DE1473522A1

DE1473522A1 - Wirbelstrom-Pruefanordnung fuer ferromagnetische Werkstuecke

Info

Publication number: DE1473522A1
Application number: DE19621473522
Authority: DE
Inventors: Flaherty John J; Mountz John M
Original assignee: Magnaflux Corp
Current assignee: Magnaflux Corp
Priority date: 1961-12-04
Filing date: 1962-12-03
Publication date: 1968-12-05
Also published as: US3271664A; GB1030687A

Description

Wirbelstrom-Prüfanordnung für ferromagnetische Werkstücke Die Erfindung bezieht sich auf eine Wirbelstrom-Prüfanordnung und insbesondere auf eine Anordnung, die mit hoher Genauigkeit und Betriebssicherheit eine Bestimmung der Eigenschaften eines Prüflings zuläßt und mit hoher Empfindlichkeit das Auffinden von Inhomogenitäten in dem Prüfling ermöglicht, und zwar insbesondere solcher Inhomogenitäten, die unter der Oberfläche des Prüflings liegen.
Es sind Wirbelstrom-Prüfanordnungen bekannt geworden, bei denen eine wechseistromerregte Spule in der Nähe der Oberfläche eines Prüflings angeordnet ist, um in diesem ein sich veränderndes Mag@@@@ele und Wirbelströöme zu induzieren, wobei die Eigenschaften des Prüflings und das Vorhandensein von Inhomogenitäten durch Messung der durch das sich verändernde Peld und die Wirbelströme induzierten Spannungen entweder in der wechselstromerregten Spule oder in einer oder mehreren, von der wechselstromerregten Spule getrennten Spulen bestimmt werden.
Derartige Anordnungen haben sich in zahlreichen Fällen als außerordentlich befriedigend erwiesen, in anderen Fällen ergaben sich jedoch Dchwierigkeiten insbesondere bei der Prüfung von Eisenwerkstoffen mit magnetischen Eigenschaften. Bei einem Versuch zur Untersuchung derartiger Werkstoffe wurde eine Gleichstrom-Vormagnetisierung mit hoher Intensität angewendet mit dem Ziel, das ferromagnetische Werkstück zu sättigen, um es im wesentlichen unmagnetisch zu machen. In gewissen Fällen führt die Anwendung einer Sättigungsvormagnetisierung zu einer befriedigenden Messung. In anderen Fällen jcdoch laßt die cssung zu wünschen übrig.
Die Erfindung grtindet sich zum Teil auf die Entdeckung, daß eine merkliche Verbesserung der Ergebnisse in vielen Fällen dadurch erlangt werden kann, daß eine Intensität der Vormagnetisierung innerhalb eines kritischen Bereiches von Werten benutzt wird, die gegenüber den bisher benutzten Werten sehr niedrig sind, wobei diese Werte den magnetischen Eigenschaften des Prüflings entsprechen. Es ist möglich, Inhomogenitäten aufzudecken, die in einer wesentlichen Entfernung unter der Oberfläche eines Prüflings liegen, und es ist ebenso möglich, eine empfindlichere Anzeige von Oberflächeninhomogenitäten zu erlangen.
Wesentliche Einzelmerkmale der Erfindung beiehen sich auf ein Gerät und Verfahren zur Erlangung der optimalen Vormagnetisierung.
Weitere wichtige Merkmale der Erfindung beziehen sich auf ein Magnetjoch und eine Prüfspulausbildung zur Erlangung der optimalen Vormagnetisierung und einer hohen Empfindlichkeit.
Weitere wichtige Merkmale der erfindung bestehen in der Anordnung getrennter Streufeld- unci Wirbelstrom-betektorstufen.
Die Streufeld-etektorstufe spricht ruf sich relativ langsam ändernde Signale an, z.B. solche, die während der Bewegung eines Prüflings induziert werden, index unter einer Prüfspule ein Teil des Prüflings hindurchgeführt wird, der eine Störung des Vormagnetisierungsfeldes bewirkt. Die Wirbelstrom-Detektorstufe spricht nicht auf solche sich langsam a%ncernäe signale an, sondern nur auf wirbelstrominduzierte Signale. Durch eine derartige Trennung wird es möglich, die Eigenschaften eines Werkstückes mit hoher Genauigkeit, Empfindlichkeit und Betriebssicherheit zu bestimmen.
Weitere wichtige Merkinale der Erfindung beziehen sich auf eine Schalungaanordnung zur Erhöhung der Empfindlichkeit, Genauigkeit und Betriebssicherheit einer solchen Anordlung.
Weitere Ziele, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von AusfUhrungsbeispielen len an Hand der Zeichnung, die bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. In der ieichnung zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Prüfanordnung'gemäß der Erfindung, die zur Prüfung von Stäben oder Rohren bestimmt ist, Fig. 2 einen Schnitt einer Spulenanordnung des in Fig .1 dargestellten Systems nach der Linie II-II gemäß Fig.1 in größerem Maßstab, Fig. 3 ein SchaLtbild eines Erregunge- und Meßkrelse8+ der in Fig. 1 dargestellten Anordnung, Fig. 4 eine graphische Darstellung, die qualitativ veranschaulicht, wie sich die Ausgangsspannung mit dem Vormagnetisierungsetrom unter bestimmten Betriebebedingungen der Anordnung gemäß Fig.1 bis 3 ändert, Fig. 5 eine graphische Darstellung der magnetischen Eigenschaften eines typischen Prüflinge, Fig. 6 eine Ansicht, die eine abgeänderte Prüfspule und eine Vormagnetisierungsanordnung veranschaulicht, die an Stelle der in Fig.1 und 2 dargestellten benutzt werden kann, Fig. 7 einen Schnitt im wesentlichen nach der Linie VII-VII gemäß Fig. 6, welche die Orientierung der Prüfspulen darstellt, Fig. 8 eine der Fig.7 ähnliche Ansicht, die eine abgewandelte Orientierung von

