DE102012022104B4 - Method and arrangement for the non-destructive testing of a joining connection of a component by means of induction thermography - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen einer Fügeverbindung eines Bauteils mittels Induktions-Thermografie, bei dem das Bauteil in einer Prüfzone des Bauteils mit einem Induktor, der gleichsinnig gewickelte Spulen mit ferromagnetischem Spulenkern aufweist, thermografisch angeregt wird und das durch die induktive Anregung des Bauteils bedingte Temperaturprofil in der Prüfzone des Bauteils mit einer Thermografiekamera erfasst und mittels eines mit der Thermografiekamera gekoppelten Rechners ausgewertet wird, wobei zwischen den ferromagentischen Spulenkernen der gleichsinnig gewickelten Spulen des Induktors ein ein Sichtfenster für die Thermografiekamera bildender Durchbruch ausgebildet wird, der auf die Anregungsoberfläche des Bauteils in der Prüfzone des letzteren ausgerichtet wird, in die Anregungsoberfläche des Bauteils von dem Induktor ein Wärmeimpuls eingebracht wird, der einen transversalen Wärmefluss in der Anregungsoberfläche erzeugt und die Prüfzone des Bauteils homogen erwärmt, und zugleich die Thermografiekamera auf der Seite der Anregungsoberfläche des Bauteils positioniert und zu dem das Sichtfenster bildenden Durchbruch des Induktors ausgerichtet wird, wobei eine hindernisfreie Sicht der Thermografiekamera durch den Durchbruch des Induktors hindurch auf die homogen erwärmte Prüfzone des Bauteils hergestellt wird, gemäß dem deutschen Patent 10 2012 008 531, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte: als Induktor wird ein Drehstrominduktor mit einer geraden Anzahl von 2 × n ferromagnetischer säulenförmigen Spulenkerne gleicher Länge verwendet, die jeweils eine Induktionsspule tragen, wobei n = 2, 3, ..., p ist, ...Method for non-destructive testing of a joining connection of a component by means of induction thermography, in which the component is thermographically excited in a test zone of the component with an inductor wound in the same direction coils with ferromagnetic coil core and caused by the inductive excitation of the component temperature profile in the Detected inspection zone of the component with a thermographic camera and is evaluated by means of a computer coupled to the thermography camera, wherein between the ferromagnetic cores of coils wound in the same direction of the inductor forming a viewing window for the thermographic camera breakthrough is formed on the excitation surface of the component in the test zone of the The latter is aligned, in the excitation surface of the component of the inductor, a heat pulse is introduced, which generates a transverse heat flux in the excitation surface and homing the test zone of the component heated, and at the same time the thermographic camera positioned on the side of the excitation surface of the component and aligned with the window forming the aperture of the inductor, wherein a hinderisfreie view of the thermographic camera is made by the passage of the inductor on the homogeneously heated test zone of the component, according to German Patent 10 2012 008 531, characterized by the combination of the following method steps: as an inductor, a Drehstrominduktor with an even number of 2 × n ferromagnetic columnar coil cores of equal length is used, each carrying an induction coil, where n = 2, 3,. .., p is, ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen von Fügeverbindungen wie Widerstandspunktschweißverbindungen und Materialdefekten wie Rissen in Bauteilen mittels Induktions-Thermografie, bei dem ein Bauteil in einer Prüfzone des Bauteils mit einem Induktor, der gleichsinnig gewickelte Spulen mit ferromagnetischem Spulenkern aufweist, thermografisch angeregt wird und das durch die induktive Anregung des Bauteils bedingte Temperaturprofil in der Prüfzone des Bauteils mit einer Thermografiekamera erfasst und mittels eines mit der Thermografiekamera gekoppelten Rechners ausgewertet wird, indem zwischen den ferromagentischen Spulenkernen der gleichsinnig gewickelten Spulen des Induktors ein ein Sichtfenster für die Thermografiekamera bildender Durchbruch ausgebildet wird, der auf die Anregungsoberfläche des Bauteils in der Prüfzone des letzteren ausgerichtet wird, in die Anregungsoberfläche des Bauteils von dem Induktor ein Wärmeimpuls eingebracht wird, der einen transversalen Wärmefluss in der Anregungsoberfläche erzeugt und die Prüfzone des Bauteils homogen erwärmt, und zugleich die Thermografiekamera auf der Seite der Anregungsoberfläche des Bauteils positioniert und zu dem das Sichtfenster bildenden Durchbruch des Induktors ausgerichtet wird, wobei eine hindernisfreie Sicht der Thermografiekamera durch den Durchbruch des Induktors hindurch auf die homogen erwärmte Prüfzone des Bauteils hergestellt wird, gemäß dem
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zum zerstörungsfreien thermografischen Prüfen von Fügeverbindungen wie Widerstandspunktschweißverbindungen und Materialdefekten wie Rissen in Bauteilen mittels Induktions-Thermografie, mit einem Induktor, der gleichsinnig gewickelte und miteinander verbundene Induktionsspulen mit je einem ferromagnetischen Spulenkern aufweist und von dem das Bauteil in einer Prüfzone induktiv anzuregen ist, mit einer auf der Anregungsseite des Bauteils positionierten Thermografiekamera, von der das durch die induktive Anregung des Bauteils bedingte abgestrahlte Temperaturprofil in der Prüfzone des Bauteils in Reflexionsanordnung zu erfassen ist, und mit einem mit der Thermografiekamera gekoppelten Rechner für die Auswertung des von der Thermografiekamera erfassten Temperaturprofils des Bauteils, gemäß dem
Es ist bekannt, dass für die induktionsangeregte Thermografie die Anregungsbereiche innerhalb sehr kurzer Zeitintervalle (10–500 ms) homogen erwärmt werden müssen, da inhomogene Erwärmungen laterale Wärmeflüsse im Prüfbereich zur Folge haben und damit eventuell zu einer Überlagerung von Fehlbildern der Thermografiekamera führen können (Vrana, J.: Grundlagen und Anwendungen der aktiven Thermografie mit elektromagnetischer Anregung; Saarbrücker Reihe Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Dissertation), Aachen: Shaker, 2009).It is known that for induction-induced thermography, the excitation regions must be heated homogeneously within very short time intervals (10-500 ms), since inhomogeneous heating results in lateral heat fluxes in the test area and thus may possibly lead to a superimposition of false images of the thermographic camera (Vrana , J .: Fundamentals and Applications of Active Thermography with Electromagnetic Excitation, Saarbrücker Series Materials Science and Engineering (Dissertation), Aachen: Shaker, 2009).
