DE1648737C3 - Vorrichtung zur kontinuierlichen zerstörungsfreien Prüfung von ferromagnetischem Stabmaterial mit rundem Querschnitt auf Oberflächenfehler und/oder knapp unter der Oberfläche liegende Fehler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen zerstörungsfreien Prüfung von ferromagnetischem Stabmaterial mit rundem Querschnitt, beispielsweise von Stangen oder Rohren, auf Oberflächenfehler und/oder knapp unter der Oberfläche liegende Fehler nach dem magnetischen Streuflußverfahren mittels Stromdurchflutung, mit einer vom Stabmaterial zu durchlaufenden, von der Sekundärwicklung eines Transformators mit Wechselstrom hoher Stromstärke und niedriger Spannung gespeisten Rollelektrodenstrecke.

Es ist bekannt, daß bei Stromdurchgang durch ferromagnetische Werkstoffe sich ein Magnetfeld bildet, welches bei ferromagnetischen Werkstoffen zur zerstörungsfreien Prüfung auf Fehler, die an die Werkstoffoberfläche austreten (Oberflächenfehler), und bzw. oder auf knapp unter der Oberfläche liegende Fehler benützt wird. Als Fehler sind Materialtrennungen und Einschlüsse zu verstehen, die den Verlauf der magnetischen Kraftlinien beeinflussen. An den Fehlerstellen wird das Magnetfeld gestört, dadurch erhöht sich die magnetische Feldstärke örtlich begrenzx bei den Fehlerstellen an der Werkstoffoberfläche stark und bewirkt an diesen Stellen ein Haften von feinen ferromagnetischen Teilchen, die trocken oder aufgeschlämmt in einer Trägerflüssigkeit auf das zu prüfende Werkstück aufgebracht werden. Dadurch werden an der

ίο Oberfläche austretende Fehler (z.B. Risse) sowie in einem gewissen Bereich unter der Oberfläche liegende Fehler (z. B. Schlackeneinschlüsse) gut sichtbar angezeigt, wobei die verwendeten ferromagnetischen Teilchen verschieden gefärbt bzw. mit in ultraviolettem

is Licht fluoreszierenden Überzügen versehen sein können, so daß die Betrachtung der sichtbar gemachten Fehler bei üblicher Beleuchtung oder in ultraviolettem Licht erfolgt. Die Stärke der Fehleranzeige und die Tiefenwirkung der Anzeige bei unter der Oberfläche liegenden Fehlern ist von der magnetischen Feldstärke und damit von der aufgebrachten Stromstärke abhängig. Infolge des Verlaufes der magnetischen Kraftlinien senkrecht zur Richtung des elektrischen Stromes werden nur Fehler angezeigt, die parallel zur Richtung des elektrischen Stromes liegen oder zumindest eine Richtungskomponente parallel zur Stromrichtung besitzen, so daß sie von den magnetischen Kraftlinien geschnitten werden. In letzterem Falle tritt jedoch je nach Größe der Richtungskomponente eine Abschwächung der Anzeige auf. Fehler, deren Lage genau senkrecht zur Stromrichtung ist, ergeben keine Anzeige, da sie parallel zu den magnetischen Kraftlinien angeordnet sind.

Es ist weiters bekannt, daß die örtlichen Änderungen

-J5 des Magnetfeldes, welche durch die beschriebenen Fehler hervorgerufen werden, mittels geeigneter Magnetsonden erfaßt und auf Anzeigegeräten sichtbar gemacht werden können. Auch ist die Aufnahme von derartigen örtlichen Änderungen des Magnetfeldes auf

4« Magnetbänder bekannt.

Für die Erzeugung einer ausreichenden magnetischen Feldstärke sind Ströme mit hoher Stromstärke nötig, wobei die Spannung aus Sicherheitsgründen so niedrig wie möglich gehalten wird. Vorzugsweise wird Wechselstrom (Stromdurchflutung) oder durch mechanische bzw. Dioden-Gleichrichter aus Wechselstrom erzeugter Gleichstrom (Halbwellengleichstrom, Gleichstromimpulsmagnetisierung) verwendet. Der Wechselstrom mit hoher Stromstärke und niedriger Spannung wird mit entsprechend ausgelegten, regelbaren Transformatoren herkömmlicher Bauart aus der zur Verfügung stehenden Netzspannung erzeugt.

