DE1473457B2 - Verfahren und vorrichtung zur zerstoerungsfreien pruefung von walzgut aus stahl auf oxydeinschluesse, insbesondere im durchlaufverfahren - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur zerstoerungsfreien pruefung von walzgut aus stahl auf oxydeinschluesse, insbesondere im durchlaufverfahren

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Description

Die zerstörungsfreie Prüfung von Walzgut aus Stahl auf innere Fehler, insbesondere auf Hohlräume wie Lunker, Poren, Dopplungen und Oxydeinschlüsse, erfolgt üblicherweise mit dem Radiometrieverfahren (mittels Röntgenstrahlung oder Gammastrahlung) bzw. mit dem Ultraschallverfahren.
Mit dem Radiometrieverfahren gelingt die Ermittlung und Lokalisierung von Hohlräumen, wenn deren Ausdehnung in Durchstrahlungsrichtung mindestens etwa 1% des durchstrahlten Walzgutes beträgt. Das Radiometrieverfahren kann sowohl stationär als auch kontinuierlich angewendet werden (vgl. die Literaturstelle »Stahl und Eisen«, Bd. 79, 1959, Nr. 22, S. 1637 bis 1646, und »Technische Mitteilungen«, 53. Jahrgang, 1960, H. 4, S. 162 bis 168, und H. 5, S. 213 bis 216). Bei dem Ultraschallverfahren wird der Durchgang des Ultraschalls und die damit gekoppelte Reflexion, die im allgemeinen gemessen wird, schon von wesentlich kleineren Hohlräumen beeinflußt. ' ' ...
Nachteilig ist sowohl bei dem Radiometrieverfahren als auch bei dem Ultraschallverfahren, daß bei ermittelten Hohlräumen nicht unterschieden werden kann, ob es sich um Hohlräume ohne Oxydeinschlüsse oder um Hohlräume mit Oxydeinschlüssen handelt. Häufig sind jedoch nur Hohlräume mit Oxydeinschlüssen schädlich, da bei der weiteren Verarbeitung des Walzgutes, z.B. in weiteren folgenden Walzstufen oder beim Schmieden, Hohlräume ohne Oxydeinschlüsse, z. B. Poren oder Lunker, verschweißen, während Walzgut, das Hohlräume mit Oxydeinschlüssen aufweist, von geringer Qualität bzw. überhaupt nicht verwendbar ist. Bei dem Radiometrieverfahren ist außerdem von Nachteil, daß nur Walzgut bis zu einer bestimmten maximalen Dicke geprüft werden kann, daß z. B. Rohblöcke mit einer Dicke von 700 bis 800 mm nicht geprüft werden können, während bei dem Ultraschallverfahren als weiterer Nachteil hinzukommt, daß zwischen dem Walzgut und der Vorrichtung zur Durchführung des Ultraschall-Verfahrens ein mechanischer Kontakt erforderlich ist, so daß die Prüfung nicht bei hohen Temperaturen des Walzgutes durchgeführt werden kann.
Im übrigen ist das Prinzip der Aktivierungsanalyse allgemein und speziell die Aktivierungsanalyse durch Neutronenbestrahlung und anschließende Messung der entstehenden Gammastrahlung z. B. bei der Sauerstoffanalyse von Stahlproben (vgl. die Literaturstellen »Nucleonics«, Bd. 20, März 1962, S. 54 bis 59, und »Analytical Chemistry«, Bd. 34, Nr. 2, Februar 1962, S. 185 bis 187) und bei Mangananalyse in fertigen Werkstücken (vgl. die USA.-Patentschriften 3 025 399 und 3 025 400) bekannt. Die Probleme um . fä die zerstörungsfreie Prüfung von Walzgut aus Stahl ^; auf Oxydeinschlüsse sind durch diese an sich bekannten Maßnahmen nicht beeinflußt worden.
Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Prüfung von Walzgut auf Fehler, die sich auf die Qualität und die Verwendbarkeit des fertigen Walzproduktes nachteilig auswirken, also zur Prüfung auf Oxydeinschlüsse, anzugeben, das frühzeitig, d. h. bereits nach der ersten Walzstufe im mehrstufigen Walzprozeß, angewendet werden kann, so daß das mit solchen Fehlern behaftete Walzgut aus dem weiteren Walzprozeß herausgenommen werden kann, weitere Walzstufen also nicht mehr durchläuft; dabei soll das anzugebende Verfahren, der Natur des Walzprozesses entsprechend, insbesondere im Durchlaufverfahren anwendbar sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Walzgut aus Stahl auf Oxydeinschlüsse, insbesondere im Durchlaufverfahren, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgut bereits , als Rohblock, spätestens aber als Vorblock oder Vorbramme, für einige (10 bis 30) Sekunden mit schnellen Neutronen in an sich bekannter Weise bestrahlt wird und unmittelbar danach nur die nahezu monoenergetische Gammastrahlung, die beim Zerfall der Stickstoffatome N16 entsteht, registriert wird.
