CS262978B1 - Zařízení pro zjištování, podélných povrchových vad na válcových polotovarech - Google Patents

Abstract

Snímač pro zjištování vad na trubkách z feromagnetických ocelí metodou magnetických rozptylových toků s tangenciálním nebo cirkulárním magnetováním a s feromagnetickou sondou s prstencovým jádrem s budicím a snímacím vinutím jako čidlem magnetického pozptylového toku sestává ze sondy připevněné k bloku o velké hmotnosti, který je pružně a tlumeně napojen na držák opatřený kluznými elementy, kterými celý snímač dosedá na hřbet zkoušené trubky. Rotační osa symetrie prstencového jádra svírá s podélnou osou kontrolované trubky úhel 90° a osa snímacího vinutí sondy leží v rovině procházející osou rotační symetrie jádra. Jádro má obdélníkový průřez s poměrem stran 1 s 3 až 5.

Description

Vynález se týká zařízení pro zjištování podélných povrchových vad, zejména trhlin na válcových polotovarech, zejména trubkách z feromagnetických ocelí, metodou magnetických rozptylových toků s tangenciálním nebo cirkulárním megnetováním a s feromagnetickou sondou s prstencovým jádrem s budicím a snímacím vinutím jako čidlem magnetického rozptylového toku.

Automatizované způsoby zjištování vad na trubkách.z feromagnetických ocelí zahrnují radu metod nedestruktivního zkoušení, především metodu ultrazvukovou, metodu vířivých proudů a metodu rozptylových magnetických toků. Poslední ze zmíněných metod nalézá přednostní uplatnění zejména v hutních provozech při kontrole polotovarů s výskytem hrubších nerovností povrchu.

K přednostem této metody patří např. možnost zjištoyání vad i na vnitřním povrchu trubek, absence vazebného média, vysoká rychlost zkoušení apod. Pro její aplikace při zjištování povrchových vad orientovaných přednostně ^v podélném směru byla vyvinuta aje provozně používána celá řada mechanizovaných, resp. automatizovaných zařízení. Používá se u nich magnetování bučí centrálního - proudem tekoucím provlečeným vodičem nebo přímo tělem trubky, nebo lokálního v příčném směru - příložným magnetizačním jhem uspořádaným zpravidla na vozíku spočívajícím na hřbetní partii trubky. V oboú případech probíhá kontrola po šroubovici; trubka koná bu3 rotační i posuvný pohyb současně a magnětovací i snímací systém je v klidu, nebo se trubka pohybuje pouze ve směru své osy a magnětovací i snímací systém rotuje okolo trubky. Magnetováním ve směru kolmém na předpokládaný směr povrchových vad jsou vytvořeny předpoklady pro vznik rozptylového magnetického toku jako nositele informace o přítomnosti vady. Vektor rozptylového magnetického toku, resp. intenzity magnetického pole nad povrchem zkoušeného polotovaru lze v libovolném bodě prostoru kolem vady rozložit do dvou složek, tečné - rovnoběžné s povrchem a normálové - kolmé k povrchu, které mají v závislosti na poloze vůči vadě různý průběh, znázorněný na obr. 1. Čidlo magnetického rozptylového pole, které převádí jeho hodnotu na úměrné elektrické napětí, lze podle specifických podmínek jednotlivých případů orientovat tak, aby přednostně reagovalo na tečnou nebo normálovou složku.

