DE102006043554A1 - Process for the non-destructive quality control of mechanically hardened surfaces of austenitic steel tubes - Google Patents

Process for the non-destructive quality control of mechanically hardened surfaces of austenitic steel tubes Download PDF

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Abstract

Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zur zerstörungsfreien Qualitätskontrolle, insbesondere durch Kugelstrahlen mechanisch verfestigter Oberflächen austenitischer Stahlrohre, bei dem der Grad der Verfestigung identifizierender Merkmale ermittelt und mit denen eines Referenzrohres verglichen werden dadurch, dass zur Qualitätskontrolle Wirbelstromprüfung verwendet und als identifizierendes Merkmal der Verfestigung die Wirbelstromsignale des bei der Verfestigung entstehenden ferromagnetischen Martensits ausgewertet werden.This object is achieved with a method for non-destructive quality control, in particular by shot peening mechanically bonded surfaces of austenitic steel tubes, in which the degree of solidification of identifying features determined and compared with those of a reference tube in that used for quality control eddy current testing and as an identifying feature of solidification Eddy current signals of the resulting during solidification ferromagnetic martensite are evaluated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Qualitätskontrolle, insbesondere durch Kugelstrahlen mechanisch verfestigter Oberflächen austenitischer Stahlrohre, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to a method for non-destructive quality control, in particular by shot peening of mechanically hardened austenitic surfaces Steel pipes, according to the generic term of claim 1.

Austenitische Stahlrohre, die z. B. als Wärmetauscherrohre in Kraftwerken verwendet werden, unterliegen hohen thermischen und fallweise hohen chemischen und mechanischen Beanspruchungen. Derartige Stähle zeichnen sich deshalb insbesondere durch eine hohe Festigkeit bei erhöhten Einsatztemperaturen aus.austenitic Steel pipes z. B. as a heat exchanger tubes used in power plants are subject to high thermal and occasionally high chemical and mechanical stresses. Draw such steels Therefore, in particular by a high strength at elevated temperatures out.

Zur Verbesserung des Oxidationsverhaltens, insbesondere zur Begünstigung des Aufbaus chromreicher Oxidschichten anstelle eisenreicher Oxidschichten, wird die Innenoberfläche durch Kugelstrahlen mit artgleichem Werkstoff an der Rohrinnenwand kaltverformt, wodurch Verformungsmartensit gebildet und eine Kornfeinung verbunden mit einer erhöhten Korngrenzendichte erzielt wird.to Improvement of the oxidation behavior, in particular for the benefit the construction of chromium-rich oxide layers instead of iron-rich oxide layers, becomes the inner surface by shot peening with similar material to the pipe inner wall cold formed, forming deformation martensite and grain refining associated with an elevated Grain boundary density is achieved.

Diese Effekte bewirken einerseits eine Erhöhung der Härte, die zur Prozesskontrolle herangezogen wird, und erhöhen außerdem die Diffusionsgeschwindigkeit von Chrom im oberflächennahen Bereich im Rohrinnern. Diese Vorteile können beispielsweise bei Rohren die als Überhitzerrohre im Kessel kohlebefeuerter Kraftwerke eingesetzt werden genutzt werden.These On the one hand, effects cause an increase in hardness, which leads to process control is used and increase Furthermore the rate of diffusion of chromium near the surface Area inside the pipe. These advantages can, for example, in pipes as superheater pipes used in the boiler of coal-fired power plants will be used.

Die Qualitätskontrolle von kugelgestrahlten Rohrinnenoberflächen austenitischer Stahlrohre geschieht dabei bislang üblicherweise über eine zerstörende Prüfung indirekt über eine Härtemessung an aus dem Rohr herausgeschnittenen Proben.The quality control of shot-blasted tube surfaces of austenitic steel tubes So far, it usually happens via a destructive exam indirectly via a hardness measurement on samples cut out of the tube.

Die Härtesteigerung in den verfestigten Werkstoffen wird dabei als Kriterium für den Grad der Verfestigung herangezogen.The increase in hardness in the solidified materials is used as a criterion for the degree the solidification used.

