DE202016101253U1

DE202016101253U1 - Device for testing magnetizable elongated workpieces for transverse defects in the surface of the workpiece by means of magnetic particle testing

Info

Publication number: DE202016101253U1
Application number: DE202016101253.8U
Authority: DE
Original assignee: HELLING GmbH
Current assignee: HELLING GmbH
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2026-03-09

Abstract

Einrichtung zur Prüfung magnetisierbarer langgestreckter Werkstücke (1) auf Querfehler in der Oberfläche des Werkstücks (1) mittels einer Magnetpulverprüfanordnung, bei der das Werkstück (1) zur Prüfung mittels einer Spulenanordnung magnetisiert wird und das Erscheinungsbild von aufgebrachtem Magnetpulver an Fehlstellen ausgewertet wird, wobei die Spulenanordnung mit in Umfangsrichtung des Werkstücks (1) verlaufenden Windungen an das Werkstück (1) angesetzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung als halbkreisförmige Spule (3) ausgebildet ist, welche auf einen Teilumfang des Werkstücks (1) aufsetzbar ist.Device for testing magnetisable elongate workpieces (1) for transverse defects in the surface of the workpiece (1) by means of a magnetic powder test arrangement, in which the workpiece (1) is magnetized for testing by means of a coil arrangement and the appearance of applied magnetic powder is evaluated at defects; Coil arrangement with in the circumferential direction of the workpiece (1) extending turns on the workpiece (1) can be recognized, characterized in that the coil assembly is formed as a semicircular coil (3), which on a partial circumference of the workpiece (1) can be placed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Prüfung magnetisierbarer langgestreckter Werkstücke auf Querfehler in der Oberfläche des Werkstücks mittels einer Magnetpulverprüfanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a device for testing magnetizable elongate workpieces for transverse defects in the surface of the workpiece by means of a magnetic powder test arrangement according to the preamble of claim 1.

Im Bereich der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung ist das Magnetpulverprüfverfahren ein etabliertes Verfahren, um optisch nicht leicht zu erkennende oder unterhalb der Oberfläche vorhandene Fehlstellen ermitteln zu können. Hierzu wird das zu prüfende Werkstück mit in einer Suspension aufgenommenem Magnetpulver besprüht und einem starken Magnetfeld ausgesetzt. An Fehlstellen des Werkstücks orientieren sich dadurch die Magnetpulverteilchen um, so dass sie optisch erkennbar werden. Die Sichtbarkeit kann verbessert werden, wenn das Magnetpulver fluorisierend ausgebildet ist und unter UV-Bestrahlung betrachtet wird. In the field of non-destructive material testing, the magnetic particle inspection method is an established method to be able to detect defects that are not easily recognizable or that are visible below the surface. For this purpose, the workpiece to be tested is sprayed with magnetic powder received in a suspension and exposed to a strong magnetic field. At defects of the workpiece thereby orient the magnetic powder particles, so that they are visually recognizable. The visibility can be improved if the magnetic powder is fluorinated and is viewed under UV irradiation.

Ein wesentliches Merkmal zur Erkennung von Fehlern an der Oberfläche des Werkstücks mittels der Magnetpulverprüfung besteht darin, dass nur solche Fehler erkannt werden können, die im Winkel von etwa 60–90° zum Magnetfeld verlaufen. An essential feature for the detection of defects on the surface of the workpiece by means of the magnetic particle inspection is that only those errors can be detected, which extend at an angle of about 60-90 ° to the magnetic field.