Die Ermittlung und/oder die Lokalisation der Oxydeinschlüsse kann in üblicher Weise mit photographischen Platten oder Filmen, Gammadetektoren, z.B. in Form von Szintillationszählern od. dgl., durchgeführt werden. Die Gammastrahlung wird nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung in verschiedenen Richtungen gemessen, wobei aus der Richtungsabhängigkeit ihrer Absorption die Lage der Oxydeinschlüsse ermittelt werden kann.
Die schnellen Neutronen, mit denen das zu prüfende Walzgut bestrahlt wird, werden von dem Walzgut praktisch nicht absorbiert, so daß ohne weiteres auch Rohblöcke beliebiger Dicke nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, geprüft werden können. Gleichwohl ist eine Abschirmung gegen die verwendeten Neutronenstrahlen leicht möglich und erfolgt üblicherweise mit leichten Elementen, wie Paraffin, Wasser, hochborlegierten Stählen usw.
1 473 4b /
3 4
Treffen die Neutronen auf Sauerstoffatome, so Photokatode8 und Sekundärelektronenvervielfacher
werden die Sauerstoffatome nach der Reaktion angebracht. Im Anodenkreis des Sekundärelektronen-
Olß (n, p) Nie in radioaktive Stickstoffatome ver- vervielfachers 9 liegt ein Registriergerät 10. Die über
wandelt, die unter Emission einer sehr harten eine bestimmte Zeit integrierte Messung der Gamma-
Gammastrahlung von etwa 6 MeV wieder zerfallen. 5 strahlen entspricht unmittelbar der Anzahl aktivierter
Die entstehende Gammastrahlung hat eine sehr große Stickstoffatome. Dem Registriergerät 10 ist ein
Reichweite, so daß sie außerhalb des zu prüfenden Gammaspektrometer 11 vorgeschaltet, das nur die
Walzgutes unschwer gemessen werden kann. Die nahezu monoenergetische Gammastrahlung, die beim
Halbwertzeit der radioaktiven Stickstoffatome ist mit Zerfall von N16 entsteht, durchläßt. Damit wird der
rund 7 Sekunden so kurz, daß mit hoher örtlicher io Untergrund wesentlich herabgesetzt und die Emp-
Auflösung im Durchlaufverfahren geprüft werden findlichkeit erhöht.
kann. Nichtsdestoweniger bleibt nach Beendigung Der gesamte Szintillationszähler ist durch eine der Prüfung praktisch keine gefährliche Gamma- Abschirmung 12 vor dem direkten Neutronenstrahl 4 strahlung zurück. Da die höchstmögliche Empfind- geschützt. Die Abmessungen der Abschirmung 12 lichkeit, die etwa 10~7 g Sauerstoff beträgt, bereits 15 sind so zu wählen, daß sie gleichzeitig als Neutronennach einigen Halbwertszeiten Bestrahlung erreicht falle dient und damit eine radioaktive Verseuchung wird, kann mit einigen (10 bis 30) Sekunden ge- der Umgebung verhindert.
arbeitet werden. Bei einer stationären Vorrichtung erfolgen Be-
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind strahlung und Messung im allgemeinen nacheinander.
Vor allem darin zu sehen, daß das erfindungsgemäße 20 Dabei wird einmal eine Störung der Messung durch
Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Walz- unmittelbare Neutronenstrahlen ausgeschaltet, und
gut aus Stahl auf Oxydeinschlüsse auf einfache Weise zum anderen kann durch alleinige meßwirksame
sowohl an heißem, sogar glutheißem als auch an Ausnutzung der dem Zerfallgesetz des Stickstoff-
» kaltem Walzgut und ohne weiteres auch bereits' an atoms N16 genügenden Gammastrahlung der Unter-
' Rohblöcken durchgeführt werden kann. Im Gegen- 25 grund weiter reduziert werden.
