DE1938107B2

DE1938107B2 - Streuflußprüfverfahren für magnetisierbares Material

Info

Publication number: DE1938107B2
Application number: DE19691938107
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 5074 Heidberg Kaule
Original assignee: Werkstoffpruefgeraetebau Dipl-Ing Walter Kaule 5074 Heidberg GmbH
Current assignee: Werkstoffpruefgeraetebau Dipl-Ing Walter Kaule 5074 Heidberg GmbH
Priority date: 1969-07-26
Filing date: 1969-07-26
Publication date: 1979-01-11
Also published as: FR2053185A1; FR2053185B1; DE1938107A1; DE1938107C3; GB1266645A; JPS5031033B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Streuflußprüfverfahren, insbesondere zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung magnetisierbaren wie ferromagnetischen Materials, wobei das Priifgut zumindest an der Oberfläche magnetisiert und der von seinen Oberflächenfehlern ausgehende magnetische Streufluß gemessen bzw. angezeigt wird.

Zur Auffindung von Oberflächenrissen sind unter anderem zwei Prüfverfahren bekannt: Einmal das Ultraschall-Impulsverfahren, zum anderen das magnetische Streuflußverfahren. Letzteres läßt sich nur bei ferromagnetischem Material anwenden.

Bei dem Ultraschallverfahren wird die an Fehlerflächen reflektierte Schallenergie von ausgesendeten Schallimpulsen zur Messung benutzt. Bei Oberflächenfehlern (Risse) mit geringer Tiefe (kleiner als 10 μπι) ist die reflektierende Fläche sehr klein und somit auch die reflektierte Schallenergie. Die Obeflächenrauhigkeit des zu prüfenden Materials führt ebenfalls zu Reflexionsanzeigen, so daß das Auffinden eines sehr kleinen Risses problematisch wird.

Das bekannte magnetische Streuflußverfahren (FIuxen) beruht auf dem Austritt magnetischer Kraftlinien an Rißflächen bzw. Materialinhomogenitäten. Diese Kraftlinien können an den Austrittsstellen (Fehlerstellen) durch Magnetpulver sichtbar gemacht werden. Mit

50 diesem Verfahren sind die oben genannten kleinen Risse sicher sichtbar. Der Nachteil besteht jedoch darin, daß diese Prüfung optisch durchgeführt wird und damit nur schwer automatisiert werden kann.

Es ist bereits auch ein Verfahren zur Ausmessung magnetischer Streufelder mit Hilfe von Sonden oder kleiner Prüfspulen bekannt, die entweder die Probe umgibt oder nahe an deren Oberfläche angebracht wird. Hierbei wird die Probe z. B. mittels «ines Joches magnetisiert Allerdings kann hier die magnetische Anzeige nur dadurch abgenommen werden, daß man die Probe bewegen muß oder wahlweise die Prüfspule hin und her schwingen läßt Dies verlangt zusätzliche, auch mechanische und bewegliche Teile, was die Empfindlichkeit des Verfahrens herabsetzt und es versteuert. Darüberhinaus ist das bekannte Verfahren kein besonderes Verfahren zur Prüfung auf Oberflächenfehler, sondern es soll über den ganzen Querschnitt des Prüflings hinweg gemessen werden (Handbuch der zerstörungsfreien Materialprüfung, EAW. Müller, 1959, VerlagR.OIdenbourg,C62Seite 1 und 2(111/1962)).

