DE1900992A1

DE1900992A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Auffinden von Oberflaechenrissen in Stangen,Knueppeln u.dgl.

Info

Publication number: DE1900992A1
Application number: DE19691900992
Authority: DE
Inventors: Dr Paul Hoeller; Dipl-Phys Paul Scholten
Original assignee: Huettenwerk Oberhausen AG
Current assignee: Huettenwerk Oberhausen AG
Priority date: 1969-01-09
Filing date: 1969-01-09
Publication date: 1970-08-27
Also published as: US3657638A; BE743387A; GB1273841A; SE358028B; FR2027976A6; DE1900992B2; NL6918432A

Description

190 0 8 S Andrejewski & Honke Patentanwälte

Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski

a Hi₁ ,, /-i-r/t, Diplom-Ingenieur

Anwaltsakte: J>\ 665/H- ~ . .? , , _u . Dr.-lng. Manfred Honke Essen, den 8. Januar I969 Kettwiger Straß· 36

Patentanmeldung der Pirma

Hüttenwerk Oberhausen AG.,

H-2 Oberhausen, Essener Str. 66

Verfahren und Vorrichtung zum Auffinden von Oberflächenrissen in Stangen, Knüppeln und dergleichen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren (und auf eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung) zum Auffinden von Oberflächenrissen und zur Messung von deren Tiefe in Stangen, Knüppeln, Röhren und ähnlichen Werkstücken mit nicht kreisförmigem, Kanten oder abgerundete Kanten aufweisenden Querschnitt, wobei die Werkstücke durch einen in Achsrichtung fließenden Strom magnetisiert und der an Rissen austretende magnetische Streufluß meßtechnisch erfaßt wird. Zumeist arbeitet man dabei nach den sogenannten Magnetographie-Verfahren, wobei der Streufluß auf einem auf dem Werkstück aufliegenden oder ablaufenden Magnetband nach Art eines sog. Tonbandes gespeichert und dieses später abgefragt wird.

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Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger Straße

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Bei dem bekannten Magnetographie-Verfahren zum Auffin- | den von Oberflächenrissen und zur Ausmessung von deren Tiefe in Stahlwerkstücken wird das meist stabförmige Prüfgut-Stangen,Knüppel,Rohre usw.- mit einem Gleichstrom, der in Achsenrichtung fließt, angenähert, zirkulär in einer Ebene senkrecht zur Längsachse magnetisiert. An Rissen, die vorzugsweise als Längsrisse vorliegen, tritt ein magnetischer Streufluß aus, der bei konstanter Magnetisierung im Prüfgut und ähnlicher geometrischer Form der Risse ein Maß für die Tiefe eines Risses darstellt. Der aus Rissen austretende Streufluß wird nicht unmittelbar gemessen, sondern zunächst auf einem endlosen und auf der Oberfläche ablaufenden Band gespeichert. Das Band wird dann durch eine Meßvorrichtung " ' geführt, in der der gespeicherte Streufluß ermittelt wird. Soweit die Querschnitte des Prüfgutes kreisförmig sind, ist bei Magnetisierung mittels Strömen in Achsrichtung die magnetische Induktion über dem Umfange konstant, Die Feldlinien verlaufen parallel zur Oberfläche. Sobald Abweichungen vom kreisförmigen Querschnitt auftreten, wird mit Gleichstrom keine homogene Magnetisierung entlang der Oberfläche erzielt. Außerdem weicht die Magnetisierungsrichtung als Funktion der Lage auf der Peripherie eines Querschnittes erheblich von der tangentialen Richtung ab.

