DE2105538C3 - Vorrichtung zum Magnetisieren von Prüflingen für deren Prüfung auf Risse beliebiger Richtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Magnetisieren von Prüflingen für deren Prüfung auf Risse beliebiger Richtung nach dem Magnetpulververfahren mit einer wechselstrom gespeisten Spulen- oder Jochvorrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Längsfeldes im Prüfling, deren Prüflingsaufnahmeelemente als Stromzuführungen zum Prüfling ausgebildet sind, und mit einer nach Art einer Sekundärwicklung gegenüber der Spule für die Längsmagnetisierung angeordneten Hochstromwicklung für die Wechselstromdurchflutung des Prüflings zwecks dessen Prüfung auf Querrisse.

Die magnetische Rißprüfung beruht auf der Erscheinung, daß an den Stellen, an denen ein von magnetischen Kraftlinien durchflossener Körper einen Riß aufweist, ein Teil der Kraftlinien außerhalb des ferromagnetischen Materials verläuft und dort einen sogenannten Streufluß bildet. Solche Streuflüsse entstehen an solchen Materialtrennungen an der Oberfläche eines ferromagnetischen Werkstückes, welche den magnetischen Kraftlinienfluß schneiden bzw. zu ihm annähernd senkrecht verlaufen, weil dort die magnetisehen Kraftlinien infolge der Querschnittsverringerung 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 magnetijiert und mit feine ferromagnetische Teilchen enthaltendem Prüfmittel bespült oder besprüht werden. Das im Prüfmittel enthaltene oder das Prüfmittel bildende Magnetpulver bleibt infolge des Kraftlinienaustrittes an den den magnetischen Kraftfluß schneidenden Kanten der Fehlerstellen in verstärktem Maße haften, so die Fehlerstellen markierend.

Um einen für die Anzeige von Rissen beliebiger Richtung geeigneten magnetischen Kraftlinienverlauf herbeizuführen, bedient man sich eines magnetischen Längsfeldes, welches den Prüfling in Richtung seiner Längsachse durchsetzt, und eines magnetischen Ringfeldes, welches sich konzentrisch um die Längsachse des Prüflings ausbildet. Wenn man die Feldstärke eines dieser beiden Magnetfelder bei konstant bleibendem anderen Feld oder beider Magnetfelder mit Phasenverschiebung oder unterschiedlicher Frequenz zeitlich periodisch ändert, so ändert der aus beiden Feldern resultierende Magnetfeldvektor im Rhythmus der Feldstärkeänderungen seine Richtung. Es ist somit möglich, mit Hilfe von zwei phasenverschobenen magnetischen Wechselfeldern einen kreisförmig rotierenden Magnetisierungsvektor zu erzeugen, mit dessen Hilfe Risse beliebiger Richtung angezeigt werden können.

Die üblichen bekannten Vorrichtungen zur Erzeugung kombinierter magnetischer Wechselfelder bestehen im wesentlichen aus einem Joch aus lamelliertem Eisen oder einer Spule zur Erzeugung des Längsfeides und zwei an den Enden des Prüflings anzubringenden Hochstromkontakten zum Zuführen eines Stromes hoher Stromstärke an die Prüflingsenden zwecks Hochstromdurchflutung des Prüflings, welche in diesem ein magnetisches Ringfeld erzeugt. Bei diesen bekannten Magnetisierungsvorrichtungen muß zusätzlich zur Stromquelle für die Längsmagnetisierung (die das übliche Stromversorgungsnetz mit 220 Volt oder 300 Volt sein kann) eine dazu in der Arbeitsphase verschobene, gesonderte Stromquelle für die Erzeugung der Ringmagnetisierung an die Hochstromkontakte für den Prüfling angeschlossen werden und ein Hochstromtransformator zwischen Stromquelle und Prüflingskontaktierung 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. Diese Notwendigkeit hat zur Folge, daß die üblichen bekannten Geräte verhältnismäßig aufwendig in der Herstellung sowie ziemlich schwer und platzraubend sind.

Geräte solcher Art sind z. B. in der britischen Patentschrift 5 00 967 und in der deutschen Patentschrift 6 82 418 dargestellt und beschrieben, in der letzteren als zum Stande der Technik gehörend.

In der vorstehend erwähnten deutschen Patentschrift ist vorgeschlagen worden, zwecks Erreichung einer jederzeit richtigen Phasenlage der beiden Magnetisierungskomponenten entweder den Elektromagneten für die Längsmagnetisierung des Prüflings oder den Hochstromerzeuger für die Quermagnetisierung des Prüflings über einen Phasenschieber bekannter Konstruktion zu speisen oder in Abänderung der üblichen Schaltung den Hochstromerzeuger mit der Wicklung des Elektromagneten und mit dem Prüfling in Reihe zu schalten, so daß derselbe elektrische Erregerstrom sowohl zur unmittelbaren Magnetisierung des eingespannten Prüflings als auch zur Erregung des Elektromagneten dient. Auch bei diesen Anordnungen ist ein Hochstromtransformator unbedingt erforderlich.

