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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewerten von Innenfehlern an einem kontinuierlich vergossenen Gießprodukt, bei welchem wenigstens ein Probenstück aus dem kontinuierlich vergossenen Gießprodukt herausgetrennt wird, und bei welchem mittels des wenigstens einen Probenstücks eine Qualitätsbewertung von innerhalb des kontinuierlich vergossenen Gießproduktes liegenden Innenfehlern in Abhängigkeit von definierten Bewertungskriterien vorgenommen wird.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zum Bewerten von Innenfehlern an einem kontinuierlich vergossenen Gießprodukt und zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Ultraschall erzeugenden Einrichtung zum Erzeugen eines Ultraschallbildes eines aus dem kontinuierlich vergossenen Gießprodukt herausgetrennten Probenstücks.
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Aus dem Stand der Technik ist es zum Prüfen der Qualität von metallurgischen Halbzeugen bekannt, speziell die Innenqualität von kontinuierlich vergossenen Gießprodukten, wie beispielsweise Brammen oder dergleichen, anhand von geätzten Probenstücken zu bewerten, welche aus den jeweiligen Gießprodukten zuvor heraus geschnitten wurden. Für eine diesbezügliche Makroätzung werden diverse Säuren oder Säuremischungen benutzt, die eine spanend erzeugte Schnittebene des jeweiligen Probenstücks ätzen, wobei die in dem jeweiligen Gießprodukt vorliegenden Innenfehler beispielsweise in Gestalt von makrogeätzten Oberflächenbildern an der spanend erzeugten Schnittebene zum Vorschein gebracht werden. Anhand dieser makrogeätzten Oberflächenbilder kann anschließend eine Qualitätsbewertung des Gießproduktes mittels entsprechend entwickelter und vorhandener Vorschriften vorgenommen werden.
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Die vorstehend beschriebene Prüfmethode ist jedoch insbesondere im Hinblick auf die Auswertung der erzeugten makrogeätzten Oberflächenbilder relativ zeitaufwändig, da die Auswertung überwiegend manuell erfolgt, beispielsweise unter Zuhilfenahme eines Lineals. Ferner muss ein erheblicher Sicherheitsaufwand betrieben werden, um Gesundheitsrisiken für das Personal bei der Arbeit mit den entsprechenden chemischen Substanzen, wie etwa Säuren für den Ätzprozess, zur Gänze ausschließen zu können.
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Darüber hinaus sind etliche Ultraschallprüfmethoden bekannt, um eine Qualitätsprüfung an metallurgischen Halbzeugen vornehmen zu können, die jedoch nicht die qualitative Aussagekraft besitzen, wie die Prüfmethode auf Basis der Makroätzung.
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Beispielsweise ist aus der Druckschrift
JP 2003 290 895 A (Abstract) eine Methode zum Auswerten der Qualität von detektierten Fehlern in einer kontinuierlich gegossenen Bramme beschrieben, bei welcher ein Probenstück der kontinuierlich gegossenen Bramme extrem schnell herunter gekühlt und anschließend bis oberhalb des Ar3-Punktes wieder aufgewärmt wird, wobei anschließend die Fehler mithilfe einer Ultraschallfehlersuche mit einer Frequenz oberhalb von 10 MHz detektiert werden. Diese Methode erscheint sehr zeit- und kostenintensiv zu sein.
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Darüber hinaus ist aus der Druckschrift
DE 100 02 344 A1 ein Verfahren zum Bestimmen des Reinheitsgrades eines Metallmaterials bekannt, bei welchem der Reinheitsgrad durch ein Festlegen von Prüffeldern in vorgegebenen Abschnitten des zu prüfenden Metallmaterials und durch Abtasten der Prüffelder durch ein Ultraschallfehlererfassungsverfahren für nicht-metallische Einschlüsse im Metall erfolgt, um den maximalen Durchmesser der nicht-metallischen Einschlüsse zu bestimmen. Bei dieser Methode werden lediglich nicht-metallische Einschlüsse detektiert.
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Aus der Druckschrift
DE 20 21 279 A ist ein Verfahren zur Ultraschalprüfung der Randzonen von metallischen Blechen und Bändern, insbesondere von Rohrvormaterial, unter Verwendung wenigstens einer mit Ultraschallprüfköpfen ausgerüsteten und im Bereich jeder zu prüfenden Randzone angeordneten Prüfanordnung bekannt, wobei die Prüfanordnung über dem Bereich der zu prüfenden Randzone in einem Winkel zur Vorschubrichtung des Prüflings oszilliert wird, und hierbei die Oszillierfrequenz der Prüfanordnung zweckmäßig derart gewählt wird, dass jede Stelle des Randzonenbereichs wenigstens einmal von einem Durchschallungsbereich mit wenigstens angenähert größtem Schalldruck erfasst wird.
