CS262978B1

CS262978B1 - Device for longitudinal surface defect detection on cylindrical semiproducts

Info

Publication number: CS262978B1
Application number: CS874150A
Authority: CS
Inventors: Lubomir Ing Csc Duben; Jaroslav Ing Snajberk
Original assignee: Duben Lubomir; Snajberk Jaroslav
Priority date: 1987-06-08
Filing date: 1987-06-08
Publication date: 1989-04-14
Also published as: CS415087A1

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.Sensor for defects detection on pipes of ferromagnetic steels by magnetic method scattering flows with tangential or circular magnetization and ferromagnetic a probe with an annular core with excitation and a sensing winding as a magnetic sensor of the reverse flow consists of a probe attached to a block of heavy weight which is flexibly and damped to the holder equipped with sliding elements the sensor rests on the back of the test tube. Rotational axis of symmetry of annular core closes with the longitudinal axis of the tube being inspected the 90 ° angle and the probe winding axis lie in a plane passing through the axis of rotational symmetry kernels. The core has a rectangular cross section with a ratio pages 1 to 3 to 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.The invention relates to a device for detecting longitudinal surface defects, in particular cracks on cylindrical blanks, in particular ferromagnetic steel tubes, by the method of magnetic scattering fluxes with tangential or circular megneting and with a ferromagnetic probe with an annular core with excitation and sensing winding as a magnetic scattering flow sensor.

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.Automated methods for the detection of defects on tubes of ferromagnetic steels include a number of non-destructive testing methods, in particular the ultrasonic method, the eddy current method and the stray magnetic flux method. The last of the mentioned methods finds preferential application especially in metallurgical plants in the control of semi-finished products with the occurrence of coarse surface irregularities.

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.The advantages of this method include eg the possibility of detecting defects on the inner surface of tubes, absence of binding medium, high testing speed, etc. For its application in the detection of surface defects oriented primarily ^{in the} longitudinal direction, a number of mechanized resp. automated equipment. They are magnetized either by a central - current flowing through the conductor or directly by the tube body, or locally in the transverse direction - by a magnetization yoke arranged usually on a trolley resting on the dorsal part of the tube. In both cases, helical inspection is performed; the tube performs either rotary and translational motion simultaneously and the magnetizing and sensing system is stationary, or the tube only moves in the direction of its axis and the magnetizing and sensing system rotates around the tube. Magnetization in a direction perpendicular to the assumed direction of surface defects creates the prerequisites for the generation of stray magnetic flux as a carrier of information on the presence of a defect. The scattering magnetic flux vector, respectively. The magnetic field strength above the surface of the blank can be decomposed at any point in the space around the defect into two components, tangential - parallel to the surface and normal - perpendicular to the surface, which have different waveforms as shown in Figure 1. The scattering field, which converts its value into a proportional electrical voltage, can be oriented according to the specific conditions of the individual case so as to preferentially react to the tangent or normal component.

282 978282 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.For this purpose, there are various commercially manufactured devices worldwide, such as the ROTOMAT system from. Forster (Germany), SAM system (Japan) and DT equipment developed in Czechoslovakia. The ROTOMAT system uses sensor coils reacting to the normal component of the scattering flow as sensors. The condition of its operation is a higher speed of mutual movement of the sensing coil relative to the tested surface, the level of the signal depends on this speed. Other disadvantages are the impossibility of static evaluation of defects and low level of the output signal, which places high demands on its processing in the electronic part. The SAM and DT systems use magnetodiodes as sensing sensors, a semiconductor element that changes its electrical properties depending on the intensity of the magnetic field into which it is inserted. In both systems, the magnetodiodes are oriented in such a way that they preferentially sense the normal component of the scattering flux. Advantage of magnetodiode is its relatively high sensitivity, lack of significant dependence of sensitivity on temperature. Relatively demanding compensation devices are therefore required for proper operation. Despite their relative complexity, all three of the above-mentioned devices show a not entirely satisfactory response to radial crack type defects, ie. cracks perpendicular to the surface of the workpiece to be tested, eg pipes. Various elements are used as scattering magnetic flux sensors, such as a sensing coil, a magnetodiode, a Hall probe or a ferromagnetic probe. Of these, the last, ie ferromagnetic probe, has some significant advantages compared to others, especially high sensitivity, temperature independence d the possibility of static evaluation, ie a set of properties that does not occur completely in any of the other elements mentioned. A disadvantage of the ferromagnetic probes used so far is that due to the steep decrease of the scattering flux with distance from the surface, the tangent component of the scattering magnetic flux cannot be detected with sufficient efficiency.