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veranschaulicht, Fig. 9 eine.Ansicht einer weiteren Prüfspulen- und Vormagnetisierungsanordnung, die an Stelle der in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnung benutzbar ist, Fig.1O eine Ansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Prüfspulen- und Vormagnetisierungsanordnung veranschaulicht, die an Stelle der Anordnung gemäß Fig.1 und 2 verwendbar ist, Fig.11 eine Ansicht einer Prüfspulen- und Vormagnetisierungsanordnung, die an Stete der in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnung zur Prüfung von Werkstücken mit flacher Oberfläche od. dgl. verwendbar ist, Fig.12 eine Ansicht einer weiteren Prüfspulen- und Vormagnetisierungsanordnung, die an Stelle der in den Fig.1 und 2 dargestellten Anordnung zur Prüfung eines Prüflings mit flacher Oberfläche od. dgl. benutzbar ist, Fig.13 einen Schnitt im wesentlichen längs der linie XIII-XIII gemäß Fig.12, Fig.14 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines Differentialverstärkers, der in Verbindung mit der Schaltung nach Fig.3 benutzbar ist.
Mit dem Bezugszeichen 10 ist allgemein eine bevorzugte Ausführungsform einer Prüfspulenanordnung bezeichnet, die gemäß den Lehren der Erfindung ausgebildet und zur Prüfung eines zylindrischen Eisenkörpers 11 bestimmt ist, der die Gestalt einer massiven Stange oder eie Form eines hohlen Rohres, wie dargestellt, aufweisen kann. Das Rohr 11 kann z.B. aus Flachmaterial in zylindrische Form geboren werden, wobei die stumpf gegeneinander stoßenden Kanten in Form einer Naht versohweißt sind.
Die dargestellte Anordnung wird zur Prüfung der sich in Achsriohtung erstreckenden so erzeugten Schweißnaht benutzt.
Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung 10 weist eine Vormagnetisierungespule 12 auf, die das Rohr 11 umgibt und über ein Kabel mit einer einstellbaren Gleichstromquelle 13 verbunden ist und so einen Axialfluß in dem Rohr 11 in einer Richtung erzeugt.
Innerhalb der Vormagnetisierungsspule 12 sind drei Prüfspulen 14, 15 und 16 angeordnet und zwar dicht benachbart zu dem Rohr 11 und dieses umgebend. Die Spulen 14 bis 16 sind über ein mehradriges Kabel 17 an einen Erregungs- und Meßkreis 18 angeschlossen, der in Fig.3 dargestellt ist. Die mittlere Spule 15 iet an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen und die Endepulen 14 und 15 sind differentiell miteinander und mit einem Verstär ker- und Detektorkreis verbunden, wie es im einzelnen weiter unten beschrieben wird.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die Prüfipulen 14 bis 16 in Ringschlitzen einer Isolierhülse 19 aufgewickelt, die in einer weiteren Isolierhülse 20 betestigt ist, welch letztere ihrerseits in einer Hülse 21 angeordnet ist, die einen Kern bildet, auf dem die Vormagnetisierungswicklung 12 aufgewickelt ist.
Um eine Prüfung von Rohren unterschiedlicher Abmeesungen zu ermöglichen, können die Hülsen 19 und 20 zusammen mit den Spulen 14 bis 16 entfernt und durch eine ähnliche Anordnung ersetzt werden, die unterschiedliche Innenabmessungen aufweist.
Um das Magnetfeld der Vormagnetisierungsspule 12 in dem Rohr 11 zu konsentrieren, wird die Spule 12 von einem äußeren Zylinder 22 aus ferromagnetischem Werkstoff umgeben und ein Paar von Ringen 23 und 24 ebenfalls aus ferromagnetischem Werkstoff erstreckt sich radial von den entgegengesetzten Enden des äußeren Zylinders 22 nach innen. Ein weitere e Paar von Ringen 25 und 26 aus ferromagnetischem Werkstoff ist an den Enden der Hülsen 19 und 20 befestigt, die sich radial von den inneren Oberflächen der Ringe 23 und 24 nach Punkten in der Nähe der Oberfläche des Rohres 11 erstrecken.
Wie bereits erwähnt und nachstehend im einzelnen erläutert wird, ist die Intensität des Voriagnetisierungsflusses sehr wichtig.
Die Intensität des Vormagnetisierungsflusses kann durch Einetellung der Gleichapannungsquelle 13 und/oder durch den Abstand zwischen der inneren Oberfläche der Ringe 25 und 26 und der äußeren Oberfläche des Rohres 11 gesteuert werden. In dem letzteuren Fall sind vorzugsweise zwei Beilageringe 27 und 28 aus Kupfer oder anderem nicht-ferromagnetischem Werkstoff in den ringen 25 und 26 angeordnet, um die koaxiale Anordnung der Teile und eine ordnungsgemäße Plußverteilung aufrechtzuerhalten.
Die Ringe 25 bis 28 sind vorzugsweise entfernbar und gegen Ringe unterschiedlicher Dimensionen auswechselbar, um eine Anpassung an Stäbe oder Rohre unterschiedlicher Abmessungen zu ermöglichen und um unterschiedliche Werte des Vormagnetisierungsflusses erhalten zu können.
Gemäß Fig. 3 weist die Vormagnetisierungs-und Meßschaltung 18 einen einstellbaren Frequenzoszillator 30 auf, dessen Ausgangsklemmen mit einer Transformatorprimärspule 31 verbunden sind.
Eine Transformatorsekundärwicklung 32 ist an miteinander gekoppelte Wählschaltkontakte 33 und

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3

die mit festen Kontakten 35 und 36 zusammenwirken. Die Kontakte 35 und 36 sind an Klellimen 37 und 38 angeschlossen, die über Adern des Kabels 17 mit der mittleren Prüfspule 15 verbunden sind. Auf diese Weise wird ein Wechselstrom der mittleren Spule 15 zugeführt, um in denen Rohr 11 einen Wechselfluß und Wirbelströme zu induzieren und um in den Endspulen 14 und 16 eine Spannung zu induzieren.
Die Klemmen der Endsrulen 14 und 16 sind miteinander und über eine Ader des Kabels 17 an eine geerdete Klemme 39 angeschaltet.
Die anderen Klemmen der Spulen sind über Adern des Kabels 17 an kleben 41 bzw. 42 angeschaltet, die mit den EingEgsklemmen 43 und 44 eines Differentialvestärkers 45 verbunden sind. Auf diese Weise wird eine Differenz der den Hemmen 43 und 44 zugeführten Spannung gemäß Inhomogenitäten in den Magnetfeldern in den Bereichen der Spulen 14 und 16 erzeugt.
Um eine abgewandelte Betriebsweise zu erreichen, sind die Differentialspulklemmen 41 und 42 noch an zwei Schaltkontakte 47 und 48 angeschlossen, die mit den Kontakten 33 und 34 gekoppelt sind. Die Kontakte 47 und 48 wirken mit festen Kontakten zusammen, die mit Klemmen eines Paares angepaßter Impedanzen in Gestalt von Induktanzen 49 und 50 verbunden sind. Gleichzeitig wirkt der Kontakt 33 mit einem festen Kontakt 51 zusammen, der an die anderen Klemmen beider Induktanzen 49 und 50 angeschaltet ist. Der Kontakt 34 wirkt mit einem geerdeten Kontakt 52 zusammen. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform wird die Mittelspule 15 nicht benötigt und ein Wechselstromsignal wird den Spulen 14 und 16 über die Induktanzen 49 und 50 zugeführt.
Die relativen Ströme in den Spulen 14 und 16 und die relativen Spannungen über diesen Spulen werden durch die Charakteristiken anliegender Abschnitte des Stabes oder des Rohres beeinflußt und jede Inhomogenität in dem Stab oder Rohr erzeugt Differenzen der Spannungen an den Eingangsklemmen 43 und 44 des Differentialverstärkers 45.
Der Differentialverstärker 45 erzeugt an seiner Ausgangsklemme 51 ein der Differenz der Signale proportionales Signal. Er bewirkt vorzugsweise eine gleichförmige Verstärkung von Gleichstrom- und Wechselstromsignalen bis zu einer Frequenz, die wesentlich über der höchsten Betriebsfrequenz des Oszillators 30 mit veränderlicher Frequenz liegt. Dies ist wichtig für die Signaltrennung und für gl ; ichförmige genaue und reproduzierbare Messungen. Eine bevor 1irte Schaltung des Differentialverstärkers ist in Fig.14 Die Ausgangskler*me 53 des Differentialverstärker8 ist an Detektorstufen 55 bzw. 56 angeschlossen, die als "Streufeld-Detektorstufen und als Wirbelstrom-Detektorstufe" aus noch zu erläuternden Gründen bezeichnet werden sollen. Die Streudetektorstufe 55 weist eine Triode 57 auf, die in Kathodenfolge-Schaltung liegt.
Das Gitter der Triode 57 ist an die Ausgangsklemme des Differentialverstärkers 45 angeschlossen. Ihre Anode ist mit dem positiven Pol 58 einer Gleichspannungsquelle verbunden und ihre Kathode ist über einen Widerstand 59 geerdet.
Der Ausgang an der Kathode der Triode 57 wird einem Tiefpaß 60 in dorm einem