Mit einer geeigneten Spulenanordnung lassen sich Magnetfelder erzeugen, die Fehler eines Werkstücks sowohl in Längs- als auch Querrichtung aufzeigen können. Auch ein langgestrecktes zylindrisches Werkstück kann nach der Herstellung sowohl auf Längs- als auch Querfehler geprüft werden. Wenn ein solches Werkstück z. B. als Achswelle verwendet wird, können jedoch im Laufe des Gebrauchs des Werkstücks erneut Fehler auftreten, die bei Beginn der Nutzung noch nicht genügend erkennbar waren oder erst im Laufe der Nutzung aufgetreten sind. Hierbei handelt es sich im Wesentlichen um quer über den Umfang des Werkstücks verlaufende Fehlstellen. Wenn derartige Achswellen z. B. bei Eisenbahnwaggons verwendet werden, können Fehler zu Rissen führen, die katastrophale Folgen bewirken können. Magnetic fields can be generated with a suitable coil arrangement, which can show errors of a workpiece both in the longitudinal and in the transverse direction. An elongate cylindrical workpiece can also be checked for longitudinal and transverse defects after production. If such a workpiece z. B. is used as axle shaft, however, in the course of use of the workpiece again errors may occur that were not sufficiently recognizable at the beginning of use or occurred only in the course of use. These are essentially flaws extending transversely over the circumference of the workpiece. If such axle shafts z. B. used in railway wagons, errors can lead to cracks that can cause catastrophic consequences.

Es ist daher notwendig, insbesondere Achswellen, die unter starker Belastung stehen, in relativ kurzen Zeitabständen immer wieder zu untersuchen, und zwar insbesondere auf Querfehler. It is therefore necessary, in particular axle shafts, which are under heavy load to investigate again and again in relatively short time intervals, in particular on transverse errors.

Es ist eine Prüfanordnung bekannt, bei der zum Aufbringen eines Magnetfelds auf das Werkstück eine mit wenigen Windungen versehene Spule um das Werkstück gelegt wird, die mit einer großen Stromstärke zur Erzeugung eines starken Magnetfeldes angeregt. Da Achswellen für Eisenbahnfahrzeuge in der Regel mit Rädern gekoppelt sind, ist eine ringförmige Umschließung der Achswelle nur möglich, wenn dafür Klappspulen verwendet werden, die zangenartig um das Werkstück gelegt werden. Beim Schließen einer solchen zangenartigen Spule verbinden sich die offenen Leiterenden, so dass eine geschlossene Spule entsteht, die unter Strom gesetzt werden kann. There is known a test arrangement in which for applying a magnetic field to the workpiece a coil provided with few turns is placed around the workpiece, which excites with a large current to generate a strong magnetic field. Since axle shafts for railway vehicles are usually coupled with wheels, an annular enclosure of the axle shaft is only possible if it uses folding coils, which are placed like a pair of tongs around the workpiece. When closing such a tong-like coil, the open conductor ends connect, so that a closed coil is formed, which can be energized.

Ein Nachteil derartiger Klappspulen besteht darin, dass diese entlang einer Achswelle häufig umgesetzt und dafür geöffnet werden müssen, insbesondere wenn eine derartige Spule in einen engen Zwischenraum zwischen einem Rad und einer Bremsscheibe eingeführt werden soll. Eine solche Klappspule ist außerdem schwer zu handhaben und es ist Sorgfalt dafür aufzuwenden, beim Zuklappen der Teile der Klappspule eine sichere Verbindung der Leiter der Spule herzustellen. A disadvantage of such hinged spools is that they must be frequently implemented and opened along an axle shaft, especially when such a spool is to be inserted into a narrow space between a wheel and a brake disk. Such a hinged spool is also difficult to handle and care should be taken to establish a secure connection of the conductors of the spool upon collapse of the parts of the hinged spool.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Prüfung magnetisierbarer langgestreckter Werkstücke auf Querfehler in der Oberfläche eines Werkstücks mittels einer Magnetpulverprüfanordnung anzugeben, bei der eine Spule verwendet werden kann, die zum Umsetzen auf eine Achswelle keine Trennung oder Teilung erfordert, die leicht zu handhaben ist und ferner kostengünstig herstellbar ist. The invention is therefore based on the object to provide a device for testing magnetizable elongated workpieces for transverse defects in the surface of a workpiece by means of a Magnetpulverprüfanordnung in which a coil can be used which does not require separation or division to implement on a axle, the easy to handle and is also inexpensive to produce.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben. This object is achieved by the invention defined in claim 1. Advantageous developments of the invention are specified in subclaims.