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Für den häufig vorkommenden quadratischen Querschnitt mit abgerundeten Kanten sind die Verhältnisse insbesondere im Bereich der abgerundeten Kanten stark gestört. Selbst wenn man berücksichtigt, daß beim Eintritt in das Prüfgut eine Drehung der Richtung entsprechend dem Verhältnis der Permeabilität in Luft bzw. Stahl zur tangentialen Richtung hin erfolgt, verbleibt als wesentlicher Nachteil dieser Magnetisierungsart ein Abfall der Tangentialkomponente der magnetischen Induktion von der Flächenmitte bis zur Kante um etwa 70 %. In einem bestimmten Abstand von der Kante, der im einzelnen von der Kantenform abhängt, wird eine Nullstelle durchlaufen, wobei die Feldlinien senkrecht eintreten. An dieser Stelle werden Risse vollständig übersehen. Das gilt auch, wenn nicht nach dem Magnetographieverfahren, sondern mit anderer Anzeige, z.B. mit fluoreszierendem Magnetpulver gearbeitet wird. Bei dieser Magnetisierung mit stationären Gleichströmen können übrigens auch die Anzeigen an den Kernten nicht dadurch angehoben werden, daß die Stromstärke erheblich vergrößert wird. Die Magnetbänder nehmen neben dem Streufluß auch das vom fehlerfreien Prüfgut erzeugte Feld auf. Würde man den Strom so stark erhöhen, daß ausreichende Magnetisierung an den Kanten erzielt wird, dann würde in den Mitten auch in Abwesenheit von Fehlern ein so hohes Feld erreicht, daß die Bänder dadurch gesättigt sind.

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Eine Magnetisierung der vorbeschriebenen Art ergibt sich, wenn die Gleichstromdichte über den ganzen Querschnitt homogen ist. Dieser Fall ist immer dann gegeben, wenn der Abstand zwischen Stromzuführung und der Meßstelle im Vergleich zur Seitenlange des quadratischen Querschnittes groß ist. Das gilt insbesondere auch für den nicht zum Stand der Technik gehörenden Vorschlag, den Strom in großem Abstand von der Meßstelle über angepreßte Rollenpaare zuzuführen und bei Serienprüfungen von Stangen oder Knüppeln gleicher Querschnitte den Strom über die aneinanderstoßenden Stirnflächen zu führen. Dazu werden die Stangen oder Knüppel durch zwei Treibersysterne geführt, von denen das vordere bremst und das hintere angetrieben wird. Durch passende Wahl des Drehmomentes und der Bremskraft kann der erforderliche Achsialdruck zwischen zwei aneinanderstoßenden Knüppeln oder Stangen eingestellt werden.■

Es ist versucht worden, durch besondere Anordnungen der Stromzuführungen relativ zur Meßstelle und zum Querschnitt des Prüfgutes eine inhomogene Stromdichte derart zu erzwingen, daß die Magnetisierung an den Kanten angehoben wird. Dabei müssen die etromzuführenden Bürsten so dicht beieinander liegen, daß an der dazwischen liegenden Meßstelle die Stromdichtevertellung nicht gleichmäßig ist. Abgesehen davon, daß die konstruktive Ausbildung im einfachsten Falle der quadratischen Querschnitte bereits eine erhebliche Behinderung der An-

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bringung der anderen Apparateteile mit sich bringt, ist bis heute durch derartige Maßnahmen nur ein Teilerfolg erzielt worden; z.B. war es möglich, den Abfall der Feldstärke zur Kante hin von 70 auf 6o# zu reduzieren. Die Feldverteilung entlang der Peripherie hängt bei gegebenem Abstand und gegebener Anordnung der Stromzuführungen stark von der Querschnittsform und den Abmessungen ab. Der Nachweis, daß Nullstellen der Tangentialkomponenten dadurch ausgeschlossen werden, ist bis heute nicht erbracht.- Bei geringem Abstand der Kontaktbürsten o. dgl ist die Magnetisierung auch bei stationärem Gleichstrom nicht mehr stationär. Jedes Volumelement wird beim Durchlauf nur solange magnetisiert, wie es sich zwischen den beiden Kontaktbürsten befindet. Es liegt also auch hier eine Impulsmagnetisierung vor» Die Impulsbreite beträgt jedoch bei den bisher erreichten Durchlaufgeschwindigkeiten unter 0,5 m/sec und bei Kontaktabständen in der Größenordnung von Dezimetern einige zehntel Sekunden. Die Flanken sind durch die in Durchlaufrichtung breiten Kontaktbürsten stark verschmiert. Auch durch diesen vom rein stationären Gleichstromfall etwas abweichenden zeitlichen Magnetisierungsverlauf wird die Kantenmagnetisierung, nicht zusätzlich wesentlich angehoben.

