DE1900992B2 - Verfahren zum Auffinden von Oberflächenrissen in Stangen, Knüppeln und dergleichen - Google Patents
Verfahren zum Auffinden von Oberflächenrissen in Stangen, Knüppeln und dergleichenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auffinden von Oberflächenrissen und zur Messung von
tieren Tiefe in Stangen, Knüppeln, Röhren und ähnlichen Werkstücken mit nicht kreisförmigem. Kanten
oder abgerundete Kanten aufweisendem Querschnitt, wobei die Werkstücke durch einen in Achsrichtung fließenden
gepulsten Gleichstrom, der so eingestellt wird, daß auch im Bereich der Kanten liegende Oberflächenrisse
erfaßt werden, magnetisiert und der an Rissen austretende magnetische Streufluß meßtechnisch erfaßt
wird. Zumeist arbeitet man zum Auffinden von Oberflächenrissen nach den sogenannten Magnetographie-Verfahren,
wobei der Streufluß auf einem auf dem Werkstück aufliegenden oder ablaufenden Magnetband
mach Art eines sogenannten Tonbands gespeichert und dieses später abgefragt wird.
Bei dem bekannten Magnetographie-Verfahren zum Auffinden von Oberfiächenrissen und zur Ausmessung
von deren Tiefe in Stahlwerkstücken wird das meist stabförmige Prüfgut — wie Stangen, Knüppel, Rohre
usw. mit einem Gleichstrom, der in Achsenrichlung fließt, angenähert, zirkulär in einer Ebene senkrecht zur b°
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 Prüfguts kreisförmig sind, ist bei Magnetisierung mittels Strömen in Achsrichtung die magnetische
Jnduktion 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 Querschnitts erheblich von der tangentialen Richtung ab. Für den häufig vorkommenden
quadratischen Querschnitt mit abgerundeten Kanten sind die Verhältnisse insbesondere im 3ereich der abgerundeten
Kanten stark gestört. Selbst wenn man berücksichtigt daß beim Eintritt in das Prüfgut eine Dre
hung 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 Kanten 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.
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 Seitenlänge des quadratischen Querschnitts groß ist. Das gilt insbesondere
auch für den nicht zum Stand der Technik gehörenden Vorschlag (DT-PS 15 73 864), 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 Treibersysteme geführt, von denen das vordere
bremst und das hintere angetrieben wird. Durch passende Wahl des Drehmoments und der Bremskraft
kann der erforderliche Axialdruck zwischen zwei aneinanderstoßenden Knüppeln oder Stangen eingestellt
werden.
Es ist versucht worden, durch besondere Anordnungen der Stromzuführungen relativ zur Meßstelle und
zum Querschnitt des Prüfguts eine inhomogene Stromdichte derart zu erzwingen, daß die Magnetisierung an
den Kanten angehoben wird. Dabei müssen die stromzuführenden Bürsten so dicht beieinander liegen, daß
an der dazwischen liegenden Meßstelle die Stromdichteverteilung nicht gleichmäßig ist. Abgesehen davon,
daß die konstruktive Ausbildung im einfachsten Fall der quadratischen Querschnitte bereits eine erhebliche
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Behinderung der Anbringung 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
60% zu reduzieren. Die Feldver'eüung entlang der Peripherie
hängt bei gegebenem Abstand und gegebener Anordnung der Stromzuführung stark von der Querschnittsform
und den Abmessungen ab. Der Nachweis, daß Nullstellen der Tangentialkomponenten dadurcn
ausgeschlossen werden, ist bis heute nicht erbracht. — Bei geringem Abstand der Kontaktbürsten od. dgl. ist
die Magnetisierung auch bei stationärem Gleichstrom nicht mehr stationär. Jedes Volumenelement w'rd beim
Durchlauf nur solange magnetisiert, wie es .«,ich zwischen
den beiden Kontaktbürsten befindet. Es liegt also auch hier eine Smpulsmagnetisierung vor. Die Impulsbreite
beträgt jedoch bei den bisher erreichten Durchlaufgeschwindigkeiten unter 0,5 m/ser und bei Kontaktabständen