i wideratandeß

61 und zweier Neben8chluß-Kondensatoren 62 und 63 zugeführt, deren Werte so bemessen sind, daß Frequenzen bis zu einer Frequenz hindurchgelassen werden, die wesentlich geringer ist als die niedrigste Betriebsfrequenz des Oszillators 30. Der Ausgang des Tiefpasses 60 wird einem Meßgerät 64 und außerdem einer Ausgiigsklemme 65 zugeführt, die mit einer äußeren Warnvorrichtung oder einer anderen Anzeigeeinrichtung verbunden sein kann.
Die Wirbelstrom-Detektorstufe 56 weist eine Triode 67 auf, die in Kathodenfolge-Schaltung und deren Gitter mit der Ausgangsklemme 53 des Differentialverstärkers 45 verbunden ist, deren Anode an die Klemme 58 der Spannungsquelle angeschlossen iet und deren Anode über einen Widerstand 68 geerdet ist.
Das Ausgangssignal an der Kathode der Triode 67 wird einem Hochpaß 69 zugeführt, der einen Kondensator 70 und einen Wideretand 71 in Reihenschaltung aufweist, deren Werte derart bemessen sind, daß Frequenzen oberhalb einer Frequenz durchtreten können, die geringer ist als die niedrigste Betriebsfrequenz des Oseillators 30. Der Ausgang des Hochpasses 69 wird einer Gleichrichter- oder Demodulationsetufe 72 in Gestalt einer Diode 73 und eines Kondensators 74 zugeführt. Der Ausgang der Demudulatorstufe 72 wird über einen Widerstand 75,einem Meßgerät 76 und außerdem einer Klemme 77 zugeführt, die zum Anschluß an eine äußere Warn- oder eine andere Anzeigeeinrichtung dient. Parallel zu dem Meßgerät 76 liegen ein Kondensator 78 und ein Widerstand 79. die mit dem Widerstand 75 zusammenwirken, um die Zuführung von Hochfrequenzsignal-Komponenten nach dem Meßgerät zu vermindern.
Wie vorstehend erwähnt, wurde die Detektorstufe 55 als"Streufeld-Detektorstufew bezeichnet, während die Detektorstufe 56 als "Wirbelstrom-Detektorstufe" bezeichnet wurde. Die Detektorstufe 55 mit dem darin enthaltenen Tiefpaß 60 spricht nicht auf Spannungen an, die durch Wirbel ströme mit der Frequenz des Oszillatore induziert werden, sondern sie spricht nur auf sich relativ langsam ändernde Signale an, z.B, solche die während der Bewegung den Rohres 11 induziert werden, indem ein Durchtritt unter den Differentialdetektorspulen 14 und 16 in einem Abschnitt des Rohres bewirkt wird, das eine Störung des Vormagnetinierungsfeldes zur Folge hat. Eine derartige Störung des Vormagnetisierungsfeldes kann durch einen Streupfad über einem Riß, einer PehlstsZle oder einer anderen Inhomogenität des Werkstoffen den Rohres bewirkt werden.
Andererseits spricht die Detektorstufe 56 nicht auf sich langsam ändernde Signale an, die durch die Streupfade erzeugt werden, aber sie spricht auf Signale an, die gemäß Wirbelströmen in dem Abschnitt des Rohres in der Nähe der Differential-Detektorspulen 14 und 16 induziert werden.
Durch die mittels der beiden Detektoren erlangten Signaltrennung wird es möglich, die Streufeldsignale und die Wirbelstromsignale getrennt zu untersuchen, um zu bestimmen, ob nur das eine oder das andere oder beide in dem jeweiligen Anwendungsfall erforderlich sind. Hierdurch wird es möglich, genauer und mit höherer Betriebssicherheit quantitativ die Eigenschaften eines Werketückes zu bestimmen. Wenn es z.B. erwünscht ist, bestimmte Fehlstellen aufzudecken, die bestimmte Orientierungen und andere Charakteristiken haben, können vorausgehende Untersuchungen mit Prüflingen durchgeführt werden, von denen bekannt ist, daß sie derartige Fehlstellen aufweisen, um Daten festzulegen, die sich bei deii beiden Stufen bei jeder Art von Fehlstellen ergeben. Unter Verwendung derartiger Daten ist es dann möglich, die Charakteristiken eines Prüflings unbekannter Charakteristik zu bestimmen und zwar mit einem hohen Grad an Genauigkeitund Betriebesicherheit.
In gewissen Fällen ist es erwünscht, die Ausgänge der Streufeld-Detektorstufe 55 und der lJirbelstrom-Detektorstufe 56 zu kombinieren und zu vergleichen. Zu diesem Zweck können die Ausgänge dieser Stufen den Eingangsklemmen 81 und 82 einer Vergleichsstufe 83 zugeführt werden, deren Ausgangsklemmen 84 und 85 an ein Meßgerät 86 angeschlossen sind. Diese Schaltung ist vorzugsweise einstellbar, um einen Ausgang zu erlangen, der entweder der Summe oder der Differenz der Signale gleich ist, die proportional den Ausgängen der Detektorstufen sind. Beispielsweise können ie Ausgänge in Schaltungen summiert werden, in denen es erforderlich ist, Fehlstellen aufzufinden, deren Orientierungen und Charakteristiken derart sind, daß Ausgänge sowohl am Streufeld-Detektor 55 als auch am Wirbelstrom-Detektor 56 auftreten, während bei Fehlstellen mit anderen Orientierungen und Charakteristiken unterschieden wird. Die Differenz zwischen den Ausgängen kann benutzt werden, wenn es erwünscht ist, Fehlstellen zu untersuchen, deren Orientierungen und Charakteristiken derart sind, daß sie Ausgänge in beiden Detektoren erzeugen, während ein Ansprechen auf andere Fehlstellen erfolgt.
Wie bereits erwähnt, besteht ein wichtiges Merkmal der Erfindung in der Anwendung eines Vormagnetisierungsfeldes mit einer bestimmten kritischen Intensität. Die bisher benutzten Vormagnetisierungsfelder wurden mit dem Ziel einer magnetischen Sättigung des Prüflings aus ferromagnetischem Werkstoff benutzt, um dieses Werkstück im wesentlichen unmagnetisch zu machen. In allen Fällen war die Intensität des Feldes sehr groß. Es wurde Jedoch gefunden, daß eine wesentliche Verbesserung der Ergebnisse in vielen Fällen durch Anwendung einer Vormagnetisierungsfeldstärke erlangt werden kann, die in einem bestimmten Bereich liegt, der gegenüber den bisher benutzten Feldstärken verhältnismäßig niedrig ist. Dieses Merkmal ergibt sich aus einer Analyse der raphischen Darstellung gemäß Fig.4, die repräsentative Ergebnisse veranschaulicht, die bei der Untersuchung bestimmter Prüflinge bekannter Charakteristiken erlangt wurden. Diese graphische Darist stellungoirgendeine Detektorausgangsspannung, die an dem Meßgerät 76 auftritt, als Funktion des Stromes, der durch die Vormagnetisierungsspule 12 fließt (gemessen in Ampere). Die Kurve 91 zeigt die Ausgangsspannung, die bei einem Stahlrohr mit einer Ringnut erlangt wird, die in die äußere Oberfläche eingeschnitten ist. Die Ringnut hat eine Tiefe von ungefähr 10 der Wandstärke.
Die Kurve 92 zeigt die Ausgangsspannung, die durch eine Ringnut erlangt wird, die in die innere Oberfläche eingeschnitten ist.
Diese Nut hat eine Tiefe von ungefähr 10 der Wandstärke. Es ist ersichtlich, daß die Kurve 91 Maxisalwerte bei Vormagnetisierungsströmen von weniger als 10 Ampere, bei ungefähr 25 Ampere und bei ungefähr 80 Ampere aufweist, während die Minima der Kurve bei wenig mehr als 10 Ampere und bei ungefähr 45 Ampere liegen.
Die Kurve 92 weist Maximalwerte bei ungefähr 10 Ampere und bei ungefähr 45 Ampere auf, wobei das Minimum bei ungefähr 15 Ampere liegt. Die Kurve 91 weist bis zu 150 Ampere beträchtliche Werte auf, aber sie sinkt mit sich vergrößernder Vormagnetisierung, während die Kurve 92 bei 90 Ampere und darüber im wesentlichen auf Null sinkt.
Die in den Diagrammen dargestellten, auch quantitativ zutreffenden Kurven wurden mit einer Betriebs frequenz von 5 kHz erlangt. Bei niedrigeren Frequenzen haben die Ausgänge bei niedrigen Vormagnetisierungsstromwerten die Tendenz gegenüber Ausgängen bei höheren Vormagnetisierungsstromwerten anzusteigen und die Hoch- und Tiefwerte sind mehr ausgeprägt. Bei höheren Frequenzen tendieren die mit der Außennut erlangten Ausgangsgrößen bei höheren Yormagnetisierungsströmen gegenüber jenen Ausgangsgrößen anzusteigen, die mit niedrigeren Vormagnetisierungsströmen erlangt werden, während die Ausgänge mit der Innennut bei hohen Vormagnetisierungsströmen schneller abfallen.
Die Hooh- und Tiefwerte der Kurven sind bei höheren Frequenzen weniger ausgeprägt.
Bei größeren oder kleineren Nuten haben die Ausgangs spannungskurven die gleiche Gestalt, jedoch unterschiedliche relative Größen.
Zu Vergleichszwecken wurden in ähnlichen Anordnungen Vormagnetisierungsfelder mit Intensitäten benutzt, die Vormagnetisierungsströmen von 150 Ampere und mehr entsprachen. Es ist klar, daß derart hohe Feldintensitäten keine optimalen Ergebnisse erlangen lassen, insbesondere in Bezug auf das Auffinden von Rissen und anderen Inhomogenitäten, die tief unter der Oberfläche eines Prüflings sitzen. Es ist außerdem klar, daß durch sorghältige Wahl der Vormagnetisierungsfeldintensitäten das Ansprechen auf Inhomogenitäten unter der Oberfläche gegenüber dem Ansprechen auf Oberflächen-Inhomogenitäten sehr stark erhöht werden kann.
Um Fehlstellen dicht an der Innenseite eines Rohres aufzufinden, könnten z.B. unter den in der graphischen Darstellung nach Fig .4 - dargestellten Bedingungen ein Vormagnetisierungsstrom von ungefähr 45 Ampere benutzt werden, der das Ansprechen auf Oberflächen-Inhomogenitäten vermindert. Um einen Ausgleich hinsichtlich des Ansprechene von der Außenseite des Rohres nach innen unter diesen Umständen zu bewirken, kann ein etwas höherer oder niedrigerer Vormagnetisierungsstrom benutzt werden, und zwar entweder Stromstärken von ungefähr 40 Ampere oder Stromstärken von ungefähr 55 Ampere.
Die genauen Gründe für diese wesentlich verbesserten Ergebnisse sind nicht bekannt. Es sind jedoch genügend Daten entwickelt worden, um zu demonstrieren, daß die Ergebnisse eine nahe Bezugnahme auf die Form der Nagnetisierungskurve des Werkstoffes des Prüflings haben. Eine repräsentative Magnetisierungskurve ist in Fig.5 dargestellt, wobei die Kurve 93 eine Punktion der Flußdichte gegenüber dem Vormagnetisierungsstrom darstellt. nie Kurve 94 zeigt die Permeabilität als Funktion des Vormagnetisierungsstromes und diese Kurve 94 stellt die Ableitung der Kurve 93 dar. Die Kurve 95 entspricht den Absolutwerten der Ableitung der Kurve 94 und die Kurve 96 stellt die Absolutwerte der zweiten Ableitung der Kurve 94 dar.
Aue dem Diagramm ist ersichtlich, daQ die Maxima und Minima der Kurven 92 und 95 einander nahe entsprechen, während die Maxima und Minima der Kurven 91 und 96 einander nahezu entßpreohen, wodurch angezeigt wird, daß das Ansprechen auf Pehletellen unter der Oberfläche eine Funktion des Absolutwertes der ersten Ableitung der Permeabilität ist, während das Ansprechen auf Oberflächenfehlstellen eine Funktion der Absolutwerte der zweiten Ableitung der Permeabilität ist. bs ist ferner ersichtlich, daß die Empfindlichkeit des Systems auf Inhomogenitäten unter der Oberfläche in dem Bereich außerordentlich verbessert wird, indem die Permeabilität einen beträchtlichen Wert hat. Diese Empfindlichkeit ist extrem niedrig bei Sättigungsflußintensitäten,wie diese bei bekannten Einrichtungen benutzt wurden.
Es ist ferner wichtig, festzustellen, daß es möglich ist, völlig ohne Vormagnetisierungsfeld auszukommen oder ein Vormagnetisierungsfeld anzulegen, das annähernd Null ist, daß es aber gewöhnlich nicht erwünscht ist, eine so niedrige Vormagnetisierung zu wählen, weil dann die Messungen sehr stark von magnetischen Restfeldern im Prüfling abhängen und somit sehr fehlerhaft werden können. Es ist gewöhnlich erforderlich, ein Vormagnetisierungsfeld mit einer Intensität zu benutzen, die die Intensität übersteigt, an welcher der erste Extremwert der zweiten Ableitung der Permeabilität auftritt und vorzugsweise eine Intensität, die größer ist als jene, bei welcher die Permeabilität ein Maximum ist. Eine solche Anordnung ist dann außerordentlich stabil und dennoch sehr empfindlich.
Eine abgeänderte Form der Prüfspule und der Vormagnetisierungsanordnung ist tildlich in Fig.6 dargestellt. Bei dieser Anordnung wird ein Prüfling 100 zwischen konkaven Polschuhen 101 und 102 eines allgemein C-förmig gestalteten Vormagnetisierungsjoches 103 aus magneti3chem Werkstoff angeordnet, das eine gewickelte Spule 104 trägt. Der dargestellte Prüfling 100 ist ein hohles Rohr, das durch Schweißung stumpf gegeneinander gefügter Kanten eines zylindrisch gebogenen Blechs mittels einer Schweißnaht 105 hergestellt wurde. Die Schweißnaht 105 wird durch Prüfspulen 106, 107 und 108 geprüft die entweder mit ihren Achsen senkrecht zur anliegenden Oberfläche des Prüflinge, wie in Fig.7 dargestellt, angeordnet sind, oder mit einer gemeinsamen Achse parallel zur Oberfläche des Prüflings, wie in Fig.8 dargestellt. Es ist auch möglich, die Spulen mit ihren Achsen parallel zueinander und in einer Ebene parallel zur Oberfläche des Prüflings anzuordnen.
Die Prüfspulen 106,107 und 108 sind über ein Kabel 109 an Klemmen 37-42 einer Erregungsschaltung in der gleichen Weise angeschlossen wie die Spulen 14,15 und 16. In gleicher Weise ist die Spule 104 des Vormagnetisierungsjoches 103 an eine einstellbare Gleichspannungsquelle 13 angeschlossen.
Das Vormagnetisierungsfeld kann durch Einstellung der Gleichspannungsquelle 13 oder durch Einstellung des Abstandes zwischen den Polschuhen 101 und 102 und der Oberfläche des Prüflings 100 gesteuert werden. Um einen gleichmäßigen Abstand aufrecht zu erhalten, sind zwei Beilagescheiben 111 und 112 aus Kupfer oder anderem nicht ferromagnetischem Werkstoff zwischen den Polschuhen 101 und 102 und dem Prüfling angeordnet.
Um eine Anpassung an Prüflinge verschiedener Größen zu ermöglichen, werden die Stirnflächen der Pole vorzugsweise von Polschuhen 119 und 114 gebildet, die entfernt und gegen ähnliche Polschuhe unterschiedlicher Größe ausgetauscht werden können.
Diese Anordnung kann in Verbindung mit vollen Stangen benutzt werden. Es ist jedoch auch möglich, Prüflinge quadratischen oder anderen nicht-kreisförmigen Querschnitts durch geeignete Ausbildung der Pol schuhe zu prüfen. Die optimale Feldintensität kann durch Einstellung der Luftspalte irgendwo in dem magnetischen Kreis erlangt werden oder durch Einstellung der

