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Verfahren und Einrichtung zur Kennzeichnung von Fehlerstellen bei
der magnetostriktiven Prüfung von Drähten und Bändern Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Kennzeichnung von Fehlerstellen bei der
zerstörungsfreien Prüfung von laufendem Material, insbesondere von Drähten während
des Ziehprozesses oder bei Bändern während des Walzens.
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Bei dem bekannten zerstörungsfreien Materialprüfverfahren nach dem
Magnetostriktionseffekt wird mittels einer über den Prüfling geschobenen Spule oder
eines auf den Prüfling aufgesetzten Elektrohufeisenmagneten bei Erregung mit einem
Impuls durch Magnetostriktion im Prüfling eine Schallwelle erzeugt. Die Schallwelle
wandert mit Schallgeschwindigkeit im Prüfling und wird an Fehlerstellen oder Stoßstellen
unterschiedlichen Wellenwiderstandes reflektiert. Mit einem Empfänger, der genau
wie der Sender ausgebildet sein kann oder mit diesem kombiniert ist, wird nach dem
magnetoelastischen Effekt die Energie der reflektierten Welle abgenommen und ausgewertet.
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Es wurde an anderer Stelle ein Verfahren zur Aufnahme von Magnetostriktionskennlinien
vorgeschlagen, wonach das Material bei verschiedener Grundmagnetisierung im Bereich
der Magnetostriktionskurve kleinen, während der Messung gleichbleibenden Magnetisierungsstößen
ausgesetzt wird und die durch den Magnetostriktionseffekt im Material entstehenden
Schallwellen induktiv derart abgenommen werden, daß die bei der verschiedenen Orundmagnetisierung
abgenommenen Schallwellenenergien die differenzierten Werte der Magnetostriktionskurve
darstellen.
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Man nennt diese erste Ableitung der Magnetostriktionskurve die Magnetostriktionskennlinie.
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An Hand dieser Magnetostriktionskennlinien ist es möglich, auf magnetische
und tecliiofogische Eigenschaften sowie auf die metallurgische Zusammensetzung zu
schließen. Wird die Orundmagnetisierung auf eine markante Stelle der Magnetostriktionskennlinie
eingestellt und der Ausgangswert des Empfängers zur Anzeige gebracht, so kann beim
kontinuierlichen Durchlaufen des Prüflings an der minderung der Anzeige eine Abweichung
der Materialstruktur erkannt werden.
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Bei der Kombination einer Fehlerprüfung mit der Überwachung der Materialstruktur
im technologischen Ablauf des Drahtziehens oder dem Walzen von Bandmaterial ist
es notwendig, sofort eine linderung der Materialstruktur zu erkennen, um eine entsprechende
Regelung auszulösen und bei der Ermittlung einer Fehlerstelle diese zu kennzeichnen,
um im Interesse einer zügigen Fertigung erst später diese Stellen auszusortieren.
Es sind Verfahren bekannt,
wonach beim Empfang eines Fehlerechos eine auf dem Prüfling
gerichtete Farbspritzpistole kurz betätigt wird und so durch einen Farbpunkt die
Fehlerstelle erkennbar ist. Dieses Verfahren wirkt sich jedoch nachteilig bei der
späteren Fehlersortierung aus, da die Fehlerstelle durch Augenscheinnahme oder,
mit höherem Aufwand verbunden, durch Photozellen gesucht werden muß.
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Ein weiterer Nachteil der Farbkennzeichnung liegt darin, daß keine
nachfolgende Oberflächenbehandlung der Werkstoffe im Fertigungsprozeß möglich ist,
da sonst die Farbpunkte zerstört werden. Es ist des weiteren ein Verfahren zur Kennzeichnung
von Materialien bekannt, nach dem radioaktive Isotope auf oder in dem Material angebracht
werden und die Aussortierung mittels Kernstrahlungsindikatoren erfolgt. Zu den schon
oben erwähnten Nachteilen kommt hier noch der höhere technische Aufwand und die
eventuell nicht gewünschte Aktivierung des Materials dazu.
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Weiterhin ist es bekannt, bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung
von laufenden Bändern die Meßergebnisse bzw. Fehlersignale auf einem mitlaufenden
Magnetophonband oder gelochten Papierstreifen zu speichern. Diese Methode verlangt
einen hohen technischen Aufwand, da sowohl bei der Prüfung als auch bei der Aussortierung
ein synchroner Lauf des Speichermittels mit dem zu prüfenden Band erforderlich ist.
Wenn die Aus sortierung erst bei der Weiterverarbeitung des Halbzeuges vorgenommen
werden
soll, muß nachteiligerweise mit dem Material das entsprechende
Speicherband mit den Prüfergebnissen geliefert werden.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren und eine Einrichtung
zur Kennzeichnung von Fehlerstellen bei der magnetostriktiven Prüfung von laufenden
Materalien während des Fertigungsprozesses zu schaffen, das obengenannte Nachteile
vermeidet und eine automatische Fehlersortierung ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß beim Empfang
eines Fehlerechos ein Magnetisierungskopf den vorbeilaufenden Prüfling in definierter
Polaritätsfolge magnetisiert und daß die durch Remanenz verbliebenen magnetisierten
Stellen bei der Fehlersortierung mit einem Empfangskopf abgenommen werden und eine
Auswertung, z. B. Steuerung eines Sortiermechanismus, ermöglichen.