So hat sich bei Anregung eines Stahlblechs mittels eines nach Mazac bekannten Flachinduktors, der einen lateral gestreckten Punktinduktor mit einer um einen Plattenkern gewickelten Spule darstellt, am Ende eines Erwärmpulses einer Länge von tImp = 50 ms ein relativ homogenes Erwärmungsfeld mit ovalem Umriss einer Fläche von dca. 100 mm × 15 mm ergeben. Dieser Flachinduktor eignet sich daher besonders für eine Prüfung von linienförmigen Fügeverbindungen wie z. B. Laserschweißnähten im Automobilbau (Christian SRAJBR, Klaus DILGER, Simon DEHAAN, Christian LAMMEL, Alexander DILLENZ „Zerstörungsfreie Prüfung von Fügeverbindungen mit Induktions-Puls-Phasen-Thermografie”, Thermografie-Kolloquium 2011, – Vortrag 10).So has, upon excitation of a steel sheet by a known after Mazac Flachinduktors, which is a laterally elongated Punktinduktor with a coil wound around a plate-core coil, at the end of Erwärmpulses a length of t Imp = 50 ms a relatively homogeneous heating field with an oval outline an area of dca. 100 mm × 15 mm. This Flachinduktor is therefore particularly suitable for testing of linear joint connections such. B. laser welding seams in the automotive industry (Christian SRAJBR, Klaus DILGER, Simon DEHAAN, Christian LAMMEL, Alexander DILLENZ "Non-destructive testing of joints with induction pulse-phase thermography", Thermography Colloquium 2011, - Lecture 10).
Aus der Druckschrift Maaß, Michael; Bestimmung von richtungsabhängigen Werkstoffeigenschaften und Rissverläufen mit dem Wirbelstromverfahren; Fortschr.-Ber. VDI Reihe 8 Nr. 912; Düsseldorf: VDI Verlag 2001; S. 2–3 geht hervor, dass hauptsächlich Nahtbereiche für die Entstehung und Ausbildung von Rissen als kritisch anzusehen sind. Insbesondere in der Luft- und Raumfahrttechnik hat sich daher die Wirbelstromprüfung mit dem Halbtransmissionssensor bei der Rissdetektion in verdeckten Lagen von Aluminiumstapelstrukturen durchgesetzt, wobei jedoch wegen der Anordnung von Sende- und Empfangsspule parallel nebeneinander die maximale Empfindlichkeit des Halbtransmissionssensors nur in einer Vorzugsrichtung gegeben ist. Diese Richtungsabhängigkeit der Rissdetektion mittels des Halbstransmissionssensors ist als nachteilig anzusehen. Zur Fehlerdetektion und Beschreibung richtungsunabhängiger Werkstoffeigenschaften wird daher ein Messsystem benannt, das aus einem Sensor mit mehreren Sendespulen und einer entsprechend angepassten Signalanregung besteht, die ohne mechanische Bewegung des Sensors eine Einstellung und Veränderung der Wirbelstromverteilung gezielt ermöglicht. Hierbei wird mittels Drehung der Wirbelstromverteilung um 360° die Position eines Fehlers oder der Verlauf einer Vorzugsrichtung relativ zum Sensor erfasst.From the publication Maaß, Michael; Determination of directional material properties and crack propagation with the eddy current method; Fortschr.-Ber. VDI
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs erwähnten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem bzw. der bei einseitiger Zugänglichkeit des zu prüfenden Bauteils eine homogene Erwärmung bei Fügeverbindungen und eine ausrichtungsunabhängige Induktionsanregung bei Materialdefekten des Bauteils bei gewährleistet wird, wobei eine ungehinderte Sicht der Thermografiekamera auf die Prüfzone gegeben sein soll.The invention has for its object to provide a method and an arrangement of the type mentioned above, with the or the one-sided accessibility of the component to be tested, a homogeneous heating at joints and an alignment-independent induction excitation in material defects of the component is ensured in being an unhindered view of Thermography camera should be given to the test zone.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß verfahrensmäßig gelöst durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte:
als Induktor wird ein Drehstrominduktor mit einer geraden Anzahl von 2 × n ferromagnetischer säulenförmigen Spulenkerne gleicher Länge verwendet, die jeweils eine Induktionsspule tragen, wobei n = 2, 3, ..., p ist,
wobei die ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne parallel zueinander verlaufend mit ihren Stirnfläche auf einer bogenförmigen Linie oder auf einem umlaufenden Linienzug, der mindestens 2 × m Ecken oder Kantenlängen, wobei m = 2, 3, ..., o ist, aufweist, derart zueinander im Abstand angeordnet und die Induktionsspulen zueinander so elektrisch geschaltet werden, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme von Spulenpaaren, die jeweils von zwei der miteinander verbundenen Induktionsspulen der 2 × n ferromagnetischen Spulenkerne des Drehstrominduktors gebildet werden, 360°/n beträgt,
