DE2344076C3

DE2344076C3 - Ultrasonic device for non-destructive testing of test objects with an electrically conductive surface

Info

Publication number: DE2344076C3
Application number: DE19732344076
Authority: DE
Inventors: Jury Michailowitsch Moskau Schkarlet
Original assignee: Nautschno-Issledowatelskij Institut Introskopii, Moskau
Filing date: 1973-08-31
Publication date: 1977-01-20

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschallgerät zur zerstörungsfreien Prüfung von Prüflingen mit elektrisch leitender Oberfläche, mit einem Generator, der elektrische Hochfrequenz-Stromimpulse einem elektromagnetisch-akustischen Wandler zuführt, der mindestens eine Induktionsspule, in deren Wirkungszone der Prüfling angeordnet wird, und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist, sowie mit einem Registriergerät, das Signale vom Wandler erhält.The invention relates to an ultrasonic device for the non-destructive testing of test objects with electrical conductive surface, with a generator, the electrical high-frequency current impulses an electromagnetic-acoustic Converter feeds, the at least one induction coil, in the zone of action of the test object is arranged, and has a device for generating a magnetic field, as well as with a recording device, that receives signals from the converter.

Die Erfindung eignet sich besonders zum Auffinden von Fehlstellen und zur Dickenmessung von Prüflingen.The invention is particularly suitable for finding flaws and for measuring the thickness of test objects.

Eines der am meisten verbreiteten Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung ist ein Ultraschallverfahren, bei dem im Prüfling Ultraschallschwingungen angefacht bzw. angeregt und durch den Prüfling gelaufene oder von dessen Oberfläche reflektierte Schwingungen erfaßt werden.One of the most common methods of non-destructive testing is an ultrasonic method, in the case of the ultrasonic vibrations in the test piece fanned or excited and run through the test piece or vibrations reflected from its surface are detected.

Die Anfachung von Ultraschallschwingungen und den Empfang von Nutzsignalen besorgen piezoelektrische Wandler, die akustischen Kontakt mit der Oberfläche des Prüflings haben müssen.The amplification of ultrasonic vibrations and the reception of useful signals are done by piezoelectric ones Transducers that must have acoustic contact with the surface of the test object.

Diese Anforderung begrenzt das Anwendungsgebiet des erwähnten Verfahrens, weil hierbei keine Kontrolle von Prüflingen mit hohen Verschiebungsgeschwindigkeiten unmittelbar während deren Fertigungsprozesses gewährleistet werden kann.This requirement limits the field of application of the method mentioned, because there is no control here of test objects with high displacement speeds directly during their production process can be guaranteed.

Von diesen Nachteilen ist das elektromagnetischakustische Verfahren frei, das berührungslos Einstrahlen und Empfang von Ultraschallschwingungen gewährleistet. The electromagnetic-acoustic method, ie contactless radiation, is free from these disadvantages and reception of ultrasonic vibrations ensured.

Die Anfachung von Ultraschallschwingungen im Prüfling erfolgt durch Zusammenwirkung eines elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes, das von einer Spule erzeugt wird, die an der Oberfläche des Prüflings angeordnet ist, mit einem magnetischen Feld.The fanning of ultrasonic vibrations in the test object is achieved through the interaction of an electromagnetic one High-frequency field that is generated by a coil that is attached to the surface of the test object is arranged with a magnetic field.

Der Empfang von Ultraschallschwingungen erfolgt durch Induzieren einer elektromotorischen Kraft in derselben oder einer anderen Induktivitätsspule in der Wirkungszone des magnetischen Feldes.Ultrasonic vibrations are received by inducing an electromotive force in the same or another inductance coil in the effective zone of the magnetic field.

Dieses Verfahren ist das aussichtsreichste zur Ausführung einer Schnellkontrolle von Prüflingen, daruntet von im warmen Zustand befindlichen.This procedure is the most promising for performing a quick check of the test items, below from those in the warm state.

In diesem Zusammenhang ist bekannt (vgl. DT-AS 14 97 777) ein Verfahren zum berührungslosen Aussen den und Empfangen von Ultraschallschwingungen it elektrisch leitfähigen Materialien, wobei das Aussendet und Empfangen auf elektrodynamischem Weg ge schicht, und in einem konstanten oder Gleich-Magnet feld parallel zur Oberfläche des elektrisch leitfähigei Materials eine Induktivitätsspule angeordnet wird, uni zwar so, daß in ihrer unmittelbaren Nähe das konstant Magnetfeld senkrecht zur Materialoberfläche steht.In this context, a method for contactless outside is known (cf. DT-AS 14 97 777) and receiving of ultrasonic vibrations with electrically conductive materials, whereby the transmission and receiving in an electrodynamic way ge layer, and in a constant or equal magnet field parallel to the surface of the electrically conductive material an inductance coil is arranged, uni in such a way that in their immediate vicinity the constant magnetic field is perpendicular to the material surface.

Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteh darin, daß die Induktivitätsspule möglichst nahe ar Prüfling sein muß, um eine hohe Empfindlichkeit zu g£ währleisten, was inbesondere unter den Bedingunge der Fließkontrolle zu einer Beschädigung der Induktiv tätsspule infolge zufälliger Berührung durch den Prü ling führen kann.A disadvantage of this known method is that the inductance coil is as close as possible to ar Must be the test object in order to have a high sensitivity Ensure what, especially under the conditions of the flow control, to damage to the inductive ity coil can lead as a result of accidental contact by the test object.

Zum Schutz der Induktivitätsspule vor derartigen Beschädigungen kann einerseits der Abstand zum Prüfling erhöhl oder diese von einem zur Prtflingsoberfläche hin im wesentlichen geschlossenen Halter ausgenommen werden, was jedoch in beiden Fällen die MeB-empfindlichkeii herabsetzt.To protect the inductance coil from such damage, on the one hand the distance to the test object or this from one to the specimen surface essentially closed holder are excluded, which, however, in both cases the MeB -sensibilkeii degrades.

Ähnlich ist weiter ein Wechselstromverfahren zur Ultraschallerzeugung bekanntgeworden (vgl. DT-Zeitschrift Materialprüfung, Band 15 (1973), Nr. 2, Februar, Pia 4b in Verbindung mit Abschnitt 3.6\ gemäß dem eine Wechselstromschleife in der Nähe eines leitenden Prüflings in diesem ein Wirbelstromsystem erzeugt, wobei die beiden Ströme sich mit der Lorentz-Kraft abstoßen, die allerdings außerordentlich klein ist, so daß der Effekt höchstens für eine Resonanzanordnung ausreicht. Um diesen Effekt zu verstärken, wird der Oberfläche des leitenden Prüflings ein Cleichmagnet-TeId überlagert, so daß auf der Strombahn des Wirbelstroms eine elektromotorische Kralt entsteht, die sich mit der Stromrichtung umkehrt, weshalb die entstehende Schwingung und Ultraschallwelle von derselben Frequenz wie die erregende Wechselspannung ist. Zwar ist dort die Ankopplung trocken und berührungslos doch sind größere Abstände als 1 mm nicht möglich weil die übertragene Leistung mit dem Abstand sehr schnell abnimmt, so daß die größte Schwierigkeit bei diesem Verfahren eine ausreichende Empfindlichkeit ist.Similarly, an alternating current method for generating ultrasound has also become known (cf. DT magazine Materialprüfung, Volume 15 (1973), No. 2, February, Pia 4b in connection with Section 3.6 \ according to the an alternating current loop in the vicinity of a conductive test object creates an eddy current system in it, whereby the two currents repel each other with the Lorentz force, which is, however, extremely small, see above that the effect is at most sufficient for a resonance arrangement. To increase this effect, the A Cleichmagnet-TeId superimposed on the surface of the conductive test object, so that on the current path of the eddy current an electromotive Kralt arises, which reverses with the direction of the current, which is why the resulting Vibration and ultrasonic wave of the same frequency as the exciting alternating voltage. Although the coupling is dry and contactless there, distances greater than 1 mm are not possible because the transmitted power decreases very quickly with the distance, so that the greatest difficulty there is sufficient sensitivity in this method.

Im übrigen treten vergleichbare Schwierigkeiten wie bei dem vorher erläuterten bekannten Verfahren ?.uf.Otherwise, difficulties similar to those in the previously explained known method? .Uf occur.

Schließlich ist ein Ultraschallgerät zur zerstörungsfreien Prüfung von flächigen Prüflingen bekanntgeworden (vgl. US-PS 34 53 872), bei dem eine Sonde mit einer Spule ein Wechselmagnetfeld erzeugt, das in den Prüfling eindringt, so daß Wirbelströme in Abhängigkeit von der Materialbeschaffenheit des Prüflings erzeugt werden, die zu Schallwellen führen, die ihrerseits von einem Mikrofon erfaßt werden. Zwar sind die Induktivitätsspuk und das Mikrofon in einer zur Prüflingsfläche hin offenen Halterung untergebracht, die durch einen Körper aus Ferrit bzw Dielektrikum gebildet ist Damit fehlt es dem Kern an einer ausreichenden mechanischen Festigkeit, zumal die Verwendung von Metall für die Halterung ausgeschlossen ist.Finally, an ultrasonic device for the non-destructive testing of flat test objects has become known (See. US-PS 34 53 872), in which a probe with a coil generates an alternating magnetic field that is in the DUT penetrates, so that eddy currents as a function are generated by the material properties of the test object, which lead to sound waves, which in turn can be detected by a microphone. The inductance spuk and the microphone are in one to the test object surface housed open bracket, which is formed by a body made of ferrite or dielectric This means that the core lacks sufficient mechanical strength, especially since the use of Metal for the bracket is excluded.

