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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet des zerstörungsfreien
Ultraschallprüfens
von Walzgut und kann zum Erfassen innerer Defekte in aus ferromagnetischen
Materialien bestehenden Platten und Bändern verwendet werden.
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Stand der Technik
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In
der Technik ist ein elektromagnetischer akustischer Wandler (EMAT)
gemäß der
DE 40 11 686 bekannt, der
eine magnetische Anordnung umfasst, die aus Permanentmagneten, einem
Konzentrator und einer Induktionsspule besteht, wobei die Oberflächen der
gleichen Pole der Permanentmagnete einander gegenüber liegen
und an den Konzentrator angrenzen, und die Spule sich auf der Konzentratoroberfläche befindet,
die an die obere Oberfläche
des Objekts in der Prüfung
angrenzt.
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Ein
Nachteil des bekannten EMATs ist, dass seine magnetische Anordnung
nicht schnell abgeschaltet werden kann, zum Beispiel, wenn es notwendig
ist, Ablagerungen von der Arbeitsoberfläche des EMATs zu entfernen,
die durch das magnetische Feld zu dieser hin angezogen wurden.
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Ferner
ist in der Technik ein EMAT gemäß
RU 2243550 bekannt, der
versehen ist mit: zumindest zwei ringförmigen Permanentmagneten, die
eng aneinander angrenzen und deren Pole auf der äußeren und inneren Seitenoberfläche angeordnet
sind; mit zumindest einem runden Permanentmagneten, der von einer
Seite auf deren Stirnfläche
angebracht ist und so angeordnet ist, dass er deren inneren Polen
mit seinem ähnlichen
Pol gegenüber
liegt; und mit einem zylindrischen Konzentrator, der aus einem ferromagnetischen
Material besteht und auf derselben Achse mit dem runden Permanentmagneten
innerhalb der ringförmigen
Magneten angebracht ist, wobei die Möglichkeit besteht, ihn in Höhenrichtung
relativ zu der Induktionsspule zu fixieren.
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Dieser
EMAT aus dem Stand der Technik ist dahingehend nachteilig, dass
seine magnetische Anordnung aus technologischen Gründen nicht
schnell abgeschaltet werden kann, zum Beispiel, wenn es notwendig
ist, den EMAT von der Oberfläche
des Objekts in der Prüfung
wegzunehmen, oder, wenn es notwendig ist, Ablagerungen von der Arbeitsoberfläche des
EMATs zu entfernen, die zu diesem hin durch das magnetische Feld
angezogen wurden, und außerdem
in Gegenwart von einer Großzahl
von aus klebeverbundenem partikulärem Carbonyleisen hergestellten
Konzentratoren.
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Ein
gemeinsamer Nachteil der bekannten EMATs ist die Notwendigkeit,
die gesamte EMAT-Struktur (oder die EMAT-Einheiten) von dem Objekt in der Prüfung wegzunehmen,
um die magnetische Anordnung schnell abzuschalten, was die Bedienung
der EMATs erschwert.
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In
der Technik ist ein Magnetiseur gemäß der
RU 33653 bekannt, bei dem die magnetische
Anordnung eine Π-förmige magnetische
Schaltung ist, die zwei Permanentmagnete umfasst. Das magnetische Feld
wird durch Drehen der Magneten um 180° abgeschaltet.
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In
der Technik ist ein Koerzimeter gemäß der
RU 2210786 bekannt, bei dem Permanentmagnete in
der Form von Platten zur unabhängigen
Drehung in zylindrischen Öffnungen
einer magnetischen Schaltung angebracht sind. Dies ermöglicht eine Steuerung
des magnetischen Flusses durch Verändern der gegenseitigen Position
der Magneten um den Winkel α von
0° bis 90°.
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Wenn α = 0°, stimmen
die Pole der Magneten überein
und ein maximaler magnetischer Fluss wird in dem Produkt, das geprüft wird,
hergestellt. Wenn α =
90°, ist
der magnetische Fluss Null und das Instrument kann frei von dem
Produkt entfernt werden.
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Diese
mit manuell drehbaren magnetischen Anordnungen versehenen Einrichtungen
sind dahingehend nachteilig, dass sie nicht in EMATs benutzt werden
können,
bei denen es normalerweise notwendig ist, eine schnelle (automatische)
Ablenkung der magnetischen Anordnung von dem Subjekt in der Prüfung ohne
menschliches Eingreifen zu gewährleisten,
weil ein Ultraschallprüfen
durchgeführt
wird, während
das Walzgut in Bewegung ist, insbesondere bei einer hohen Temperatur,
und die zu untersuchende Stelle aus sicherheitstechnischen Erwägungen nicht
zugänglich
ist.