282 978

Pro uvedené účely existují ve světě různá komerčně vyráběná zařízení, z nichž lze uvést napr. systém ROTOMAT fy. Forster (NSR), systém SAM (Japonsko) a zařízení DT vyvinuté v ČSSR. Systém ROTOMAT používá jako čidel snímacích cívek reagujících na normálovou složku rozptylového toku. Podmínkou jeho činnosti je vyšší rychlost vzájemného pohybu snímací cívky vůči zkoušenému povrchu, přičemž úroveň signálu je na této rychlosti závislá. Dalšími nevýhodami je nemožnost statického hodnocení vad a nízká úroveň výstupního signálu, kladoucí vysoké nároky na jeho zpracování v elektronické části. Systémy SAM a DT používají jako snímacího čidla magnetodiod, což je polovodičový prvek, který mění své elektrické vlastnosti v závislosti na intenzitě magnetického pole, do něhož je vložen. Magnetodiody jsou u obou systémů orientovány tak, že snímají přednostně normálovou složku rozptylového toku. Předností magnetodiody je její poměrně vysoká citlivost, nedostatkem výrazná závislost citlivosti na teplotě. Pro řádnou funkci jsou proto nutná poměrně náročná kompenzační zařízení. Přes svoji poměrnou složitost vykazují všechna tři jmenovaná zařízení ne zcela vyhovující odezvu na vady typu radiálních trhlin, tj·. trhlin kolmých k povrchu zkoušeného polotovaru, např. trubky. Jako čidel rozptylového magnetického toku se používá různých prvků, jako je snímací cívka, magnetodioda, Hallova sonda nebo sonda feromagnetická. Z nich poslední, tj. feromagnetická sonda má některé význačné přednosti ve srovnání s ostatními, především vysokou citlivost, teplotní nezávislost d možnost statického hodnocení, tedy soubor vlastností, který se v úplnosti nevyskytuje u žádného jiného z uvedených prvků. Nevýhodou dosud užívaných feromagnetických sond je, že vzhledem ke strmému poklesu rozptylového toku se vzdáleností od povrchu nelze jimi snímat tečnou složku rozptylového magnetického toku s dostatečnou účinností.

Tuto nevýhodu odstaňuje zařízení pro zjišíování podélných povrchových vad na válcových polotovarech podle vynálezu. Zařízení pracující metodou magnetických rozptylových toků s tangenciálním nebo cirkulárním magnetováním a s feromagnetickou sondou s prstencovým jádrem s budicím a snímacím vinutím jako čidlem magnetického rozptylového toku je určeno zejména pro zjišío3

262 978 vání podélných trhlin na trubkách. Podstata zařízení spočívá v tom, že sestává ze sondy tvořené pouzdrem, v němž je uloženo vlastní feromagnetické prstencové' jádro. Pouzdro s jádrem je připevněno k bloku o velké hmotnosti, který je prostřednictvím spojovacích prvků pružně a tlumeně napojen na držák, který dosedá kluznými elementy na hřbetní partii zkoušeného polotovaru. Rotační osa symetrie feromagnetického prstencového jádra svírá přitom s podélnou osou kontrolovaného válcového polotovaru úhel 90 ⁰, osa snímacího vinutí sondy leží v rovině procházející osou rotační symetrie feromagnetického prstencového jádra a je kolmá k podélné ose kontrolovaného válcového polotovaru. Feromagnetické prstencové jádro sondy má průřez obdélníkového tvaru s poměrem stran 1 ; 3 až 5, přičemž delší strana je kolmá k ose rotační symetrie feromagnetického prstencového jádra.

Řešení podle vynálezu je výsledkem logické snahy přiblížit se účinnou částí čidla co nejvíce povrchu zkoušeného polotovaru při dodržení potřebné mechanické ochrany čidla a omezení přenosu mechanických vibrací. Respektování všech těchto do jisté míry protichůdných požadavků vedlo k úpravě čidla feromagnetické sondy s prstencovým jádrem podle vynálezu. Výhodou je zejména dosažení účinného snímání tečné složky rozptylového magnetického toku vznikajícího nad vadou zejména trhliny kolmé k povrchu, a optimální využití příznivých vlastností feromagnetické sondy. Použitím prstencového jádra, které namísto obvyklého čtvercového průřezu má průřez obdélníkový, přičemž delší strana obdélníku je kolmá k ose rotační symetrie jádra, se docílí maximálního přiblížení aktivního průřezu jádra povrchu zkoušeného polotovaru. Popsanými úpravami se dociluje ve srovnání s dosud používanými sondami zvláště zvýšení poměru úrovně signálu vady k úrovni signálu rušivého pozadí, a dále posunutí frekvenčního spektra signálu vady vůči frekvenčnímu spektru rušivého pozadí. Obě tyto skutečnosti vedou ke zvýšení rozlišitelnosti vad, a to včetně trhlin radiálně orientovaných. Ostatní příznivé vlastnosti feromagnetické sondy jako čidla rozptylového, magnetického toku vad, tj. zejména nezávislost na teplotě a možnost hodnocení při malých rychlostech vůči povr.chu, včetně hodnocení statického, zůstávají zachovány.