Abgesehen davon ist dieses zuletzt genannte bekannte Ultraschallgerät wegen der starken Dämpfung der Schallwellen in Luft nur bis etwa 100 kHz (vgl. auch DT-Zeitschrifi Materialprüfung, a.a.O.. S. 41. r. Sp., Abs 5, in Verbindung mit Fig. 7) ersetzbar, erfaßt also höchstens den Bereich der nahen Ultraschallwellen.Apart from this, this last-mentioned known ultrasound device is because of the strong damping of the Sound waves in air only up to about 100 kHz (see also DT-Zeitschrift Materialprüfung, loc. Cit. P. 41. r. Sp., Paragraph 5, in conjunction with Fig. 7) can be replaced, so it covers at most the range of near ultrasonic waves.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung ein Ultraschallgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das in einem ausgedehnten Ultraschallfrequenzbereich trotz hoher Meßempfindlichkeil ausreichend robust und damit zuverlässig ist, um Prüflinge verschiedenster Form insbesondere auf einem Fließband zu prüfen, und keine genaue Lage der Induktionsspule relativ zum Prüfling erfordert.In contrast, it is the object of the invention to create an ultrasound device of the type mentioned above, which is sufficiently robust in an extended ultrasonic frequency range despite the high measuring sensitivity and is therefore reliable for testing test objects of various shapes, especially on an assembly line, and does not require an exact position of the induction coil relative to the test object.

Diese Aufgabe wird bei einem Ultraschallgerat der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zwischen der Induktivitätsspule und dem Prüfling ein Element mit elektrisch leitender, einen geschlossenen Strom kreis bildender Oberfläche angeordnet ist, deren einer Abschnitt mit der Induktivitätsspule induktiv gekoppelt ist. während der andere sich in der Nähe der Oberfläche des Prüflings befindet, wobei das Element aus mechanisch festem Material zum Schutz der Spule vor mechanischen Beschädigungen ausgeführt ist.This task is performed with an ultrasound device initially mentioned type achieved in that an element between the inductance coil and the test object is arranged with an electrically conductive, a closed circuit forming a circuit surface, one of which Section is inductively coupled to the inductance coil. while the other is near the surface of the test object is located, the element made of mechanically strong material to protect the coil in front mechanical damage is carried out.

Der mit der Erfindung erzielte Fortschritt besteht in der Erhöhung der Zuverlässigkeil des Ultraschallgeräts durch Schutz der Induktivitätsspule vor mechanischen Beschädigungen mittels des Elements, dessen mechanisehe Festigkeit höher als die mechanische Festigkeit der Spule selbst ist, ohne daß eine merkliche Verringerung der Empfindlichkeit des elektromagnetisch-akustischen Wandlers und damit des ganzen Ultraschallgerät eintritt. Dabei sind die Anordnung der Ir.duktivitätsspule relativ zur Prüflingsoberfläche und der Ultraschallfrequenzbereich unkritisch, ferner kann das erfindungsgemäße Ultraschallgerät im MHz-Bereich arbeiten. The advance achieved by the invention is to increase the reliability wedge of the ultrasonic device by protecting the inductance coil from mechanical damage by means of the element whose mechanical Strength is higher than the mechanical strength of the coil itself without any noticeable reduction the sensitivity of the electromagnetic-acoustic transducer and thus of the entire ultrasound device entry. The arrangement of the inductance coil is relative to the test object surface and the ultrasonic frequency range uncritical, the ultrasonic device according to the invention can also work in the MHz range.

Diese Lösung gestattet es, die Zuverlässigkeit des Gerätes dank dem Schutz der Induktivitätsspule vor mechanischen Beschädigungen mit Hilfe des Elementes mit elektrisch leitender Oberfläche zu erhöhen, dessen mechanische Festigkeit höher als die mechanische Festigkeit der Spule ist, wobei dies ohne merkliche Verringerung des Arbeitswirkungsgrades des elektromagnetisch-akustischen Wandlers erzielt wird.This solution makes it possible to ensure the reliability of the device thanks to the protection of the inductance coil to increase mechanical damage with the help of the element with an electrically conductive surface, its mechanical strength is higher than the mechanical strength of the coil, this without noticeable reduction the working efficiency of the electromagnetic-acoustic transducer is achieved.