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Prüfung magnetisierbarer langgestreckter Werkstücke, wie Achswellen, auf Querfehler in der Oberfläche des Werkstücks mittels einer Magnetpulverprüfanordnung, bei der das Werkstück zur Prüfung mittels einer Spulenanordnung magnetisiert wird und das Erscheinungsbild von aufgebrachtem Magnetpulver in Fehlstellen ausgewertet wird, wobei die Spulenanordnung mit in Umfangsrichtung des Werkstücks verlaufenden Windungen an das Werkstück angesetzt werden kann. The invention is based on a device for testing magnetizable elongated workpieces, such as axle shafts, for transverse defects in the surface of the workpiece by means of a magnetic powder test arrangement, in which the workpiece is magnetized for testing by means of a coil arrangement and the appearance of applied magnetic powder is evaluated in defects the coil assembly can be attached to the workpiece with turns extending in the circumferential direction of the workpiece.

Erfindungsgemäß ist die Spulenanordnung als halbkreisförmige Spule ausgebildet, welche auf einen Teilumfang des Werkstücks aufsetzbar ist. According to the invention, the coil arrangement is designed as a semicircular coil which can be placed on a partial circumference of the workpiece.

Dadurch, dass die Spulenanordnung lediglich als halbkreisförmige Spule ausgebildet ist, kann die Spule ohne Trennung oder Zerlegen auf einfache Weise auf einer Achswelle umgesetzt werden und auch in einen engen Zwischenraum zwischen einem Rad und einer Bremsanordnung eingebracht werden. Die Prüfung eines solchen Werkstücks erfolgt dadurch, dass die Spulenanordnung auf verschiedene vorher festgelegte Stellen des Werkstücks aufgelegt wird, so dass nach Ende eines Prüflaufs eine 180°-Hälfte des Werkstücks ausgewertet ist. Dann wird das Werkstück um 180° um seine Längsachse gedreht und es kann die zweite 180°-Hälfte des Werkstücks überprüft werden. Zur Sicherheit können auch drei 120°-Sektoren überprüft werden, wobei bei der Verwendung einer halbkreisförmigen Spule sich dann jeweils ein Überlappungsbereich ergibt. Andererseits verläuft das durch eine halbkreisförmige Spule erzeugte Magnetfeld nicht in einem scharf abgegrenzten Bereich von 180°, so dass auch bei einer Verwendung der Spulenanordnung an zwei Prüfhälften in der Regel eine ausreichende Überdeckung vorhanden ist. Characterized in that the coil assembly is formed only as a semicircular coil, the coil can be implemented without separation or disassembly in a simple manner on an axle shaft and also be introduced into a narrow space between a wheel and a brake assembly. The examination of such a workpiece takes place in that the coil arrangement is placed on various predetermined locations of the workpiece, so that after the end of a test run a 180 ° half of the workpiece is evaluated. Then the workpiece will be 180 ° around its Rotated longitudinal axis and it can be checked the second 180 ° half of the workpiece. For safety, three 120 ° sectors can also be checked, with the use of a semicircular coil then resulting in an overlap area. On the other hand, the magnetic field generated by a semicircular coil is not in a sharply defined region of 180 °, so that even when using the coil assembly on two test halves usually sufficient coverage is present.

Die Spulenanordnung ist vorzugsweise in einem bogenförmigen Rahmen aufgenommen, der einerseits Schutz für die Spule bildet und andererseits bei Auflegen auf das Werkstück einen definierten Abstand der Spule zur Werkstückoberfläche bestimmt. The coil arrangement is preferably accommodated in an arcuate frame which, on the one hand, provides protection for the coil and, on the other hand, determines a defined distance between the coil and the workpiece surface when placed on the workpiece.

Der Rahmen ist vorzugsweise an einem Kragarm eines Gestells befestigt, an dem er in horizontaler und/oder vertikaler Richtung der Rahmenebene verschiebbar ist. Hierdurch ergibt sich eine große Erleichterung für das Bedienpersonal, indem vermieden wird, dass die Spulenausbildung von Hand getragen und angelegt werden muss. Die Verschiebung des Rahmens kann durch eine kreuzförmige Halterung an einem Kragarm erfolgen, sie kann jedoch auch durch Scherengestänge realisiert sein. The frame is preferably attached to a cantilever arm of a frame on which it is displaceable in the horizontal and / or vertical direction of the frame plane. This results in a great deal of relief for the operating personnel, by avoiding that the coil formation must be carried by hand and created. The displacement of the frame can be done by a cross-shaped bracket on a cantilever, but it can also be realized by scissor linkage.