Als Qualitätskriterium wird z. B. vorgegeben, dass ausgehend von der Rohrinnenoberfläche bis zu einer Tiefe von 40 μm eine Härtesteigerung von 100 HV1 erreicht sein muss. Die Nachteile einer solchen Qualitätsprüfung liegen auf der Hand. Die Qualitätsprüfung der Rohre kann nur außerhalb der Fertigungskette des Rohres und aus Gründen eines möglichst kontinuierlichen Fertigungsflusses auch nur stichprobenartig durchgeführt werden. Mögliche Qualitätsmängel, die zwischen den Stichproben aufgetreten sind, werden daher nicht erkannt. Auch Qualitätsmängel nach dem Kugelstrahlen werden nicht sofort erkannt, wodurch die Quote der Nacharbeit steigt.When quality criterion is z. B. specified that, starting from the pipe inner surface to to a depth of 40 microns a hardness increase of 100 HV1 must be achieved. The disadvantages of such a quality inspection lie On the hand. The quality inspection of Pipes can only outside the production chain of the pipe and for the sake of a possible continuous production flow can also be carried out only on a random basis. Possible Quality defects that between the samples have occurred, are therefore not recognized. Also quality defects after The shot peening are not immediately recognized, causing the odds of Reworking is increasing.

Die zerstörende Qualitätsprüfung über Härtemessungen ist deshalb einerseits sehr zeit- und kostenaufwändig, andererseits unter Fertigungs- und Qualitätssicherungsaspekten verbesserungswürdig.The destructive Quality inspection via hardness measurements is therefore very time-consuming and costly, on the one hand, and and quality assurance aspects improvement.

Zwar sind grundsätzlich zerstörungsfreie Prüfverfahren zur Qualitätskontrolle gestrahlter Oberflächen bekannt ( US 4,893,490 , DE 36 15560 A1 , DE 100 55 974 01 , DE 103 32 713 63 ), diese geben aber keine Angaben über Möglichkeiten den Grad der Verfestigung in Wanddickenrichtung zu ermitteln und sind schwer oder gar nicht in den laufenden Fertigungsprozess integrierbar.Although non-destructive testing methods for quality control of blasted surfaces are known ( US 4,893,490 . DE 36 15560 A1 . DE 100 55 974 01 . DE 103 32 713 63 ), but these give no information about ways to determine the degree of solidification in the wall thickness direction and are difficult or impossible to integrate into the ongoing manufacturing process.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur zerstörungsfreien Qualitätskontrolle insbesondere durch Kugelstrahlen mechanisch verfestigter Oberflächen austenitischer Stahlrohre anzugeben, welches einerseits qualitätssicher eine 100%-ige Prüfung erlaubt und andererseits in einen kontinuierlichen Fertigungsprozess integrierbar ist.task The invention is a process for non-destructive quality control in particular by shot peening of mechanically hardened austenitic surfaces Specify steel pipes, which on the one hand quality-assured allows a 100% test and on the other hand integrated into a continuous manufacturing process is.

Erfindungsgemäß wird die Hauptaufgabe dadurch gelöst, dass zur Qualitätskontrolle die Wirbelstromprüfung verwendet wird und als identifizierendes Merkmal der Verfestigung, die Wirbelstromsignale des bei der Verfestigung entstehenden ferromagnetischen Martensits ausgewertet werden.According to the invention Main task solved by that for quality control the eddy current test used as an identifying feature of solidification, the eddy current signals of the resulting during solidification ferromagnetic Martensits are evaluated.

Bei der an sich bekannten Wirbelstromprüfung von Werkstoffen wird einem zu prüfenden, elektrisch leitfähigen Prüfkörper mit einer Prüfsondenanordnung über einen angelegten Wechselstrom ein zeitlich veränderliches Magnetfeld aufgeprägt, durch das Wirbelströme induziert werden.at the known eddy current testing of materials becomes one to be tested, electrically conductive Test specimen with a probe assembly via a applied alternating current impressed by a time-varying magnetic field the eddy currents be induced.