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Aus der Druckschrift
DE 42 34 215 C1 ist eine Vorrichtung zum Prüfen von Fehlern auf der Oberfläche von heißen Brammen über 500° C im Kantenbereich bekannt, welche einen auf der Oberfläche der heißen Bramme in konstantem Abstand zur Brammenoberfläche und in Relativbewegung parallel zur Brammenschmalseite geführten gekühlten Prüfkopf aufweist, in welchem ein in Bezug auf die Brammenkannte schwenkbarer Ultraschall-Wandler angeordnet ist, welcher auf elektromagnetischem Wege Rayleigh-Wellen erzeugt und empfängt, deren Schallrichtung zur Brammenkante vorzugsweise 26 Grand betragen. Der Erfolg der Fehlerdetektion an der Brammenkante hängt vom Winkel des Schallstrahles zur Brammenkante ab. Der Ultraschall-Wandler ist daher zur Oberfläche der Bramme in einem Winkel zur Kante horizontal zur Kante schwenkbar und er wird auf einen bestimmten Winkel in Abhängigkeit von einem zu erwartenden Fehler eingestellt, wobei sich für den Schallstrahl ein Winkel von 26 Grad als vorteilhaft erwiesen hat.
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Ferner ist aus der Europäischen Patentanmeldung
EP 0 302 003 A2 ein Verfahren zur Herstellung von Proben für die Ermittlung von Verunreinigungen in Metallen und Stählen, insbesondere von im Stranggießverfahren vergossenen Stählen, bekannt, bei welchem für eine Anzeige und Ermittlung der Verunreinigungen mittels Ultraschall aus einem Gusserzeugnis oder einem bereits verformten Erzeugnis ein Probenrohling mit einer mindestens 10 fachen Dicke der für die Ultraschalluntersuchung geeigneten Probendicke ausgeschnitten wird. Die anschließende Ultraschallprüfung wird nicht weiter erläutert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gattungsgemäße Prüfmethoden derart weiterzuentwickeln, dass zuverlässige Prüfungsergebnisse nach den im Zusammenhang mit der Makroätzung allgemein anerkannten Vorschriften schneller und umweltverträglicher als bisher zur Verfügung stehen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird von einem Verfahren zum Bewerten von Innenfehlern an einem kontinuierlich vergossenen Gießprodukt gelöst, bei welchem wenigstens ein Probenstück aus dem kontinuierlich vergossenen Gießprodukt herausgetrennt wird, und bei welchem mittels des wenigstens einen Probenstücks eine Qualitätsbewertung von innerhalb des kontinuierlich vergossenen Gießproduktes liegenden Innenfehlern in Abhängigkeit von definierten Bewertungskriterien vorgenommen wird, um insbesondere das kontinuierlich vergossene Gießprodukt einer Qualitätsklasse zuordnen zu können, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass mittels eines von dem Probenstück erzeugten Ultraschallbildes wenigstens eine Schnittebene durch das Probenstück derart erzeugt wird, dass mittels der in der wenigstens einen Schnittebene vorhandenen Informationen ein Fehler-Verteilungsbild bezüglich innerhalb des Probenstücks vorliegender Fehler erstellt wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine besonders hochwertige Bewertung der Innenqualität von kontinuierlich vergossenen Gießprodukten vorgenommen werden, welche auf Grundlage der im Zusammenhang mit den Erkenntnissen aus der Makroätzung entwickelten Vorschriften basieren, ohne jedoch zumindest die vorstehend erläuterten Nachteile der Makroätz-Prüfmethode in Kauf nehmen zu müssen.
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Insbesondere unterliegt ein aus einem kontinuierlich vergossenen Gießprodukt erstelltes Probenstück keiner zusätzlichen Behandlung thermischer oder chemischer Natur, wie dies bei bekannten Prüfmethoden häufig der Fall ist.
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Dies ist nicht nur vorteilhaft hinsichtlich einer einfacheren und schnelleren Prüfmethode sondern auch in Bezug auf einen höheren Arbeitsschutz für das jeweilige Personal, welches vorliegend nicht mehr durch den Umgang mit entsprechend schädlichen Chemikalien gefährdet ist.