Da die Spulenanordnung lediglich um einen Winkel von 180° verläuft, ist die Stromzufuhr zur Spulenanordnung an einem ersten Ende des Rahmens und die Stromabfuhr an einem zweiten Ende des Rahmens befestigt. Um zu vermeiden, dass der Rückleiter bzw. der Hinleiter der Spulenanordnung parallel zur Spule verläuft, welches das erzeugte Magnetfeld schwächen würde, werden die Stromzufuhr- bzw. Stromabfuhrleitungen in einem solchen Abstand von der Spulenanordnung angeordnet, dass das Magnetfeld der Spulenanordnung im Wesentlichen unbeeinflusst von der Leiterführung der Stromzufuhr- und Stromabfuhrleitungen bleibt. Since the coil assembly extends only through an angle of 180 °, the power supply to the coil assembly at a first end of the frame and the power drain is attached to a second end of the frame. In order to avoid that the return conductor or the lead of the coil assembly is parallel to the coil, which would weaken the magnetic field generated, the power supply or current discharge lines are arranged at such a distance from the coil assembly, that the magnetic field of the coil assembly substantially unaffected the conductor guide of the power supply and power drain lines remains.

Die Spulenanordnung besteht vorzugsweise aus ein oder zwei parallel geschalteten Windungsabschnitten, welche entlang des halbkreisförmigen Bogens der Spulenanordnung verlaufen. Um die Stromdichte in einem Leiter weiter verringern zu können, können auch mehrere parallele Leiter oder auch ein bandförmiger Leiter verwendet werden. The coil assembly preferably consists of one or two parallel connected Windungsabschnitten which extend along the semicircular arc of the coil assembly. In order to be able to further reduce the current density in a conductor, it is also possible to use a plurality of parallel conductors or even a band-shaped conductor.

Die erfindungsgemäße Einrichtung findet insbesondere Verwendung zur Prüfung von Radwellen von Eisenbahnfahrzeugen. Aber es können auch jegliche andere magnetisierbare Werkstücke, die langgestreckt und insbesondere zylindrisch ausgebildet sind, entsprechend auf Querfehler untersucht werden. The device according to the invention finds particular use for testing wheel shafts of railway vehicles. However, any other magnetizable workpieces which are elongated and, in particular, cylindrically shaped can also be correspondingly examined for transverse defects.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment. Show it:

1 eine schematische Seitenansicht einer Prüfanordnung nach der Erfindung, 1 a schematic side view of a test arrangement according to the invention,

2 eine schematische Ansicht zum Einsatz des Gegenstands der Erfindung, und 2 a schematic view of the use of the article of the invention, and

3 ein Aufnahmegestell. 3 a recording rack.

Die in 1 dargestellte Anordnung dient zur Prüfung eines Werkstücks 1, insbesondere einer Achswelle eines Eisenbahn-Radsatzes. In einem auf das Werkstück 1 aufgesetzten Halterahmen 2 befindet sich eine halbkreisförmige Spule 3, deren Enden auf die Anschlüsse 4 und 5 führen, an die Stromzufuhr- und Stromabfuhrleitungen 6 und 7 angeschlossen sind. In the 1 The arrangement shown is used to test a workpiece 1 , in particular an axle shaft of a railway wheelset. In one on the workpiece 1 attached holding frame 2 there is a semicircular coil 3 whose ends are on the connectors 4 and 5 lead to the power supply and drain lines 6 and 7 are connected.

Die Spule 3 dient zur Erzeugung eines starken Magnetfeldes, das das Werkstück 1 durchflutet. Das durch eine derartige Halbkreisspule erzeugte Magnetfeld kann näherungsweise mit der Gleichung

berechnet werden. Dabei bedeuten N = Anzahl der Windungen, I = Strom, H = Feldstärke, R = Radius, z = Abstand von der Mitte der Spulenebene. The sink 3 serves to generate a strong magnetic field that the workpiece 1 flooded. The magnetic field generated by such a half-circle coil can be approximated by the equation

be calculated. N = number of turns, I = current, H = field strength, R = radius, z = distance from the center of the coil plane.

