DE1201088B - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln von Fehlstellen in Festkoerperoberflaechen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIn

Deutsche Kl.: 42 k- 46/10

Nummer: 1201088

Aktenzeichen: U9595IXb/42k

Anmeldetag: 21. Februar 1963

Auslegetag: 16. September 1965

Diese Erfindung betrifft die Fehlstellenermittlung in Oberflächen von festen Gegenständen.

Bekannte Verfahren zum Aufdecken von Oberflächenfehlern beruhen auf der Anwendung von eindringenden Flüssigkeiten, die in die Fehlstellen, wie Risse und Löcher, hineinfließen, und der nachfolgenden Aufbringung einer zweiten Substanz, um eine visuelle Anzeige zu ergeben, ob Spuren der Flüssigkeit in eine Fehlstelle eingedrungen sind. Ähnliche Verfahren benutzen die selektive Strahlung der Eindringflüssigkeit für ihren Nachweis in den Fehlstellen. Jedes dieser bekannten Verfahren hat insofern Mängel, als visuelle Beobachtung durch geschultes Personal notwendig ist. Die Beseitigung dieses Mangels ist Aufgabe der Erfindung, wozu bezüglich des Verfahrens die im Anspruch 1 und bezüglich der Vorrichtung die im Anspruch 12 gekennzeichneten Maßnahmen ergriffen werden.

In der folgenden Beschreibung und an Hand der Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die auch das Verfahren erkennen läßt,

F i g. 2 eine schematische Ansicht einer abgewandelten Form des Nachweisorgans der Vorrichtung nach F i g. 1,

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform zum Gebrauch an Gegenständen bei angehobenen Temperatüren,

F i g. 4 eine schematische Ansicht einer abgewandelten Form des Nachweisorgans der Vorrichtung nach Fig. 3.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Ermitteln von Oberflächenfehlern an Gegenständen bei Umgebungstemperatur wird eine halogenhaltige Flüssigkeit auf die Gegenstandsoberfläche aufgebracht. Diese dringt in die Fehlstellen ein. Danach wird die nicht in irgendeinen Oberflächenfehler eingedrungene Flüssigkeit, im folgenden als Überschußflüssigkeit bezeichnet, entfernt. Die in die Fehlstellen eingedrungene Flüssigkeit überläßt man dann entweder ihrer Eigenverdampfung oder der Verdampfung durch Hitze in die Außenluft. Die An-Wesenheit solchen Dampfes wird durch einen Halogendetektor nachgewiesen. Die zur Ausführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung ist in F i g. 1 im Zusammenhang mit einer Rollenbahn 10 für die Gegenstände 11, beispielsweise Stahlblöcke, zu sehen.

Die Vorrichtung enthält vier Stationen A, B, C und D, an denen ein Block der Reihe nach vorüberwan-Verfahren und Vorrichtung zum
Ermitteln von Fehlstellen in
Festkörperoberflächen

Anmelder:

United States Steel Corporation, Pittsburgh, Pa.
(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. M. Licht und Dr. R. Schmidt,

Patentanwälte, München 2, Theresienstr. 33

Als Erfinder benannt:

William Leslie Roberts, Murrysville, Pa.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 23. Februar 1962 (174 943)

dert. Der Block 11 ist an der Station A in ausgezogenen Linien und an den Stationen B, C und D in gebrochenem Umriß dargestellt. An der Station A wird eine flüssige, halogenhaltige Verbindung, vorzugsweise 1,1,1-Trichloräthan, auf die Oberfläche des Blocks mit Hilfe einer geeigneten Brause 20 gesprüht, die mit einer entsprechenden Trichloräthanquelle (nicht gezeigt) verbunden ist. Das Trichloräthan breitet sich über der Oberfläche des Blocks aus und dringt in sämtliche Oberflächenfehlstellen ein.

