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BETRIPPT: Verfahren und Vorrichtung zum Magnetisieren von Prüflingen
für deren Prüfung auf Risse beliebiger Richtung nach dem Nagnetpulververfahren0
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Magnetisieren von
Prüflingen für deren Prüfung auf Risse beliebiger Richtung nach dem Magnetpulververfahren.
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Die magnetische Rißprüfung beruht auf der Erscheinung, daß, wenn sich
der Querschnitt eines von magnetischen Kraftlinien durchflossenen Körpers sehr plötzlich
verringert, wie das an Stellen der Ball ist, an denen der Körper einen Riß aufweist,
nicht mehr alle magnetischen Kraftlinien im ferromagnetiscben Material verlaufen,
sondern daß ein Teil der Kraftlinien auf eine gewisse Strecke im Bereich der Querachnittsver
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ringerung außerhalb des ferromagnetischen Materials verläuft und dort
einen sog. Streufluß bildet. Solche Streuflüsse
entstehen immer
dann, wenn durch Materialtrennungen an der Oberfläche eines ferromagnetischen Wörkstückes
die magnetischen Kraftlinien infolge der Querschnittsverringe= rung sehr stark zusammengedrängt
werden und dabei ein Teil der Kraftlinien aus dem WErkstoff "herausgedrängt" wird,
Die Eigenschaft des so entstehenden Streuflusses, feine ferromagnetische Teilchen
anzuziehen und festzuhalten, wird bei der Rißprüfung nach dem Magnetpulver-Verfahren
ausgenutzt, indem die Prüflinge magnetisiert und mit feine ferromagnetische Teilchen
enthaltendem PrüSmittel bespült oder besprüht werden0 Das im Prüfmittel enthal tene
oder das Prüfmittel bildende Magnetpulver bleibt an den Oberflächenfehlerstell n
des magnetischen Werkstückes infolge des Kraftlinienaustrittes an den Kanten der
Feh= lerstellen in verstärktem Maße haften, so die Behlerstela len markierendO Um
sich in beliebiger Richtung erstreckende Fehlerstellen zur Anzeige bringen zu können,
müssen gleichzeitig zwei verschiedene Magnetfelder in den Prüfling eingeleitet werts
den, denn Materialtrennungen können mittels des Magnet pulver-Verfahrens nur dann
sichtbar gemacht werden, wenn sie den magnetischen Kraftfluß schneiden, also vor
allem, wenn sie zu den magnetischen Kraftlinien annähernd senkt recht verlaufen.
Um einen derartigen Kraftlinienverlauf für Risse beliebiger Richtung herbeizuführen,
bedient man
sich eines magnetischen Längsfeldes, welches den Xrüfling
in Richtung seiner Längsachse durchsetzt, und eines magnet tischen Ringfeldes, welches
sich konzentrisch um die Rings= achse des Prüflings ausbildet0 Die Vektoren dieser
beiden Magnetfelder bilden einen resultierenden Gesamtvektor. Wenn man eines dieser
beiden Magnetfelder bei konstant bleibendem anderen Feld oder beide Magnetfelder
mit Phasenverschiebung oder unterschiedlicher Frequenz zeitlich periodisch ändert,
so ändert der resultierende Magnetisierungsvektor im Rhyth= mus der Feldänderungen
seine Richtung0 Es ist somit möglich, mit Hilfe von zwei phasenverschobenen magnetischen
Wechselt feldern einen kreisförmig rotierenden flagnetisierungsvektor zu erzeugen,
mit dessen Hilfe Risse beliebiger Richtung angezeigt werden können0 Die bekannten
Vorrichtungen zur Erzeugung solcher kombinier= ter magnetischer Wechselfelder bestehen
im wesentlichen aus einem Joch aus lamelliertem Eisen oder einer Spule zur Er2 zeugung
des Längs feldes und zwei an den Enden des Prüflings anzubringenden Hochstromkontakten
zum Zuführen eines Stromes hoher Stromstärke an die Prüflingsenden zwecks IIochstromdurch,
flutung der Prüflinge, welche in diesen ein magnetisches Ringfeld erzeugt. Bei diesen
bekannten I4agnetisierungsvor= richtungen muß zusätzlich zur Stromquelle für die
Längsmag= netisierung (die das übliche Stromversorgungsnetz mit 220 V oder 380 V
sgin kann) eine dazu phasenverschobene, geson3 derte Stromquelle für die Erzeugung
der Ringmagnetisierung
an die Hochstromkontakte für den Brüfling
angeschlossen werden' und ein Hochstromtransformator zwischen Stromquelle und Prüflingskontierung
geschaltet werden, da die für die Durchflutung des Prüflings erforderlichen hohen
Stromstärken in der Größenordnung von einigen tausend Ampere einem normalen Kraftnetz
nicht ohne weiteres entnommen werden können.