Bei einem anderen Verfahren zur Beurteilung von Eigenschaften von magnetostriktiven Materialien wird ein Prüfkopf über den Prüfling geschoben, wobei der Prüfkopf mehrere Sendespulen und eine Empfängerspule nebeneinander aufweist. Der Prüfling wird einer Magnetisierung durch ein Gleichspannungsfeld unterworfen. Durch eine andere Senderspule wird eine Schallwelle in den Prüfling eingeschallt Die Schallwelle pflanzt sich impulsartig im Prüfling fort, wird vom Ende des Prüflings reflektiert und diese reflektierte Schallenergie wird von der Empfängerspule des Prüfkopfes aufgenommen. Mit Hilfe der jeweils unterschiedlichen Werte der reflektierten Schalienergie wird eine Magnetostriktionskurve des Werkstoffes aufgenommen und dient als Meßwertfunktion. Zwar treten hier im Prüfling mechanische Ultraschallschwingungen auf, jedoch ist nicht vorgesehen an einer oder mehreren Stellen der Oberfläche, die von¹ Prüfkopf entfernt ist, eine für die Oberfläche spezifische Abnahme einer Meßgröße noch eine hierfür erforderliche Sonde vorzusehen. Wenn zwar in einem Falle der Empfänger in einem festen Abstand zum Sender angeordnet ist, so wird — was in der Ultraschalltechnik an sich altbekannt ist — statt mit der reflektierten Welle mit der direkt durchgeschallten Welle, aber wiederum nicht spezifisch für Oberflächenfehler, gearbeitet, d. h. die durchgeschallte Ultraschallwelle empfangen, um die Magnetostriktionskurve aufzuzeichnen (DD-PS 30 556).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Empfindlichkeit der Messung des auf Oberflächenfehler zurückgehenden magnetischen Streuflußfeldes zu erhöhen und das Verfahren vollständiger zu automatisieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Ultraschallwelle in den aus magnetoelastischem Material bestehenden Prüfling, wie einzeln ansich in anderem Zusammenhang bekannt, eingeschallt, der magnetische Streufluß in ein hochfrequentes Wechselfeld umgewandelt und dann die Größe des Wechselfeldes bzw. dieses Wechselfeldanteiles gemessen und/oder angezeigt wird.

Durch dieses Verfahren wird in vorteilhafter Weise das von einem Oberflächenriß ausgehende magnetische Streuflußfeld derart beeinflußt, daß seine Magnetfeldlinien einer Messung mit erhöhter Empfindlichkeit zugänglich sind. Dieses magnetische Feld besteht jetzt wegen der Einwirkung des Ultraschallfeldes in Form eines hochfrequenten Wechselfeldes außerhalb und

nahe der Oberfläche zur Verfügung, so daß eine induktive, jetzt wesentlich empfindlichere Erfassung möglich ist. Die automatische Werkstoffprüfung wird dadurch gefördert, daß die zugehörige Meßapparatur stationär installiert und der Prüfling lediglich durch die Meßstation kontinuierlich durchgeführt zu werden braucht

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß eine oder mehrere Ultraschallquellen nur die zu prüfende Materialoberfläche bzw. die oberflächennahe Materialzone beschallen. Die Schallquelle kann impulsmoduliert werden.

Ausführungsformen der Erfindung sind in der einzigen Zeichnung dargestellt, die eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens darstellt

Zur Prüfung wird das ferromagnetische Prüfgut 1 mit einem Gleich- oder niederfrequenten Wechselfeld magnetisiert Die Magnetisierung erfolgt z. B. mit einem Hufeisenmagneten 2. Im Falle eines Oberflächenrisses 3 wird örtlich die Homogenität des Magnetfeldes 4 gestört, wodurch ein sog. Streufluß auf der Oberfläche des Prüfgütes austritt. In Verbindung init einem Sendegerät 6 kann die Erzeugung des Ultraschalles 7 im Prüfgut durch magnetostriktive Anregung mittels einer Spule 8 erfolgen.

Im ferromagnetischen Prüfgut ist Ultraschall mit dem magnetoelastischen Effekt verknüpft, d. h. die mechanische Welle bedingt eine mechanische Spannungsänderung, die die Magnetisierungskonstante (Permeabilität) ändert, denn Schallwellen bewirken ja Materialverdichtungen und -Verdünnungen. Dies bewirkt eben eine magnetische Leitwertänderung des Materials.

Dieser Vorgang spielt sich im wesentlichen nur auf der Außenhaut des Werkstoffes ab; denn bei hohen Frequenzen sind die elektrischen und magnetischen Felder in ihrer Wirkungsweise auf die Oberfläche eines elektrischen Leiters beschränkt (Skin-Effekt). Die Eindringtiefe der Felder hängt von der Frequenz ab. Bei 1 MHz beträgt sie wenige Millimeter in einem ferromagnet.ichen Prüfling.

Das an einem Riß 3 austretende Streuflußfeld 5 erfährt durch die rhytmische magnetische Loitveränderung eine im gleichen Rhytmus auftretende Feldgrößenveränderung. Der Streufluß 5 besitzt somit einen durch den Ultraschall bedingten hochfrequenten Wechselfeldanteil an der Oberfläche des Prüflings.