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Ebenso wie bei der Makroätzung ist es vorliegend möglich, selbst kleinste Fehlerstellen zu detektieren und hinsichtlich ihrer weiteren Entwicklung und Auswirkung in einem weiterverarbeiteten Halbzeug, welches aus einem kontinuierlich vergossenen Gießprodukt beispielsweise gewalzt wurde oder dergleichen, zu bewerten, noch bevor das kontinuierlich vergossene Gießprodukt zu dem jeweiligen Halbzeug weiterverarbeitet wurde. Hierdurch kann die Gefahr ausgeschlossen oder zumindest signifikant reduziert werden, dass eine zeit- und kostenintensive Weiterverarbeitung eines schlechten kontinuierlich vergossenen Gießproduktes durchgeführt wird, welche später zu Ausschuss bezüglich des weiterverarbeiteten Halbzeugs führt.
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Vorteilhafterweise werden vorliegend keine A-, B- und/oder C-Ultraschallbilder, wie dies bei bekannten Ultraschallanwendungen im Zusammenhang mit der Untersuchung von kontinuierlich vergossenen Gießprodukten üblich ist, verwendet, sondern vorliegend werden erfindungsgemäß die Informationen bezüglich Bilder bzw. Abbildungen einer Schnittebene eines Ultraschallbildes ausgewertet. Erst hierdurch ist es besonders günstig möglich, eine Bewertung anhand der im Zusammenhang mit der Makroätz-Prüfmethode entwickelten Vorschriften vorzunehmen, so dass eine allseits anerkannte Qualitätsbewertung der Innenfehler vorgenommen werden kann.
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Darüber hinaus arbeitet das vorliegende Bewertungsverfahren auch wesentlich zuverlässiger, da hierbei, insbesondere bei einer automatisierten Auswertung, die Gefahr einer subjektiven Beurteilung eines Prüfers gut vermieden werden kann.
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Der Begriff „Schnittebene“ bezeichnet im Sinne der Erfindung jegliche fiktiv innerhalb des Probenstücks erzeugte Ebene, durch welche das Probenstück fiktiv geschnitten ist, um diejenigen Bereiche des Probenstücks zu betrachten zu können, welche in, an oder auf dieser Schnittebene liegen.
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Ein wesentlicher Zweck insbesondere des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht nur das alleinige Auffinden von Innenfehlern innerhalb des kontinuierlich vergossenen Gießproduktes bzw. Probenstücks. Vielmehr geht die Erfindung weit darüber hinaus, nämlich das vorliegende Verfahren dient der Erstellung eines hieraus resultierenden Fehler-Verteilungsbildes bezüglich innerhalb des kontinuierlich vergossenen Gießproduktes bzw. Probenstücks vorhandener Fehler, anhand dessen eine Qualitätsbewertung bzw. Zuordnung des kontinuierlich vergossenen Gießproduktes zu einer entsprechenden Qualitätsklasse möglich ist.
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Hierbei beschränkt sich das vorliegende Verfahren nicht etwa auf eine bloße Reinheitsuntersuchung und/oder -bestimmung, bei welcher nur nichtmetallische Einschlüsse bestimmt werden können, wie dies beispielsweise in der Druckschrift
DE 100 02 344 A1 gelehrt ist. Vielmehr wird vorliegend eine Vielzahl an anderen Innenfehlern innerhalb des kontinuierlich vergossenen Gießproduktes untersucht. Je nach eingesetzter Ultraschall-Sensorik und Ultraschallparameter können vorliegend diverser Arten an zusätzlichen Innenfehlern ermittelt werden, wie beispielsweise Seigerungen, Poren, Risse, Gefügeunterschiede, dass heißt eine qualitative Aussage über die Korngrößenverteilung, wobei durch eine geeignete Kalibrierung auch eine quantitative Abschätzung der Korngrößen möglich ist.
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Die wenigstens eine Schnittebene verläuft innerhalb des Probenstücks, welches parallel oder senkrecht zur Gießrichtung aus dem Gießprodukt entnommen wurde, vorzugsweise parallel zur Abtastfläche. Sie kann aber auch anders ausgerichtet innerhalb des Probenstücks angeordnet sein, wenn dies zweckdienlich erscheint.
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Beispielsweise liegen die mehreren Schnittebenen parallel verlaufend zueinander und beabstandet voneinander vor, so dass für die Bewertung vorteilhafterweise mehrere solcher Fehler-Verteilungsbilder zur Verfügung stehen. Gegebenenfalls können die einzelnen Schnittebenen auch windschief oder dergleichen zueinander bzw. zu der Gießrichtung des kontinuierlich vergossenen Gießproduktes angeordnet sein.