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Wesen der Erfindung
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Das
Problem, auf dessen Lösung
die vorliegende Erfindung ausgerichtet ist, ist es, einen elektromagnetischen
akustischen Wandler (EMAT) mit einer bewegbaren magnetischen Anordnung
zu bieten, die ein schnelles und zuverlässiges Wegnehmen des EMATs
von oder Hinführen
des EMATs zu dem zu untersuchenden Objekt in einem automatischen
Betrieb gewährleistet.
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Das
Problem wird dadurch gelöst,
dass in einem elektromagnetischen akustischen Wandler, der ein äußeres Gehäuse, eine
Halterung mit einem Konzentrator, eine magnetische Anordnung mit
Permanentelementen, deren gleiche Pole einander gegenüber liegen,
und eine Induktionsspule umfasst, gemäß der Erfindung die magnetische
Anordnung in einem aus einem nicht-magnetischen Material bestehenden
inneren Gehäuse
eingefasst ist, wobei das innere Gehäuse in dem äußeren Gehäuse mit der Möglichkeit
des Verschiebens relativ zu dem Konzentrator angebracht und kinematisch
mit einem auf dem äußeren Gehäuse befestigten
Antrieb verbunden ist.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist das innere Gehäuse
drehbar in dem äußeren Gehäuse angebracht.
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Es
ist vorteilhaft, dass in diesem Fall die magnetische Anordnung aus
Permanentmagneten gebildet werden sollte, die in einem aus einem
magnetischen Material bestehenden Halter angebracht sind.
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Die äußere Oberfläche des
inneren Gehäuses
kann eine zylindrische Form aufweisen und das äußere Gehäuse kann mit geeigneten Öffnungen zum
Einführen
des inneren Gehäuses
versehen sein.
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Außerdem ist
es wünschenswert,
dass der Antrieb als ein pneumatischer Zylinder ausgebildet sein
sollte, dessen Stab mit einem Schieber verbunden ist, der in einer
aus einem nicht-magnetischen Material bestehenden Führungshülse angebracht
ist, wobei der Schieber mit dem inneren Gehäuse durch einen Stift verbunden
ist, der auf dem inneren Gehäuse
befestigt ist und mit einer in dem Schieber ausgebildeten Kerbe
zusammenwirkt.
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Die
magnetische Anordnung von der Seite des Konzentrators kann eine
zylindrische Oberfläche aufweisen,
die mit der äußeren Oberfläche des
inneren Gehäuses
zusammenfällt
und mit einem Abstand relativ zu dem Konzentrator angeordnet ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist der Halter hin und her bewegbar in dem äußeren Gehäuse angebracht.
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Der
Konzentrator kann aus zwei Teilen bestehen, die einander kontaktieren,
wobei einer der Teile auf dem äußeren Gehäuse zwischen
den Permanentmagneten der magnetischen Anordnung befestigt ist und
der andere Teil auf einer Verschleißplatte befestigt ist.
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Es
ist wünschenswert,
dass der Antrieb als ein pneumatischer Zylinder ausgebildet sein
sollte, dessen Stab mit dem inneren Gehäuse verbunden ist.
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Es
ist wünschenswert,
das äußere Gehäuse und
das innere Gehäuse
mit aus einem ferromagnetischen Material bestehenden Abschirmungen
zu versehen.
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Außerdem ist
es wünschenswert,
dass das innere Gehäuse
und die Verschleißplatte
mit Kanälen zum
Zuführen
von komprimierter Luft zum Ausbilden eines Luftkissens zwischen
der Verschleißplatte
und der Oberfläche
des Objekts in der Prüfung
versehen sein sollten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird weiter durch eine Beschreibung bestimmter beispielhafter
Ausführungsformen
davon mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen erklärt
werden, wobei:
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1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des EMATs der Erfindung
ist (Schnittseitenansicht);
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2 ein
entlang A-A in 1 genommenes Querprofil ist;
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3 ein
entlang B-B in 1 genommenes Querprofil ist;
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4 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des EMATs der Erfindung ist
(Schnittseitenansicht);
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5 ein
entlang C-C in 4 genommenes Querprofil ist.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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In 1 bis 3 ist
eine erste Ausführungsform
des EMATs der Erfindung mit einer drehbaren magnetischen Anordnung
gezeigt.
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Das
EMAT der Erfindung gemäß einer
ersten Ausführungsform
davon umfasst ein äußeres Gehäuse 1 mit
zwei Seitenwänden 2 und
einer aus einem nicht-magnetischen Material bestehenden Verschleißplatte 3.