Die Erfindung wird weitergebildet durch einen Magnet, während das Element mit elektrisch leitender Oberfläche aus ferromagnetischem Material ausgeführt und mindestens an einen der Pole dieses Magneten angeschlossen ist.The invention is further developed by a magnet, while the element with an electrically conductive surface is made of ferromagnetic material and is connected to at least one of the poles of this magnet.

Diese Lösung ist in den Fällen zweckmäßig, wenn nach den Bedingungen der Kontrolle eine hohe Folgefrequenz von Anfachungsimpulsen erforderlich ist, beispielsweise bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten des Prüflings mit hoher Dichte von Kontrollpunkten (Zonen) des Prüflings.This solution is useful in cases where the control conditions require a high repetition rate of stimulation pulses is required, for example at high movement speeds of the test piece with a high density of control points (zones) of the test piece.

In zwei Ausführungsformen des Gerätes gemäß der Erfindung kann das Element mit elektrisch leitender Oberfläche die Form eines Zylinders besitzen, während seine elektrisch leitende Oberfläche von der Mantelfläche dieses Zylinders, auf die die Induktivitätsspule gewickelt ist, sowie von einem in deren Wicklungszone ausgeführten Kanal gebildet ist, der mindestens auf einer der Stirnflächen des Zylinders geöffnet und mit dessen Mantelfläche durch einen Längsschlitz verbunden ist.In two embodiments of the device according to the invention, the element with electrically conductive Surface have the shape of a cylinder, while its electrically conductive surface of the lateral surface of this cylinder on which the inductance coil is wound, as well as one in its winding zone executed channel is formed, which opens at least on one of the end faces of the cylinder and with whose outer surface is connected by a longitudinal slot.

Diese Ausführung des Elementes mit elektrisch leitender Oberfläche gewährleistet dessen einfachste Herstellung unter minimalen dielektrischen Verlusten sowie gestattet es, elektromagnetisches Hochfrequenzfeld und Impulsvormagnetisierungsfeld in der Nähe der Oberfläche des Prüflings zu erzeugen.This design of the element with an electrically conductive surface ensures its simplest Manufactured with minimal dielectric losses and allows a high-frequency electromagnetic field and generating a pulse bias field in the vicinity of the surface of the test piece.

Eine weitere Ausführungsform des Gerätes kann darin bestehen, daß die Stirnfläche des Zylinders, auf die der Kanal austritt, dem Prüfling zugekehrt ist, während die Oberfläche dieser Stirnseite äquidistant zur Oberfläche des Prüflings liegt.Another embodiment of the device can consist in that the end face of the cylinder on which the channel exits facing the test object, while the surface of this end face is equidistant from the Surface of the test object lies.

Diese Ausführung ist zweckmäßig zur Kontrolle von Prüflingen flacher Form, beispielsweise von Platten, oder von Prüflingen mit großem Krümmungsradius, wie beispielsweise von Rohren großen Durchmessers. Zweckmäßigerweise geht die Stirnfläche des Zylin ders, die dem Prüfling zugewandt ist. in einen Kegel-60 stumpf über, der mit seiner kleineren Grundfläche dem Prüfling zugekehrt ist.This version is useful for checking test objects with a flat shape, for example plates, or of specimens with a large radius of curvature, such as large-diameter pipes. Appropriately, the face of the Zylin goes which is facing the test object. into a cone-60 butt over, which faces the test object with its smaller base.

Dies gestattet, die Zone der Kontrolle der Prüflinge flacher Form oder der Prüflinge mit großem Krüm mungsradius zu lokalisieren.This allows the control zone of the flat-shaped specimens or the specimens with a large curvature to locate the radius of curvature.

65 Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung kann der Kanal durchgehend ausgeführt werden und mit seinem anderen Ende auf die Mantelfläche des Zylinders austreten, während die zweite65 According to a further possible embodiment According to the invention, the channel can be carried out continuously and with its other end on the lateral surface of the cylinder exit while the second

Stirnfläche des Zylinders in diesem Fall zu dessen Befestigung verwendet werden kann.The end face of the cylinder in this case can be used to fasten it.