die vom zu prüfenden Bauteil abgewandten Stirnflächen sowie die zu diesen entgegengesetzten Stirnflächen der geraden Anzahl der zueinander parallel verlaufenden säulenförmigen 2 × n Spulenkerne gleicher Länge des Drehstrominduktors einerseits über einen ferromagnetischen Ringkern verbunden und andererseits mit der Anregungsoberfläche des zu prüfenden Bauteil einen Eisenkreis bildend magnetisch in Eingriff gebracht werden, in die Anregungsoberfläche des Bauteils von den gleichsinnig gewickelten und miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen der 2 × n ferromagentischen Spulenkerne des Drehstrominduktors der Wärmeimpuls eingebracht wird, durch den der transversale Wärmefluss in der Prüfzone des Bauteils erzeugt und letztere homogen erwärmt wird und wobei das abgestrahlte Temperaturprofilprofil der Prüfzone hindernisfrei durch den Durchbruch des Drehstrominduktors hindurch von der Thermografiekamera erfasst und anschließend von dem mit der Thermografiekamera gekoppelten Rechner ausgewertet wird.This object is achieved procedurally by the combination of the following method steps:
the inductor used is a three-phase inductor with an even number of 2 × n ferromagnetic column-shaped coil cores of the same length, each carrying an induction coil, where n = 2, 3,..., p,
wherein the ferromagnetic columnar coil cores parallel to each other with their end face on an arcuate line or on a circumferential polyline, the at least 2 × m corners or edge lengths, where m = 2, 3, ..., o, in such a distance to each other arranged and the induction coils are electrically connected to each other so that the phase shift of the individual load currents of coil pairs, each formed by two of the interconnected induction coils of the 2 × n ferromagnetic coil cores of the three-phase inductor is 360 ° / n,
the facing away from the component to be tested faces and the opposite to these opposite faces of the even number of mutually parallel columnar 2 × n coil cores of the same length of Drehstrominduktors on the one hand connected via a ferromagnetic ring core and on the other hand magnetically engaging with the excitation surface of the component to be tested forming an iron circle are brought into the excitation surface of the component of the co-wound and electrically interconnected induction coils of 2 × n ferromagentischen coil cores of the Drehstrominduktors the heat pulse is introduced by the transverse heat flow generated in the test zone of the component and the latter is heated homogeneously and wherein the radiated Temperature profile of the test zone obstacle-free detected by the breakthrough of the Drehstrominduktors through the thermographic camera and then geko from the with the thermography camera ppelten calculator is evaluated.
Die Aufgabe der Erfindung wird verfahrensmäßig auch gelöst durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte:
zunächst wird ein von einem Drehstrominduktor mit 2 × n ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkernen gleicher Länge, die jeweils eine gleichsinnig gewickelte Induktionsspule tragen, in die Anregungsoberfläche des Bauteils ausrichtungsunabhängig einzubringender Wärmeimpuls zur Erzeugung eines transversalen Wärmeflusses in Abhängigkeit von dem zerstörungsfrei zu prüfenden Bauteil numerisch simuliert, indem die Kennwerte Anzahl der Spulenkerne, Abmessungen und Werkstoff der ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne und des diese verbindenden ferromagnetischen Ringkerns, Abmessungen der Induktionsspulen, Dicke des Spulendrahtes, Wicklungsspalt, Spulenhöhe, Erregerfrequenz, Widerstand und Induktivität für eine optimale ausrichtungsunabhängige Heizleistungsverteilung des Drehstrominduktors optimiert werden,