in der Größenordnung von Dezimetern einige zehntel Sekunden. Die Flanken sind durch die in
Durchlaufrichtung breiien 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, DT-PS 1648 517) ist zur Herbeiführung einer möglichst homogenen
tangentialen Magnetisierung entlang des Umfangs für beliebige Querschnittsformen von zu prüfenden
Werkstücken vorgeschlagen worden, Cie Magnetisierung des zu untersuchenden Werkstücks mit
gepulstem Gleichstrom durchzuführen und die Frequenz des gepulsten Gleichstroms bzw. das Frequenzspektrum
der Einzelimputee nach der Geometrie des
untersuchten Werkstücks so einzustellen, daß auch im Bereich der Kanten liegende Oberflächenrisse erfaß'
werden. Dabei wird vorzugsweise mit mittels Einweg-Gleichrichtung von sinusförmigem Wechselstrom erzeugten
gepulsten Gleichstrom gearbeitet. Das läßt s'ch auch im Rahmen der üblichen Magnetographie-Maßnahmen
sowohl bei Arbeitsweise mit ruhendem Werkstück als auch bei Arbeitsweise mit eine entsprechende
Vorrichtung kontinuierlich durchlaufendem Werkstück unschwer verwirklichen und bringt eine beachtliche
Verbesserung im Sinne eirer Anhebung der Empfindlichkeit für Kantenrisse. Nichtsdestoweniger
fällt die Empfindlichkeit bei der üblichen Netzfrequenz von 50 Hz im Bereich der Kanten noch erheblich, nämlich
auf fast die Hälfte ab.
Man kann zwar, wie bereits in der Beschreibung im älteren Recht erwähnt, bei Einweggleichriehtung durch
Wahl höherer Wechselstromfrequenz oder aber durch Beschneiden eines 50 Hz-einweggleichgerichtetcn
Stroms, z. B. mittels Thyristoren, größere Flankensteilheit und damit stärkeres Anheben der Magnetfelder an
den Kanten erzielen. Abgesehen davon, daß damit die Eindringtiefe des Magnetfelds immer weiter abnimmt,
sind der Steigerung der Flankensteilheit bzw. Frequenz durch die im Stromkreis unvermeidbar bzw. aus anderen
Gründen erforderlichen Induktivitäten und Wider stände Grenzen gesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei
dem die Empfindlichkeit im Bereich der Kanten des Werkstücks bei Flankensteilheiten bzw. Frequenzspektren
des Impuls-Magnetisierungsstroms, die in der Praxis leicht zu erreichen sind, noch weiter angehoben
Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, daß die Werkstücke im entmagnetisierten Zustand der Untersuchung
unterzogen werden und lediglich der Streufluß eines ersten oder erster Magnetisierungsimpulse meß-
S technisch erfaßt wird. Im allgemeinen werden im Rahmen
der Erfindung weniger als 50 Magnetisierungsimpulse verwendet Zusätzlich kann das Frequenzspektrum
der Impulse nach der Geometrie des Werkstücks so eingestellt werden, daß auch dadurch die Kantenempfindlichkeit
angehoben wird. — Arbeitet man mit mehreren Magnetisierungsimpulsen, so empfiehlt es
sich auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens so vorzugehen, daß die Frequenz des gepulsten
Gleichstroms (Flanken der Gleichstromimpulse) nach der Geometrie des untersuchten Werkstücks so eingestellt
wird, daß im Sinne des eingangs beschriebenen älteren Rechts 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 Werkstücks eine wesentlich homogenere Magnetisierung erzielt wird, als nach
einer größeren Anzahl von Magnetisierungsimpulsen. Die Erfindung nutzt diesen |ungfräulichkeitseffekt 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 etwa 50 Impulsen.
Die beschriebene Grundsätzlichkeit gilt sowohl für Verfahren, die an ruhenden Werkstücken durchgeführt
werden, als auch für eine Arbeitsweise, bei der die Werkstücke im Durchlauf an einer entsprechenden
Vorrichtung vorbeigeführt werden. Für die Prüfung ruhender Werkstücke gilt die Regel, daß die Magnetisierung
nur mit einem oder mit wenigem 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 größeren Anzahl von Magnetisierungsimpulsen erfolgen.