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 zjišío3This disadvantage is overcome by a device for detecting longitudinal surface defects on cylindrical blanks according to the invention. Equipment operating by the method of magnetic scattering fluxes with tangential or circular magnetization and with a ferromagnetic probe with an annular core with excitation and sensing winding as a sensor of magnetic scattering flux is designed especially for detecting3

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.262 978 longitudinal cracks on pipes. The essence of the device consists in that it consists of a probe formed by a housing in which the ferromagnetic ring core itself is mounted. The core sleeve is attached to a heavy-weight block, which is elastically and dampedly connected by means of fasteners to a holder which abuts the sliding elements on the dorsal part of the workpiece to be tested. The rotational symmetry axis of the ferromagnetic annular core forms an angle of 90 ^° with the longitudinal axis of the controlled cylindrical blank, the probe winding axis of the probe lies in a plane passing through the rotational symmetry axis of the ferromagnetic annular core and perpendicular to the longitudinal axis of the controlled cylindrical blank. The ferromagnetic ring core of the probe has a rectangular cross-section with an aspect ratio of 1; 3 to 5, wherein the longer side is perpendicular to the axis of rotation symmetry of the ferromagnetic ring core.

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.The solution according to the invention is the result of a logical effort to bring the active part of the sensor as close as possible to the surface of the workpiece to be tested, while maintaining the necessary mechanical protection of the sensor and limiting the transmission of mechanical vibrations. Respecting all these to some extent contradictory requirements led to the modification of the annular core ferromagnetic probe sensor according to the invention. In particular, it is advantageous to obtain an efficient sensing of the tangent component of the scattering magnetic flux arising above the defect, in particular a crack perpendicular to the surface, and to optimize the beneficial properties of the ferromagnetic probe. By using an annular core that has a rectangular cross-section instead of a conventional square cross-section and the longer side of the rectangle is perpendicular to the core rotational symmetry axis, the active core cross-section of the workpiece blank is maximally approached. In particular, an increase in the ratio of the defect signal level to the background interference signal level and a shift of the frequency spectrum of the defect signal relative to the frequency spectrum of the interfering background are achieved by the described modifications compared to the probes used so far. Both these facts lead to an increase in the discernibility of defects, including radially oriented cracks. Other favorable properties of the ferromagnetic probe as a dispersion, magnetic flux defect sensor, ie in particular temperature independence and the possibility of evaluation at low surface speeds, including static evaluation, remain.

262 978262 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.An exemplary embodiment of a sensor which constitutes a device for detecting longitudinal surface defects on cylindrical blanks according to the invention, together with the defect diagram, is shown in the following figures. FIG. 1 schematically shows a longitudinal surface defect of a tube with a scattering magnetic flux vector H distributed over tangent H ?. and the normal H _r component, FIG. 2 shows the course of the normal H _r and the tangent component depending on the distance from the surface defect. Figure 3 schematically shows the position of the ferromagnetic probe above the surface of the blank being tested;

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.is a plan view of the same probe with the excitation and sensing windings shown schematically. Fig. 5 is a cross-sectional view of an exemplary embodiment of the transducer viewed in the direction of the longitudinal axis of the tube under test; Fig. 6 is a side view of the same device as in Fig. 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 polotovaru5 and 6 is a probe consisting of a probe housing 1 of insulating and non-magnetic material, in which the ferromagnetic ring core 8 of the probe with the excitation and sensing windings is housed. The entire probe is protected against mechanical damage by a thin foil of non-magnetic material. The thus formed unit is fixed to the block 2 ⁰ large mass with high inertia as compared with the encapsulated probe. This block is elastically and dampedly fastened by means ^of plastic connecting elements 2 to the holder 11 of the entire sensor. The sensor bears by means ^of hard metal sliding elements 2 on the dorsal part of the tested workpiece 6 so that there is no mechanical contact of the foil s with the surface of the tested workpiece.

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.In the described arrangement, the probe is protected against damage, its distance from the test surface is defined, and the adverse effect of mechanical vibrations on the probe output signal is minimized.

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.Self-checking of semi-finished products, especially ferromagnetic steel tubes, which aim at defectoscopic detection of surface defects, especially cracks, is carried out on a helix, usually by the sensor being at rest, flexibly pressed against the tube surface and all movement, ie rotational and sliding simultaneously, acting test tube.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

262 978

A device for detecting longitudinal surface defects, in particular cracks in cylindrical blanks, in particular ferromagnetic steel tubes, by the method of magnetic scattering flux with tangential or circular magnetization and with a ring-shaped ferromagnetic probe with excitation and sensing winding as a magnetic scattering flux The probe consists of a probe consisting of a probe housing (1) in which the ferromagnetic ring core (8) itself is mounted, the probe housing (1) being attached to a block (2) which is elastically and dampedly connected to the block (3). a holder (4) abutting by means of sliding elements (5) on the dorsal portion of the workpiece (6) to be tested.

The longitudinal surface defect detecting device according to claim 1, characterized in that the rotational axis of symmetry of the ferromagnetic annular core (8) of the probe makes an angle of 90 ^° with the longitudinal axis of the controlled cylindrical blank (6). the symmetry of the ferromagnetic annular core (8) is perpendicular to the longitudinal axis of the controlled cylindrical blank (6).

3. A longitudinal surface defect detecting device according to claim 1, wherein the ferromagnetic annular core (8) of the probe has a rectangular cross-section with an aspect ratio of 1: 3 to 5, the longer side being perpendicular to the rotational symmetry axis of the annular core. 8).