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Diese Notwendigkeit hat zur Folge, daß die bekannten Geräte verhältnismäßig
aufwendig in der Herstellung sowie ziemlich schwer und platzraubend sind.
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Der Erfindung hat die Aufgabe zugrunde gelegen, ein Verfahren und
eine Vorrichtung für die kombinierte Längs-und Ringmagnetisierung zu schaffen, bei
der keine gesonderte Stromquelle für die Ringmagnetisierung erforderlich ist und
der technische Aufwand und Platzbedarf wesentlich verringert sind.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
der Prüfling zur Erzeugung des magnetischen Ringfeldes mit seinen beiden Längsenden
so an eine offene, aus einigen wenigen Windungen Hochstromkabel bestehende Wicklung
bzw. Spule angeschlossen wird, daß er diese schließt, und daß diese Wicklung bzw.
Spule so gegenüber einer anderen Wicklung bzw. Spule für die Längemagnetisierung
des irüflings angeordnet ist, daß der durch die andere Wicklung bzw.
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Spule hindurchgeleitete Magnetisterungsstrom in der Hochstronakabel
-Wicklung
bzwO -Spule einen dazu phasenverschobenen Wechselstrom für die Ringmagnetisierung
induziert.
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In weiterer Ausgestaltung dieses Verfahrens können für die Längsmagnetisierung
des Prüflings zwei Wicklungen bzwO Spulen verwendet werden, von denen nur eine mit
dem Hochstromkabel für die Stromlängsdurchflutung des Prüflings umwickelt ist, wobei
durch Veränderung der Phasenlage und des Stromstärkenverhältnisses der durch die
beiden Wicklungen bzw.
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Spulen hindurchgeleiteten Wechselströme das jeweils gewünschte Verhältnis
zwischen der Feldstärke der Längsmagnetisierung im Yrüfling und derjenigen der Ringmagnetisierung
zwischen den Werten Null und Unendlich eingestellt wird.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine
offenes aus nur einigen wenigen Windungen Hochstromkabel bestehende Wicklung bzw.
Spule für die Stromlängsdruchflutung des Prüflings, die derart gegenüber einer anderen
Wicklung bzw. Spule für die Längsmagnetisierung des Prüflings angeordnet ist, daß
der durch die andere Wicklung bzw. Spule hindurchgeleitete Magnetisierungstrom in
der Hochstromkabel-Wicklung bzw. -Spule einen dazu phasenverschobenen Wechselstrom
für die Ringmagnetisierung des Prüflings induziert.
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Die Wicklung bzw. Spule flir die Längsmagnetisierung des Prüflings
kann eine Magnetisierungspule für ein lamelliertes ransformatorJoch zum Einspannen
des Prüflings sein, welches das Hochs tromkab ei für die Stromlängsdurchflutung
des
Prüflings nach Art einer Sekundärwicklung trägt.
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Bei einer weiterentwickelten Ausfuhrungsform ist das Joch in zwei
Schenkel verzweigt, wobei jeder Schenkel eine gesonderte, an eine Wechselstromquelle
angeschlossene Magnetisierungswicklung trägt, von denen mindestens eine umpolbar
ist, und nur ein Schenkel die Hochstromkabelwicklung für die Stromlängsdurchflutung
des Prüflings trägt.
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Vorteilhaft ist es, wenn diese beiden Magnetisierungswicklungen gleiche
Wicklungszahl und entgegengesetzten Wicklungssinn haben.