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le oder durch Einstellung des Abstandes zwischen den Polflächen und dem Prüfling. Bei dieser Ausführungsform kann ebenso wie bei anderen Ausfiihrungsfornen ein Permanentmagnet in dem Joch an Stel le oder zusätzlich zu der Spule 104 Anwendung finden.
Die Arbeitsweise der in den Fig.6 bis 8 dargestellten Anordnung unterscheidet sich von der Anordnung gemäß Fig.1 und 2 hinsichtlich der Orientierung des Vormagnetisierunrsfeldes und der Prüfspulen gegenüber den zu untersuchenden Abschnitten der Prüflinge.
In anderer Beziehung jedoch und inßbesondere in Bezug auf die Betrachtungen hinsichtlich der Vormagnetisierungsfeldstärke ist die Arbeitsweise im wesentlichen die gleiche wie die mit der Spulen- und Vormagnetisierungsanordnung gemäß Fig.1 und 2 erlangte.
Fig. 9 veranschaulicht eine Prüfspule und eine Vormagnetisierungs. anordnung, die den Fig. 6 bis 8 entspricht, nur riit der : Unterschied, daß das Joch 103 durch ein U-förmig gestaltetes Joch \ 115 ersetzt ist, das eine Spule 116 trägt und Polflächen 117,118 hat, die Abschnitten des Prüflings 100 gegenüberliegen, die dichter benachbart zu der Naht 105 angeordnet sind,als die diametral gegenüberliegenden Polflächen gemäß Fig.6. Zwischen die Polflächen 117 und 118 und dem Prüfling können Beilagescheiben 119 und 120 aus Kupfer oder anderem nicht ferromagnetischen Werkstoff eingefügt werden. Die Spulen 106 bis 108 können, wie in Fig.7 oder wie in Fig.8 dargestellt, orientiert werden oder sie können mit ihren Achsen parallel und in einer Ebene angeordnet werden, die parallel zur Oberfläche des Prüflings liegt. Ein wichtiger Vorteil dicser Anordnung besteht darin, daß sie in Verbindung mit Prüflingen unterschiedlicher Größen und Gestaltungen ohne Abänderung anwendbar ist.
Fig.10 veranschaulicht eine weitere Prüfspulen- und Vormagnetisierungsanordnung, die jener gemäß Fig.6 bis 8 entspricht mit dem Unterschied, daß das Joch 103 durch ein U-förmig gestaltetes Vormagnetisierungsjoch 121 ersetzt ist, das eine Spule 12? trägt und Polflächen 123 und 124 aufweist, die gegenüber Abschnitten des Prüflings zu liegen kommen, die axial entlang der Naht 105 distanziert sind. Es können Beilagescheiben 125 und 126 zwischen den Polflächen 123 und 124 und dem Werkstück angeordnet werden.
Die Spulen 106 bis 108 können, wie dargestellt oder wie in Fig.8, orientiert werden oder sie können mit ihren Achsen parallel zueinander und in einer Ebene liegen, die parallel zur Oberfläche dee Verkatüokes verläuft.
Fig. 11 veranschaulicht eine Anordnung mit einem U-förmig gestalteten Joch 127, das eine Spule 128 trägt. Die Polflächen 129 und 130 des Joches liegen nahe der Oberfläche eines Prüflings 131, der in diesem Falle als Platte, Stange, Block od. dgl. mit flacher Oberfläche ausgebildet sein kann. Beilagescheiben 133 nd 134 aus Kupfer oder anderem, nicht ferromagnetischem Werkstoff können zwischen die Polflächen 129 und 130 und den Prüfling eingefügt werden, gleich jener gemäß Fig.9 und 10 mit dem Unterschied, daß der Prüfling eine andere Gestalt hat, Die Prüfspulen 106 bis 108 können, wie in Fig.11 ode wie in Fig.8 dargestellt, orientiert sein oder sie können mit ihren Achsen parallel zueinander und in einer Ebene liegen, die parallel zur Oberfläche des Prüflings verläuft.
Die Fig.12 und 13 veranschaulichen wie die Spulen 106 bis 108 in einer Ebene rechtwinkelig zur Ebene der Orientierung gemäß Fig.11 angeordnet sein können. In diesem Falle können ebenso wie in anderen Fällen die Achsen der Prüfspulen, wie in den Fig. 12 und 13 dargestellt, senkrecht zum Prüfling liegen oder sie können gemäß Fig. 8 auf die Oberfläche des Prüflings ausgerichtet und parallel zu dieser liegen oder die Achsen können parallel zuein-(ander und in einer Ebene liegen, die parallel zur Oberfläche des Prüflings verläuft. Gemäß Fig. 14 sind die Eingangsklemmen des Differentialverstärkers 45 über Widerstände 141 und 142 geerdet und außerdem unmittelbar an die Gitter eines ersten Triodenpaares 143 und 144 angeschaltet, deren Anoden über Widerstände 145 und 146 an die positive Klemme 147 einer Spannungsquelle angeschlossen sind. Die Anoden sind außerdem über Widerstände 149 und 150 und Parallelkondensatoren 151 und 152 an die (ritter eines zweiten Triodenpaares 153 und 154 angeschaltet. Zwischen Erde und den Gittern der Triode 153 und 154 liege zwei Widerstände 155 bzw.
156, wobei die Anoden dieser Trioden über Widerstände 157 und 158 an die positive Klemme 147 der Spannungsquelle angeschaltet sind.
Die Anode der Triode 154 ist mit der Ausgangsklemme 53 verbunden.
Die Kathoden des ersten Triodenpaares 143 und 144 sind miteinander und mit der Anode einer Triode 159 verbunden, die einen extrem großen wirksamen Kathodenwiderstand schafft, aber keinen großen Spannungsabfall hierüber erfordert. Die Kathode und das Gitter der Triode 159 sind über Widerstände 160 bzw. 161 mit der negativen Klemme 162 der Spannungsquelle verbunden. Das Gitter ist außer. dem über die Parallelanordnung eines Widerstandes 163 und eines Kondensators 164 geerdet. In gleicher Weise sind die Kathoden der Trioden 153 und 154 mit der Anode einer Triode 165 verbunden, deren Kathode über einen Widerstand 166 an die Klemme 162 und deren Gitter über einen Widerstand 167 an diese Klemme 162 angeschaltet sind. Das Gitter ist ebenfalls über die Parallelschaltung, bestehend aus Widerstand 168 und Kondensator 169, geerdet.
Dieser Differentialverstärker erzeugt höchst vorteilhafte Ergebnisse in Kombination mit der Wirbelstrmprüfspulen- und Vormagnetisierungsanordnung, wie diese dargestellt ist. Bei einer solchen Anordnung erzeugen die Prüfspulen verhältnismäßig hohe Spannungen, die beim Fehlen von Inhomogenitäten gleich sind und sich gemäß einer Inhomogenität nur wenig unterscheiden. Beide Spannungen können jedoch zusammen in einem verhaltnismäßig weiten Bereich gemäß Änderungen in den Betriebsbedingungen schwanken. Wenn die den Eingängen zugeführten Spannungen gleich sind und diese Spannungen jedoch zusammen ansteigen, steigt z.B. die Leitfähigkeit der beiden Trioden 143 und' 144 an und die Beitfähigkeit der beiden Trioden 153 und 154 sinkt ab. Die änderungen der Leitfähigkeit und der Potentialänderung an der Ausgangsklemme 53 werden jedoch verhältnismäßig niedrig gegenüber der hohen wirksamen Kathodenimpedanz und