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Eine vorteilhafte alternative Verfahrensvariante sieht vor, dass mittels eines von dem Probenstück erzeugten Ultraschallbildes mehrere Schnittebenen durch das Probenstück derart erzeugt werden, dass mittels der in den mehreren Schnittebenen vorhandenen Informationen mehrere Fehler-Verteilungsbilder bezüglich innerhalb des Probenstücks vorliegender Fehler erstellt werden.
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Durch mehrere solcher innerhalb des Probenstücks erzeugter Schnittebenen können besonders günstig Tiefeninformationen über den inneren Zustand des Probenstücks gewonnen werden. Dies wäre mit der Makroätz-Prüfmethode nur sehr aufwändig zu bewerkstelligen; und zwar durch mechanische Bearbeitung und wiederholter Ätzung für jede Schnittebene.
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Eine vorteilhafte andere Verfahrensvariante sieht vor, dass mittels eines von dem Probenstück erzeugten Ultraschallbildes eine Vielzahl an aneinander grenzenden Schnittebenen durch das Probenstück derart erzeugt werden, dass mittels der in den an aneinander grenzenden Schnittebenen vorhandenen Informationen ein dreidimensionales Fehler-Verteilungsbild bezüglich innerhalb des Probenstücks vorliegender Fehler erzeugt wird.
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Die Abstände zwischen den einzelnen aneinander grenzenden Schnittebenen können hierbei derart günstig gewählt werden, dass eine Bewertung von in dem kontinuierlich vergossenen Gießprodukt vorhandenen Innenfehlern nicht nur mittels eines oder mehrerer zweidimensionaler Fehler-Verteilungsbilder sondern mittels eines Fehler-Verteilungsraumvolumens vorgenommen werden kann. Idealerweise geschieht dies unter Zuhilfenahme entsprechend weiterentwickelter Vorschriften, so dass eine übergreifend einheitliche Qualitätsbewertung auch hierbei gesichert werden kann.
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Ebenso kann je nach Ultraschallsensor gleich ein räumliches Fehler-Verteilungsbild für das ganze Probenstück erzeugt werden, welches ganz oder in mindestens einer Schnittebene zur Qualitätsbewertung heran gezogen wird.
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Insofern ist es vorteilhaft, wenn mittels geeigneter Ultraschallsensoren und einer geeigneten Auswertesoftware sogleich ein dreidimensionales Fehler-Verteilungsbild erzeugt wird.
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Zweckmäßigerweise sind die beiden äußeren Schnittebenen von mehreren erzeugten Schnittebenen mehr als 5 mm, vorzugsweise 10 mm, voneinander beabstandet innerhalb des Probenstücks angeordnet. Hierdurch können gute Tiefeninformationen bezüglich innerhalb des Probenstücks bzw. des kontinuierlich vergossenen Gießproduktes erzielt werden.
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Durch solche Tiefeninformationen bezüglich Fehler-Verteilungen in dem Probenstück kann gesichert werden, dass eine gewählte Schnittebene für das Probenstück bzw. das Gießprodukt repräsentativ und aussagekräftig ist. Dies stellt einen weiteren Vorteil vorliegender Ultraschallmethode gegenüber der Makroätzung dar, bei welcher eine zufällig hinsichtlich der mechanischen Bearbeitung getroffene Ebene – Oberfläche des Probenstücks – als repräsentative Abbildung der Innenqualität des Probenstücks bzw. Gießproduktes angenommen wird.
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Eine ausreichende Informationsmenge für eine besonders aussagekräftige Bewertung liegt bereits vor, wenn die beiden äußeren Schnittebenen der erzeugten Schnittebenen weniger als 20 mm, vorzugsweise 10 mm, voneinander beabstandet innerhalb des Probenstücks angeordnet sind.
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Es versteht sich, dass hierbei das Probenstück von kontinuierlich vergossenen Gießprodukten bei optimierten Ultraschallparametern mit einem oder mehreren Ultraschallsensoren abgetastet werden kann.
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Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn das Probenstück mit optimierten Ultraschallparametern in Abhängigkeit von einem untersuchten Werkstoff geprüft wird, um eine möglichst hohe Auflösung des Fehler-Verteilungsbildes oder der Fehler-Verteilungsbilder zu erzielen.