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Weitere Merkmale und Vorteile der ERfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung von zwei beispielsweisen aus rührungsformen einer Vorrichtung gemäß
der Erfindung anhand der Zeichnungen.
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Fig. 1 zeigt schematisch im Schaubild eine Grundausführungsform einer
Vorrichtung gemäß der Erfindung und Fig. 2 ist eine schematische schaubildliche
Darstellung einer abgewandelten Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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Bei beiden dargestellten Ausführungsformen ist der Prüfling 1 zwischen
zwei Jochschenlel 2 und 3 einspannbar, welche in Führungen 5 und 6 an den Enden
eines lamellierten Transformatorkernes
4 bzw. 4' verschiebbar sind.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. t ist der Kern 4 U-förmig und trägt
als PrImärwicklung eine Magnetisierungsspule 7 mit Anschlüssen 8 und 9 für das Wechselstromnetz,
während bei der usführungsform nach Pig. 2 der Kern 4' zwischen seinen Endschenkeln
4e in zwei spiegelbildlich zueinander verlaufende Zweige aufgespalten ist. Die zwei
parallelen Schenkel 4a' und 4b dieser Zweige tragen als Primärwicklung je eine Spule
7a bzw. 7b mit Anschlüssen 8a, 9a bzw.
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8b, 9b für das Wechselstromnetz0 Weiterhin ist nach Art einer Sekundärwicklung
ein Hochstromkabel 10 mit beispielsweis zwei Windungen um den Kern geschlungen,
und zwar bei der usführungsform nach Fig. 1 um dessen Primärwicklung 7 und bei der
Ausführungsform nach Fig. 2 um nur eine der Primärwicklungen, nämlich die Spule
7b. Das Kabel 10 ist mit seinen Enden an Kontaktplatten 11 und 12 an den stirnseitigen,
einander gegenüber liegenden Enden der Jochschenkel 2 und 3 angeschlossen. Damit
der Strom, der nur durch den Prüfling fließen soll, keinen Nebenfluß über die leitenden
Teile des Kernes 4 bzw. 4' erhält, befindet sich zwischen dem Jochschenkel 2 bzw.
3 und der Führung 5 bzw. 6 eine Isolierschicht 13 bzw. 14.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestelltenund beachrieen bene AusfUhrungsform/beschränkte
Vielmehr sind mannigfache
Abwandlungen desselben möglich, ohne den
Grundgedanken der Erfindung zu verlassen, So kann beispielsweise anstelle des Transformatorkernes
4 mit Primärwicklung 7 eine Helm= holtz-Spule oder eine einseitig offene Spezial-Längsmagne=
tiserungsspule in Kombination mit geraden Prüflings-Ein= spannstücken verwendet
werden.
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Der Prüfling 1 stellt für den durch das Hochstromkabel 10 gebildeten
Sekundärkreis eine Belastung mit sehr geringer Induktvität dar, Spannung und Stromstärke
im Hochstrom= damit kabel und ga Prüfling haben also praktisch die gleiche Phasenlage0
Da die Spannung im Sekundärstromkreis sich aus der Gleichung U = d# dt als Ableitung
des magnetischen Flusses # im Eisenkern nach der Zeit ergibt, sind Magnetfeld und
Spannung gegeneinander um 900 in der Phasenlage verschoben. Damit ist auch der Strom
im Prüfling um ca0 900 gegenüber dem Magnetfeld im Kern und damit im Prüfling phasenverschoben.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung liefert somit einen phasenverschobenen
Durchflutungsstrom für den Prüfling, ohne daß dazu eine zweite, gegenüber der ersten
phasen= verschobene Stromquelle oder eine zusätzliche Vorrichtung zur Erzeugung
der Phasenverschiebung benötigt wird0 Auch kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung,
im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen, ohne Zwischenschalten eines iiochstromtransformators
unmittelbar an das Speisenetz angeschlossen werden0
Die Ausführungsform
nach Fig. 2 bietet die Möglichkeit, außer der kombinierten Prüfung auf Längs- und
Querrisse auch entweder nur auf Längsrisse oder nur auf Querrisse zu prüfen. Überdies
kann durch Variieren des Verhältnisses der Stromstårken in den Spulen 7a und 7b
zwischen den Rm2 werten -1 und 1 + Rm3 jedes gewünschte Verhältnis zwischen den
Feldstärken für die Längsrißmagnetisierung und die Querrißmagnetisierung zwischen
den Werten "Null" und "Unendlich" eingestellt werden. Dabei ist Rm2 die Hälfte des
magnetischen Widerstandes des durch die beiden Kernzweige gebildeten geschlossenen
Joches und Bm3 der magnetische Widerstand des Prüflings zuzüglich des magnetischen
Widerstandes der Jochschenkel 2 und 3 bis zu den Führungen 5 und 6 und der beiden
Kernendschenkel 4e2.