dann wird der Drehstrominduktor entsprechend den Kennwerten der numerischen Simulation ausgebildet, indem 2 × n der ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne gleicher Länge mit jeweiliger gleichsinnig gewickelter Induktionsspule parallel zueinander verlaufend mit ihren Stirnflächen auf einer kreisförmigen Linie im Winkel von je 360°/(2 × n) zueinander angeordnet und über den ferromagnetischen Ringkern an ihrem einen Ende verbunden derart, dass zwischen den Induktionsspulen der 2 × n ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkernen der als Sichtfenster für die Thermografiekamera dienende Durchbruch des Drehstrominduktors entsteht, der auf die Prüfzone der Anregungsoberfläche des Bauteils ausgerichtet wird, und indem jeweils zwei gegenüberliegende Induktionsspulen zueinander elektrisch parallel geschaltet werden und bei Anlegen von Wechselspannungen mit 360°/n Phasenversatz eine sich stetig ändernde Stromflussrichtung in Verbindung mit einer homogenen Erwärmung im Bereich zwischen den einzelnen Induktionsspulen erzeugt wird,
darauf wird in die Prüfzone der Anregungsoberfläche des Bauteils mittels des Drehstrominduktors der mit der numerischen Stimulation vorausbestimmte Wärmeimpuls ausrichtungsunabhängig eingebracht, der in der Prüfzone des Bauteils den transversalen Wärmefluss erzeugt und diese homogen erwärmt, und
zugleich wird die Thermografiekamera auf der Seite der Anregungsoberfläche des Bauteils in Bezug zu dem das Sichtfester bildenden Durchbruch des Drehstrominduktors ausgerichtet so positioniert, dass das abgestrahlte Temperaturprofil des Bauteils von der Thermografiekamera durch den Durchbruch des Drehstrominduktors hindurch ungehindert erfasst und anschließend von dem mit der Thermografiekamera gekoppelten Rechner ausgewertet wird.The object of the invention is also achieved by the method of combining the following method steps:
First, one of a Drehstrominduktor with 2 × n ferromagnetic columnar coil cores of the same length, each carrying a coil wound in the same direction, in the excitation surface of the component orientation independently introduced heat pulse to generate a transverse heat flux depending on the non-destructively tested component numerically simulated by the Characteristics Number of coil cores, dimensions and material of the ferromagnetic columnar coil cores and the ferromagnetic toroidal core connecting them, dimensions of the induction coils, coil wire thickness, winding gap, coil height, exciter frequency, resistance and inductance are optimized for optimal orientation-independent heating power distribution of the three-phase inductor;
then the Drehstrominduktor is formed according to the characteristics of the numerical simulation by 2 × n of the ferromagnetic columnar coil cores of equal length with respective co-wound induction coil parallel to each other with their faces on a circular line at an angle of 360 ° / (2 × n) to each other arranged and connected via the ferromagnetic ring core at its one end such that between the induction coils of the 2 × n ferromagnetic columnar coil cores serving as a viewing window for the thermographic camera breakthrough of the Drehstrominduktors arises, which is aligned with the test zone of the excitation surface of the component, and by each two opposing induction coils are electrically connected in parallel to each other and when applying AC voltages with 360 ° / n phase offset a constantly changing current flow direction in conjunction with a homogeneous heating in Bere I am generated between the individual induction coils,
then, in the test zone of the excitation surface of the component by means of the Drehstrominduktors the predetermined with the numerical stimulation heat pulse is introduced independently of orientation, which generates the transverse heat flow in the test zone of the component and heats it homogeneously, and
at the same time the thermographic camera is aligned on the side of the excitation surface of the component with respect to the forming the Sichtfester breakthrough of the Drehstrominduktors positioned so that the radiated temperature profile of the component of the thermographic camera through the opening of the Drehstrominduktors passes through unhindered and then coupled by the coupled with the thermographic camera Calculator is evaluated.
Zwischen den vom zu prüfenden Bauteil entgegengesetzten Stirnflächen der zueinander parallel verlaufenden säulenförmigen ferromagnetischen Spulenkerne und der Anregungsoberfläche des zu prüfenden Bauteils kann ein geringer Spalt von wenigen mm zwischen gegeben sein.Between the faces of the component to be tested opposite end faces of the mutually parallel columnar ferromagnetic coil cores and the excitation surface of the component to be tested, a small gap of a few mm between be given.