Diese Ausführung ist in denjenigen Fällen erwünscht, wenn der Zylinder mit seiner entgegengesetzten Stirnfläche aus konstruktiven Erwägungen an einem Körper aus elektrisch leitendem Material befestigt werden muß, und wird zur Erhöhung des Wirkungsgrades des elektromagnetisch-akustischen Wandlers mittels durchfließender Ströme gewählt, die an der leitenden Oberfläche des Zylinders, vorwiegend an dessen Stirnfläche, induziert werden. in deren Nähe der Prüfling angeordnet isi.This design is desirable in those cases when the cylinder with its opposite end face be attached to a body made of electrically conductive material for structural reasons must, and is used to increase the efficiency of the electromagnetic-acoustic transducer by means of flowing Currents selected that occur on the conductive surface of the cylinder, mainly on its end face, be induced. in the vicinity of which the test item is arranged.

Der Kanal im Zylinder kann durchgehend ausgeführt sein, wobei er auf die beiden Stirnflächen des Zylinders austritt und zur Aufnahme des Prüflings bestimmt ist. während die Oberfläche dieses Kanals äquidistant zur Oberfläche des Prüflings sein muß.The channel in the cylinder can be made continuous, with it on the two end faces of the cylinder emerges and is intended to accommodate the test item. while the surface of this channel is equidistant to Surface of the test object must be.

Diese Lösung gestattet es. eine Fließkontrolle linear ausgedehnter Prüflinge, beispielsweise Stangen, Rohre od. dgl. dank deren Verschiebung durch den durchgehenden Kanal im Zylinder durchzuführen.This solution makes it possible. a flow control of linearly extended test objects, for example rods, tubes od. The like. Perform thanks to their displacement through the continuous channel in the cylinder.

Zweckmäßigerweise wird mindestens an einer der Stirnflächen des Zylinders mit dem durchgehenden Kanal eine innere Vertiefung ausgeführt, die die Kanallänge gegenüber der Länge der Mantellinie des Zylinders verringert.Appropriately, at least one of the end faces of the cylinder with the continuous channel an inner recess executed, which is the length of the channel compared to the length of the surface line of the cylinder decreased.

Dies ermöglicht die lokale Kontrolle von linear ausgedehnten Prüflingen ohne Verminderung des Wirkungsgrades des elektromagnetisch-akustischen Wandlers. This enables the local control of linearly extended test objects without reducing the efficiency of the electromagnetic-acoustic converter.

Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der F.rfindung ist das Element mit elektrisch leitender Oberfläche mit zwei miteinander verbundenen öffnungen ausgeführt, in deren einer die Induktivitätsspule angeordnet ist, während die andere zur Aufnahme des Prüflings in ihr bzw. in ihrer Nähe bestimmt ist.According to a further possible embodiment of the invention, the element is electrically conductive Surface executed with two interconnected openings, in one of which the inductance coil is arranged is, while the other is intended to accommodate the test item in her or in her vicinity.

Diese Ausführung ist in den Fällen zweckmäßig, wenn nach den Betriebsbedingungen des Gerätes zufällige mechanische Beschädigungen der Induktivitätsspule sogar bei deren größerem Abstand vom Prüfling möglich sind Hierbei kann die Spule im Körper des erwähnten Elementes, und zwar in einer von den zwei miteinander verbundenen öffnungen, untergebracht sein, während der Prüfling im elektromagnetischen Feld des Stromes, der über die Oberfläche der zweiten öffnung fließt angeordnet ist.This design is useful in cases when, according to the operating conditions of the device, accidental mechanical damage to the inductance coil even if it is further away from the test object are possible Here the coil in the body of the mentioned element, in one of the two interconnected openings, while the test object in the electromagnetic Field of the current that flows over the surface of the second opening is arranged.

Nachstehend wird eine ausführliche Beschreibung von Ausführungsiormen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung gegeben. Es zeigtThe following is a detailed description of embodiments of the invention with reference given on the drawing. It shows

F i g. 1 schematisch ein Ultraschallgerät zur zerstörungsfreien Prüfung von Prüflingen mit elektrisch leitender Oberfläche (mit einem elektromagnetisch-akustischem Auflagewandler im Längsschnitt).F i g. 1 schematically an ultrasonic device for the non-destructive testing of test objects with electrically conductive Surface (with an electromagnetic-acoustic transducer in longitudinal section).

F i g. 2 einen elektromagnetisch-akustischen Durchsteckwandler (Längsschnitt),F i g. 2 an electromagnetic-acoustic straight-through transducer (longitudinal section),

F i g. 3 eine Ansicht nach Pfeil A von F i g. 2.F i g. 3 shows a view according to arrow A of FIG. 2.