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Eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Kennzeichnung sieht vor, neben
dem Sende-Empfangs-Kopf längs des Prüflings einen vom Sende-Empfangs-Kopf gesteuerten
Magnetisierungskopf in dem gleichen Abstand anzuordnen, wie bei der Fehlersortierung
neben einem Empfangskopf eine von diesem gesteuerte Farbspritzpistole angeordnet
ist.
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Dadurch ist es möglich, das Material auch durch Oberflächenbehandlungsprozesse
laufen zu lassen und danach bei der automatischen Fehlersortierung die genauen Orte
der Fehlerstellen durch Farbpunkte zu kennzeichnen.
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Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel wird die Erfindung an Hand von
zwei Figuren näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt die zur Erklärung der Erfindung notwendige Einrichtung
eines Stahldrahtziehprozesses mit den Einrichtungen zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung
und Fig. 2 eine Sortiervorrichtung mit Einrichtung zur Farbkennzeichnung der Fehlerstellen.
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Der Draht 1 wird von Spule 2 abgewickelt und in der Zieheinrichtung
3 auf einen kleineren Durchmesser gezogen. Nach Durchlaufen einer Rekristallisationsglüheinrichtung
4 läuft der Draht durch einen aus Senderspule 5 und Empfangs spule 6 gebildeten
Sende-Empfangs-Kopf. In gewissen Zeitabständen, die der Ziehgeschwindigkeit des
Drahtes angepaßt sind und die so groß sein müssen, daß Echowellen des vorhergehenden
Sendeimpulses abgeklungen sind, erregt der Steuersender 7 die Senderspule 5 mit
Impulsen. Infolge Magnetostriktion werden im Draht Schallwellen erzeugt, die sich
nach beiden Richtungen mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten. Treffen sie auf Fehlerstellen
oder Stoßstellen verschiedener Wellenwiderstände, werden sie ganz oder teilweise
reflektiert. Das Steuerglied 8 wertet, um einen begrenzten Prüfbereich zu erhalten,
nur die vom Empfänger abgenommenen Echowellen aus, die innerhalb einer begrenzten
Zeit T nach dem Sendeimpuls zurückkommen. Befindet sich eine Fehlerstelle 9 innerhalb
des Prüfbereiches T/2, so lösen die reflektierten Wellen, die mittels der Empfängerspule
6 abgenommen werden, im Steuerglied 8 eine Folge von Stromstößen aus, die den im
Abstand A vom Sende-Empfangs-Kopf angeordneten Magnetisierungskopf 10 erregen.
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Auf Grund der Polaritätsfolge (+) wird der Draht in entsprechender
Weise magnetisiert (Südpol,
Südpol, Nordpol). Es ist möglich, mit dieser Polaritätsfolge
eine Aussage über die Größe des Fehlers zu machen und damit eine Sortierung nach
Fehlergrößen vorzunehmen. Gleichzeitig wird durch Auswertung der von der Empfängerspule
6 aufgenommenen Energie der direkten Schallwelle der Senderspule 5 die gleichmäßige
Rekristallisation des Drahtes durch Kontrolle eines markanten Punktes der Magnetostriktionskennlinie
an dem Anschlag des Instrumentes 11 überwacht.
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Im weiteren technologischen Ablauf durchläuft der Draht ein Beizbad
12, um die Oberfläche von Zunderschichten, die durch das Rekristallisationsglühen
entstanden sind, zu befreien. Zu einem späteren Zeitpunkt kann in einer automatischen
Fehlersortierung der Fehler herausgeschnitten oder, wie in Fig. 2 dargestellt, durch
Farbpunkte gekennzeichnet werden, wenn es erforderlich ist, die Fehlerstelle ohne
technische Hilfsmittel bei der weiteren Verarbeitung des Drahtes zu erkennen.
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Wie Fig. 2 zeigt, wird der Draht an einen Empfangskopf 13, beispielsweise
einer Förstersonde, vorbeigeführt. Die durch Remanenz im Draht verbliebenen magnetischen
Stellen erregen die Förstersonde, die ihrerseits Stromstöße in der vorigen Polaritätsfolge
(- - an das Steuerglied 14 liefert. Stimmt die Polaritätsfolge mit der vorgewählten
überein, so löst das Steuerglied 14 eine auf den Draht gerichtete Farbspritzpistole
15 aus. Da die Farbspritzpistole im gleichen Abstand A von der Förstersonde 13 wie
der Magnetisierungskopf 10 von dem Sende-Empfangs-Kopf 5/6 entfernt ist, wird der
Farbpunkt genau an die Fehlerstelle gespritzt. Bei einer weiteren Verarbeitung des
Drahtes in Automaten ist es möglich, durch die von einer angeordneten Förstersonde
gelieferten Stromstöße einen Steuervorgang auszulösen und das fehlerhafte Drahtstück
auszuschneiden.