Nachdem die Flüssigkeit an der Station/1 aufgetragen worden ist, wird der Block zur Station B bewegt, wo die Überschußflüssigkeit entfernt wird. An der Station B ist eine Luftdüse 24 vorgesehen, die mit einer entsprechenden Druckluftquelle (nicht gezeigt) Verbindung hat. Während der Block an der Luftdüse 24 vorbeigeht, wird gegen seine Oberfläche Druckluft gerichtet, die im wesentlichen den gesamten Überschuß von Trichloräthan austreibt, jedoch nicht das Trichloräthan entfernt, das in die Oberflächenfehlstellen eingedrungen ist. Infolgedessen ist der Block nach Vorbeigang an der Station B frei von allem Trichloräthan mit Ausnahme dessen, das in die Oberflächenfehlstellen eingedrungen ist. Obwohl vorgezogen wird, die Oberfläche durch eine Luftdüse zu trocknen, ist es auch möglich, den Überschuß von Trichloräthan von der Oberfläche lediglich dadurch

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verdampfen zu lassen, daß die Oberfläche der Außenluft ausgesetzt wird. Obwohl dies langsamer als die Düsentrocknung geht, verdampft doch der Überschuß an Trichloräthan schnell und läßt eine gewisse Menge von Flüssigkeit in jeder Oberflächenfehlstelle. Hieraus erkennt man, daß das Entfernen des Überschußmaterials entweder durch mechanische Trocknung oder lediglich durch Verdampfenlassen geschehen kann.

Von der Station B geht der Block zur Station C, wo er durch eine an eine Stromquelle 29 angeschlossene Induktionsspule 28 erhitzt wird. Diese Erhitzung ist nur in Fällen vorgesehen, in denen das Eindring— mittel bei Umgebungstemperatur einen niedrigen Dampfdruck hat.

Unmittelbar nach der Erhitzung des Blocks durch die Heizspule 28 oder während des Aufsteigens von Dampf aus den Oberflächenfehlstellen geht der Block unter einem Halogendetektor 30 an der Station D vorbei. Der Detektor 30 enthält ein Ansaugrohr 32, dessen eines Ende in der Nähe der Blockoberfläche liegt und dazu bestimmt ist, Dampf von der Blockoberfläche wegzuziehen. Befindet sich in dem Dampf irgendeine halogenhaltige Verbindung, so zeigt der Detektor 30 die Anwesenheit dieses Dampfes an.

In der F i g. 2 ist eine Abwandlung der Station D gezeigt. Bei dieser Abwandlung sieht man eine Anzahl von Halogendetektoren 30, deren jeder ein Ansaugrohr 32 hat. Die Rohre sind so angeordnet, daß sie in Reihe quer über der Oberfläche eines Blocks liegen, wenn dieser durch die Station D geht. Bei dieser Art der Anordnung ist nicht nur die Längskoordinate eines Fehlers festzustellen, sondern auch dessen Querlage. Dies wird besonders gewünscht, wenn die Oberflächenfehler beispielsweise durch Flämmen entfernt werden sollen und Flämmbrenner Verwendung finden, die von den Detektoren gesteuert werden, oder wenn die Fehler durch Farbspritzen markiert werden sollen. Wenn der Block breit ist, zieht man vor, nicht die gesamte Breite zu flämmen, wie es bei Verwendung eines einzigen Detektors erforderlich wäre, sondern statt dessen nur den Abschnitt mit dem Fehler zu flämmen oder für das spätere Flämmen zu markieren. Es ist also im Falle breiter Blöcke oder Platten erwünscht, die in F i g. 2 gezeigte Abwandlung zu benutzen. Außerdem kann man durch richtige Werkzeuganordnung das Profil des Fehlers eng eingrenzen. Dies kann durch stetige Aufzeichnung der Anzeigen eines jeden der Detektoren 30 geschehen. Man kann auch über die Anzeigen der Detektoren integrieren, um ein Bild über die allgemeine Qualität einer Anzahl von Prüflingen zu gewinnen.

Obwohl die F i g. 1 und 2 die Einrichtung für einen Betrieb lediglich an der oberen Fläche des Blocks zeigen, kann man Brausen, Düsen und Aufdecker geeignet anordnen und so die Flüssigkeit auf beliebig viele oder alle Oberflächen gleichzeitig sprühen, den Überschuß entfernen und die Fehler an beliebig vielen oder allen Oberflächen bei einem einzigen Durchgang des Blocks durch das Gerät aufdecken.