Aus konstruktiven Gründen liegen nämlich 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
Magnetisierungszustand befindet. Auch hier kann jedoch ohne Schwierigkeiten die erfindungsgemäße
Grundkonzeption verwirklicht 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 Magnetisierungsimpuls gleichen Impuls entmagnetisiert
werden. Wird in diesem Zusammenhang mit Magnetographie gearbeitet, d. h. erfolgt eine ma-
6S gnetische Bandspeicherung des Streuflusses bei nachträglicher
Abfragung des Bands, so wird man selbstverständlich lediglich die ungelöschten Bandabschnitte abfragen.
Tatsächlich findet man, daß ein für die Kanten-
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empfindlichkeit 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 Stromrschtung entmagnetisiert wird. Bei der Entmagnetisierung
wird zwar das Magnetband gelöscht, jedoch bei der sofort folgenden Magnetisierung sofort
wieder beschrieben. Arbeitet man mit fortlaufendem Band, so bleibt lediglich derjenige Bandabschnitt gelöscht,
der zwischen Entmagnetisierung und Magnetisierung aus dem Kontaktbereich 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 Länge des aufliegenden Bands 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 Ausführungsform mit magnetischer Bandspeicherung sei an
Hand einer Zeichnung erläutert. Die einzige Figur verdeutlicht ein Zeitdiagramm:
Im oberen Teil a) der Figur sind Form und zeitliche Folge der Entmagnetisierungs- und Magnetisierungsimpulse dargestellt. Zur Zeit Null bzw. 20 msec werden
die Entmagnetisierungsimpulse 1 ausgelöst. Sie dauern 1 msec. Es folgen eine Pause 3 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 Teils a) gehörende Bandabschnitt 4 für eine Durchlaufgeschwindigkeit von 0,5 m/sec dargestellt. Je msec
werden bei dieser Geschwindigkeit 0,5 mm Band abgewickelt. Die gelöschten Abschnittes 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 Impulsfrequenz verringert oder auch vergrößert werden. Bei Verringerung wird das
Verhältnis der gelöschten Bandabschnitte zu den beschriebenen noch günstiger. Es muß allerdings die Auflagelänge
des Bands 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 Prüfguts in die Prüfanlage variablen Geschwindigkeit die Impulsfolge nicht zeit- sondern wegproportional
steuern.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
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 aufweisendem Querschnitt, wobei die Werkstücke durch einen in Achsrichtung fließenden
gepulsten Gleichstrom, der so eingestellt wird, daß »uch im Bereich der Kanten liegende Oberfiachenrisse
erfaßt werden, magnetisiert und der an Rissen austretende Streufluß meßlechnisch 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 weniger als fünfzig Magnetisierungsimpulse verwendet werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, in der Ausführungsform für kontinuierliche Prüfung im
Durchlauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke unmittelbar von jeder Magnetisierung entmagnetisiert
werden.
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.
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Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19691900992 DE1900992C3 (de) | 1969-01-09 | Verfahren zum Auffinden von Oberflächenrissen in Stangen, Knüppeln und dergleichen | |
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BE743387D BE743387A (de) | 1969-01-09 | 1969-12-19 | |
FR6945207A FR2027976A6 (de) | 1969-01-09 | 1969-12-29 | |
GB601/70A GB1273841A (en) | 1969-01-09 | 1970-01-06 | Detecting surface cracks in bars, billets and the like |
US1275A US3657638A (en) | 1969-01-09 | 1970-01-07 | Method of magnetic flaw detection in bodies of non-circular cross section using unidirectional magnetization and demagnetization pulses to eliminate edge distortion of the magnetic field |
SE00192/70A SE358028B (de) | 1969-01-09 | 1970-01-08 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19691900992 DE1900992C3 (de) | 1969-01-09 | Verfahren zum Auffinden von Oberflächenrissen in Stangen, Knüppeln und dergleichen |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1900992A1 DE1900992A1 (de) | 1970-08-27 |
DE1900992B2 true DE1900992B2 (de) | 1975-10-23 |
DE1900992C3 DE1900992C3 (de) | 1976-05-26 |
Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB1273841A (en) | 1972-05-10 |
NL6918432A (de) | 1970-07-13 |
SE358028B (de) | 1973-07-16 |
DE1900992A1 (de) | 1970-08-27 |
FR2027976A6 (de) | 1970-10-02 |
US3657638A (en) | 1972-04-18 |
BE743387A (de) | 1970-05-28 |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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