Letztere erzeugen ein magnetisches Gegenfeld, das Signalspannungen in der Prüfsondenanordnung induziert. Diese liefert ein Ausgangssignal, das in Amplitude und Phase durch die Materialeigenschaften des Prüfkörpers beeinflusst wird.Latter generate a magnetic opposing field, the signal voltages in the Probe assembly induced. This provides an output signal that goes through in amplitude and phase influences the material properties of the test specimen becomes.

Bei umfangreichen Untersuchungen zum Einsatz der Wirbelstromprüfung bei der Qualitätskontrolle kugelgestrahlter Oberflächen an austenitischen Stahlrohren hat sich überraschend herausgestellt, dass die Amplituden- und Phasenveränderung der Wirbelstromsignale unmittelbar mit dem Anteil des bei der Verfestigung des Austenits entstehenden ferromagnetischen Martensits korreliert. Je nach Größe des Martensitanteils werden dabei die gemessenen Wirbelstromsignale in ihrer Amplitude und Phasenlage unterschiedlich verändert und lassen sich so eindeutig dem Grad der Verfestigung zuordnen.at extensive investigations on the use of eddy current testing at the quality control shot peened surfaces on austenitic steel tubes has surprisingly been found that the amplitude and phase change of the eddy current signals directly with the proportion of solidifying the austenite resulting ferromagnetic martensite correlated. Depending on the size of martensite while the measured eddy current signals in their amplitude and phase angle changed differently and can thus be clearly assigned to the degree of solidification.

Unter vorteilhafter Verwendung des Mehrfrequenz-Wirbelstromverfahrens ist es danach möglich, nicht nur eine GUT-/SCHLECHT-Aussage bei der Auswertung der gemessenen Signale zu erhalten, sondern es ist ebenfalls möglich, eine quantitative Charakterisierung im Sinne einer Schwellwerteinhaltung durchzuführen, was die Nacharbeitsquote zusätzlich senkt.Under Advantageous use of the multi-frequency eddy current method is it possible after that not just a GOOD / BAD statement in the evaluation of the measured It is also possible to obtain a quantitative characterization in terms of threshold compliance, what the rework rate additionally lowers.

Hierbei wird der unter „Skin-Effekt" bekannte Effekt ausgenutzt, dass die Eindringtiefe des Wirbelstroms in den Werkstoff mit kleiner werdender Frequenz zunimmt, d. h., es ist der Grad der Verfestigung in Wanddickenrichtung ermittel- und einer Schwellwertberechnung zuführbar.in this connection becomes the effect known as "skin effect" exploited that the penetration depth of the eddy current in the material increases with decreasing frequency, d. h., it's the degree of Solidification in the wall thickness direction and a threshold value calculation fed.

Vorteilhaft liegen die eingestellten Frequenzen zwischen 6Hz und 8kHz.Advantageous the set frequencies are between 6Hz and 8kHz.

Der Vorteil der Wirbelstromprüfung im Vergleich zur bislang durchgeführten Qualitätskontrolle über Härtemessungen liegt darin, dass diese Prüfung einfach, problemlos und kostengünstig in den Fertigungsprozess integrierbar ist und eine dokumentierte 100%-ige Kontrolle der Rohre zulässt. Hierbei erfolgt die Prüfung im so genannten Spulendurchlaufverfahren. Eventuell aufgetretene Qualitätsmängel werden zeitnah detektiert, so dass Abhilfemaßnahmen unmittelbar eingeleitet werden können. Wodurch die Nacharbeitsquote deutlich verringert und die Fertigungskosten gesenkt werden.Of the Advantage of eddy current testing in comparison to the quality control over hardness measurements done so far lies in the fact that this exam simple, easy and inexpensive can be integrated into the manufacturing process and a documented 100% control of the pipes permits. Hereby the examination takes place in so-called spooling process. Any quality defects that may have occurred detected promptly so that remedial action is initiated immediately can be. This significantly reduces the rework rate and the production costs be lowered.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass so die Zahl der Reklamationen gesenkt und die Kundenzufriedenheit gesteigert wird.One Another advantage is the fact that so the number of complaints lowered and customer satisfaction is increased.