Infolge der hohen zur Verwendung gelangenden Stromstärken sind für die Zuleitungen vom Transforma-

« tor zum zu prüfenden Werkstück stark dimensionierte, schwere Kabel oder Schienen nötig. Die Kontaktierung von Stäben und Rohren mittels fester Stromzuführungen kann durch geeignete Kontaktvorrichtungen unter pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch erzeugtem

Druck erfolgen, um beim Übergang des Stromes von den Kontaktvorrichtungen auf das Werkstück eine Funkenbildung und damit eine Beschädigung des Werkstückes hintanzuhalten. Dadurch ist eine kontinuierliche Prüfung von Stabmaterial und Rohren im

^h"> Durchlaufverfahren nicht möglich, da jeder einzelne Stab an den beiden Enden mit den Kontakten in hinreichend feste Berührung gebracht werden muß, bevor der Strom eingeschaltet werden kann. Besonders

bei Stabmaterial und Rohren mit stark unterschiedlicher Länge tritt durch das zwangsläufige Verändern des Abstandes der Kontakte ein Zeitverlust auf, weiters sind für die Zuleitungen des Stromes mit hoher Stromstärke zu den meist um einige Meter beweglichen Kontakten aufwendige Vorrichtungen notwendig. Die Zuleitungen zu den Kontakten müssen wegen der Möglichkeit, den Kontaktabstand in weiten Grenzen zu verändern, mit verhältnismäßig großer Länge ausgeführt werden, was wiederum zu einer Erhöhung des Querschnittes zwingt, da ansonsten ein unzulässig hoher Spannungsabfall in den Zuleitungen eintritt.

Aus der DE-AS 11 69 696 ist eine vollautomatische Vorrichtung zum Ermitteln von Rissen in axialsymmetrischen Eisen- und Stahlteilen bekannt, in welcher die Prüflinge im Verlauf einer axialen Vorschubbewegung bei gleichzeitiger Drehbewegung durch Stromdurchflutung magnetisiert, mit einer mit Magnetpulver versetzten Fluoreszenzflüssigkeit benetzt, an einem Ultraviolettstrahler und an einer mit einer Photozelle versehenen optischen Abtastvorrichtung vorbeibewegt und schließlich einer von dieser gesteuerten Sortierweiche zugeführt werden und bei welcher im Bereich der Vorschubbewegung der Prüflinge eine selbsttätig einen elektrischen Kontakt zwischen zwei Prüflingen herstellende Überbrückungsvorrichtung angeordnet ist, die zwei unmittelbar aufeinanderfolgende Prüflinge im Augenblick des Vorbeiwanderns des zwischen ihnen vorhandenen Spaltes, an deren Vorschubbewegung teilnehmend, so lange stromschlüssig miteinander verbindet, bis der jeweils vordere der beiden verbundenen Prüflinge ausreichend magnetisiert und mit Fluoreszenzflüssigkeit benetzt ist, und die anschließend selbsttätig in die Ausgangsstellung zurückgeführt wird. Als bewegliche Stromzuführungen für diese bekannte Vorrichtung sind ohne Angabe von Einzelheiten auf dem Stabmateria! gleitende Schleifkontakte erwähnt. Schleifkontakte müssen mit großem Querschnitt ausgeführt werden und mit hohen Druck am Prüfling anliegen, wobei aber im Hinblick auf die Oberflächenbeschaffenheit des üblicherweise zu untersuchenden Stabmaterials und die zur Anwendung gelangende niedrige Spannung durch wechselnde Übergangswiderstände starke Schwankungen der Stromstärke sowie der unerwünschte Verbrauch einer beträchtlichen Verlustleistung zu erwarten sind.

Aus »Stahl und Eisen«, Band 85, 1965, Nr. 6, Seiten 363 und 364, ist eine Vorrichtung zur kontinuierlichen, zerstörungsfreien Prüfung von ferromagnetischem Stabmaterial, wie Vorbiöcken und Knüppeln, auf Oberflächenfehler und/oder knapp unter der Oberfläche liegende Fehler nach dem magnetischen Streuflußverfahren mittels Stromdurchflutung bekannt, wobei eine vom Stabmaterial zu durchlaufende, mit Wechselstrom hoher Stromstärke und niedriger Spannung gespeiste Rollelektrodenstrecke vorgesehen ist. Hierbei dient eine in Bild 7 auf Seite 363 gezeigte Vorrichtung zur Untersuchung von Knüppeln mit Vierkantquerschnitt, wobei der Magnetisierungsverlauf einer Seitenfläche auf eine Magnetbandschleife übertragen und von dieser mittels einer rotierenden Förder-Sonde abgetastet wird. Die Rollelektrodenstrecke ist durch Kontaktrollen-Paare gebildet. Da eine Stromzuführung über die Lager der Rollen kaum in Frage kommt, sind daher in der Praxis auch bei dieser Anordnung Schleifkontakte erforderlich, die aber nicht unmittelbar am Werkstück, sondern an den Kontaktrollen anliegen, wobei ebenfaills, wenn auch in geringerem Ausmaß als bei am Werkstück anliegenden Schleifkontakten, die mit der Anwendung von Schleifkontakten in Stromkreisen mit hoher Stromstärke und kleiner Spannung verbundenen Nachteile auftreten.