In der deutschen Patentschrift 6 89 751 ist eine Vorrichtung zur Ausübung des Magnetpulververfahrens zum Auffinden von Rissen od. dgl. in magnetisierten Werkstücken beschrieben und dargestellt, bei welcher die Wicklung, aus der der Selbsterregungsstrom entnommen wird, als Sekundärwicklung zu der als Primärwicklung dienenden Fremderregungswicklung angeordnet ist, so daß ein gesonderter Hochstromtransformator für den Selbsterregerstrom entfällt. Die

Selbsterregung und die Fremderregung erfolgen bei dieser bekannten Vorrichtung jedoch nicht gleichzeitig, sondern zeitlich getrennt, wobei für die Ringmagnetisierung eine entscheidende Veränderung de» magnetischen Kreises gegenüber der für die Längsmagnetisie- rung vorgesehenen Anordnung erforderlich ist, um eine hinreichende Stärke des Selbsterregerstromes zu erzielen. Über die Phasenlage des Selbsterregtrstromes _ gegenüber dem Fremderregungsstrom ist in der deutschen Patentschrift 6 89 751 nichts erwähnt. Nur bei ι ο gleichzeitiger Selbsterregung und Fremderregung des Prüflings unter Phasenverschiebung von Selbsterre gungsstrom und Fremderregungsstrom resultiert ein ständig seine Richtung ändernder Magnetfeldvektor als Voraussetzung für eine einwandfreie Prüfung auf Risse beliebiger Richtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für eine solche einwandfreie Prüfung auf Risse beliebiger Richtung zu schaffen, bei der die gleichzeitig und mit Phasenverschiebung erfolgende Fremd- und Selbsterregung der Prüflinge mittels einer Anordnung erfolgt, welche die stufenlose Veränderung der Längs- und Quermagnetisierung des Prüflings zwischen Null und der jeweiligen Maximalleistung ermöglicht. Trotz dieser gegenüber den bekannten Vorrichtungen wesentlich verbesserten Wirkungsweise einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist bei dieser der technische Aufwand und Platzbedarf verringert worden, da ein gesonderter Transformator für die Hochstromerzeugung überflüssig ist und die Sekundärwicklung aus nur einigen wenigen Windungen Hochstromkabel bestehen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spule für die Längsmagnetisierung des Prüflings in zwei Teilspulen, auf zwei Jochschenkeln des Transformatorjoches angebracht, mit gesonderten Stromanschlüssen unterteilt ist, von denen mindestens eine Spule umpolbar ist.

Die Spulen auf den beiden Jochenden haben vorteilhafterweise gleiche Windungszahl und entgegengesetzten Windungssinn.

Nachstehend wird eine beispielsweise Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung anhand der sie schaubildlich und schematisch darstellenden Zeichnung beschrieben.

Der Prüfling 1 ist zwischen zwei Jochschenkel 2 und 3 einspannbar, welche in Führungen 5 und 6 an den Enden eines lamellierten Transformatorkernes 4 verschiebbar sind. Der Kern 4 ist zwischen seinen Endschenkeln 4e in zwei spiegelbildlich zueinander verlaufende Zweige aufgespalten. Die zwei parallelen Schenkel 4a und 46 dieser Zweige tragen als Primärwicklung je eine Spule 7a bzw. Tb mit Anschlüssen 8a, 9a bzw. 8b, 9b für das Wechselstromnetz. Ein Hochstromkabel »0 ist nach Art einer Sekundärwicklung um den Kernschenkel mit der Spule 7b als Primärwicklung geschlungen. Das Kabel 10 ist mit seinen Enden an Kontaktplatten It und 12 an den stirnseitigen, einander gegenüberliegenden Enden der Jochschenkel 2 und 3 angeschlossen. Damit der Strom, der nur durch den Prüfling fließen soll, keinen (>υ Nebenfluß über die leitenden Teile des Kernes 4 erhält, befindet sich zwischen dem Jochschenkel 2 bzw. 3 und der Führung 5 bzw. 6 eine Isolierschicht 13 bzw. 14.

Der Prüfling stellt für den durch das Hochstromkabel 10 gebildeten Sekundärsirumkreis eine Belastung mit '15 sehr geringer Induktivität dar. Spannung und Stromstärke im Hochstromkabel und damit im Prüfling haben also oraktisch die gleiche Phasenlage. Da die Spannung im Sekundärstromkreis sich aus der Gleichung

άΦ

U =

df

als Ableitung des magnetischen Flusses Φ im Eisenkern nach der Zeit ergibt, sind Magnetfeld und Spannung gegeneinander um 90° in der Phasenlage verschoben. Damit ist auch der Strom im Prüfling um ca. 90° gegenüber dem Magnetfeld im Kern und damit im Prüfling phasenverschoben.