In dem äußeren Gehäuse 1 ist
eine Durchgangsöffnung 4 vorgesehen,
in der ein inneres Gehäuse 5 drehbar
angebracht ist, wobei die äußere Oberfläche des
inneren Gehäuses 5 eine
zylindrische Form aufweist. Das innere Gehäuse 5 besteht aus
einem nicht-magnetischen Material und ist über Lager 6 auf Achsen 7 angebracht,
die an den Seitenwänden 2 des äußeren Gehäuses 1 befestigt
sind (2). In dem inneren Gehäuse 5 ist eine Aussparung 8 vorgesehen,
in der ein Stift 9 angeordnet ist, der an den seitlichen
Seiten der Aussparung 8 befestigt ist. In dem inneren Gehäuse 5 ist
ein aus einem magnetischen Material bestehender Halter 10 angeordnet,
in dem eine magnetische Anordnung angebracht ist, die aus drei Permanentmagneten 11 besteht,
deren gleiche Pole einander gegenüber liegen. Auf der Verschleißplatte 3 sind
eine Keramikplatte 12 und ein Konzentrator 13 befestigt.
Auf dem Konzentrator 13 ist eine Induktionsspule 14 angebracht.
Die magnetische Anordnung von der Seite des Konzentrators 13 weist
eine zylindrische Oberfläche
auf, die mit der äußeren Oberfläche des
inneren Gehäuses 5 zusammenfällt und
mit einem Abstand Δ relativ
zu dem Konzentrator 13 angeordnet ist. Auf dem äußeren Gehäuse 1 ist
ein Antrieb befestigt, der als ein pneumatischer Zylinder 15 ausgebildet
ist. Ein Stab 16 des pneumatischen Zylinders 15 ist
an einem Schieber 17 angebracht, der in einer Führungshülse 18 relativ
zu dem äußeren Gehäuse 1 hin
und her bewegbar angebracht ist. Die Hülse 18 besteht aus
einem nicht-magnetischen Material. In dem Schieber 17 ist
eine Kerbe 19 ausgebildet, in welcher der Stift 9 angeordnet
ist. Zur Zufuhr von komprimierter Luft (durch Pfeile in 1 gezeigt)
ist in dem äußeren Gehäuse 1 ein
Kanal 20 vorgesehen und sind in der Verschleißplatte 3 ein
Kanal 21 und Öffnungen 22 vorgesehen.
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In
der Arbeitsposition wird der Stab 16 des pneumatischen
Zylinders 15 zusammen mit dem Schieber 17 auf
die obere Position angehoben (wie in 1 gezeigt)
und die Symmetrieachse der aus den Permanentmagneten 11 bestehenden
magnetischen Anordnung ist in Übereinstimmung
mit der Achse des Konzentrators 13, auf dem sich die Spule 14 befindet.
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In
dieser Position schließt
sich der magnetische Fluss vollständig auf dem Konzentrator 13 und eine
Sondierung des zu prüfenden
Objekts 23 erfolgt. Durch den Kanal 20, den Raum 21 und
die Öffnungen 22 wird
komprimierte Luft zugeführt,
wodurch ein Luftkissen zwischen der Verschleißplatte 3 und der Oberfläche des
Testobjekts 23 ausgebildet und der Kontakt der Halterung
mit dem Testobjekt verhindert wird.
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Wenn
es notwendig ist, dass der EMAT schnell von dem Testobjekt (Metallplatte)
ohne Spannen desselben durch das magnetische Feld weggenommen werden
sollte, oder wenn es notwendig ist, die auf der Oberfläche der
Verschleißplatte 3 angesammelten
Ablagerungen zu entfernen, wird komprimierte Luft dem entsprechenden
Raum des pneumatischen Zylinders 15 zugeführt und
der Stab 16 mit dem Schieber 17 bewegt sich entlang
der Führungshülse 18 für einen
Hub S nach unten (die Position des Schiebers 18 und des
Stifts 9 in dieser Position sind mit strichgepunkteten
Linien in 1 gezeigt). Wegen des Zusammenwirkens
des Stifts 9 mit den Wänden
der Kerbe 19 in dem Schieber erfolgt eine Drehung des inneren
Gehäuses 5 zusammen
mit der in dem Halter 10 angeordneten magnetischen Anordnung
um einen Winkel α von
annähernd
90° relativ
zu dem äußeren Gehäuse 1.
Der magnetische Fluss fällt abrupt
ab und dies ermöglicht
es, in einem automatischen Betrieb den EMAT leicht von dem Testobjekt wegzunehmen
und/oder die Ablagerungen von der Oberfläche der nicht-magnetischen
Verschleißplatte 3 zu
entfernen.
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Eine
in 4 und 5 gezeigte zweite Ausführungsform
des EMATs der Erfindung wird, anders als die oben beschriebene,
dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Anordnung hin und her
bewegbar ausgebildet ist.