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Um von der Schaltung für reine Längsrißanzeige auf die für ausschließliche
Querrißanzeige und umgekehrt umschalten zu können, sind die Anschlüsse 8b und 9b
der Spule 7b umpolbar. Wenn die Polung so erfolgt, daß die Phasenlage der in den
beiden Zweigen 4a1 und 4b' durch die Wechselströme in den Spulen 7a und 7b induzierten
Nagnetfeider entgegengesetzt gerichtet ist und die Stromstärken der Magnetisierungaströme
dann nboh so bemessen werden , daß die Feldstärke der von den beiden Spulen 7a und
7b induzierten Magfelder
an den verzweigungsseitigen Enden der
Kernschenkel 4e1 gleich groß ist, so heben sich die beiden von den Spulen 7a und
7b erzeugten Magnetfeld er in den Kernschenkeln 4e und damit auch in den Jochschenkeln
2 und 3 und im Prüfling 1 durch Überlagerung auf. Es erfolgt somit keine Längsmagnetisierung
des Prüflings, sondern nur dessen Ringmagnetisierung infolge Selbstdurchflutung
mit dem im Hochstromkabel iQ mittels der Spule 7b induzierten Wechselstrom.
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Daher werden ausschließlich Xangsrisse angezeigt. Die Aufhebung der
magnetischen Felder für die Längsmagnetsierung des Prüflings läßt sich sehr einfach
erreichen, wenn man die Windungszahl der Spulen 7a und 7b gleich wählt und den Wickelsinn
der Spulen entgegengesetzt. Es reicht dann, die Spulen 7a und 7b mit Wechselströmen
gleich hoher Stromstärke und gleicher Phasenlage zu speisen, um den gewünschten
Effekt zu erzielen, vorausgesetzt natürlich, daß der magnetische Widerstand der
beiden Kernzweige gleich ist.
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Ist nur eine Querrißanzeig ohne Längsrißanzeige erwünscht, so darf
im Hochstromkabel 10 kein Strom induziert werden, wobei im Prüfling ein magnetisches
Längsfeld erzeugt werden muß. Es darf somit in dem die Spule 7b tragenden Schenkel
4b kein magnetischer Fluß varhanden sein, während in den Schenkeln 4e' und damit
den -cJchschenkeln 2 und 5
ein für die Längsmagnetisierung des
Prüflinge ausreichender magnetischer Fluß herrschen muß. Dies kann nur dann erreicht
werden, wenn das von der Spule 7a erzeugte Magen netfeid im Schenkel 4b das von
der Spule 7b erzeugte Magnetfeld durch Vberlagerung auslöscht. Zu diesem Zweck müssen
die AnschlÜsse 8b und 9b so gepolt werden, daß die Wechselströme in den Spulen 7a
und 7b bei entgegengeetztem Wickelsinn auch entgegengesetzte Phasenlage haben und
muß man die Stromstärke des Wechselstromes in der Spule 7a um das erforderliche
geringe Maß höher wahlen als die Stromstärke des Wechselstromes in der Spule 7b.
Wenn beide Spulen gleiche Windungszahl haben, muß, um Feldfreiheit im Schenkel 4b
zu erreichen, das Verhältnis der Stromstärken in der Spule 7a zu Spule 7b Rm² den
Wert: 1 + Rm³ haben, wobei Rm2 und Rm3 die gleiche Bedeutung haben wie vorstehend
erwähnt.