In F i g. 3 ist nun eine Einrichtung zum Aufdecken von Oberflächenfehlern in einem Gegenstand bei gesteigerten Temperaturen im Zusammenhang mit einer Duoreversier-Vorwalzstraße zum Herstellen von Stahlknüppeln zu sehen. Diese Einrichtung ist dazu bestimmt, schmelzbare, flüchtige Chemikalien, wie Salze, auf der Oberfläche der Blöcke oder teilgewalzten Knüppel aufzutragen. Die Chemikalien werden so ausgewählt, daß sie Elemente enthalten, die deutlich unterscheidbare spektroskopische Eigenschaften beim Verdampfen zeigen. Das Salz schmilzt, wenn es in Berührung mit dem heißen Block kommt und dringt in sämtliche Oberflächenfehlstellen ein. Das Überschußsalz wird entfernt, und die Hitze des Knüppels läßt das in den Fehlstellen aufgefangene Salz verdampfen. Flammen streichen über die Oberfläche des Knüppels und enthüllen bei ihrer Berührung mit Salzdämpfen deren Anwesenheit durch das Element, das der Flamme eine unterscheidbar charakteristische Farbe gibt.

Die Einrichtung der Fig; 3 hat Stationen A', B' und C", durch die ein Block oder Knüppel der Reihe nach durchgeht. An der Station A' ist ein Trichter 40 vorgesehen und so eingerichtet, daß er Salz auf die Oberfläche eines darunter vorbeigehenden Blocks (oder Knüppels) streut. Von der Station A' wird der Block an die Station B' geliefert. Die Station B' enthält ein Paar von Umkehrwalzen 42, die sich eignen, Knüppel aus Blöcken zu walzen. Das Walzen hilft dem geschmolzenen Salz, in die Oberflächenfehlstellen einzudringen, die beim Beginn des Walzens ziemlich weit geöffnet sind. Während des Walzens des Knüppels bildet sich an diesem zwischen aufeinanderfolgenden Durchgängen Walzzunder. Zwischen aufeinanderfolgenden Durchgängen kann eine Dicke von etwa 0,8 mm abblättern. Dieser Walzzunder wird während der Walzarbeit abgeschlagen und nimmt sämtliches Überschußsalz von der Oberfläche des Knüppels mit weg. Es sind auch herkömmliche Abzunderdüsen 44 vorgesehen. Walzzunder wird ebenfalls durch die Behandlung des Knüppels zwischen aufeinanderfolgenden Durchgängen während des Walzens entfernt.

Von der Walzstation B' wird der Knüppel an die Station C" geliefert. Die Station C" enthält eine Flämmdüse46, die eine im wesentlichen farblose Flamme gegen die Oberfläche des Knüppels richtet. Koksofengas oder Hochofengas kann für diese Flamme benutzt werden. Begegnet diese Flamme dem Dampf, der aus dem in einer Oberflächenfehlstelle aufgefangenen Salz stammt, so nimmt sie die Farbe oder Farbeigenschaften der Dampfelemente an. Bei dem offenbarten Ausführungsbeispiel wird Natriumchlorid bevorzugt, das der Flamme die gut unterscheidbare gelbe Farbe des Natriums mitteilt. Die Anwesenheit dieser Farbe wird durch eine über dem Knüppel gelegene Photozelle 48 festgestellt. Die Photozelle 48 hat ein geeignetes Filter 50, um alles außer der charakteristischen Natriumstrahlung wegzufiltern. Die Photozelle 48 deckt die Anwesenheit von Natriumlinien im Spektrum auf und gibt dies als Signal weiter. Ein von der Photozelle 48 geliefertes Signal zeigt demnach an, daß unter ihr ein Oberflächenfehler vorbeigegangen ist.

In F i g. 4 ist noch eine Abwandlung der Einrichtung der F i g. 3 zu sehen, die der in F i g. 2 gezeigten Abwandlung von F i g. 1 ähnelt. In F i g. 4 sind mehrere Öffnungen 52 im Brenner 46 so vorgesehen, daß mehrere getrennte Flammen quer verteilt über den Knüppel streichen, wenn dieser unter dem Brenner 46 vorbeigeht. Mehrere Photozellen 48 sind über den Flammen vorgesehen und über die Knüppelbreite verteilt. Jede dieser Photozellen 48 enthält ein Filter 50 und vorzugsweise einen Kollimator 54. Diese Zellen decken dann die Anwesenheit von Natriumlinien in der Flamme unmittelbar unter ihnen auf. Das Signal der Photozellen kann benutzt werden, um Flamm-

brenner oder Markierer in Tätigkeit zu setzen, wie bei der Ausführungsform der F i g. 2, oder man kann in der beschriebenen Weise ein Profil der Fehlerverteilung erhalten.