satz zu den bekannten Radiometrie- und Ultra- Bei einer kontinuierlichen Prüfung wird das vor-
schallverfahren werden nur Hohlräume mit Oxyd- beschriebene zeitliche Nacheinander durch eine ört-
einschlüssen ermittelt, während Hohlräume ohne liehe Versetzung von Strahlungsquelle und Empfän-
Oxydeinschlüsse, die in weiteren Walzstufen oder ger in Bewegungsrichtung des Walzgutes erreicht.
beim Schmieden verschweißen können, nicht ange- 30 Die Abstimmung auf die jeweilige Geschwindigkeit
zeigt werden. . des Walzgutes erfolgt zweckmäßigerweise durch
Weitere Einzelheiten der Erfindung, insbesondere Verschiebung des Empfängers in der Bewegungs-
auch in vorrichtungsmäßiger Hinsicht, werden im richtung des Walzgutes.
folgenden an Hand einer Zeichnung ausführlicher Die dargestellte Anordnung der Strahlungsquelle erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch eine 35 und des Empfängers ist im Gegensatz zur herkömmnach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende liehen Radiographie nicht zwangläufig. Es ist gerade Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von Walz- ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß gut auf Oxydeinschlüsse. die Oxydeinschlüsse 6 Gammastrahlung nach allen ■_ Die in der Figur schematisch dargestellte Vor- Seiten emittieren, so daß der Empfänger auch seitlich richtung besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau 40 oder auf der Einstrahlseite angeordnet werden kann, aus einer Strahlungsquelle, ausgeführt als Neutronen- Ebenso kann mit mehreren parallelgeschalteten generator 1 bekannter Bauart, dessen letzte Stufe Empfängern, die an verschiedenen Seiten des WaIzim Prinzip dargestellt ist. Ein Ionenstrahl 2 fällt auf gutes angeordnet sind, eine erhöhte Empfindlichkeit ein Target 3, im vorliegenden Falle vorwiegend aus erreicht werden oder durch Vergleich der aus verTritium, in dem nahezu ausschließlich schnelle Neu- 45 schiedenen Richtungen empfangenen Gammastrahtronen entstehen. Der Neutronenstrahl 4 durchdringt lung eine Lokalisierung innerhalb des Querschnittes das Walzgut, im vorliegenden Falle den Vorblock 5, des Walzgutes erfolgen.
und trifft dabei auch auf die Oxydeinschlüsse 6. Die In der eingangs erläuterten Weise wird also in der
Sauerstoffatome der Oxydeinschlüsse 6 werden nach beschriebenen Anlage das zu untersuchende Walzgut
der Reaktion O16 (n, p) N16 in radioaktive Stickstoff- so zunächst mit schnellen Neutronen, für einige (10 bis
atome umgewandelt, die unter Emission harter 30) Sekunden bestrahlt, und dann werden mit an
Gammastrahlen zerfallen. Unterhalb des Vorblocks 5 sich bekannten Mitteln die durch die Bestrahlung
ist in der schematischen Darstellung als Empfänger gebildeten gammastrahlenden Oxydeinschlüsse ermit-
ein Szintillationszähler mit Szintillationskristall 7, telt und lokalisiert.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Walzgut aus Stahl auf Oxydeinschlüsse, insbesondere im Durchlaufverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgut bereits als Rohblock, spätestens aber als Vorblock oder Vorbramme, für einnige (10 bis 30) Sekunden mit schnellen Neutronen in an sich bekannter Weise bestrahlt wird und unmittelbar danach nur die nahezu monoenergetische Gammastrahlung, die beim Zerfall der Stickstoffatome N16 entsteht, registriert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung und/oder die Lokalisation der Oxydeinschlüsse mit photographischen Platten oder Filmen, Gammadetektoren, z. B. in Form von Szintillationszählern od. dgl., durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gammastrahlung in verschiedenen Richtungen gemessen und aus der Richtungsabhängigkeit ihrer Absorption die Lage der Oxydeinschlüsse ermittelt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die prüfungsfunktionelle Vereinigung eines für die Bestrahlung von Walzgut eingerichteten Neutronengenerators (1) üblicher Bauart mit einem nachgeschalteten Gammadetektor, z. B. einem Szintillationszähler.
DE19621473457 1962-04-04 1962-04-04 Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von Walzgut aus Stahl auf Oxydeinschlüsse, insbesondere im Durchlaufverfahren Expired DE1473457C3 (de)

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