Die Erfindung zielt darauf ab, die Stromzuführung an das Werkstück bei einer Vorrichtung zur kontinuierF-chen zerstörungsfreien Prüfung von ferromagnetischem Stabmaterial mit rundem Querschnitt nach dem magnetischen Streuflußverfahren mittels Stromdurch-

lü flutung zu verbessern, indem die Notwendigkeit der Verwendung von Schleifkontakten überhaupt vermieden wird, und in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Vorrichtung so auszubilden, daß bei voller Aufrechterhaltung der durch die Erfindung erzielten Vorteile auch ein schraubenartiger Vorschub des Stabmaterials mit rundem Querschnitt möglich ist

Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art der Transformator drehbar angeordnet und seine Drehbewegung mit der Drehbewegung der Rollelektroden gekuppelt ist, wobei jeder Rollelektrode wenigstens eine auf der ihr gegenüberliegenden Seite des Stabmaterials angeordnete isolierte Stütz- und/oder Anpreßrolle zugeordnet ist. Diese Konstruktion bietet die Möglichkeit, an der Sekundärseite des primärseitig mit dem Wechselstromnetz verbundenen Transformators ohne Schleifkontakte auszukommen, d. h. Schleifkontakte werden auf jener Seite des Transformators vermieden, auf welcher hohe Stromstärken bei kleiner

ω Spannung auftreten. Die Primärseite des drehbar angeordneten Transformators mit entsprechend dem Übersetzungsverhältnis kleinerer Stromstärke und höherer Spannung ist über Schleifringe und Bürsten an das Wechselstromnetz angeschlossen. Die schleifkon-

j"> taktlose Stromübertragung auf das bewegte Werkstück kann so vor sich gehen, daß der Transformator mechanisch mit der Welle einer Rollelektrode verbunden ist, ein Ende der Sekundärwicklung elektrisch mit dieser Welle verbunden ist und das andere Ende der Sekundärwicklung mit einer die genannte Welle umgebenden und mit dieser kraftschlüssig gekuppelten, jedoch elektrisch isolierten Abnahmescheibe elektrisch verbunden ist, wobei vom Umfang dieser Abnahmescheibe über eine zwischengeschaltete Übertragungsscheibe zwecks Erzielung der richtigen Drehrichtung die zweite Rollelektrode gleichsinnig und mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit wie die erste Rollelektrode angetrieben wird. Die sich ohne Schlupf aneinander abwälzenden Umfangsflächen der Abnahmescheibe, der

5i) Übertragungsscheibe und der zweiten Rollelektrode sowie die sich am Stabmaterial abwälzenden Umfangsflächen der beiden Rollelektroden können mit beträchtlich größerer Kraft angedrückt werden als Schleifkontakte, ohne daß eine nennenswerte Abnützung auftritt.

Vi Die sich abwälzenden Kontaktflächen geben dabei einen gleich guten elektrischen Kontakt wie aneinandergepreßte ruhende Schalterkontakte. Durch die isolierte Anordnung der Stütz- und/oder Anpreßrollen wird der Stromzuführungsweg eindeutig bestimmt.

M) Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zur Erzielung eines schraubenartigen Vorschubes des zu prüfenden Stabmaterials der Transformator und/oder die Rollelektroden zur Achse des Stabmaterials schräggestellt. Diese schraubenartige

'■>'< Vorschubbewegung des Stabmaterials kann entweder dadurch erzielt werden, daß eine oder beide der Rollelektroden angetrieben sind und daß die in an sich bekannter Weise schräeeestellten Slütz- bzw. Ansnreß