, Gegenkopplung

~ in

beiden Stufen; die Anodenwiderstände haben vorzugsweise vcrgleichsweise geringe Werte. Wenn jedoch irgendeine Differenz in den Ausgangsspannungen auftritt, ist die linderung der Ausgangsspannungen verhiiltnismiißig groß. Weitere Vorteile der Verstärkerschaltung liegen in der direkten Kopplung der Verstärkerstufen, wodurch'eine Gleichstromverstärkung möglich wird, die sehr erwünscht ist in Bezug auf das Durchlassen von Streufeldsignalen, die in dem Gegenkopplung Detektor 55 abgesondert werden und in der großen der Stufen, wodurch eine gleichmäßige Verstärkung bis zu extrem hohen Frequenzen möglich wird, was in Bezug auf die empfangenen Wirbelstromsignale sehr erwünscht ist, die in dem Detektor 56 ausgesondert werden.
Es ist bemerkenswert, daß der Oszillator 30 in einem extrem breiten Frequenzbereich arbeiten kann, z.B. mit 100 Hz oder niedrigerer bis zu 500 kHz oder mehr. Aus diesem Grunde sind. die Breitbandcharakteristiken des Verstärkers 45 sehr erwünscht. Es ist außerdem bemerkenswert, daß das System sehr viel genauer und stabiler arbeitet, wenn die Signale zusammen durch den gleichen Differentialverstärker verstärkt werden, bevor sie den einzelnen Detektorstufen zugeführt werden.
Es ist klar, daß Abanderungen getroffen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Patentansprüche: ----------------