F i g. 4 einen elektromagnetisch-akustischen Wandler mit schrägem durchgehenden Kanal (Längsschnitt).F i g. 4 an electromagnetic-acoustic transducer with an inclined continuous channel (longitudinal section).

F i g. 5 einen elektromagnetisch-akustischen Wandler mit durchgehendem Kanal (Längsschnitt),F i g. 5 an electromagnetic-acoustic transducer with a continuous channel (longitudinal section),

F i g. 6 einen elektromagnetisch-akustischen Wandler mit Magnet (Längsschnitt),F i g. 6 an electromagnetic-acoustic transducer with magnet (longitudinal section),

F i g. 7 einen elektromagnetisch-akustischen Wandler mit zwei durchgehenden öffnungen (mit teilweisem Längsschnitt),F i g. 7 an electromagnetic-acoustic transducer with two through openings (with partial Longitudinal section),

F i g. 8 eine Ansicht nach Pfeil B von F i g. 7.F i g. 8 is a view according to arrow B of FIG. 7th

Das Ultraschallgerät zur zerstörungsfreien Prüfung von Prüflingen mit elektrisch leitender Oberfläche enthält einen Generator 1 (Fig. 1), der an einen elektromagnetisch-akustischen Wandler angeschlossen ist, der als Induktivitätsspule 2 gestaltet ist, die auf den Abschnitt eines Elementes 3 mit elektrisch leitender, einen geschlossenen Stromkreis bildender Oberfläche gewikkelt ist, der mit der Indukiivitätsspule 2 induktiv gekoppelt ist. Hierbei ist die Induktivitätsspule 2 auf dem Element 3 so angeordnet, daß mindestens ein Teil der Oberfläche des Elementes Ϊ sich zwischen einem Prüf-The ultrasonic device for the non-destructive testing of test objects with an electrically conductive surface contains a generator 1 (Fig. 1), which is connected to an electromagnetic-acoustic Converter is connected, which is designed as an inductance coil 2, which is on the section an element 3 with an electrically conductive surface forming a closed circuit is inductively coupled to the inductance coil 2 is. Here, the inductance coil 2 is arranged on the element 3 so that at least part of the Surface of the element Ϊ between a test

to ling 4 und der Induktivitätsspule 2 befindet und die Ic!/-tere vor mechanischen Beschädigungen schüt/i. wo/u das Element 3 aus mechanisch festem Material, beispielsweise aus Kupfer, ausgeführt ist. Die Induktivitätsspule 2 is« an den Eingang eines Registriergerätes 5 angeschlossen.to ling 4 and the inductance coil 2 and the Ic! / - tere protects against mechanical damage. where / u the element 3 made of mechanically strong material, for example made of copper. The inductance coil 2 is connected to the input of a recording device 5 connected.

In einer der Ausfuhrungsformen der Erfindung besitzt das Element 31 die Form eines Zylinders (wie e-< in F i g. 1 bis b dargestellt ist), während seine elektrisch leitende Oberfläche von der Mantelfläche des ZyMnders. auf die die Induktivitätsspule 2 gewickelt ist. sowie von einem Kanal 6, der in deren Wicklungszonc im Zylinder ausgeführt ist. und einem radialen l.ängsschlit/ 7 gebildet ist, der diesen Kanal 6 mit der Mantelfläche des Zylinders 3 verbindet.In one of the embodiments of the invention, the element 31 has the shape of a cylinder (such as e- < in Fig. 1 to b), while its electrically conductive surface from the outer surface of the cylinder. on which the inductance coil 2 is wound. such as of a channel 6, which is executed in the winding zone in the cylinder. and a radial longitudinal slot / 7 is formed, which connects this channel 6 with the outer surface of the cylinder 3.

Der Kanal 6 kann axial und durchgehend (F i g. 1 bis 3 und 5. b) aber auch schräg ausgeführt werden. wobei er mindestens mit seinem einen Ende auf die Mantelfläche des Zylinders 3 (F i g. 4) austritt.The channel 6 can be carried out axially and continuously (FIGS. 1 to 3 and 5. b) but also at an angle. whereby at least one end thereof emerges onto the lateral surface of the cylinder 3 (FIG. 4).

Hierbei kann der Prüfling 4 sowohl in der Nähe der Stirnfläche des Zylinders 3. an welcher der Kanal 6 mündet (wie es in Fi g. 1, 4. 5 und 6 dargestellt ist), als auch im Kanal 6 selber (F i g. 2) angeordnet werdenHere, the test item 4 can both in the vicinity of the End face of the cylinder 3. at which the channel 6 opens (as shown in Fi g. 1, 4.5 and 6), as can also be arranged in the channel 6 itself (FIG. 2)

Bei allen möglichen gegenseitigen Anordnungen des Elementes 3 und des Prüflings 4 muß der Abschnitt der elektrisch leitenden Oberfläche des Elementes 3. die dem Prüfling 4 zugekehrt ist, nach Möglichkeit zu des sen Oberfläche äquidistant sein.With all possible mutual arrangements of the element 3 and the test piece 4, the section of the electrically conductive surface of the element 3, which faces the test object 4, if possible to the sen surface be equidistant.