In einem älteren Recht (der Anmelderin, P 16 48 517.9) ist zur Herbeiführung einer möglichst homogenen tangentialen Magnetisierung entlang des Ümfanges für beliebige Querschnittforttien von zu prüfenden Werkstücken vorgeschlagen worden, die Magnetisierung des zu untersuchenden

Werkstückes mit gepulstem Gleichstrom durchzuführen und die Frequenz des gepulsten Gleichstroms bzw, das Frequenzspektrum der Einzelimpulse nach der Geometrie des untersuchten Werkstücks so einzustellen, daß auch im Bereich der Kanten liegende Oberflächenrisse erfaßt werden. Dabei wird vorzugsweise mit mittels Einweg-Gleichrichtung von sinusförmigem V/echselstrom erzeugten gepulsten Gleichstrom gearbeitet. Das läßt sich auch im Rahmen der üblichen Magnetographie-Maßnahmen sowohl bei Arbeitswelse mit ruhendem Werkstück als auch bei Arbeitsweise mit eine entsprechende Vorrichtung kontinuierlich durchlaufendem Werkstück unschwer verwirklichen und bringt eine beachtliche Verbesserung im Sinne einer Anhebung der Empfindlichkeit für Kantenrisse. Nichtsdestoweniger fällt die Empfindlichkeit bei der üblichen Netzfrequenz von 5o hz im Bereich der Kanten noch erheblich, nämlich auf fast die Hälfte ab.

Man kann zwar, wie bereits in der Beschreibung zur Hauptanmeldung erwähnt, bei Einweggleichrichtung durch Wahl höherer Wechselstromfrequenz oder aber durch Beschneiden eines 50 Hzeinweggleichgerichteten Stromes, z.B. mittels Thyristoren, grössere Flankensteilheit und damit stärkeres Anheben der Magnetfelder an den Kanten erzielen. Abgesehen davon, daß damit die Eindringtiefe des Magnetfeldes immer weiter abnimmt, sind der Steigerung der Flankensteilheit bzw. Frequenz durch die im Stromkreis unvermeidbaren bzw. aus anderen Gründen erforderlichen induktivitäten und Widerstände Grenzen gesetzt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem die Empfindlichkeit im Bereich der Kanten des Werkstückes bei Plankensteilheiten bzw. Frequenzspektren des Impuls-Magnetisierungsstromes, die in der Praxis leicht zu erreichen sind, noch weiter angehoben wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auffinden von Oberfläohenrissen und zur Messung von deren Tiefe in Stangen, Knüppeln, Rohren und ähnlichen Werkstücken mit nicht kreisförmigem, Kanten oder abgerundete Kanten aufweisenden Querschnitt, wobei die Werkstücke durch einen in Achsrichtung fliesenden Strom magnetisiert und der an Rissen austretende Streufluß meßtechnisch erfaßt, z.B. auf einem auf der Werkstückoberfläche ablaufenden Band gespeichert sowie das Band einer Meßeinrichtung zugeführt wird,- während die Magnetisierung des zu untersuchenden Werkstückes mit gepulstem Oleichstrom durchgeführt wird. Die Erfindung besteht hauptsächlich darin, daß das Werkstück im entmagnetisierten Zustand der Untersuchung unterzogen wird und lediglich der Streufluß eines ersten oder erster Magnetisierungsimpulse meßtechnisch erfaßt wird« Im allgemeinen wird im Rahmen der Erfindung mit weniger als 50 Magnetisierungsimpulsen gearbeitet. Zusätzlich kann das Frequenzspektrum der Impulse nach der Geometrie des Werkstückes so eingestellt werden, daß auch dadurch die Kantenempfindlichkeit angehoben wird.- Arbeitet man mit mehreren

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Magnetisierungsimpulsen, so empfiehlt es sich auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens so vorzugehen, daß die Frequenz des gepulsten Gleichstroms (Flanken der Oleichstromimpulse) nach der Geometrie des untersuchten Werkstückes so eingestellt wird, daß im Sinne des eingangs beschriebenen älteren Rechtes eine Anhebung der Kantenempfindlichkeit erreicht wird. Im übrigen kann im Rahmen der Erfindung die Magnetisierungsgeschwindigkeit, anders ausgedrückt, die Steilheit der Flanken der Magnetisierungsimpulse den speziellen Verhältnissen angepaßt werden.