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Eine einheitliche Bewertung kann erzielt werden, wenn mittels des wenigstens einen Fehler-Verteilungsbildes eine Qualitätsbewertung von innerhalb des kontinuierlich vergossenen Gießproduktes vorliegenden Innenfehlern in Abhängigkeit von definierten Bewertungskriterien vorgenommen wird, und dass das kontinuierlich vergossene Gießprodukt anhand der Qualitätsbewertung einer Qualitätsklasse zugeordnet wird.
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Die mittels des hier beschriebenen Verfahrens erzielten Ergebnisse können auch hinsichtlich einer Prozessoptimierung bei der Herstellung von kontinuierlich vergossenen Gießprodukten verwendet werden. Insofern ist es besonders zweckmäßig, wenn anhand des wenigstens einen Fehler-Verteilungsbildes eine Prozessoptimierung der kontinuierlich vergossenen Gießprodukte vorgenommen wird. Hierdurch kann insbesondere ein Gießprozess unmittelbar an die neuesten Bewertungsergebnisse angepasst werden, so dass die Herstellung weiterer Mengen eines nicht weiter verwertbaren kontinuierlich vergossenen Gießproduktes schneller eingestellt werden kann.
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Darüber hinaus wird die Aufgabe der Erfindung auch von einer Vorrichtung zum Bewerten von Innenfehlern an einem kontinuierlich vergossenen Gießprodukt und zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorstehenden Merkmale gelöst, wobei die Vorrichtung eine Ultraschall erzeugende Einrichtung zum Erzeugen eines Ultraschallbildes eines aus dem kontinuierlich vergossenen Gießprodukt herausgetrennten Probenstücks aufweist, und wobei die Vorrichtung eine Recheneinheit aufweist, mittels welcher aus dem Ultraschallbild wenigstens eine Schnittebene durch das Probenstück erzeugbar ist und hieraus ein zweidimensionales oder dreidimensionales Fehler-Verteilungsbild bezüglich innerhalb des Probenstücks vorliegenden Fehlern erstellbar ist, und eine automatische Qualitätsbewertung von innerhalb des kontinuierlich vergossenen Gießproduktes vorliegenden Innenfehlern in Abhängigkeit von definierten Bewertungskriterien vornehmbar ist.
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Beispielsweise zeichnet sich die Vorrichtung hinsichtlich ihrer Recheneinheit einerseits durch eine computergestützte bildverarbeitende Einheit, mittels welcher aus dem Ultraschallbild wenigstens eine Schnittebene durch das Probenstück erzeugbar ist, andererseits durch eine computergestützte Verarbeitungseinheit, mittels welcher aus den in der wenigstens einen Schnittebene vorhandenen Informationen wenigstens ein zweidimensionales oder dreidimensionales Fehler-Verteilungsbild bezüglich innerhalb des Probenstücks vorliegenden Fehlern erstellbar ist, und darüber hinaus durch eine computergestützte automatische Auswerteeinheit, mittels welcher eine automatische Qualitätsbewertung von innerhalb des kontinuierlich vergossenen Gießproduktes vorliegenden Innenfehlern in Abhängigkeit von definierten Bewertungskriterien vornehmbar ist, aus.
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Vorteilhafterweise werden vorliegend die ansonsten in einem aufwendigen und gefährlichen Ätzvorgang hinsichtlich einer Schnittebene eines Probenstücks erzeugten Makroätzungsbilder durch auf Ultraschalbilder basierenden Bildern bzw. Abbildungen von fiktiven Schnittebenen ersetzt und entsprechend ausgewertet.
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Außerdem bieten die auf diese Weise erstellten Abbildungen der Probenstückinnenqualität eine Möglichkeit einer automatisierten Auswertung und Beurteilung der Innenfehler, wodurch die Zeit für diese Art der Qualitätsprüfung wesentlich verkürzt werden kann. Insofern kann im Herstellungsprozess schneller auf die entsprechenden Ergebnisse reagiert werden, wodurch die Menge an Ausschuss von Halbzeugen erheblich reduziert werden kann, wie vorstehend bereits erwähnt.
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An dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, dass vorliegend mittels moderner Ultraschalltechniken und Auswertealgorithmen insbesondere dreidimensionale Fehler-Verteilungsbilder über verschiedene Tiefen des Probenstücks erzeugt werden können, welche im Gegensatz zu einer konventionellen Makroätzung eine Auswertung vorhandener Innenfehler in mehreren Schnittebenen des Probenstücks ohne weitere mechanische Verarbeitung des Probenstücks erlaubt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2003290895 A [0006]
- DE 10002344 A1 [0007, 0021]
- DE 2021279 A [0008]
- DE 4234215 C1 [0009]
- EP 0302003 A2 [0010]