Bevorzugt wird die Form des Ringkerns entsprechend der Anordnung der säulenförmigen ferromagnetischen Spulenkerne ausgebildet.Preferably, the shape of the ring core is formed according to the arrangement of the columnar ferromagnetic coil cores.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin verfahrensmäßig auch gelöst durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte:
als Induktor wird ein Drehstrominduktor mit einer ungeraden Anzahl von q ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkernen gleicher Länge verwendet, die jeweils eine Induktionsspule tragen, wobei q = 3, 5, ..., r ist,
wobei die ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne parallel zueinander verlaufend mit ihren Stirnfläche auf einer bogenförmigen Linie oder auf einem umlaufenden Linienzug, der mindestens m Ecken oder Kantenlängen bei s = 3, 5, ..., t aufweist, derart zueinander im Abstand angeordnet und die Induktionsspulen zueinander so elektrisch geschaltet werden, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme der miteinander verbundenen Induktionsspulen der n ferromagnetischen Spulenkerne des Drehstrominduktors gebildet werden, 360°/q beträgt,
die vom zu prüfenden Bauteil abgewandten Stirnflächen sowie die zu diesen entgegengesetzten Stirnflächen der ungeraden Anzahl der zueinander parallel verlaufenden säulenförmigen n Spulenkerne gleicher Länge des Drehstrominduktors einerseits über einen ferromagnetischen Ringkern verbunden und andererseits mit der Anregungsoberfläche des zu prüfenden Bauteil einen Eisenkreis bildend magnetisch in Eingriff gebracht werden,
in die Anregungsoberfläche des Bauteils von den gleichsinnig gewickelten und miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen der q ferromagentischen Spulenkerne des Drehstrominduktors der Wärmeimpuls eingebracht wird, durch den der transversale Wärmefluss in der Prüfzone des Bauteils erzeugt und letztere homogen erwärmt wird und wobei das abgestrahlte Temperaturprofilprofil der Prüfzone hindernisfrei durch den Durchbruch des Drehstrominduktors hindurch von der Thermografiekamera erfasst und anschließend von dem mit der Thermografiekamera gekoppelten Rechner ausgewertet wird.The object of the invention is also achieved procedurally by the combination of the following method steps:
as an inductor is a three-phase inductor with an odd number of q ferromagnetic used column-shaped coil cores of the same length, each carrying an induction coil, where q = 3, 5, ..., r,
wherein the ferromagnetic columnar coil cores extending parallel to each other with their end face on an arcuate line or on a continuous polyline, which has at least m corners or edge lengths at s = 3, 5, ..., t, spaced from each other and the induction coils to each other be electrically switched so that the phase shift of the individual load currents of the interconnected induction coils of the n ferromagnetic coil cores of the three-phase induction are formed, is 360 ° / q,
the end faces facing away from the component to be tested and the opposing faces of the odd number of parallel columnar coil cores of the same length of the Drehstrominduktors on the one hand connected via a ferromagnetic ring core and on the other hand magnetically brought into engagement with the excitation surface of the component to be tested forming an iron circle .
in the excitation surface of the component of the co-wound and electrically interconnected induction coils of q ferromagentischen coil cores of the Drehstrominduktors the heat pulse is introduced, generated by the transverse heat flow in the test zone of the component and the latter is heated homogeneously and the radiated temperature profile of the test zone without obstacle the breakthrough of the Drehstrominduktors is detected by the thermography camera and then evaluated by the computer coupled to the thermography camera.
Der Wärmeimpuls, der von dem Drehstrominduktor mit einer ungeraden Anzahl n von ferromagentischen säulenförmigen Spulenkernen gleicher Länge, die jeweils eine Induktionsspule tragen, in die Anregungsoberfläche des Bauteils zur Erzeugung eines transversalen Wärmeflusses in Abhängigkeit von dem zerstörungsfrei zu prüfenden Bauteil einzubringen ist, kann ebenfalls numerisch simuliert werden, indem die Kennwerte Anzahl der Spulenkerne, Abmessungen und Werkstoff der ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne und des diese verbindenden ferromagnetischen Ringkerns, Abmessungen der Induktionsspulen, Dicke des Spulendrahtes, Wicklungsspalt, Spulenhöhe, Erregerfrequenz, Widerstand und Induktivität für eine optimale ausrichtungsunabhängige Heizleistungsverteilung des Drehstrominduktors optimiert werden.The heat pulse to be introduced by the three-phase current inductor having an odd number n of ferromagnetic arc-shaped column cores of the same length, each carrying an induction coil, into the excitation surface of the transverse heat flux generating member depending on the non-destructive component can also be numerically simulated are optimized by optimizing the numbers of coil cores, dimensions and material of the ferromagnetic columnar coil cores and ferromagnetic toroidal core connecting them, dimensions of the induction coils, coil wire thickness, winding gap, coil height, excitation frequency, resistance and inductance for optimum orientation independent heating power distribution of the three-phase inductor.
Die Aufgabe der Erfindung wird ebenso gelöst durch eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass
der Induktor ein Drehstrominduktor ist, der eine geraden Anzahl von 2 × n ferromagnetische säulenförmigen Spulenkerne gleicher Länge bei n = 2, 3, ..., p aufweist, die jeweils eine der gleichsinnig gewickelten und elektrisch miteinander verbundenen Induktionsspulen tragen und parallel zueinander verlaufend mit ihren beiden Stirnfläche jeweils auf einer bogenförmigen Linie oder auf einem umlaufenden Linienzug, der mit mindestens 2 × m Ecken oder Kantenlängen bei m = 2, 3, ..., o aufweist, derart zueinander im Abstand angeordnet sind, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme von Spulenpaaren, die jeweils von zwei der miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen der 2 × n ferromagnetischen Spulenkerne des Drehstrominduktors gebildet sind, 360°/n beträgt,
die vom zu prüfenden Bauteil abgewandten Stirnflächen sowie die zu diesen entgegengesetzten Stirnflächen der geraden Anzahl der zueinander parallel verlaufenden säulenförmigen 2 × n Spulenkerne gleicher Länge des Drehstrominduktors einerseits über einen ferromagnetischen Ringkern verbunden und andererseits mit der Anregungsoberfläche des zu prüfenden Bauteils einen Eisenkreis bildend in Eingriff zu bringen sind,
ein Durchbruch in dem ferromagnetischen Ringkern des Drehstrominduktors ein Sichtfenster für die Thermografiekamera zwischen den Induktionsspulen der 2 × n Spulenkernen bildet und der auf die Anregungsoberfläche des Bauteils in der Prüfzone des letzteren auszurichten ist,
in die Anregungsoberfläche des Bauteils von den gleichsinnig gewickelten und miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen der ferromagentischen 2 × n Spulenkernen des Drehstrominduktors ausrichtungsunabhängig ein Wärmeimpuls einzubringen ist, durch den ein transversaler Wärmefluss in der Prüfzone des Bauteils zu erzeugen und letztere homogen zu erwärmen ist, wobei der transversale Wärmefluss hindernisfrei durch den Durchbruch des Drehstrominduktors hindurch von der Thermografiekamera zu erfassen ist, und
der Drehstrominduktor zusammen mit der Thermografiekamera sowie die Anregungsoberfläche des Bauteils relativ zueinander zu bewegen sind.The object of the invention is also achieved by an arrangement of the type described above, which is characterized in that
the inductor is a three-phase inductor having an even number of 2 × n ferromagnetic columnar coil cores of equal length at n = 2, 3, ..., p, each carrying one of the co-wound and electrically interconnected induction coils and running parallel to each other their two end face in each case on an arcuate line or on a circumferential polyline, which has at least 2 × m corners or edge lengths at m = 2, 3, ..., o, are spaced from each other in such a way that the phase shift of the individual load currents of coil pairs each formed by two of the induction coils of the 2 × n ferromagnetic coil cores of the three-phase inductor connected to each other is 360 ° / n,
the facing away from the component to be tested faces and opposite to these opposite faces of the even number of mutually parallel columnar 2 × n coil cores of the same length of Drehstrominduktors on the one hand connected via a ferromagnetic ring core and on the other hand with the excitation surface of the component to be tested forming an iron circle engaged bring,
a breakthrough in the ferromagnetic ring core of the three-phase inductor forms a viewing window for the thermographic camera between the induction coils of the 2 × n coil cores and is to be aligned with the excitation surface of the component in the test zone of the latter,
in the excitation surface of the component of the co-wound and mutually electrically connected induction coils of the ferromagnetic 2 × n coil cores of Drehstrominduktors is independent of orientation to introduce a heat pulse through which to generate a transverse heat flow in the test zone of the component and the latter is to be heated homogeneously, wherein the transversal Heat flow is obstacle-free by the breakthrough of the Drehstrominduktors therethrough of the thermographic camera to capture, and
the three-phase inductor together with the thermographic camera and the excitation surface of the component are to be moved relative to each other.
Vorzugsweise werden der Drehstrominduktor zusammen mit der auf den Durchbruch des Drehstrominduktors ausgerichteten Thermografiekamera und die Anregungsoberfläche des Bauteils relativ zueinander bewegt. Der Drehstrominduktor und die Thermografiekamera können auch synchron zur Prüfzone des Bauteils bewegt werden, wobei in die Prüfzone dabei ausrichtungsunabhängig induktiv der Wärmeimpuls eingebracht wird, durch den die Prüfzone der Anregungsoberfläche des Bauteils gleichmäßig erwärmt wird.The three-phase current inductor is preferably moved relative to one another together with the thermographic camera aligned with the breakdown of the three-phase inductor and the excitation surface of the component. The three-phase inductor and the thermographic camera can also be moved synchronously to the test zone of the component, wherein the heat pulse is inductively introduced into the test zone in an orientation-independent manner by which the test zone of the excitation surface of the component is uniformly heated.
Bevorzugt können zudem der Drehstrominduktor und die Thermografiekamera bei der zerstörungsfreien Prüfung synchron auf einer an das zu prüfende Bauteil angepassten vorbestimmten Bewegungsbahn robotergesteuert relativ zum Bauteil bewegt werden.In addition, the three-phase current inductor and the thermographic camera may preferably be synchronized in a nondestructive test on a predetermined one adapted to the component to be tested Movement be moved robotically relative to the component.