Bei einer gewünschten Feldstärke von z. B. 30 A/cm, einem Radius von 12,5 cm und einem Abstand z von 15 cm ergibt sich das Produkt N·I = 5.700 A-Windungen. Bis zu einem Abstand von 15 cm ergibt sich daher ein für die Magnetpulverprüfung ausreichendes Magnetfeld. Bei einem geforderten Magnetfeld von mehr als 20 A/cm und gleicher Ampere-Windungszahl ist eine ausreichende Feldstärke noch bei über 20 cm Abstand von der Spulenebene erreichbar. At a desired field strength of z. B. 30 A / cm, a radius of 12.5 cm and a distance z of 15 cm results in the product N · I = 5,700 A turns. Up to a distance of 15 cm, therefore, results in a magnetic field sufficient for the magnetic field. With a required magnetic field of more than 20 A / cm and the same number of ampere turns, a sufficient field strength can still be achieved at a distance of more than 20 cm from the coil plane.

Um zu vermeiden, dass Stromzufuhr und Stromabfuhr das Magnetfeld der Halbkreisspule beeinflussen, werden die Leiter 6 und 7 in einem weiten Abstand zur Spule geführt. Der Rahmen 2 besteht vorzugsweise aus nicht magnetisierbarem Material und enthält Stützstreben für die Spule 3. Diese kann aus einem einzigen Leiter bestehen, jedoch wird es bevorzugt, wenn diese aus mehreren parallel geführten Leitern besteht. Es kann auch ein relativ breites Leiterband verwendet werden, das ggf. eine höhere Stabilität als ein einzelner Leiter hat. In order to avoid that the power supply and current drain affect the magnetic field of the half circle coil, the conductors become 6 and 7 guided at a long distance to the coil. The frame 2 is preferably made of non-magnetizable material and includes support struts for the coil 3 , This may consist of a single conductor, but it is preferred if it consists of several parallel-guided conductors. It can also be used a relatively wide conductor strip, which may have a higher stability than a single conductor.

2 zeigt eine Seitenansicht eines Prüfaufbaus zur Prüfung von Achswellen eines Eisenbahnfahrzeug-Radsatzes mit einem Rad 8 und einer Bremsscheibe 9. Der Rahmen wird auf die Oberseite der Achswelle zur Prüfung aufgesetzt. Durch Einschalten des Magnetisierungsstroms wird die Achswelle magnetisiert und es können rechts und links des Rahmens 2 die erforderlichen Prüfungen durchgeführt werden. Danach kann der Rahmen 2 auf einfache Weise entlang der Achse umgesetzt oder auch zwischen Rad 8 und Bremsscheibe 9 eingeführt werden. Hierzu ist weder ein Aufklappen noch ein anschließendes Zusammenklappen einer Klappspule erforderlich. Um den Umfang einer Achswelle vollständig prüfen zu können, ist lediglich nach Durchführung von Messungen an der Oberseite der Achswelle eine 180°-Drehung der Achswelle um ihre Längsachse erforderlich. Hierbei ist keine Abnahme des Rahmens 2 erforderlich. 2 shows a side view of a test setup for testing axle shafts of a railway vehicle wheelset with a wheel 8th and a brake disc 9 , The frame is placed on top of the axle shaft for testing. By turning on the magnetizing current, the axle shaft is magnetized and it can be right and left of the frame 2 the required tests are carried out. After that, the frame can 2 implemented in a simple way along the axis or between wheel 8th and brake disc 9 be introduced. For this purpose, neither unfolding nor subsequent folding of a hinged spool is required. In order to be able to completely check the circumference of an axle shaft, a 180 ° rotation of the axle shaft about its longitudinal axis is required only after carrying out measurements on the upper side of the axle shaft. There is no decrease in the frame 2 required.

