DE102004045271B4 - Method and apparatus for detecting flaws of a test piece of ferromagnetic material - Google Patents

Method and apparatus for detecting flaws of a test piece of ferromagnetic material

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DE102004045271B4 DE200410045271 DE102004045271A DE102004045271B4 DE 102004045271 B4 DE102004045271 B4 DE 102004045271B4 DE 200410045271 DE200410045271 DE 200410045271 DE 102004045271 A DE102004045271 A DE 102004045271A DE 102004045271 B4 DE102004045271 B4 DE 102004045271B4
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    • G01N27/82Investigating or analysing materials by the use of electric, electro-chemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90Investigating or analysing materials by the use of electric, electro-chemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/9006Details
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Abstract

Verfahren zur Detektion von Fehlstellen eines Prüfkörpers (12) aus ferromagnetischem Material, bei dem eine Magnetisiereinrichtung, die ein magnetisches Gleichfeld erzeugt, dem der Prüfkörper (12) ausgesetzt ist, um ihn zu magnetisieren, und der Prüfkörper (12) in eine Relativbewegung zueinander versetzt werden, durch die Wirbelströme in dem Prüfkörper (12) induziert werden, und die Fehlstellen anhand von deren Einfluß auf die induzierten Wirbelströme mit einer in Bewegungsrichtung gegen die Magnetisiereinrichtung rückversetzten, nach dem magnetinduktiven Verfahren arbeitenden Sonde (14) für die Wirbelstrom-Werkstoffprüfung nachgewiesen werden. A method for detecting defects of a specimen (12) of ferromagnetic material, in which a magnetic device that generates a constant magnetic field to which the test body (12) is exposed to magnetize it, and the test piece (12) displaced in a relative movement to each other will be induced by the eddy currents in the test piece (12) and set back, the defects based on their influence on the induced eddy currents with a direction of movement against the magnetizing operating according to the magnetic induction method probe (14) for eddy current testing of materials detected ,

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen eines Prüfkörpers aus ferromagnetischem Material. The invention relates to a method and apparatus for detecting flaws of a test piece of ferromagnetic material. Speziell geht es um die Prüfung verlegter Eisenbahnschienen. Specifically, it is about the examination laid railroad tracks. Diese unterliegen im laufenden Betrieb einem Verschleiß, der die Ausbildung typischer Fehlstellen zur Folge hat. These are subject to wear during operation, which results in the formation of typical defects result. Exemplarisch erwahnt seien Squats und Head Checks. Exemplary mentioned are squats and head checks. Squats sind unterhalb der Schienenoberseite liegende flachige Trennungen, die vorwiegend parallel zur Oberflache verlaufen. Squats are below the top rail lying flachige separations which extend predominantly parallel to the surface. Head Checks sind schrag liegende Risse im Bereich der Fahrkante, die vorwiegend in den Bögen an der Außenschiene auftreten. Head checks obliquely lying cracks in the region of the running edge, which predominantly occur in the sheets to the outer rail. Auch konnen Eisenbahnschienen dellenartige Fehlstellen haben, die durch den Schlupf der Räder beim Anfahren oder Bremsen auftreten. also can railway rail dent-like defects that occur by the slip of the wheels during starting or braking.
  • Materialfehler konnen an Eisenbahnschienen zu Rissen von mehreren mm Tiefe fuhren. Material defects may lead to cracking of several mm of depth of railroad tracks. Es gilt, in einem automatisierten Prüfablauf auch solche Risse zu erkennen, exakt zu lokalisieren und in ihrem Gefahrdungspotential zu bewerten, wofür einer quantitativen Erfassung der Rißtiefe große Bedeutung zukommt. It is important to recognize in an automated test sequence and such cracks to locate precisely and evaluate in their danger potential, for which a quantitative determination of the crack depth is of great importance.
  • Zu prüfende Eisenbahnschienen werden mit einem schienengebundenen Fahrzeug abgefahren, das die Prüfvorrichtung mit sich fuhrt. Test railroad tracks are traced with a rail-bound vehicle, which performs the testing apparatus with him. Angestrebt wird eine Fahrgeschwindigkeit von mehreren zig Kilometern, wenn nicht hundert Kilometern und mehr pro Stunde, eine Fehlstellendetektionstiefe von mehreren mm und eine so hohe Genauigkeit der Fehlstellenlokalisation, daß sich eine jede Fehlstelle garantiert wieder auffinden läßt. The aim is a driving speed of several tens of kilometers, if not hundreds of kilometers or more per hour, a defect detection depth of several mm and such a high accuracy of localization defects that guarantees every defect can retrieve.