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Feststellung, daß während der ersten Impulse bei Prüfung eines entmagnetisierten Werkstückes eine wesentlich homogenere Magnetisierung erzielt wird, als nach einer grösseren Anzahl von Magnetisierungsimpulsen. Die Erfindung nutzt diesen Jungfräulichkeitseffekt aus. Eine vergleichende Untersuchung der Magnetisierung an einer Knüppelkante und in Knüppelflächenmitte ergibt z.B., daß das Verhältnis der Tangentialfeldstärke an der Kante zu der in Flächenmitte bei den ersten Impulsen mehr als 15 % günstiger liegt als nach mehr als ca. 50 Impulsen·

Die beschriebene Grundsätzlichkeit gilt sowohl für Verfahren, die an ruhenden Werkstücken durchgeführt werden, als auch für eine Arbeitsweise, bei der die

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Werkstücke in Durchlauf an einer entsprechenden Vorrichtung vorbeigeführt werden. PUr die Prüfung ruhender Werkstücke gilt die Regel* daß die Magnetisierung nur mit einem oder mit wenigen Magnetisierungsimpulsen auszuführen ist,- bei erforderlicher Wiederholung ist vorher zu entmagnetisieren. Bei Prüfung im Durchlauf, bei der man fast ausschließlich in der eingangs beschriebenen Weise mit Magnetographic arbeitet, ist es unvermeidbar, daß die Messungen der von Rissen ausgehenden Streufelder erst nach einer grosseren Anzahl von Magnetisierungsimpulsen erfolgen. Aus konstruktiven Gründen liegen nMmlieh die Stromzuführungen so weit vor und hinter der eigentlichen Meßstelle, daß bis zur Durchführung der Messung an einem im Durchlauf vorbeigeführten Werkstückabschnitt das Werkstück bereits eine Vielzahl von Magnetisierungsimpulsen erfahren hat, und sich im stationären Magnet!sierungszustand befindet. Auch hier kann jedoch ohne Schwierigkeiten die erfindungsgemäße Grundkonzeption verwirklieht werden, und zwar dadurch, daß die Werkstücke unmittelbar vor Jeder Magnetisierung entmagnetisiert werden. Das geschieht vorzugsweise so, daß die Werkstücke unmittelbar vor jeder Magnetisierung mit einem bis auf die Stromrichtung dem Magnetisierungslmpttls gleichen Impuls entmagnetisiert werden. Wird in diesem ZusamBenhang lait Magnetograptiie gearbeitet, d.h. erfolgt eine magnetische Bandspeieherung des Streuflusses bei nachträglicher Abfragung des Bandes, so wird man selbstverständlich

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lediglich die ungelöschten Bandabschnitte abfragen* Tatsächlich findet man, daß ein für die Kantenempfindliehkeit des Meßverfahrens insgesamt günstiger Magnetisierungszustand sich auch bei Durchlaufprüfung und großem Abstand der Stromzuführungen vom Meßort erzielen läßt, wenn unmittelbar vor jeder Magnetisierung mit einem gleichen Impuls umgekehrter Stromrichtung entmagnetisiert wird. Bei der Entmagnetisierung wird zwar das Magnetband gelöscht, Jedoch bei der sofort folgenden Magnetisierung sofort wieder beschrieben. Arbeitet man mit forlaufendem Band, so bleibt lediglich derjenige Bandabschnitt gelöscht, der zwischen Entmagnetisierung und Magnetisierung aus dem Kantaktbereich zwischen Band und Werkstück entfernt wird« Da jedoch bei der Magnetographie die Abfrage der Magnetbänder in der Regel mit Zeilenabständen von etwa 1 cm erfolgt, die Lange des aufliegenden Bandes einige Zentimeter und die zwischen Entmagnetisierung und Magnetisierung auslaufende gelöschte Bandlänge nur weniger als 1 mm betragen, kann man die Lesezeilen zwischen die gelöschten Abschnitte durch entsprechende Synchronisation der Abfrageeinheit verlegen und damit eine durch die gelöschten Abschnitte völlig unbeeinflußte Information erhalten*