Dieses hochfrequente Wechselfeld kann z. B. induktiv durch ein mit Empfangsspulen versehenes Hufeiaensystem 9 abgenommen und über einen selektiven Verstärker 10 einem Anzeigegerat 11 zugeführt werden, wobei diese Spule(n) so angeordnet sind, daß ihr Feld die Oberfläche des Prüflings schneidet bzw, auf sie ausgerichtet ist.
Legt man die induktive Empfangsvorrichtung in Form einer magnetischen Brückenschaltung aus, z. B. Doppelhufeisensystem 9 mit gegensätzlichen Induktivitäten der Spulen 9a, 9b, so wird die Anzeigeempfindlichkeit wesentlich gesteigert

Die in der Figur beschriebene Ausführungsform

ίο zeichnet sich dadurch aus, daß die Prüfung auf Risse im Prüfgut berührungslos durchgeführt wird.
Weitere Ausführungsformen sind folgende:
Die bei den Verfahren notwendige Magnetisierung des Prüfgutes kann — im Einzelfall — auch mit einer das Material umschließenden Magnetisierungsspule erzielt werden. Weiterhin ist es möglich, das Prüfgut mit einem Gleich- oder niederfrequenten Wechselstrom hoher Stromstärke zu durchfluten, wobei sich ein zirkuläres Magnetfeld senkrecht zur Stromrichtung ausbildet

Der bei diesem Verfahren im Prüfgut erforderliche Ultraschall wird diesem insbesonde'c aber durch einen Ultraschallschwängcr 52 an sich bekannter Art (Bariumtitanat, Quarz) von außen über eine Kopplungsflüssigkeit aufgegeben. An welcher Stelle dem Prüfgut der Ultraschall aufgeprägt wird, ist im einzelnen unerheblich. E^r muß nur gewährleistet sein, daß das Pri.fgut unter dem Empfangssystem einer Beschallung ausgesetzt ist.

Der erforderliche Ultraschall kann dem Prüfgut

jo dauernd oder in Form von Impulsen aufgegeben werden, im letzteren Fall wird zur Anregung weniger Energie benötigt.

Für die Abnahme des an Rissen austretenden hochfrequenten Streuflusses kann statt eines Hufeisen-

j> systems 9 auch eine Spule Verwendung finden, wobei diese so ausgelegt sein kann, daß sie auf dem Prüfgut aufliegt, oder dieses ganz ausschließt.

Es ist wichtig, daß erfindungsgemäß die Empfangsvorrichtung so ausgelegt ist, daß die im ^prüfling

-to vorhandene (d. h. eingeschallte) Schallwelle nicht direkt zur Anzeige kommt, sondern nur der vom Streufeld ausgehende magnetische Streufluß bzw. sein Hochfrequenzanteil. Ein Beispiel der nur konstruktiven Ausbildung dieses einen Erfindungsprinzips ist eine Kompen-

4Ί sationsschaltung bzw. Nullschaltung der direkten Ultraschallanzeige, wie das Doppelhufeisensystem 9 od. dgl.

Die Empfangsspule kann, bzw. die Empfangsspulen können, unter Berücksichtigung dessen, um das Prüfgut,

ι" das insbesondere eine längliche Form hat, herumgelegt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Streuflußpriifverfahren, insbesondere zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung magnetisierbaren wie ferromagnetiscben Materials, wobei das Prüfgut zumindest an der Oberfläche magnetisiert und der von seinen Oberflächenfehlern ausgehende magnetische Streufluß gemessen bzw. angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ultraschallwelle in den aus magnetoelastischem Material bestehenden Prüfling eingeschallt, der magnetische Streufluß in ein hochfrequentes Wechselfeld umgewandelt und dann die Größe dieses Wechseireldes bzw. dieses Wechselfeldanteils gemessen und/oder angezeigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Ultraschallquellen nur die zu prüfenden Materialoberflächen bzw. die oberflächennahe Materialzone beschallen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, ei Ji die Schallquelle impulsmoduliert wird.

4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige dieses Wechselfeldes eine Empfangsspule mit einem Hufeisenmagneten versehen ist.

5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige des Wechselfeldes eine Empfangseinrichtung als magnetische Brückenschaltung ausgebildet,

z. B. als ein mit zwei gegeneinander geschalteten Empfangsspulen versehenes Doppelhufeisensystem ausgebildet r.:t

6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung so ausgelegt ist, daß die im Prüfling vorhandene Schallwe^e nicht bzw. nicht direkt angezeigt wird, z. B. durch eine Kompensationsschaltung unterdrückt wird.