Claims

Patentansprüche: 5/Prlifanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines Prüflings aus ferromagnetischem Werkstoff, dadurch g ek e n n z e i c h n e t , daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche ein Wechselstromfeld in einem Abschnitt des Prüflings induziert, um in diesem Wirbelströme zu erzeugen, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche in Abhängigkeit von diesem Feld und den Wirbelströmen ein Signal liefert, daß eine Einrichtung zur Messung von Änderungen in diesem Signal vorgesehen ist und daß durch eine weitere Einrichtung ein Gleichstromvormagnetisierungsfeld in einem Abschnitt des Prüflings erzeugt wird, dessen Intensität wesentlich geringes rist als jenes Feld, das zur Sättigung des ferromagnetischen Materials erforderlich wäre.
2. Prüfanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines Werkstückes, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche in einem Abschnitt des Werkstückes ein Wechselstromfeld induziert, um in diesem Wirbelströme zu erzeugen, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche gemäß diesem Feld und gemäß den Wirbelströmen ein Signal erzeugt, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche ein Gleichspannungs-Vormagnetisierungsfeld in dem Abschnitt des Prüflings erzeugt, und daß eine erste Detektorstufe zur Messung relativ langsamer Änderungen in diesem Signal und eine zweite Detektorstufe vorgesehen sind, um Änderungen in den Komponenten des Signales im Frequenzbereich des Weohselstromfeldes zu messen.
3. Prüfanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines Prüflings, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß PrUfepulen in der Nähe eines bestimmten Abschnittes des Prüflinge zur Induzierung eines Wechselstromfeldes in diesem Abschnitt angeordnet sind, um in diesem Abschnitt Wirbelströme zu erzeugen und um ein Signal gemäß diesem Wechselstromfeld und den Wirbelströmen zu liefern, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche Änderungen in diesem Signal mißt,und daß ein Bleichspannungs-Vormagnetisierungsfeld in dem Abschnitt des Prüflings durch eine Einrichtung erzeugt wird, die ein Joch aus magnetischen Werkstoff aufweist, dessen Pole gegen benachbarte Abschnitte des Prüflings auf gegenüberliegenden Seiten des Abschnitts gerichtet sind.
4. Prüfanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines Prüflings, dadurch g e k e n n z e i c h n e t i daß eine Einrichtung mit einem Paar differentiell verbundener Prüfspulen zur Induktion eines Wechselstromfeldes und zur Erzeugung von Wirbelströmen in einem bestimmten Abschnitt des Prüflings und zur Lieferung von Signalen gemäß diesem Wechselstromfeld und den Wirbelströmen vorgesehen ist, daß eine Einrichtung zur Induktion eines Vormagnetisierungsfeldes in dem bestimmten Abschnitt des Prüflings vorgesehen ist, daß ein Differentialverstärker vorgesehen iat, der ein Ausgangasignal erzeugt, das der Differenz von Signalen entspricht, die durch die differentiell verbunden nen Prüfspulen erzeugt werden, wobei der Verstärker Gleichstroisignalkomponenten und Wechselstromsignalkomponenten bis eu einer Frequenz, die über der höchsten Frequenz des Wechselstromfeldes liegt, gleichmäßig verstärkt, daß ein erster Detektor auf Komponenten des Ausgangssignales bei Frequenzen anspricht, die unter der niedrigsten Frequenz des Wechselstromfeldes liegen, und daß ein zweiter Detektor auf Komponenten des Ausgangssignales anspricht, deren Frequenz größer als die niedrigste Frequenz des Wechselstromfeldes ist.
5. Verfahren zur Bestimmung der Charakteristiken eines Prüflings aus ferromagnetischem Werkstoff, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein Wechselstromfeld und Wirbelströme in einem bestimmten Abschnitt des Prüflings induziert werden, daß ein Signal gemäß dem Wechselstromfeld und den Wirbelströmen erzeugt wird, und daß ein Vormagnetisierungsfeld mit einer Intensität angewandt wird, die wesentlich geringer ist als die zur Sättigung des ferromagnetischen Materials dieses Abschnittes erforderliche. Intensität und daß dann die Änderungen in den Signal gemessen werden.
6. Prüfanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines Prüflinge aus ferromagnetischem Werkstoff, dadurch g ek e n n z e i c h n e t , daß eine Prüfspule ein WechselstromW feld und Wirbeletröme in einem bestimmten Abschnitt des Prüflings erzeugt und ein Signal gemäß dem Wechselstromfeld und den Wirbelströmen abgenommen wird, daß eine Einrichtung zur Messung von Änderungen in diesem Signal und eine Einrichtung vorgesehen sind, die eine Gleichstromquelle und einen Elektronagneten aufweist, der an diese Gleichstromquelle angeschlossen ist, um ein in einer Richtung verlaufendes Vormagnetisierungsfeld in dem bestimmten Abschnitt des Prüflings zu erzeugen und daß das Vormagnetisierungsfeld eine Intensität aufweist, die wesentlich geringer ist als die zur Sättigung des ferromagnetischen Werkstoffes erforderliche Intensität.
7. Prüfanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines Werkstückes aus ferromagnetischem Werkstoff, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine Einrichtung zur Induzierung eines Wechselstromfeldes in einem Abschnitt des Prüflings vorgesehen ist, um in diesem Wirbelströme zu erzeugen, daß eine Einrichtung zur Lieferung eines Signals gemäß dem Vormagnetisierungsfeld und den Wirbelströmen vorgesehen ist, daß Änderungen in diesem Signal durch eine weitere Einrichtung gemessen werden und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die ein in einer Richtung verlaufendes Vormagnetisierungsfeld erzeugt, das eine Intensität aufweist, die wesentlich geringer ist als die zur Sättigung des ferromagnetischen Werkstoffes erforderliche Intensität und die größer ist als jene Intensität, bei welcher der erste Gipfelpunkt der zweiten Ableitung der Permeabilität auftritt.
8. Prüfanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines Prüflings, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Einrichtung zur Induzierung eines Wechselstromfeldes in einem Abschnitt des Prüflings vorgesehen ist, um in diesem Abschnitt Wirbelströme zu erzeugen, daß ein Signal gemäß diesem Wechselstromfeld und den Wirbelströmen erzeugt wird, daß ein in einer Richtung verlaufendes Vormagnetisierungsfeld in dem bestimmten Abschnitt des Prüflings erzeugt wird, daß eine erste Detektorstufe relativ langsame Änderungen in dem Signal mißt und einen Tiefpaßfilter aufweist, der Komponenten mit einer Frequenz durchläßt, die geringer ist als eine bestimmte Fre quenz, die ihrerseits geringer ist als die niedrigste Frequenz des Wechselstromfeldes und daß eine zweite Detektorstufe Änderungen in den Komponenten des Signales in einem Frequenz bereich des Wechselstromfeldes mißt und eine Filterstufe aufweist, die Komponenten mit einer Frequenz durchläßt, die höher ist als die erwähnte bestimmte Frequenz.
9. Prüfanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines Werkstückes, dadurch g e k e n n z e i c h n e t * daß Prüfspulen benachbart zu einem bestimmten Abschnitt des Prüflings zur Induzierung von Wechselstromfeldern in dem bestimmten Abschnitt angeordnet sind, um in diesem Wirbelströme zu erzeugen und um ein Signal gemäß dem Wechselstromfeld und den Wirbelströmen zu erzeugen, daß eine Einrichtung zur Messung von Änderungen in diesem Signal und eine Einrichtung zur Erzeugung ein' es in einer Richtung verlaufenden Vormagnetisierungsfeldes in diesem bestimmten Abschnitt des Prüflings vorgesehen sind, wobei die Vormagnetisierungseinrichtung ein Joch aus magnetischem Werkstoff aufweist, dessen Pole auf benachbarte Abschnitte des Prüflings auf gegenüberliegenden Seiten des bestimmten Abschnittes gerichtet sind und daß die Prüfspulen solche Spulen aufweisen, deren Achsen senkrecht zu der benachbarten Oberfläche des Prüflings verlaufen.
10. Prüfanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines Werkstückes, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Prüfspulen in der Nähe eines bestimmten Abschnittes des Prüflings angeordnet sind, um in dem bestimmten Abschnitt Wechselstromfelder zu erzeugen, um in diesen Wirbelströme zu erzeugen und um ein Signal gemäß dem Wechselstromfeld und den Wirbelströmen abzunehmen, daß eine Einrichtung zur Messung von Änderungen in dem Signal und eine Einrichtung zur Erzeugung ein es in einer Richtung verlaufenden Vormagnetisierungsfeldes in dem bestimmten Abschnitt des Prüflings vorgesehen sind, wobei die Vormagnetisierungseinrichtung ein Joch aus magnetischem Werkstoff aufweist, dessen Pole auf benachbarte Abschnitte des Prüflings auf gegenüberliegenden Seiten des bestimmten Abschnittes gerichtet sind, und daß die Prüfspulen solche Spulen aufweisen, die mit ihren Achsen parallel zu der benachbarten Oberfläche des Werkstückes verlaufen.
11. Prüfanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines Werkstückes, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die ein Paar differentiell verbundener Prüfspulen aufweist, um ein Wechselstromfeld und Wirbelströme in einem bestimmten Abschnitt des Prüflings zu induzieren und um gemäß dem Wechselstromfeld und den Wirbelströmen Signale zu erzeugen, daß eine Einrichtung zur Induktion eines Vormagnetisierungsfeldes in dem bestimmten Abschnitt des Prüflings vorgesehen ist, daß Differentialverstärker ein Ausgangssignal entsprechend der Differenz der durch die differentiell verbundenen Prüfspulen gelieferten Signale erzeugt, daß der Verstärker in gleicher Weise Gleichstromsignalkomponenten und Wechselstromsignalkomponenten bis zu Frequenzen über der höchsten Frequenz des Wechselstromfeldes verstärkt, daß ein erster Detektor auf Komponenten des Ausgangssignales bei Frequenzen anspricht, die unter der niedrigsten Frequenz des Wechselstromfeldes liegen, und daß ein zweiter Detektor auf Komponenten des Ausgangssignales anspricht, dessen Frequenzen höher sind als die niedrigste Frequenz des Wechselstromfeldes, und daß das Vormagnetisierungsfeld eine Intensität aufweist, die unter derjenigen Intensität liegt, die zur Erzeugung einer magnetischen Sättigung des bestimmten Abschnittes des Prüflings erforderlich ist.
12. Verfahren zur Bestimmung der Charakteristiken eines Werkstükkes aus ferromagnetischem Material, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein Wechselstromfeld und Wirbelströme bestimmten in einem Abschnitt des Prüflings induziert werden, daß ein Signal gemäß dem Wechselstromfeld und den Wirbelströmen abgenommen wird, daß Änderungen in diesem Signal gemessen werden, daß ein Vormagnetisierungsfeld dem bestimmten Abschnitt aufgeprägt wird und daß die Größe des Vormagnetisierungsfeldes auf einen Wert eingestellt wird, bei welchem das Signal auf eine maximale Ausdehnung durch unter der Oberfläche des Prüflings an der bestimmten Stelle liegende Inhomogenitäten geändert wird.
13. Prtlfanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines Werkstückes aus ferromagnetischem Werkstoff, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die ein Wechselstromfeld in einem Abschnitt des Prüflings induziert, um in diesem Abschnitt' Wirbelströme zu erzeugen, daß eine Einrichtung zur Abnahme eines Signal es gemäß diesem Wechselstromfeld und den Wirbelströmen vorgesehen ist, daß die Änderungen in diesem Signal durch eine Einrichtung gemessen werden, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die ein in einer Richtung verlaufendes Vormagnetisierungsfeld in ,dem Abschnitt des Prüflings erzeugt, wobei das Vormagnetisierungsfeld eine Intensität aufweist, die wesentlich geringer ist als die zur Erzeugung einer Sättigung des ferromagnetischen Materials notwendigen Intensität und die größer ist als jene Intensität, bei der die Permeabilität ein Maximum ist.
14. Prüfanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines PrUilings, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die ein Wechselstromfeld in einem Abschnitt des Prüflings induziert, um Wirbelströme darin zu erzeugen, daß eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signales gemäß dem Wechselstromfeld und den Wirbelströmen vorgesehen ist, daß eine Einrichtung zur Erzeugung eines in einer Richtung verlaufenden Vormagnetisierungsfeldes in dem Abschnitt des Werkstückes vorgesehen ist, daß eine erste Detektorstufe relativ langsame Änderungen des Signal es mißt und daß eine zweite Detektorstufe Änderungen in den Komponenten des Signalee in einem Frequenzbereich des Wechselstromfeldes mißt und daß das Vormagnetisierungsfeld eine Intensität aufweist, die geringer ist als die zur Erzeugung einer magnetischen Sättigung des gewissen Abschnittes des Prüflinge erforderliche Intensität.
15. Verfahren zur Bestimmung der Charakteristiken eines Werkstückes aus ferromagnetischem Material, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein Wechselstromfeld und Wirbelströme in einem bestimmten Abschnitt des Prüflings induziert werden, daß ein Signal gemäß dem Wechselstromfeld und den Wirbelströmen abgenommen wird, daß ein Vorspannungsfeld dem bestimmten Abschnitt aufgeprägt wird, daß die Änderungen der Komponenten des Signal es bei Frequenzen unter denen des Wechselstromsignales gemessen werden und daß getrennt dazu Komponenten des Signales mit Frequenzen gemessen werden, die höher sind als die niedrigste, Frequenz des Wechselstromsignals.
16. Prüfanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines Werkstückes aus ferromagnetischem Material, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß Prüfspulen zur Induzierung eines Wechaelstromfeldes und Wirbelströmen in einem bestimmten Abschnitt des Prüflinges zwecks Erlangung eines Signales gemäß dem Wechselstromfeld und den Wirbelströmen vorgesehen sind, daß eine Einrichtung zur Messung von Änderungen in diesem Signal vorgesehen ist, daß Magnetanordnungen vorgesehen sind, deren Polflächen benachbarten Abschnitten des Prüflings auf gegenüberliegenden Seiten eines bestimmten Abschnittes von diesem gegenüberliegen, daß die Magneteinrichtung zusammen mit dem Prüfling dadurch einen magnetischen Kreis bildet und daß wenigstens ein Spalt aus nicht-ferromagnetischem Werkstoff in diesen magnetischen Kreis mit solchen Abmessungen vorhanden ist, daß ein Vormagnetisierungsfeld erzeugt wird, dessen Intensität wesentlich geringer ist als die zur Erzeugung einer Sättgung des bestimmten Abschnittes erforderliche Intensität.
17. Prüfanordnung zur Bestimmungsder Charakteristiken eines Werkstückes aus ferromagnetischem Material, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die ein Wechselstromfeld in einem Abschnitt des Prüflings induziert, um in diesem Wirbelströme zu erzeugen, daß eine Einrichtung zur Erlangung eines Signal es gemäß dem Wechselstromfeld und den Wirbelströmen vorgesehen ist, daß eine Einrichtung vorgesehen iet, die Änderungen in diesem Signal mißt und daß eine Einrichtung ein in einer Richtung verlaufendes Vormagnetisierungsfeld in dem Abschnitt des Prüflings erzeugt, dessen Intensität annähernd gleich jener Intensität ist, bei welcher die erste Ableitung der Permeabilhitätskurve des Werkstoffes des Werkstückes den ersten Minimalwert erreicht.
18. Prüfanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines Werkstückes, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die ein Weohselstromfeld in einem Abschnitt des Prüflings induziert, um darin Wirbelströme zu erzeugen, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die ein Signal gemäß dem Wechselstromfeld und den Wirbelströmen erzeugt, daß ferner eine Einrichtung vorgesehen ist, welche ein in einer Richtung verlaufendes Vormagnetisierungsfeld in einem Abschnitt des Prüflings erzeugt, daß eine erste Detektorstufe relativ langsame Änderungen in dem Signal mißt, daß eine zweite Detektorstufe Änderungen in den Komponenten des Signales in dem Frequenzbereich des Wechselstromfeldes mißt, und daß eine Vergleichsstufe auf die Ausgänge der ersten und zweiten Detektorstufe anspricht.
19. Prüfanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines Prüflings aus ferromagnetischem Werkstoff, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß Prüfspulen zur Induzierung eines Wechselstromfeldes und von Wirbelströmen in einem bestimmten Abschnitt des Prüflings zwecke Erlangung eines Signales gemäß diesem Feld und den Wirbelströmen vorgesehen ist, daß eine Einrichtung Änderungen in diesem Signal mißt, daß eine Magnetanordnung vorgesehen ist, deren Polflächen auf benachbarte Abschnitte des Prüflings auf entgegengesetzten Seiten des beetimmten Abschnittes gerichtet sind und daß ein Spalt aus nicht-ferromagnetischem Werkstoff zwischen wenigstens einer dieser Pol flächen und dem Prüfling mit solchen Dimensionen angeordnet ist, daß ein Vormagnetisierungsfeld mit einer Intensität erzeugt wird, die wesentlich geringer ist als die zur Sättigung des bestimmten Abschnittes des Prüflinge erforderliche Intensität.
20. Prüfanordnung nach Anspruch 19, dadurch g e k e n n z e i chn e t , daß das nicht-ferromagnetische Material von einem festen Werkstoff gebildet wird.
21. Prüfanordnung zur Bestimmung der Oharakteristiken eines PrUfrings aus ferromagnetischem Werkstoff, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß Prüfspulen vorgesehen sind, um ein Wechselstromfeld und Wirbel ströme in einem bestimmten Abschnitt des Prüflings zu erzeugen, um ein Signal gemäß dem Wechselstromfeld und den Wirbel strömen zu erhalten, daß Änderungen in diesem Signal gemessen werden, und daß eine:Einrichtung vorgesehen ist, die ein Vormagnetisierungsfeld dem bestimmten Abschnitt des Prüflings aufprägt, wobei das Vormagnetisierungsfeld eine Intensität aufweist, die in einem Bereich liegt, in welchen maximale Änderungen in dem Signal in Abhängigkeit von Inhomogenitäten erzeugt werden, die in einem beträchtlichen Abstand unter der Oberfläche des PrUflings liegen.
22. Prüfanordnung zur : Bestimmung der Charakteristiken eines Prüflings, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Einrichtung mit einem Paar Differentialprüfspulen vorgesehen ist, um ein Wechselstromfeld und Wirbelströme in einem bestimmten Abschnitt des Prüflings zu erzeugen und um Signale gemäß dem Wechselstromfeld und den Wirbelströmen abzunehmen, daß die Klemmen der Spulen miteinander und mit einem Bezugspotentialpunkt verbunden sind und daß ein erstes und zweites Paar von Verstärkern vorgesehen ist, die je eine Eingangselektrode und ein Paar Ausgangselektroden aufweisen, daß zwei Paare von Impedanzen zur Verbindung der Ausgangsklemmen der ersten und zweiten Paare mit einer ersten Klemme einer Spannungsquelle verbunden sind, wobei diese Klemme ein bestimmtes Potential gegenüber dem Bezugspotentialpunkt aufweist, daß die anderen Klemmen der Spulen mit Eingangselektroden des ersten Paares der Verstärker verbunden sind, daß die Ausgangselektroden des ersten Verstärkerpaares mit Eingangselektroden des zweiten Verstärkerpaares verbunden sind, daß eine Ausgangseinrichtung an eine der Ausgangselektroden des zweiten Verstärkerpaares angeschaltet ist und daß ein drittes Verstärkerpaari zwischen die anderen Ausgangsklemmen des ersten und zweiten Verstärkerpaares bzw. eine zweite Klemme der Spannungsquelle geschaltet ist, wobei diese Klemme ein Potential gegenüber dem Be-l zugspotentialpunkt aufweist, daS dem Potential der ersten Klemme der Spannungsquelle entgegengesetzt ist.
23. Prüfanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines rohrförmigen Werkstückes, das eine sich in Achsrichtung erstreckende Schweißhaht aufweist, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß Prüfspulen benachbart zu einem Abschnitt der Naht vorgesehen sind, um ein Wechselstromfeld in der Naht zu induzieren, um Wirbelströme in diesem Abschnitt zu erzeugen und Signale gemäß dem Wechselstromfeld und den Wirbelströmen zu erhalten, daß die Änderungen in dem Signal gemessen werden und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die ein in einer Richtung verlaufendes Vormagnetisierungsfeld in dem Abschnitt der Naht erzeugt, wobei diese Vormagnetisierungseinrichtung ein Joch aus magnetischem Werkstoff aufweist, dessen Polflächen gegen benachbarte Abschnitte des Werksttickes auf gegenüberliegenden Seiten des bestimmten Abschnittes der Naht gerichtet sind.
24. Prüfanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines rohrförmigen Prüflings mit einer sich in Achsrichtung erstreckenden Schweißnaht, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Prüfspulen in der Nahe eines Abschnittes der Naht vorgesehen sind, um ein Wechselstromfeld in der Naht zu induzieren und Wirbel ströme darin zu erzeugen und um ein Signal gemäß dem Wechselstromfeld und den Wirbelsttömen zu erlangen, daß die Anderungen in diesem Signal durch eine Einrichtung gemessen werden und daß ferner eine Einrichtung vorgesehen ist, die ein in einer Richtung verlaufendes Vormagnetisierungsfeld in dem bestimmten Abschnitt der Naht erzeugt, wobei die Vormagnetisierungseinrichtung ein Joch aus magnetischem Werkstoff aufweist, dessen Polflächen benachbarten Abschnitten des Prüflings auf gegenüberliegenden Seiten eines Abschnitts der Naht und auf diametral gegenüberliegenden Seiten des rohrförmigen Prtiflings gegenüberliegen.
25.Prüfanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines rohrförmigen Werkstückes mit einer sich in Achsrichtung erstreckenden Schweißnaht, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Prüfspulen benachbart zu einem Abschnitt der Naht vorgesehen sind, um ein Wechselstromfeld in der Naht zu induzieren, damit Wirbelströme in dieser auftreten und ein Signal gemäß dem Wechselstromfeld und den Wirbelströmen erlangt werden kann, daß Änderungen in dem Signal gemessen werden und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die ein in einer Richtung verlaufendes Vormagnetisierungsfeld in dem Abschnitt der Naht erzeugt, wobei die Vormagnetisierungseinrichtung ein Joch aus magnetischem Werkstoff aufweist, das Polflächen hat, die benachbarten Abschnitten des Prüflings auf gegenüberliegenden Seiten und nahe dem Abschnitt der Naht gegenüberliegen.
26.Prüfanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines rohrförmigen Prüflings mit einer sich in Achsrichtung erstreckenden Schweißnaht, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Prüfspulen in der Nähe eines Abschnittes der Naht angeordnet sind, um ein Wechselstromfeld in der Naht zu induzieren, damit Wirbelströme darin aufgebaut werden und Signale gemäß dem Weoheeletromfeld und den Wirbelströmen abgenommen werden kön. nen, daß eine Einrichtung zur Messung von Änderungen des Signale vorgesehen ist und daß ferner eine Einrichtung vorgesehen ist, die ein in einer Richtung verlaufendes Vormagnetisierungsfeld in dem bestimmten Abschnitt der Schweißnaht aufbaut, wobei die Vormagnetisierungseinrichtung ein Joch aus magc netische; Werkstoff aufweist, dessen Polflächen axial im Abstand-zueinander liegenden Abschnitten des Prüflings auf entgegengesetzten Seiten des Abschnittes der Naht gegenüberliegen.
27. Prüfanordnung zur Bestimmung der Charakteristiken eines Prüflings mit einem im wesentlichen flachen Oberflächenabschnitt, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Prüfspulen in der Nähe eines bestimmten Äbschnittes des Oberflächenabschnittes angeordnet sind, um ein Wechselstromfeld und Wirbelströme in diesem Abschnitt zu erzeugen und um ein Signal gemäß dem Wechselstromfeld und den Wirbelströmen abzunehmen, daß die Änderungen in dem Signal gemessen werden und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die ein in einer Richtung verlaufendes Vormagnetisierungsfeld in dem bestimmten Abschnitt der Oberfläche erzeugt und daß die Vormagnetisierungseinrichtnng ein Joch aus magnetischem Werkstoff aufweist, dessen Polflächen benachbarten Teilen des Oberflächenabschnittes auf gegenüberliegenden Seiten des bestimmten Abschnittes hiervon gegenüberliegen.