  • Aus der From the WO 01/90 738 A2 WO 01/90 738 A2 ist es bekannt, Abstand und Tiefe von Fehlstellen an verlegten Eisenbahnschienen mit einer Wirbelstrom-Prüfsonde millimeter genau zu messen und zur Fehlstellenlokalisation eine GPS-Einheit mit Gyromodul heranzuziehen. It is known to measure millimeter spacing and depth of flaws on assembled railway rails with an eddy current test probe accurately and to use for defects localization a GPS unit with gyro module. In erster Linie werden Head Checks detektiert und bewertet. Primarily head checks are detected and evaluated. In der Erfassung tiefer Risse stößt das magnetinduktive Verfahren, nach dem die Wirbelstrom-Prufsonde arbeitet, auf prinzipielle Grenzen. In the detection deeper cracks, the magnetic induction method by which the eddy current Prufsonde operates abuts on fundamental limitations. Das die Wirbelstrome induzierende magnetische Wechselfeld muß niederfrequent sein, um eine große Eindringtiefe zu erreichen. The eddy currents inducing alternating magnetic field must be low frequency to achieve a large depth of penetration. Das steht im Widerspruch zu der angestrebten Fahrgeschwindigkeit und Genauigkeit der Fehlstellenlokalisation. This is contrary to the desired speed and accuracy of defect localization.
  • Die The US 5 610 518 A US 5,610,518 A beschreibt eine Sensorik mit einem Hufeisenmagneten und mit einem Paar Hall-Detektoren, die symmetrisch zwischen den Polen des Magneten angeordnet und in Differenz geschaltet sind. discloses a sensor system with a horseshoe magnet and a pair of Hall detectors, arranged symmetrically between the poles of the magnet and connected in difference. Mit der Sensorik werden zum einen kleine magnetische Objekte detektiert, die auf das Magnetfeld des Hufeisenmagneten ansprechen. With the sensor system a small magnetic objects are detected for, responsive to the magnetic field of the horseshoe magnet. Es wird ein magnetisches Dipolfeld in den Objekten induziert und von den Hall-Detektoren erfaßt. It is caused by a magnetic dipole field in the objects and detected by the Hall detectors. Zum anderen werden mit der Sensorik Risse oder andere Anomalien eines Prüfkörpers aus nicht magnetischem Material detektiert. On the other hand with the sensor cracks or other anomalies of a test piece of nonmagnetic material to be detected. Die Sensorik wird über die Oberfläche des Prüfkörpers bewegt, um Wirbelströme in dem Material zu induzieren, die ihrerseits ein Magnetfeld erzeugen, das von den Hall-Detektoren erfaßt wird. The sensor is moved over the surface of the sample to induce eddy currents in the material, which in turn generate a magnetic field that is detected by the Hall detectors.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen eines Prüfkörpers aus ferromagnetischem Material zu schaffen, die bei hoher Relativgeschwindigkeit zwischen dem Prüfkörper und einer ihn magnetisierenden Magnetisiereinrichtung Fehlstellen großer Tiefe nachzuweisen, genau zu lokalisieren und in ihrer Tiefe quantitativ zu erfassen geeignet sind. The object of the invention is to provide a method and apparatus for detecting flaws of a test piece of ferromagnetic material, which detect high relative velocity between the test piece and a magnetizing it magnetizing voids great depth to locate accurately and to detect quantitatively in their depth are suitable.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe erzeugt eine Magnetisiereinrichtung ein magnetisches Gleichfeld, dem der Prüfkorper ausgesetzt ist, um ihn zu magnetisieren. To achieve this object, a magnetic device generates a DC magnetic field, which is exposed to the Prüfkorper to magnetize it. Durch eine Relativbewegung, die Magnetisiereinrichtung und Prüfkorper zueinander vollfuhren, werden Wirbelströme in dem Prüfkörper induziert, und es werden Fehlstellen des Prufkorpers anhand von deren Einfluß auf die induzierten Wirbelstrome mit einer in Bewegungsrichtung gegen die Magnetisiereinrichtung rückversetzten Sonde nachgewiesen. By a relative movement to each other fully drove the magnetization and Prüfkorper, eddy currents are induced in the test sample, and flaws of the Prufkorpers based on their influence on the induced eddy currents will be detected with a set back in the direction of movement against the magnetizing probe. Die Sonde ist eine nach dem magnetinduktiven Verfahren arbeitende Sonde für die Wirbelstrom Werkstoffprüfung. The probe is a working according to the magnetic induction method a probe for eddy current testing of materials.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Magnetisiereinrichtung wenigstens ein Joch, dessen Auslage in Relativbewegungsrichtung um so großer ist, je hoher die Relativgeschwindigkeit und je großer die gewünschte Detektionstiefe ist. In a preferred embodiment, the magnetic device has at least one yoke, the display is in the direction of relative movement so large, depending high, the relative velocity and the larger the desired detection depth. Es kann sich dabei um das Joch eines Permanentmagneten oder Elektromagneten handeln. These may involve the yoke of a permanent magnet or electromagnet.