Zur Beurteilung der gemessenen Wirbelstromsignale ist es erforderlich, diese mit den Signalen eines Referenzrohres zu vergleichen. Hierzu wird zunächst ein Abgleich der Härtemessungen mit den charakteristischen Wirbelstromsignalen an Gutrohren vorgenommen und diese Referenzsignale mit den ermittelten Schwellwerten einer Mess- und Auswerteeinheit zugeführt.to Assessment of the measured eddy current signals requires that to compare these with the signals of a reference tube. For this will be first a comparison of the hardness measurements made with the characteristic eddy current signals on Gutrohren and these reference signals with the determined threshold values of Supplied to the measuring and evaluation unit.

Um Einflüsse, beispielsweise aus unterschiedlicher Legierungszusammensetzung oder elektrischer Leitfähigkeit, auf die Wirbelstromsignale auszugleichen, ist es vorteilhaft, zunächst an verschiedenen Chargen. Referenzmessungen durchzuführen und den daraus gebildeten Mittelwert als Vergleichssignal heranzuziehen. Mit der Mittelwertbildung können die üblichen Schwankungsbreiten der das Werkstück charakterisierenden Merkmale besser erfasst werden, wodurch die Aussagegenauigkeit der Messergebnisse verbessert wird.Around influences, for example, of different alloy composition or electrical conductivity, To compensate for the eddy current signals, it is advantageous to first different batches. Perform reference measurements and to use the resulting mean value as a comparison signal. With averaging can the usual Fluctuation of the features characterizing the workpiece be better recorded, thereby increasing the accuracy of the measurement results is improved.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird aus dem Abgleich der Soll-Ist-Messsignale in der Mess- und Auswerteeinheit ein Steuersignal abgeleitet, das z. B. einer Sortier- oder Markiereinrichtung zugeleitet wird, in der nicht ordnungsgemäß kugelgestrahlte Rohre aussortiert oder markiert werden, die dann einer Nacharbeitsstation zugeführt werden können.In An advantageous development of the method is from the adjustment the desired-actual measuring signals in the measuring and evaluation unit, a control signal derived, the z. B. fed to a sorting or marking is not properly shot peened in the Pipes are sorted out or marked, which then a rework station supplied can be.

In einer weiter verbesserten Ausführung des Verfahrens wird bei einer festgestellten Abweichung der Ist-Werte von den Soll-Werten ein Steuerungssignal an die Kugelstrahleinrichtung geleitet, das die Prozessparameter korrigiert.In a further improved design of the method is at a detected deviation of the actual values from the target values, a control signal to the shot peening device which corrects the process parameters.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand einer schematischen Darstellung in der einzigen Figur näher erläutert.The inventive method is described below with reference to a schematic representation in the single Figure closer explained.

Im Prüfabschnitt einer nicht näher dargestellten Fertigungsstraße wird ein an der Rohrinnenseite kugelgestrahltes Rohr 1 durch eine Messspule 3 in Richtung des Pfeils 6 transportiert, wobei die das Rohr 1 identifizierenden Ist-Werte in Form von Messsignalen an eine Mess- und Auswerteeinheit 5 weitergegeben werden.In the test section of a production line, not shown, a shot peened at the pipe inside tube 1 through a measuring coil 3 in the direction of the arrow 6 transported, taking the the pipe 1 identifying actual values in the form of measuring signals to a measuring and evaluation unit 5 be passed on.

Vorteilhaft wird hier das Mehrfrequenz- oder Multifrequenz-Wirbelstromprüfverfahren eingesetzt, mit dem der Vorfertigungsgrad in Wanddickenrichtung ermittelt werden kann.Advantageous Here is the multi-frequency or multi-frequency eddy current testing used, with the degree of prefabrication in the wall thickness direction can be determined.