Die Aufgabe der Erfindung kann auch gelöst werden durch eine Anordnung der eingangs erwähnten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass
der Induktor ein Drehstrominduktor ist, der eine ungeraden Anzahl von n ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkernen gleicher Länge bei q = 3, 5, ..., r aufweist, die jeweils eine der gleichsinnig gewickelten und elektrisch miteinander verbundenen Induktionsspulen tragen und parallel zueinander verlaufend mit ihren beiden Stirnflächen jeweils auf einer bogenförmigen Linie oder auf einem umlaufenden Linienzug, der mit mindestens m Ecken oder Kantenlängen bei r = 3, 5, ..., t aufweist, derart zueinander im Abstand angeordnet sind, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme der miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen der Spulenkerne 360°/q beträgt,
die vom zu prüfenden Bauteil abgewandten Stirnflächen sowie die zu diesen entgegengesetzten Stirnflächen der ungeraden Anzahl der zueinander parallel verlaufenden säulenförmigen n Spulenkerne gleicher Länge des Drehstrominduktors einerseits über einen ferromagnetischen Ringkern verbunden und andererseits mit der Anregungsoberfläche des zu prüfenden Bauteils einen Eisenkreis bildend magnetisch in Eingriff zu bringen sind, ein Durchbruch in dem ferromagnetischen Ringkern des Drehstrominduktors ein Sichtfenster für die Thermografiekamera zwischen den Induktionsspulen der q Spulenkernen bildet und der auf die Anregungsoberfläche des Bauteils in der Prüfzone des letzteren auszurichten ist,
in die Anregungsoberfläche des Bauteils von den gleichsinnig gewickelten und miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen der ferromagentischen n Spulenkernen des Drehstrominduktors ein Wärmeimpuls einzubringen ist, durch den ein transversaler Wärmefluss in der Prüfzone des Bauteils zu erzeugen und letztere homogen zu erwärmen ist, wobei der transversale Wärmefluss hindernisfrei durch den Durchbruch des Drehstrominduktors hindurch von der Thermografiekamera zu erfassen ist, und
der Drehstrominduktor zusammen mit der Thermografiekamera sowie die Anregungsoberfläche des Bauteils relativ zueinander zu bewegen sind.The object of the invention can also be achieved by an arrangement of the type mentioned, which is characterized in that
the inductor is a three-phase inductor having an odd number of n ferromagnetic columnar coil cores of equal length at q = 3, 5, ..., r, each carrying one of the co-wound and electrically interconnected induction coils and running parallel to each other End surfaces in each case on an arcuate line or on a continuous polyline, which has at least m corners or edge lengths at r = 3, 5, ..., t, are spaced from each other in such a way that the phase shift of the individual load currents of electrically interconnected Induction coils of the coil cores 360 ° / q is,
facing away from the component to be tested faces and opposite to these opposite faces of the odd number of mutually parallel columnar n coil cores of the same length of Drehstrominduktors on the one hand connected via a ferromagnetic toroid and on the other hand with the excitation surface of the component to be tested forming an iron circle magnetically engaged are a breakdown in the ferromagnetic toroidal core of the three-phase inductor forming a viewing window for the thermographic camera between the induction coils of the q coil cores and to be aligned with the excitation surface of the component in the test zone of the latter,
in the excitation surface of the component of the co-wound and mutually electrically connected induction coils of ferromagentischen n coil cores of the three-phase current inducer is to introduce a heat pulse through which to generate a transverse heat flow in the test zone of the component and the latter is to heat homogeneous, the transverse heat flow obstacle-free by the breakthrough of the Drehstrominduktors is to be detected by the thermography camera, and
the three-phase inductor together with the thermographic camera and the excitation surface of the component are to be moved relative to each other.
Vorzugsweise ist die bogenförmige Linie, auf der die gerade Anzahl der 2 × n ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne gleicher Länge jeweils mit ihren Stirnflächen im Abstand zueinander angeordnet sind, kreisförmig, oval, elliptisch, schalenförmig oder beliebig symmetrisch bogenförmig.Preferably, the arcuate line, on which the even number of 2 × n ferromagnetic columnar coil cores of the same length are each arranged with their end faces at a distance from each other, circular, oval, elliptical, cup-shaped or arbitrarily symmetrical arcuate.
Auch kann der umlaufende Linienzug, auf der die gerade Anzahl der 2 × n ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne gleicher Länge jeweils mit ihren Stirnflächen im Abstand zueinander angeordnet sind, 2 × m Ecken oder Kantenlängen haben bzw. viereckig, sechseckig, achteckig oder beliebig geradzahlig mehreckig sein.Also, the circumferential polyline, on which the even number of 2 × n ferromagnetic columnar coil cores of the same length are each arranged with their end faces spaced apart, 2 × m corners or edge lengths or square, hexagonal, octagonal or arbitrarily even polygonal.
Bevorzugt sind sechs der ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne gleicher Länge mit jeweiliger gleichsinnig gewickelter Induktionsspule parallel zueinander verlaufend mit ihren Stirnflächen auf einer kreisförmigen Linie im Abstand von je 60° zueinander angeordnet und über ein ringförmige ferromagnetische Scheibe mindestens an ihrem einen Ende verbunden derart, dass zwischen den Induktionsspulen der sechs ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkernen der Durchbruch des Drehstrominduktors gebildet ist, der als Sichtfenster für die Thermografiekamera dient und auf die Prüfzone der Anregungsoberfläche des Bauteils auszurichten ist, wobei jeweils zwei gegenüberliegende Induktionsspulen zueinander elektrisch parallel geschaltet sind und bei Anlegen eines Drehstroms mit 120° Phasenversatz eine sich stetig ändernde Stromflussrichtung in Verbindung mit einer homogenen Erwärmung im Bereich zwischen den einzelnen Induktionsspulen gegeben ist, die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme der Spulenpaare, die jeweils von zwei der miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen der sechs ferromagnetischen Spulenkerne des Drehstrominduktors gebildet sind, 120° beträgt und vom Drehstrominduktor ausrichtungsunabhängig in die Anregungsoberfläche des Bauteils der Wärmeimpuls zur Erzeugung des transversalen Wärmeflusses in der Prüfzone des Bauteils einzubringen ist.Preferably, six of the ferromagnetic columnar coil cores of the same length with respective coiled winding induction coil parallel to each other with their faces on a circular line at a distance of 60 ° to each other and connected via an annular ferromagnetic disc at least at one end connected such that between the induction coils the six ferromagnetic columnar coil cores, the breakthrough of the three-phase induction is formed, which serves as a viewing window for the thermographic camera and is to be aligned with the test zone of the excitation surface of the component, wherein two opposing induction coils are electrically connected in parallel to each other and when applying a rotary current with 120 ° phase offset one is given constantly changing current flow direction in conjunction with a homogeneous heating in the region between the individual induction coils, the phase shift of the single Linen load currents of the coil pairs, which are each formed by two of the electrically connected induction coils of the six ferromagnetic coil cores of the three-phase induction, 120 ° and is independent of orientation in the excitation surface of the component of the heat pulse to induce the Drehstrominduktor to introduce the transverse heat flow in the test zone of the component.