Die Vorrichtung 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 Stromstärken in den Spulen 7a und Tb zwischen den Werten -1 und 1 + ~^ jedes gewünschte Verhältnis zwischen den Feldstärken für die Längsrißmagnetisierung und die Querrißmagnetisierung zwischen den Werten »Null« und »Unendlich« eingestellt werden. Dabei ist Rm 2 die Hälfte des magnetischen Widerstandes des durch die beiden Kernzweige gebildeten, geschlossenen Joches und Rm3 der magnetische Widerstand des Prüflings zuzüglich des magnetischen Widerstandes der Jochschenkel 2 und 3 bis zu den Führungen 5 und 6 der beiden Kernschenkel 4e.

Um von der Schaltung für reine Längsrißanzeige auf die für ausschließliche Querrißanzeige und umgekehrt umschalten /u können, sind die Anschlüsse 8b und 9b der Spule 7b umpolbar. Wenn die Polung so erfolgt, daß die Phasenlage der in den beiden Zweigen 4a und 4b durch die Wechselströme in den Spulen Ta und 7b induzierten Magnetfelder entgegen gesetzt gerichtet ist und die Stromstärken der Magnetisierungströme dann noch so bemessen werden, daß die Feldstärken der von den beiden Spulen 7a und 7b induzierten Magnetfelder an den verzweigungsseitigen Enden der Kernschenkel 4e gleich groß ist, so heben sich die beiden von den Spulen 7a und 7b erzeugten Magnetfelder in den Kernschenkeln 4eund damit auch in den Jochschenkeln 2 und 3 im Prüfling 1 durch Überlagerung auf. Es erfolgt somit keine Längsmagnetisierung des Prüflings, sondern nur dessen Ringmagnetisierung infolge Selbstdurchflutunc mit dem im Hochstromkabel 10 mittels der Spule 7b induzierten Wechselstrom. Daher werden ausschließlich Längsrisse angezeigt. Die Aufhebung der magnetischen Felder für die Längsmagnetisierung des Prüflings läßt sich sehr einfach erreichen, wenn man die Windungszahl der Spulen 7a und 7b gleich wählt und den Wickelsinn der Spulen entgegensetzt. 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 in den beiden Kernzweigen gleich ist.

1st nur eine Querrißanzeige 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 vorhanden sein, während in den Schenkeln 4eund damit den Jochschenkeln 2 und 3 ein für die Längsmagnetisierung ausreichender magnetischer Fluß herrschen muß. Dies kann nur dann erreicht werden, wenn das von der Spule 7a erzeugte Magnetfeld im Schenkel 4b das von der Spule 7b erzeugte Magnetfeld durch Überlagerung

auslöscht. Zu diesem Zweck müssen die Anschlüsse 86 und 96 so gepolt werden, daß die Wechselströme in den Spulen 7 a und 76 bei entgegengesetztem Wickelsinn auch entgegengesetzte Phasenlage haben. Fernerhin muß man die Stromstärke des Wechselstromes in der Spule 7a um das erforderliche geringe Maß höher wählen als die Stromstärke des Wechselstromes in der

Spule 76. Wenn beide Spulen gleiche Windungszahl haben, muß, um die Feldfreiheit im Schenkel 46 zu erreichen, das Verhältnis der Stromstärken in der Spule

Ta zu Spule 76 den Wert 1 + ~~ haben, wobei Rm 2

Rn 3

und Rm 3 die gleiche Bedeutung haben wie vorstehend erwähnt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Magnetisieren von Prüflingen für deren Prüfung auf Risse beliebiger Richtung nach S dem Magnetpulververfahren mit einer wechselstromgespeisten Spulen- oder Jochvorrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Längsfeldes im Prüfling, deren Prüflingsaufnahmeelemente als Stromzu führungen zum Prüfling ausgebildet sind, und mit ι ο einer nach Art einer Sekundärwicklung gegenüber der Spule für die Längsmagnetisierung des Prüflings angeordneten Hochstromwicklung für die Wechselstromdurchflutung des Prüflings zwecks dessen Prüfung auf Querrisse, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule für die Längsmagnetisierung des Prüflings in zwei Teilspulen (7 a, 7b), auf zwei Jochschenkeln (4a, 4b) des Transformatorjoches (4) angebracht, mit gesonderten Stromanschiüssen (8a, Sb, 9a, Vb) unterteilt ist, von denen mindestens eine Spule umpolbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sipulen (7a, 7b) auf den beiden Jochschenkeln (4a, 4b) gleiche Windungszahl und entgegengesetzten Windungssinn haben.