Es ist auch möglich, bei aufgelegtem Rahmen und eingeschalteter Magnetisierung die Achswelle langsam um ihre Achse zu drehen, so dass eine Durchlaufprüfung erfolgen kann. Wenn gleichzeitig ein kontinuierlicher Vorschub des Rahmens in Achsrichtung erfolgt, kann eine durchgehende Prüfung einer Achswelle entlang einer freien Strecke ohne jegliches Abnehmen des Rahmens von dem Prüfstück durchgeführt werden. Lediglich zur Einführung des Rahmens zwischen Rad und Bremse ist ein Anheben und wieder Absenken des Rahmens auf die Achswelle erforderlich. It is also possible to rotate the axle shaft slowly about its axis with the frame on and the magnetization switched on, so that a continuous test can be carried out. At the same time, when continuously advancing the frame in the axial direction, continuous testing of an axle shaft along a free route can be performed without any detachment of the frame from the test piece. Only for the introduction of the frame between the wheel and brake raising and lowering the frame on the axle is required.

3 zeigt einen Rahmen 2 an einem Tragegestell 12, bei dem der Rahmen 2 an einem als Kragarm ausgebildeten Träger 10 verschieblich angeordnet ist. Damit lässt sich eine Horizontalverschiebung des Rahmens 2 auf einfache Weise durchführen. Eine vertikale Verschiebung des Trägers 10 kann entlang der Säule 11 durchgeführt werden. Das mit Rollen versehene Gestell 12 lässt sich damit in einfacher Weise an ein Werkstück heranführen und auf das Werkstück abzusenken. 3 shows a frame 2 on a support frame 12 in which the frame 2 on a carrier designed as a cantilever 10 slidably arranged. This allows a horizontal displacement of the frame 2 perform in a simple manner. A vertical displacement of the carrier 10 can along the pillar 11 be performed. The castered frame 12 can thus be brought in a simple manner to a workpiece and lower it onto the workpiece.

Eine nicht dargestellte Alternative besteht darin, den Rahmen 2 an einem Ketten- oder Seilzug aufzuhängen und dann jeweils auf ein Werkstück abzusenken. An alternative, not shown, is the frame 2 hang on a chain or cable and then lower each on a workpiece.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Werkstück workpiece
2 2: Rahmen frame
3 3: Spule Kitchen sink
4 4: Anschluss connection
5 5: Anschluss connection
6 6: Leiter ladder
7 7: Leiter ladder
8 8th: Rad wheel
9 9: Bremse brake
10 10: Träger carrier
11 11: Säule pillar
12 12: Gestell frame

Claims

Device for testing magnetizable elongate workpieces ( 1 ) on transverse defects in the surface of the workpiece ( 1 ) by means of a magnetic powder testing arrangement, in which the workpiece ( 1 ) is magnetized for testing by means of a coil arrangement and the appearance of applied magnetic powder is evaluated at defects, wherein the coil arrangement with in the circumferential direction of the workpiece ( 1 ) running turns to the workpiece ( 1 ), characterized in that the coil arrangement as a semicircular coil ( 3 ) is formed, which on a partial circumference of the workpiece ( 1 ) can be placed.

Device according to claim 1, characterized in that the coil arrangement in an arcuate frame ( 2 ) is recorded.

Device according to claim 2, characterized in that the frame ( 2 ) on a cantilever arm of a frame ( 12 ) to which the frame ( 2 ) is displaceable in the horizontal and / or vertical direction of the frame plane.

Device according to claim 2, characterized in that the power supply ( 6 . 7 ) to the coil assembly at a first end of the frame ( 2 ) and the power drain ( 6 . 7 ) at a second end of the frame ( 2 ) is attached.

Device according to claim 1, characterized in that the coil arrangement (a coil 3 ) having a turn consisting of one or two parallel winding sections, which run along a semicircular arc of the coil arrangement.

Device according to claim 4, characterized in that the power supply line and / or the Stromabfuhrleitung run at a distance from the coil assembly that the magnetic field of the coil assembly remains substantially unaffected by the conductor guidance of the power supply and Stromabfuhrleitungen.

Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the elongate workpieces ( 1 ) Are wheelset shafts of railway vehicles.