262 978

Příkladné provedení snímače, který tvoří zařízení pro zjišíování podélných povrchových vad na válcových polotovarech podle vynálezu je spolu se schématem vady znázorněno na následujících vyobrazeních. Na obr. 1 je schematicky znázorněna podélná povrchová vada trubky s vektorem H rozptylového magnetického toku rozloženým na tečnou H^. a normálovou H_r složku, na obr. 2 je průběh normálové H_r a tečné složky v závislosti na vzdálenosti od povrchové vady. Na obr. 3 je schematicky znázorněna poloha feromagnetické sondy nad povrchem zkoušeného polotovaru, na obr.

je půdorysný pohled na tutéž sondu se schematicky znázorněným budicím a snímacím vinutím. Na obr. 5 je řez příkladným provedením snímače v pohledu ve směru podélné osy zkoušené trubky, na obr. 6 je pak boční pohled na stejné zařízení jako v obr. 5.

Funkční částí snímače znázorněného na obr. 5 a 6 je sonda tvořená pouzdrem _1 sondy z izolačního a nemagnetického materiálu, v němž je uloženo vlastní feromagnetické prstencové jádro _8 sondy s budicím a snímacím vinutím. Celá sonda je chráněna proti mechanickému poškození tenkou planžetou ]_ z nemagnetického materiálu. Takto vzniklý celek je přichycen k bloku 2 ⁰ velké hmotnosti s velkým momentem setrvačnosti ve srovnání se zapouzdřenou sondou. Tento blok je pružně a tlumeně pomocí spojovacích' prvků 2 ^z plastu připevněn na držák t\_ celého snímače. Snímač dosedá pomocí kluzných elementů 2 ^z tvrdého kovu na hřbetní partii zkoušenéhopolotovaru 6_ tak, že nedochází k mechanickému kontaktu planžety Ί_ s povrchem zkoušeného polotovaru

V popsaném uspořádání je zajištěna ochrana sondy proti poškození, definována její vzdálenost od zkoušeného povrchu a minimalizován nepříznivý vliv mechanických vibrací na výstupní signál sondy.

Vlastní kontrola -polotovarů, především trubek z feromagnetických ocelí, jejímž cílem je defektoskopické zjištění výskytu povrchových vad, zejména trhlin, se děje po šroubovici, zpravidla tak, že snímač je v klidu, pružně přitlačován k povrchu trubky, a veškerý pohyb, tj. rotační a posuvný zároveň, koná zkoušená trubka.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   262 978

   1. Zařízení pro zjišťování podélných povrchových vad, zejména trhlin ve válcových polotovarech, zejména trubkách z feromagnetických ocelí metodou magnetických rozptylových toků s tangenciálním nebo cirkulárním magnetováním a s feromagnetickou sondou s prstencovým jádrem s budicím a snímacím vinutím jako cifllem magnetického rozptylového toku, vyznačující se tím, že sestává ze sondy tvořené pouzdrem (1) sondy, v němž je uloženo vlastní feromagnetické prstencové jádro (8), přičemž pouzdro (1) sondy je připevněno k bloku (2), který je prostřednictvím spojovacích prvků (3) pružně a tlumeně napojen na držák (4) dosedající prostřednictvím kluzných elementů (5) na hřbetní partii zkoušeného polotovaru (6).
2. 2. Zařízení pro zjišťování podélných povrchových vad podle bodu 1, vyznačené tím, že rotační osa symetrie feromagnetického prstencového jádra (8) sondy svírá s podélnou osou kontrolovaného válcového polotovaru (6) úhel 90 ⁰ a osa snímacího vinutí sondy leží v rovině procházející osou rotační symetrie feromagnetického prstencového jádra (8) a je,kolmá k podélné ose kontrolovaného válcového polotovaru (6).
3. 3. Zařízení pro zjišťování podélných povrchových vad podle bodů 1 a 2, vyznačené tím, že feromagnetické prstencové jádro (8) sondy má průřez obdélníkového tvaru s poměrem stran 1 : 3 až 5, přičemž delší strana je kolmá k ose rotační symetrie prstencového jádra (8).