rollen ohne Schlupf auf dem Stabmaterial ablaufen, oder daß wenigstens die mit einer der beiden Rollelektroden zusammenwirkenden Stütz- bzw. Anpreßrollen angetrieben sind und daß die Rollelektroden ohne Schlupf auf dem Stabmaterial ablaufen. Es kann aber auch eine zusätzlich angebrachte Treibeinrichtung außerhalb der Rollelektroden angeordnet sein, wobei die Rollelektroden und die Stütz- bzw. Anpreßrollen ohne Schlupf auf dem Stabmaterial ablaufen. Der Winkel, in welchem der Transformator und damit in zwangsläufiger Abhängigkeit die Roll-Elektroden zur Stab- bzw. Rohrachse stehen, kann nach der gewünschten Steigung der Vorschub-Schraubenlinie des Stabmaterials bzw. der Rohre gewählt werden. Dimensionsänderungen des zu prüfenden Materials sind durch Veränderung des Abstandes der Achse der Roll-Elektroden zu den Achsen der Stütz- bzw. Anpreßrollen möglich. Durch Ausübung einer entsprechend hohen, pneumatisch, hydraulisch, mechanisch oder elektromagnetisch erzeugten Druckes auf die Achsen der Rollelektroden bzw. Stütz- oder Anpreßrollen wird der für einen funkenlosen Stromübergang von den Rollelektroden auf das Stabmaterial bzw. die Rohre nötige Anpreßdruck gewährleistet. Der Abstand zwischen den beiden Rollelektroden kann durch eine, mit entsprechendem Druck angepreßte Zwischenscheibe aus einem gut leitenden Material, welche der Stromübertragung für die eine Rollelektrode dient, den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden.

Die Entfernung der Auflageflächen der Rollelektroden auf dem Stabmaterial beträgt vorzugsweise maximal 1 m, kann somit infolge der Möglichkeit einer kontinuierlichen Prüfung relativ gering gehalten werden, so daß auch der Spannungsabfall im Prüfmaterial niedrig ist. Es können somit die benötigten Spannungen niedrig gehalten werden und es ist möglich, ohne Umstellung der Rollelektroden Stabmaterial verschiedener Abmessung kontinuierlich zu prüfen.

Der Abschnitt des Stabmaterials bzw. der Rohre, der sich jeweils zwischen den Auflageflächen der beiden Roll-Elektroden befindet, wird von einem regelbaren Wechselstrom mit hoher Stromstärke und niedriger Spannung durchflossen und es baut sich in diesem Abschnitt das zur Prüfung auf Oberflächenfehler bzw. knapp unter der Oberfläche liegende Fehler nötige Magnetfeld auf. Die Fehler können in diesem Abschnitt durch Aufbringen von feinen ferromagnetischen Teilchen verschiedener Färbung bzw. mit in ultraviolettem Licht fluoreszierenden Überzügen in trockener oder in einer Trägerflüssigkeit aufgeschlämmten Form sichtbar gemacht werden, wobei eine visuelle oder automatische Kontrolle der sichtbar gemachten Fehler im magnetisierten Abschnitt oder nach Auslauf des Stabmaterials bzw. der Rohre aus der beschriebenen Anlage erfolgen kann. Die automatische Kontrolle kann durch Aufnahme, Registrierung und Auswertung der von vorzugsweise im ultraviolettem Licht fluoreszierend leuchtenden Rißanzeigen ausgehenden Lichtimpulse erfolgen. Weiter kann eine Registrierung, Anzeige und Auswertung der durch die Fehler hervorgerufenen örtlichen Änderungen des durch den Stromdurchgang aufgebauten Magnetfeldes mittels entsprechend ausgebildeter Sonden oder Spulen und den nachgeschalteten elektronischen Einrichtungen oder ähnliche Verfahren erfolgen. Auch kann eine Aufnahme der örtlichen, durch die Fehler bedingten Änderungen des Magnetfeldes auf Magnetbänder mit entsprechender Auswertung der Aufzeichnung durchgeführt werden.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist e möglich, ferromagnetisches Stabmaterial bzw. Rohn mit rundem Querschnitt und einer Mindestlänge, di< dem Abstand der Auflageflächen der beiden Roll-Elek troden entspricht, sowie einer unbegrenzten Maximal länge kontinuierlich einer zerstörungsfreien Prüfung au Oberflächenfehler und knapp unter der Oberflächi liegende Fehler zu unterziehen.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eine:

ι« Ausführungsbeispieles schematisch dargestellt.

F i g. 1 zeigt in Draufsicht und teilweise im Schnit eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
F i g. 2 zeigt die Anordnung von Stützrollen und
F i g. 3 die Anordnung von Anpreßrollen.

Mit 1 ist ein drehbar angeordneter Transformatoi bezeichnet, welchem die Primärspannung über zwe Schleifringe 2 zugeführt wird. Die Sekundärspannunj des Transformators, welche für die Prüfung herangezo gen wird, wird zwei Rollelektroden 3 und 4 zugeführt die auf dem zu prüfenden Stabmaterial 5 von runden Querschnitt abrollen. Die Magnetisierungsstrecke i beträgt ungefähr 1 m, so daß die benötigten Spannun gen niedrig gehalten werden können.