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Der
EMAT gemäß der zweiten
Ausführungsform
davon beinhaltet ein äußeres Gehäuse 1 mit zwei
Seitenwänden 2 und
einer Verschleißplatte 3 aus
einem nicht-magnetischen Material. In dem äußeren Gehäuse 1 ist ein inneres
Gehäuse 5 hin
und her bewegbar angeordnet, in dem eine aus drei Permanentmagneten 11,
die sich mit ihren gleichen Polen gegenüber liegen, bestehende magnetische
Anordnung angeordnet ist, und ein oberer Konzentrator 131 ist auf dem äußeren Gehäuse 1 entlang der
Achse der magnetischen Anordnung mit der Hilfe von Schrauben 24 befestigt.
Eine keramische Platte 12 und ein Konzentrator 13,
auf dem eine Induktionsspule 14 angebracht ist, sind auf
der Verschleißplatte 3 befestigt.
Auf dem äußeren Gehäuse 1 ist
ein Antrieb befestigt, der als ein pneumatischer Zylinder 15 ausgebildet
ist. Ein Stab 16 des pneumatischen Zylinders 15 ist
an dem inneren Gehäuse 5 befestigt. Das äußere Gehäuse 1 von
der äußeren Seite
der seitlichen Wände 2 der
vorderen und hinteren Oberflächen
der inneren Wände
und auch das innere Gehäuse 5 von
den seitlichen Seiten davon sind mit Abschirmungen 25 aus
einem ferromagnetischen Material ausgestattet. Zum Zuführen von
komprimierter Luft sind in dem äußeren Gehäuse 1 Kanäle 20 und in
der Verschleißplatte 3 ein
Kanal 21 und Öffnungen 22 vorgesehen.
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Der
EMAT gemäß der zweiten
Ausführungsform
davon arbeitet ähnlich
wie der oben beschriebene Prozess des EMAT-Betriebs gemäß der ersten Ausführungsform,
wobei der Unterschied nur darin besteht, dass, wenn komprimierte
Luft in den entsprechenden Raum des pneumatischen Zylinders 15 zugeführt wird,
der Stab 16 sich zusammen mit der durch die Permanentmagnete 11 gebildeten
magnetischen Anordnung aufwärts
bewegt. Die magnetische Anordnung verschiebt sich relativ zu dem
Konzentrator 131 und der magnetische
Fluss nimmt abrupt ab, was es ermöglicht, in einem automatischen Betrieb
den EMAT leicht von dem Testobjekt wegzunehmen und/oder die Ablagerungen
von der Oberfläche
der nicht-magnetischen
Verschleißplatte 3 zu entfernen.
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Beide
Ausführungsformen
des EMATs der Erfindung sind auch dahingehend vorteilhaft, dass, wenn
die magnetische Anordnung abgeschaltet wird, z.B. wenn es notwendig
ist, Ablagerungen zu entfernen, der EMAT als solches seine Position
relativ zu dem Objekt in der Prüfung
nicht verändern
kann.
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In
den oben beschriebenen Ausführungsformen
des EMATs wird ein pneumatischer Zylinder als der Antrieb benutzt,
aber ein Fachmann in dem gegebenen Bereich der Technik wird in der
Lage sein, ohne besondere Schwierigkeiten andere Arten von Antrieb,
z.B. einen elektrischen Antrieb, einzurichten und einen geeigneten
Mechanismus zu benutzen, der den Antrieb kinematisch mit dem inneren
Gehäuse
des EMATs verbindet.
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Zusammenfassung
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Ein
elektromagnetischer akustischer Wandler (EMAT) ist für zerstörungsfreies
Ultraschallprüfen von
Walzgut vorgesehen und kann zum Erfassen innerer Defekte in Platten
und Bändern
aus ferromagnetischen Materialien verwendet werden. Der EMAT beinhaltet
ein äußeres Gehäuse (1),
eine Verschleißplatte
(3) mit einem Konzentrator (13), eine magnetische
Anordnung mit Permanentmagneten (11), die einander mit
ihren gleichen Polen gegenüber
liegen, und eine Induktionsspule (14). Die magnetische
Anordnung ist in einem inneren Gehäuse (5) aus einem nicht-magnetischen
Material eingefasst. Das innere Gehäuse (5) ist in dem äußeren Gehäuse relativ
zu dem Konzentrator verlagerbar angebracht und kinematisch mit einem
auf dem äußeren Gehäuse befestigten
Antrieb (15) verbunden. Das innere Gehäuse kann in dem äußeren Gehäuse entweder
drehbar oder hin und her bewegbar angebracht sein. Eine solche Ausführung des
EMATs bietet die Möglichkeit, ihn
schnell von dem Testsubjekt wegzunehmen, ohne letzteres durch das
magnetische Feld zu spannen, oder, wenn es notwendig ist, die auf
der Oberfläche
der Verschleißplatte
angesammelten Ablagerungen zu entfernen.