Bei der Anordnung des Prüflings 4 im durchgehenden axialen Kanal 6, der auf die beiden Stirnflächen Za urd 36 des Zylinders 3 austritt, können in einer oder in den beiden Stirnflächen 3a und 3b innere Vertiefungen 8 (F i g. 2), beispielsweise konische, ausgeführt werden, die die Länge des Kanal? 6 gegenüber der Länge der Mantellinie der Außenfläche des Zylinders 3 verringern. When the test specimen 4 is arranged in the continuous axial channel 6, which emerges on the two end faces Za urd 36 of the cylinder 3, inner recesses 8 (FIG. 2), for example conical, can be made in one or in the two end faces 3a and 3b. which run the length of the channel? 6 in relation to the length of the surface line of the outer surface of the cylinder 3.

Bei der Anordnung des Prüflings 4 an der Stirnfläche des zylindrischen Elementes 3 kann diese Stirnfläche als ein Kegelstumpf 9 (F i g. 5 und 6) ausgeführt sein, der mit seiner kleineren Grundfläche 9a dem Prüfling 4 zugekehrt ist.When the test specimen 4 is arranged on the end face of the cylindrical element 3, this end face can be designed as a truncated cone 9 (FIGS. 5 and 6) which, with its smaller base area 9a, corresponds to the test object 4 is facing.

Das Element 3 kann aus ferromagnetischem Materia¹ ausgeführt sein, in diesem Fall muß das Geräi mis einem Elektromagneten 10 (F i g. 6 bis 8) oder einem Dauermagneten versehen sein, mit dessen Polen das Element 3 verbunden ist.The element 3 can be made of ferromagnetic material ¹ , in which case the device must be provided with an electromagnet 10 (FIGS. 6 to 8) or a permanent magnet, to whose poles the element 3 is connected.

In einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung besitzt das Element 3 π-förmige Gestalt und zwei Paare von gleichachsigen Öffnungen 11 und IZ von denen jedes Paair, und zwar jedes Nachbarpaar, untereinanderIn another embodiment of the invention, the element 3 has a π-shaped configuration and two pairs of equiaxed openings 11 and IZ of those each pair, namely each neighboring pair, with each other

mittels eines Radialschlitzes 13 verbunden ist (F i g. 7. 8).is connected by means of a radial slot 13 (Fig. 7. 8).

!n jeder der unteren öffnungen 11 ist die Induktivitätsspule 2 angeordnet, und die oberen öffnungen 12 sind zum Durchgang des Prüflings 4 durch dieselben bestimmt der aus ferromagnetischen Metallen, beispielsweise aus Stahl, gefertigt ist.! n each of the lower openings 11 is the inductance coil 2 arranged, and the upper openings 12 are for the passage of the test specimen 4 through the same determined from ferromagnetic metals, for example made of steel.

Das Ultraschallgerät zur zerstörungsfreien Prüfung von Prüflingen mn elektrisch leitender Oberfläche ar-The ultrasonic device for non-destructive testing of test objects with an electrically conductive surface is

beitet folgenderweise:does the following:

Der Generator 1 erzeugt elektrische Hochfrequenzstromimpulse, die zu der Induktivitätsspule 2 des elektromagnetisch-akustischen Wandlers gelangen.The generator 1 generates electrical high-frequency current pulses that lead to the inductance coil 2 of the electromagnetic-acoustic Converter arrive.

Hierbei übt der Abschnitt der elektrisch leitenden Oberfläche des Elementes 3, der in der Nähe der Spule 2 liegt, die Funktion der Sekundärwicklung eines Transformators aus, als dessen Primärwicklung die Induktiv itätsspule 2 selber auftritt.Here, the portion of the electrically conductive surface of the element 3, which is in the vicinity of the coil, exercises 2 is the function of the secondary winding of a transformer, as its primary winding the inductive itätsspule 2 occurs itself.

Als Verbraucher wirkt bei diesem Transformator der Abschnitt der elektrisch leitenden Oberfläche des Elementes 3, der sich in der Nähe der Oberfläche des Prüflings 4 befindet.The section of the electrically conductive surface of the element acts as the consumer in this transformer 3, which is located near the surface of the specimen 4.