Die Rollelektroden 3 und 4 sind zur Achse des zi prüfenen Stabmaterials 5 schräggestellt, wodurch eir schraubenartiger Vorschub dieses Stabmaterials ί erzielt wird. Der Winkel, in welchem die Rollelektroder zur Achse des Stabmaterials stehen, kann auf geeignete Weise eingestellt und dadurch die gewünschte Steigung der Vorschub-Schraubenlinie des Stabmaterials gewähli werden.

Um einen funkenfreien Stromübergang von der Rollelektroden 3 und 4 auf das Stabmaterial 5 zi gewährleisten, ist es notwendig, da? die Rollelektroder 3 und 4 in geeigneter Weise, beispielsweise durch hydraulische, pneumatische oder mechanische Vorrichtungen, an das zu prüfende Stabmaterial angepreßi werden. Um nun eine unzulässige Durchbiegung dieses Stabmaterials zu verhindern, sind bei oberhalb des zu prüfenden Stabmaterials angeordneten Rollelektroder! 3, 4 unterhalb dieses Stabmaterials 5 zwei isolierte Stützrollen 6 und 7 vorgesehen, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist. Bei unterhalb des zu prüfenden Stabmaterials 5 angeordneten Rollelektroden 3, 4 sind.

wie Fig.3 zeigt, oberhalb dieses Stabmaterials zwei isolierte Anpreßrollen 8 und 9 angeordnet, durch welche das Stabmaterial 5 gegen die Rollenelektroden 3, 4 gepreßt wird.

Der Transformator 1 ist regelbar ausgebildet, so daß die auf der Sekundärseite auftretende Stromstärke und damit auch das im zu prüfenden Stabmaterial auftretende Magnetfeld eingestellt werden kann.

Die Fehler im Abschnitt zwischen den beiden Elektroden 3, 4 können in nicht dargestellter Weise dadurch sichtbar gemacht werden, daß zwischen diesen beiden Rollelektroden feine ferromagnetische Teilchen beliebiger Farbe oder auch mit einem im ultravioletten Lichtfluoreszierenden Überzug versehen, trocken oder in einer Trägerflüssigkeit aufgeschlämmt auf das

m> Stabmaterial aufgebracht werden. Es können aber auch Sonden bzw. Spulen, die auf eine Änderung des Magnetfeldes ansprechen, entweder zwischen den beiden Rollelektroden oder nach dem Auslauf des zu prüfenden Stabmaterials aus den Rollelektroden vorge sehen sein, um die durch die Fehlstellen hervorgerufe nen Änderungen des Magnetfeldes zu erfassen. Zur Aufzeichnung dieser Fehlstellen können auch Magnetbänder verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen zerstörungsfreien Prüfung von ferromagnetischem Stabmaterial mit rundem Querschnitt, beispielsweise von Stangen oder Rohren, auf Oberflächenfehler und/oder kanpp unter der Oberfläche liegende Fehler nach dem magnetischen Streuflußverfahren mittels Stromdurchflutung, mit einer vom Stabmaterial zu durchlaufenden, von der Sekundärwicklung eines Transformators mit Wechselstrom hoher Stromstärke und niedriger Spannung gespeisten Rollelektrodenstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß der Tranformator (J) drehbar angeordnet und seine Drehbewegung mit der Drehbewegung der Rollelektroden (3, 4) gekuppelt ist, wobei jeder Rollelektrode wenigstens eine auf der ihr gegenüberliegenden Seite des Stabmaterials (5) angeordnete isolierte Stütz- und/oder Anpreßrolle (6, 7,8,9) zugeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines schraubenartigen Vorschubes des Stabmaterials (5) der Transformator (1) und/oder die Rollelektroden (3,4) zur Achse des Stabmaterials (5) schräggestellt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide der Rollelektroden (3, 4) angetrieben sind und daß die in an sich bekannter Weise schräggestellten Stütz- bzw. Anpreßrollen (6, 7, 8, 9) ohne Schlupf auf dem Stabmaterial (5) ablaufen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die mit einer der beiden Rollelektroden (3, 4) zusammenwirkenden Stützbzw. Anpreßrollen (6, 7, 8, 9) angetrieben sind und daß die Rollelektroden (3, 4) ohne Schlupf auf dem Stabmaterial (5) ablaufen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzlich angebrachte Treibeinrichtung außerhalb der Rollelektroden (3, 4) angeordnet ist und daß die Rollelektroden (3,4) und die Stütz- bzw. Anpreßrollen (6,7,8,9) ohne Schlupf auf dem Stabmaterial (5) ablaufen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der Auflageflächen der Rollelektroden (3, 4) auf dem Stabmaterial (5) maximal 1 m beträgt.