Der Querschnitt der jeweils eine Induktionsspule tragenden säulenförmigen ferromagnetischen Spulenkerne kann kreisförmig, elliptisch, schalenförmig oder beliebig symmetrisch bogenförmig ausgebildet sein.The cross section of the respective induction coil supporting columnar ferromagnetic coil cores may be circular, elliptical, cup-shaped or arbitrarily symmetrical arcuate.
Vorzugsweise ist der Durchbruch in der ferromagnetischen Scheibe des Drehstrominduktors rechteckig ausgebildet, wobei die Abmessungen des rechteckigen Durchbruchs dem Bilderfassungsbereich der im Abstand zum Drehstrominduktor angeordneten Thermografiekamera exakt entsprechen.Preferably, the aperture in the ferromagnetic disk of the three-phase current inductor is rectangular, with the dimensions of the rectangular aperture exactly corresponding to the image-capturing region of the thermographic camera arranged at a distance from the three-phase inductor.
Bei einer höheren Anzahl Spulen kann eine homogene Erwärmung bzw. eine höhere Defektselektivität an Rissen erzielt werden. Durch eine elliptische oder rechteckige Form der ferromagnetischen ringförmigen Scheibe des Drehstrominduktors ist zudem eine Anpassung der Erwärmungszone an den jeweiligen Einsatzbereich erreichbar. Durch einen bogenförmigen Querschnitt der einzelnen senkrecht stehenden Induktionsspulen des Drehstrominduktors ist eine gleichmäßigere Temperaturverteilung in der Prüfzone des Bauteils zu gewährleisten. Vorteilhafterweise ermöglicht die Erfindung eine gleichmäßige Erwärmung von punktförmigen Verbindungsstellen und eine von der Ausrichtung des Drehstrominduktors unabhängige Erkennung von Rissen, Spalten und ähnlichen Fehlstellen im Bauteil bei dessen einseitiger Zugänglichkeit.With a higher number of coils, a homogeneous heating or a higher defect selectivity of cracks can be achieved. By an elliptical or rectangular shape of the ferromagnetic annular disc of the three-phase current inductor also an adaptation of the heating zone to the respective application area can be achieved. An arcuate cross-section of the individual vertical induction coils of the three-phase current inductor ensures a more uniform temperature distribution in the test zone of the component. Advantageously, the invention enables uniform heating of punctiform junctions and detection of cracks, gaps independent of the orientation of the three-phase inductor and similar defects in the component in its one-sided accessibility.
Die erfindungsgemäße Anordnung lässt sich in einer äußerst kompakten Bauform für ein Prüfgerät gestalten, bei dem das Objektiv der Thermografiekamera durch den Durchbruch des Drehstrominduktors hindurch in den Bereich zwischen den Induktionsspulen zu bewegen ist.The arrangement according to the invention can be designed in an extremely compact design for a test apparatus in which the objective of the thermographic camera is to be moved through the aperture of the three-phase inductor into the region between the induction coils.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstoffoberflächen oder Verbundwerkstoffen verwendet werden.The method according to the invention can also be used for non-destructive testing of material surfaces or composite materials.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen sind:The invention will now be explained with reference to the drawings. In these are:
In
In
In
Aus den
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Bauteilcomponent
- 22
- Induktor, DrehstrominduktorInductor, three-phase inductor
- 33
- Induktionsspuleinduction coil
- 44
- ferromagnetischer Spulenkernferromagnetic coil core
- 55
- Prüfzoneinspection zone
- 66
- Anregungsseiteexcitation side
- 77
- Thermografiekamerathermographic camera
- 88th
- Rechnercomputer
- 99
- Stirnflächeface
- 1010
- Stirnflächeface
- 1111
- bogenförmige Linie oder umlaufender Linienzugarcuate line or circulating line
- 1212
- Anregungsoberflächeexcitation surface
- 1313
- ferromagnetischer Ringkernferromagnetic ring core
- 1414
- Durchbruchbreakthrough
Claims (13)
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-
2012
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|---|
| SRAJBR, Christian [u.a.]: Zerstörungsfreie Prüfung von Fügeverbindungen mit Induktions-Puls-Phasen-Thermografie. In: Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung e.V.: Thermografie-Kolloquium (Vortrag 10). S. 1-9. URL: http://www.dgzfp.de/Portals/thermo2011/BB/v10.pdf [abgerufen am 30.09.2013]. * |
| ŠRAJBR, Christian [u.a.]: Zerstörungsfreie Prüfung von Fügeverbindungen mit Induktions-Puls-Phasen-Thermografie. In: Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung e.V.: Thermografie-Kolloquium (Vortrag 10). S. 1-9. URL: http://www.dgzfp.de/Portals/thermo2011/BB/v10.pdf [abgerufen am 30.09.2013]. |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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