Claims (21)

5 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ermitteln von Oberflächenfehlern an festen Gegenständen, gekennzeichnet durch folgende Stufen: Aufbrin- gen (A, A') eines verdampfbaren Materials auf der Oberfläche des Gegenstandes (11), wobei dieses Material die Eigenschaft hat, in die Oberflächenfehlstellen des Gegenstandes einzudringen, danach Entfernen (B, A4t) im wesentlichen des gesamten an der Oberfläche haftenden Materials, sodann Überführen (C) des Gegenstandes in einen Zustand, bei dem das in etwaigen Fehlstellen verbliebene Material verdampft, und Nachweisen (D, C) der Dämpfe, die aus dem Material in den Fehlstellen entweichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Ermitteln von Oberflächenfehlern an festen Gegenständen bei Umgebungstemperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfbare Material eine Flüssigkeit ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung der Flüssigkeit in den Oberflächenfehlstellen durch Eigenverdampfung geschieht.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung der Flüssigkeit durch Anwendung von Hitze bewirkt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit einen fluchtigen Halogengehalt hat und daß das verdampfte Material mit Hilfe eines Halogendetektors nachgewiesen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit 1,1,1-Trichloräthan ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1 zum Ermitteln von Oberflächenfehlern an einem festen Gegenstand bei angehobenen Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfbare Material bei der Temperatur dieses Gegenstands schmelzbar ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Material im Gaszustand Strahlungseigenschaften hat, die sich erkennbar von denen des Gegenstandes unterscheiden, und daß die Anwesenheit von Dampf mit Hilfe dieser Strahlungseigenschaften festgestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfbare Material spektroskopisch nachgewiesen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzbare Material ein Natriumsalz enthält und daß der Natriumsalzdampf über die Verfärbung einer Flamme nachgewiesen wird, die selbst frei von den Spektralfarben des Natriums ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Natriumsalz Natriumchlorid ist.

12. Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (20, 40), um ein verdampfbares Material auf den zu prüfenden Gegenstand (11) aufzutragen, und durch Mittel (30, 48) zum Nachweis der Dämpfe, die von dem in die Oberflächenfehlstellen eingedrungenen Material entweichen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Mittel (24, 44) zum Entfernen des an der Oberfläche des Gegenstandes haftenden Materials.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 zum Ermitteln von Oberflächenfehlern an festen Gegenständen bei Umgebungstemperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Auftragen des verdampfbaren Materials (20) für die Auftragung von verdampfbarer Flüssigkeit konstruiert sind.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernungsmittel Druckluftdüsen (24, 44) enthalten, um das überschüssige Flüssigkeitsmaterial von der Oberfläche wegzublasen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer halogenhaltigen Flüssigkeit die Nachweismittel (30, 32) derart ausgebildet sind, daß sie auf halogenhaltige Dämpfe ansprechen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Mittel (28, 29) zum Erhitzen des Materials, das in Oberflächenfehlstellen eingedrungen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmittel eine Heizspule (28) enthalten.

19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 und 13 zum Ermitteln von Oberflächenfehlern an festen Gegenständen bei angehobenen Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (40) zum Anbringen von verdampfbarem Material der Verwendung eines festen, beispielsweise körnigen Materials, das bei der Temperatur des Gegenstands schmelzbar ist, angepaßt sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (46) vorgesehen sind, um das Material zur Aussendung seiner charakteristischen Strahlung zu veranlassen, und daß die Nachweismittel (48, 50, 54) für die Dämpfe derart ausgebildet sind, daß sie auf diese Strahlung ansprechen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Anregen (46) und Nachweis (50, 54) der charakteristischen Strahlung der Dämpfe von Lichtspektroskopischer Art sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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