Das erfindungsgemäße Verfahren in der Äusführungsfarm rait magnetischer Bandspeicherung sei anhand einer Zeiefaming erläutert· Die einzige Figur verdeutlicht ein Zeitdiagraraiii:

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Im oberen Teil a) der Figur sind Form und zeitliche Folge der Entmagnetisierungs- und Magnetisierungsimpulse dargestellt. Zurzeit Null bzw. 20 msec werden die Entmagnetisierungsimpulse 1 ausgelöst. Sie dauern 1 msec . Es folgen eine Pause von 0,5 msec und dann die Magnetisierungsimpulse 2, deren Form mit der der Entmagnetisierungsimpulse 1 übereinstimmt.

Im unteren Teil b) der Figur ist der zum Zeitabschnitt im Teil a) gehörende Bandabschnitt 4 für eine Durchlaufgeschwindigkeit von 0,5 m/sec dargestellt. Je msec werden bei dieser Geschwindigkeit 0,5 nun Band abgewickelt. Die gelöschten Abschnitte 5 haben eine Breite von 0,75 mm. Die Bandabschnitte 6 sind von der Entmagnetisierung unbeeinflußt und stehen zur Abfrage zur Verfügung. Eine typische Abfragespur 7 ist eingetragen. Je nach geforderter Längsauflösung bei der Abgrenzung der festzustellenden Risse, kann bei gleicher Dauer und Form der Entmagnetisierungs- bzw. Magnetisierungsimpulse die Impulsfolgefrequenz verringert oder auch vergrößert werden. Bei Verringerung wird das Verhältnis der -gelöschten Bandabschnitte zu den beschriebenen noch günstiger. Es muß allerdings die Auflagelänge des Bandes so groß gewählt werden, daß die Ablaufzeit für eine Auflagelänge kleiner oder gleich dem zeitlichen Abstand zweier Impulspaare ist.- In der Praxis wird man wegen der beim Aus- und Einlauf des Prüfgutes in die Prüfanlage variablen Geschwindigkeit die Impulsfolge nicht zeitsondern wegproportional steuern.

Ansprüche ϊ

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Claims

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Ansprüche

1. Verfahren zum Auffinden von Oberflächenrissen und zur Messung von deren Tiefe in Stangen, Knüppeln, Rohren und ähnlichen Werkstücken mit nicht kreisförmigem, Kanten oder abgerundete Kanten aufweisenden Querschnitt, wobei die Werkstücke durch einen in Achsrichtung fließenden Strom magnetisiert und der an Rissen austretende Streufluß meßtechnisch erfaßt, z.B. auf einem auf der Werkstückoberfläche ablaufenden Band ' gespeichert sowie mit dem Band einer Meßeinrichtung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke im entmagnetisierten Zustand der Untersuchung unterzogen werden und lediglich der Streufluß eines ersten oder erster Magnetisierungsimpulse meßtechnisch erfaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit weniger als fünfzig Magnetisierungsimpulsen gearbeitet wird.

35. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 in der Ausführungsform für kontinuierliche Prüfung im Durchlauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke unmittelbar vor jeder Magnetisierung entmagnetisiert werden.

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4, Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke unmittelbar vor jeder Magnetisierung mit einem bis auf die Stromrichtung dem Magnetisierungsimpuls gleichen Impuls entmagnetisiert werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4 in der Ausführungsform mit magnetischer Bandspeieherung des Streuflusses und nachträglicher Abfragung des Bandes, dadurch gekennzeichnet _ä daß lediglich die ungelöschten Bandabschnitte abgefragt werden.

PAe Dr.Andrejewski, Dr.Honke

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