.
Bei der Prüfung an kaltem Gut im Walzwerk ergibt sich der Nachteil, dass der gesamte Walzvorgang durchgeführt worden ist, bevor Fehler an dem Material festgestellt werden, bevor also beispielsweise festgestellt wird, dass der Stahl mit Lunkern behaftet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mittels Ultraschall zu schaffen, welche eine Prüfung von heissem Walzgut gestatten. Dadurch soll ermöglicht werden, dass der Bereich fehlerhafter Stellen bereits im heissen Walzgut festgestellt werden kann, so dass der Schopfschnitt, der üblicherweise vor Beendigung des Walzvorganges in heissem Zustand vorgenommen wird, so angesetzt werden kann, dass dabei möglichst wenig einwandfreies Walzgut verloren geht.
Durch den"Schopfschnitt"wird der Lunker und Einschüsse enthaltende vordere Teil des Blockes abgetrennt ("geschopt). Diese Lunker entstehen dadurch, dass die Schmelze inder Kokille von aussen nach innen zu erkaltet, so dass restliche Gaseinschlüsse und Verunreinigungen schliesslich im oberen mittleren Teil des Blockes gefangen werden. Beim Walzen ergibt sich dann ein bestimmter vorderer Teil des Walzgutes, der diese Lunker enthält und abgetrennt wird.
Es ist aus einer Literaturstelle eine Anordnung zur Ultraschall-Werkstoffprüfung von heissen Prüflingen bekannt, bei welcher zwischen dem schwingenden Kristall und der heissen Oberfläche ein Zwischenstück vorgesehen ist, das aus einem schmelzbaren Stoff besteht und daher von selbst flüssig ankoppelt. Anwendungen hiefür kann die Literaturstelle nicht angeben. Die bekannte Anordnung dürfte auch kaum geeignet sein, heisses Walzgut im Durchlauf im Dauerbetrieb zu prüfen, da das Zwischenstück sehr schnell verschleissen würde.
Das Verfahren nach der Erfindung arbeitet im Durchlauf mit Flüssigkeitskopplung und besteht darin, dass zur Ankopplung eine Schmelze einer über 3000C schmelzenden und bis wenigstens 8000C flüssigen Substanz, insbesondere eine Emailfritte verwendet wird, die vor dem Sender und Empfänger während des
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Durchlaufes auf den Prüfkörper in Pulverform aufgebracht und dabei durch die Walzguttemperatur zum
Schmelzen gebracht wird.
Eine Vorrichtung zur Ausübung des beschriebenen Verfahrens hat - ähnlich wie bei der vorstehend geschilderten bekannten Anordnung-Sender und Empfänger an einer feststehenden Achse angeordnet, auf welcher eine flüssigkeitsgefüllte, auf dem Prüfkörper aufliegende Trommel drehbar gelagert ist. Erfin- dungsgemäss ist diese jedoch so ausgebildet, dass der Mantel der Trommel zumindest in dem Bereich, der der Breite des Walzgutes entspricht und mit ihm in Berührung kommt, einen eingesetzten Graphitring besitzt und in Bewegungsrichtung des Prüfkörpers vor der Trommel eine Steuereinrichtung für das die
Schmelze bildende Pulver vorgesehen ist, wobei in der Trommel Kanäle für den Durchtritt eines ständi- gen Wasserdurchflusses angeordnet sind.
Es ist also kein nachgiebiger Mantel vorgesehen, wie bei der bekannten Anordnung, der natürlich für heisses Walzgut nicht brauchbar wäre. Es musste vielmehr ein Werkstoff gefunden werden, welcher einmal den hohen thermischen und mechanischen Beanspruchungen bei der Prüfung glühenden Walzgutes zu widerstehen vermag, welcher aber anderseits nachDichte und Schallgeschwindigkeit geeignet ist, die
Ultraschallwellen von dem Sender auf die Schmelze und den Prüfkörper zu übertragen.