  • Die erfindungsgemaße Vorrichtung hat eine bevorzugte Verwendung fur die Prufung einer verlegten Eisenbahnschiene. The inventive device has a preferred use for the examination, a laid railway rail. Sie befindet sich dazu an einem schienengebundenen Fahrzeug, das die zu prufende Schiene mit einer die Wirbelstrominduzierung bewirkenden Fahrgeschwindigkeit uberfahrt. It is located to the ride over to prufende rail with the Wirbelstrominduzierung causing travel speed on a rail-bound vehicle.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung naher erlautert. The invention will be explained in greater detail below with reference to the drawing. Es zeigen: Show it:
  • 1 1 die schematische Seitenansicht eines Prüfkörpers und einer Magnetisiereinrichtung in Ruhe, dh bei Relativgeschwindigkeit Null; the schematic side view of a test piece and a magnetization unit at rest, ie when the relative velocity is zero;
  • 2 2 dasselbe bei einer Relativgeschwindigkeit v 1 ungleich Null; the same at a non-zero relative velocity v 1; und and
  • 3 3 ein Felddiagramm zur Illustration des Fehlstellennachweises mit einer nach dem magnetinduktiven Verfahren arbeitenden Wirbelstrom-Prüfsonde. a field diagram illustrating the defect detection with a working according to the magnetic induction method eddy current test probe.
  • 1 1 und and 2 2 zeigen das Joch Show the yoke 10 10 einer Magnetisiereinrichtung, die ein magnetisches Gleichfeld B erzeugt. a magnetization unit for generating a DC magnetic field B. Vor dem Joch Before the yoke 10 10 liegt mit einem Luftspalt ein Prufkorper is with an air gap a Prufkorper 12 12 , uber den der magnetische Kreis geschlossen ist. , Over which the magnetic circuit is closed.
  • 1 1 zeigt den magnetischen Feldlinienverlauf, wenn sich Prufkorper shows the magnetic field lines when Prufkorper 12 12 und Magnetisiereinrichtung in Ruhe befinden, dh eine Relativgeschwindigkeit v ist gleich Null haben. and magnetization at rest are, that is a relative velocity v have zero. 2 2 zeigt den Feldlinienverlauf bei einer Relativgeschwindigkeit v 1 ungleich Null. shows the field line pattern at a relative velocity v 1 equal to zero. Es tritt ein in Bewegungsrichtung ruckversetztes magnetisches Bremsfeld (Schleppfeld) auf, in dessen Bereich Wirbelstrome induziert werden. There occurs a smooth offset in the direction of magnetic braking field (following field), are induced in the region of eddy currents. Dieses Phanomen ist von der Wirbelstrombremse her bekannt. This phenomenon is known by the eddy current brake ago.
  • Kerngedanke der Erfindung ist, die durch die Relativbewegung induzierten Wirbelstrome zur Detektion von Fehlstellen des Prufkörpers The core idea of ​​the invention, the induced eddy currents by the relative movement for the detection of defects of the Prufkörpers 12 12 heranzuziehen. consulted. Die Fehlstellen haben einen Einfluß auf die Wirbelstrome, der mit einer in Bewegungsrichtung gegen die Magnetisiereinrichtung ruckversetzten Sonde The defects have an influence on the eddy currents provided with a smoothly displaced in the direction of movement against the magnetizing probe 14 14 erfaßt werden kann. can be detected.
  • 3 3 illustriert das an dem Beispiel einer nach dem magnetinduktiven Verfahren arbeitenden Wirbelstrom-Prufsonde illustrates the example where a device operating according to the magnetic induction method eddy current Prufsonde 14 14 . , Aufgrund der Relativbewegung von Magnetisiereinrichtung und Prufkorper Due to the relative motion of the magnetization and Prufkorper 12 12 induziert das magnetische Gleichfeld B Wirbelstrome I, mit denen ein Magnetfeld H einhergeht, das zu einer Permeabilitatsanderung in dem Prufkorper induces the DC magnetic field B eddy currents I, which is accompanied by a magnetic field H to a Permeabilitatsanderung in the Prufkorper 12 12 im Bereich einer Fehlstelle fuhrt. leads in the area of ​​a flaw. Diese Permeabilitatsanderung wird in einem ausgewahlten kleinen Probevolumen, dh ortsgenau mit der Wirbelstrom-Prufsonde This Permeabilitatsanderung is in a ausgewahlten small sample volume, ie in precise positions with the eddy current Prufsonde 14 14 erfaßt. detected.
  • Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 10 10
    Joch yoke
    12 12
    Prüfkörper specimen
    14 14
    Sonde probe

Claims (6)

  1. Verfahren zur Detektion von Fehlstellen eines Prüfkörpers ( A method for detecting defects of a specimen ( 12 12 ) aus ferromagnetischem Material, bei dem eine Magnetisiereinrichtung, die ein magnetisches Gleichfeld erzeugt, dem der Prüfkörper ( ) Of ferromagnetic material, in which a magnetic device that generates a constant magnetic field to which the test specimens ( 12 12 ) ausgesetzt ist, um ihn zu magnetisieren, und der Prüfkörper ( ) Is subjected to magnetize it, and (the test specimen 12 12 ) in eine Relativbewegung zueinander versetzt werden, durch die Wirbelströme in dem Prüfkörper ( ) Are put in a relative motion to each other (by the eddy currents in the test piece 12 12 ) induziert werden, und die Fehlstellen anhand von deren Einfluß auf die induzierten Wirbelströme mit einer in Bewegungsrichtung gegen die Magnetisiereinrichtung rückversetzten, nach dem magnetinduktiven Verfahren arbeitenden Sonde ( ) Are induced, and the defects based on their influence on the induced eddy currents with a set back in the direction of movement against the magnetizing operating according to the magnetic induction method probe ( 14 14 ) für die Wirbelstrom-Werkstoffprüfung nachgewiesen werden. ) Could be detected for the eddy current testing of materials.
  2. Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen eines Prüfkörpers ( An apparatus for detecting flaws of a test specimen ( 12 12 ) aus ferromagnetischem Material mit einer Magnetisiereinrichtung, die ein magnetisches Gleichfeld erzeugt, dem der Prüfkörper ( ) Of ferromagnetic material having a magnetization which generates a DC magnetic field to which the test specimens ( 12 12 ) ausgesetzt ist, um ihn zu magnetisieren, wobei Magnetisiereinrichtung und Prüfkörper ( ) Is subjected to magnetize it, said magnetization unit and test specimens ( 12 12 ) eine Relativbewegung zueinander vollführen, durch die Wirbelströme in dem Prüfkörper ( mutually perform) a relative movement (by the eddy currents in the test piece 12 12 ) induziert werden, und mit einer in Bewegungsrichtung gegen die Magnetisiereinrichtung rückversetzten, nach dem magnetinduktiven Verfahren arbeitenden Sonde ( ) Are induced, and set back against the magnetization having a direction of movement, operating according to the magnetic induction method probe ( 14 14 ) für die Wirbelstrom-Werkstoffprüfung, die dazu geeignet ist die Fehlstellen anhand von deren Einfluß auf die induzierten Wirbelströme nachzuweisen. ) For the eddy current testing of materials, which is adapted to detect the defects based on their influence on the induced eddy currents.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisiereinrichtung wenigstens ein Joch ( Device according to claim 2, characterized in that the magnetizing yoke (at least 10 10 ) hat, dessen Auslage in Relativbewegungsrichtung um so größer ist, je höher die Relativgeschwindigkeit und je größer die gewünschte Detektionstiefe ist. ) Whose display is the larger in the direction of relative movement, the higher the relative velocity and the greater the desired detection depth.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisiereinrichtung ein Permanentmagnet ist. Device according to claim 2 or 3, characterized in that the magnetic device is a permanent magnet.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisiereinrichtung ein Elektromagnet ist. Device according to claim 2 or 3, characterized in that the magnetic device is an electromagnet.
  6. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5 für die Prüfung einer verlegten Eisenbahnschiene, bei der sich die Vorrichtung an einem schienengebundenen Fahrzeug befindet, das die zu prüfende Schiene mit einer die Wirbelstrominduzierung bewirkenden Fahrgeschwindigkeit überfährt. Use of a device according to one of claims 2 to 5 for the testing of an installed railway rail, in which the device is located on a rail-bound vehicle that travels over the rail to be tested with a Wirbelstrominduzierung the effecting driving speed.
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