Die Messsignale von an einem Referenzrohr 2 mit einer Referenz-Messspule 4 durchgeführten Vergleichsmessungen werden als Soll-Werte in der Mess- und Auswerteeinheit 5 abgespeichert, so dass ein Soll-Ist-Abgleich vorgenommen werden kann.The measuring signals from on a reference pipe 2 with a reference measuring coil 4 Comparative measurements carried out are used as setpoint values in the measuring and evaluation unit 5 saved, so that one Target-actual adjustment can be made.

Aus dem Abgleich der Soll-Ist-Messsignale wird in der Mess- und Auswerteeinheit 5 ein Steuersignal abgeleitet, das z. B. einer hier nicht dargestellten Sortier- oder Markiereinrich tung zugeleitet wird, in der nicht ordnungsgemäß kugelgestrahlte Rohre aussortiert oder markiert werden, die dann einer Nacharbeitsstation zugeführt werden können. Bezugszeichenliste Nr. Bezeichnung 1 Prüfrohr 2 Referenzrohr 3 Messspule Prüfrohr 4 Referenz Messspule 5 Mess- und Auswerteeinheit 6 Bewegungsrichtung The comparison of the setpoint-actual measuring signals is made in the measuring and evaluation unit 5 derived a control signal, the z. B. a sorting or Markiereinrich not shown here direction is sorted out in the not properly shot peened tubes or marked, which can then be fed to a rework station. LIST OF REFERENCE NUMBERS No. description 1 test tube 2 reference tube 3 Measuring coil test tube 4 Reference measuring coil 5 Measuring and evaluation unit 6 movement direction

Claims (7)

Verfahren zur zerstörungsfreien Qualitätskontrolle, insbesondere durch Kugelstrahlen mechanisch verfestigter Oberflächen austenitischer Stahlrohre, bei dem der Grad der Verfestigung identifizierender Merkmale ermittelt und mit denen eines Referenzrohres verglichen werden dadurch gekennzeichnet, dass zur Qualitätskontrolle die Wirbelstromprüfung verwendet wird und als identifizierendes Merkmal der Verfestigung die Wirbelstromsignale des bei der Verfestigung entstehenden ferromagnetischen Martensits ausgewertet werden.Method for non-destructive quality control, in particular by shot peening of mechanically solidified austenitic steel tube surfaces, in which the degree of solidification of identifying features is determined and compared with that of a reference tube, characterized in that the eddy current test is used for quality control and the eddy current signals are used as an identifying feature of the solidification the solidification resulting ferromagnetic martensite be evaluated. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Qualitätskontrolle kontinuierlich durchgeführt wird.Method according to claim 1, characterized that quality control carried out continuously becomes. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass für die Wirbelstromprüfung das Mehr- oder Multifrequenz- Verfahren eingesetzt wird.Method according to claims 1 and 2, characterized that for the eddy current test the multi-or multi-frequency method is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Beurteilung der gemessenen Wirbelstromsignale anhand von zuvor ermittelten Schwellwertsignalen erfolgt.Method according to one of claims 1 - 3, characterized the assessment of the measured eddy current signals is based on previously determined threshold value signals. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 4 dadurch gekennzeichnet, dass die eingestellten Frequenzen zwischen 6 Hz und 8 kHz liegen.Method according to one of Claims 1 to 4, characterized that the set frequencies are between 6 Hz and 8 kHz. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 5 dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Abgleich der Soll-Ist-Messsignale ein Steuersignal abgeleitet wird, welches der Steuerung einer Sortier- oder Markiereinrichtung zugeleitet wird.Method according to one of claims 1-5, characterized in that derived from the adjustment of the nominal-actual measurement signals, a control signal which is the control of a sorting or marking device is forwarded. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 6 dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Abgleich der Soll-Ist-Messsignale ein Steuersignal abgeleitet wird, welches zur Steuerung der Prozessparameter der Kugelstrahleinrichtung verwendet wird.Method according to one of Claims 1 to 6, characterized that from the adjustment of the desired-actual measurement signals, a control signal which is used to control the process parameters of Ball blasting device is used.
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