Der Reflexionskoeffizient für Schallwellen an einer Grenzfläche ist bekanntlich gleich dem Quotien- ten der Differenz und der Summe der Schallwellenwiderstände der beiden Materialien. Der Schallwel- lenwiderstand ist dabei das Produkt von Dichte und Schallgeschwindigkeit. Der Reflexionsfaktor wird um so kleiner und damit die auf den Prüfkörper übertragene Schallenergie um so grösser, je geringer der Un- terschied der Schallwellenwiderstände ist. Unter diesen Gesichtspunkten hat sich Graphit als Mantel- material bei einer erfindungsgemässenvorrichtung als besonders geeignet erwiesen, wobei die Flüssigkeit in der Trommel zweckmässig Wasser und die Schmelze zur Ankopplung, wie gesagt, Emailfritte ist.
Zur Schallübertragung vom Sender auf den Mantel und vom Mantel auf den Empfänger dient Wasser.
Dabei sind zweckmässig Mittel zur Erzeugung eines ständigen Wasserdürchflusses durch die Trommel vorgesehen. Auf diese Weise dient das Wasser einem doppelten Zweck. Es bewirkt eine Flüssigkeitsan- kopplung und dient gleichzeitig der Kühlung der Apparatur, die ja in Kontakt mit dem glühenden Walz- gut steht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden beschrieben : Fig. 1 zeigt eine Einrichtung nach der Erfindung in Seitenansicht. Fig. 2 zeigt eine zugehörige Vorderansicht in Bewegungsrichtung des Walzgutes gesehen. Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine den
Sender und den Empfänger enthaltende Trommel. Fig. 4 zeigt einen zugehörigen Querschnitt.
In Fig. 1 und 2 ist mit --10-- ein die Prüfeinrichtung --11-- enthaltendes Gerät bezeichnet, durch welches das heisse Walzgut --12-- auf einem Rollgang --13-- hindurchgefördert wird. Dabei läuft das Walzgut unter Ultraschall-Prüfeinrichung --11-- hindurch.
Diese besteht aus einer Trommel-14--, die auf einer feststehenden Achse -15-- drehbar ist. Die Achse --15-- sitzt in einem vertikal verschiebbaren Rahmen --16--, der durch einen Hydraulikzylinder --17-- nach unten gedrückt wird, so dass die Trommel-14--. an das Walzgut --12-- angedrückt wird. Auf der feststehenden Achse --15-- sind die Ultraschallsender und -empfänger --18-- angeordnet, deren elektrische Zuleitungen durch eine axiale Bohrung --19-- der Achse --15-- geführt sind. Von der andern Seite her wird durch eine axiale Bohrung --20-- Wasser als Kühl- und Ankopplungsflüssigkeit zugeführt (Fig. 3). Diese Flüssigkeit läuft bei --21-- ab und in einen Trichter-22-.
Mit-23-- sind Führungslineale für das Walzgut bezeichnet. In Bewegungsrichtung des Walzgutes vor der Trommel --14-- ist eine trichterförmige Streuvorrichtung --24-- vorgesehen, durch welche ein unter, 4000C schmelzendes Pulver, z. B. Emailfritte auf das Walzgut--12- gestreut wird. Dieses Pulver schmilzt während des Weitertransportes bei der Temperatur des heissen Walzgutes --12-- und wenn es die Trommel--14-- erreicht hat, dann bildet es eine flüssige Schmelze, durch welche eine Flüssigkeitsankopplung der mit dem Sender und Empfänger verbundenen Trommel--14-- an das heisse Walzgut bewirkt wird.
Die Konstruktion der Trommel--14-- ist aus Fig. 3 und 4 im einzelnen ersichtlich.
Die Trommel--14-- ist über Lager --25-- auf der feststehenden Achse --15-- gelagert. Der Mantel der Trommel --14-- besteht jedenfalls in dem Bereich, der mit dem Walzgut --12-- in Kontakt kommt, aus einem Graphitring --26--. Das Kühlwasser tritt durch den Kanal --20-- ein und füllt durch ein radiales Rohr --27-- den unteren Teil der Trommel --14--, bis es durch axiale Kanäle --28-- und die Leitung-21- (Fig. 2) abläuft. Auf diese Weise wird die Trommel--14-- gekühlt. Ausserdem erfolgt eine Flüssigkeitsankopplung von dem Sender oder Empfänger --18-- auf den Graphitring --26--. Durch die Email-Schmelze erfolgt eine Flüssigkeitsankopplung an die Probe --12--.
Es wird also mit gutem Wirkungsgrad Ultraschallenergie von dem sender --18-- auf das durchlaufende heisse Walzgut übertragen.
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