Der Hochfrequenzstrom, der vom Generator 1 zur Induktivitätsspule 2 geschickt wird, induziert einen Sekundärstrom der selben Frequenz in der Oberfläche des Elementes 3 und erzeugt, während er über den Abschnitt der Oberfläche des Elementes 3 fließt, der sich in der Nähe der Oberfläche des Prüflings 4 befindet, ein elektromagnetisches Hochfrequenzfeld an dieser Oberfläche The high-frequency current that is sent from the generator 1 to the inductance coil 2 induces a secondary current the same frequency in the surface of the element 3 and generated while passing over the section the surface of the element 3, which is located in the vicinity of the surface of the test piece 4, flows high frequency electromagnetic field on this surface

Dieses Feld induziert in der Oberflächenschicht des Prüflings 4 unter dem Element 3 Wirbelströme, bei deren Zusammenwirkung mit einem magnetischen Vormagnetisierungsfeld in diesem Abschnitt der Oberfläche des Prüflings 4 (dank des elektrodynamischen Effekts in leitenden Körpern oder dank des Magnetostnktionseffekis) Ultraschallschwingungen mil einer Frequenz erzeugt werden, die gleich der Frequenz des Stromes ist, der vom Generator 1 der Induktivitätsspule 2 zugeführt wird.This field induces in the surface layer of the Test object 4 under the element 3 eddy currents, when they interact with a magnetic bias field in this section of the surface of the specimen 4 (thanks to the electrodynamic effect in conductive bodies or thanks to the magnetostiction effect) Ultrasonic vibrations are generated at a frequency equal to the frequency of the Is the current that is fed from the generator 1 to the inductance coil 2.

Als Quelle des Vormagnetisierungsfeldes kann dieselbe oder eine andere Spule dienen, die am Element 3 angebracht ist. dem vom Generator 1 gleichzeitig mit einem Hochfrequenzstromimpuls ein Impuls zugeführt wird, der viel länger als der Hochfrequenzimpuls dauert.The same or a different coil that is attached to the element 3 is appropriate. which is supplied with a pulse by the generator 1 at the same time as a high-frequency current pulse which lasts much longer than the high frequency pulse.

Als Quelle des Vormagnetisierungsfeldes kann ein Dauermagnet oder der Elektromagnet 10 verwendet werden.A permanent magnet or the electromagnet 10 can be used as the source of the bias field will.

In diesem Fall läßt die Ausführung des Elementes 3 aus ferromagnetischem Material den magnetischen Widerstand des Magnetkreises »Eisenkörper — Prüfling« herabsetzen. In diesem Fall kann die Anfachungsperiode und die Empfangsperiode der Ultraschallschwingungen maximal verkürzt und eine hohe Folgefrequenz von Ultraschallimpulsen gewährleistet werden. In this case, the execution of the element 3 made of ferromagnetic material leaves the magnetic one Reduce the resistance of the "iron body - test object" magnetic circuit. In this case, the amplification period and the reception period of the ultrasonic vibrations shortened to a maximum and a high repetition frequency can be guaranteed by ultrasonic pulses.

Wenn auch im allgemeinen Fall das Element 3 unterschiedliche Form haben kann, ist seine Ausführung in Zylinderform technologisch am vorteilhaftesten.Even if the element 3 is different in the general case Can have shape, its execution in a cylindrical shape is technologically most advantageous.

Bei Vorhandensein des Kanals 6. der in der erwähnten Weise auf eine Stirnfläche des Zylinders 3 austritt, und des Längsschlitzes 7, der die Oberfläche des Kanals mit der Mantelfläche des Zylinders 3 verbindet, wirdIn the presence of the channel 6, which emerges in the aforementioned manner on an end face of the cylinder 3, and the longitudinal slot 7, which connects the surface of the channel with the outer surface of the cylinder 3, is

das Fließen von Strömen gewährleistet, die von der Induktivitätsspule 2 in der Oberfläche des Zylinders 3 in dem Abschnitt erregt werden, der sich in unmittelbarer Nähe des Prüflings 4 befindet.the flow of currents is ensured by the inductance coil 2 are excited in the surface of the cylinder 3 in the section that is in the immediate Close to the test item 4 is located.

Hierdurch wird die Erzeugung eines elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes und eines lmpulsvormagnetisierungsfeldes in der Nähe der Oberfläche des Prüflings gewährleistet.This enables the generation of a high frequency electromagnetic field and a pulse bias field guaranteed near the surface of the test object.

In ähnlicher Weise wird das elektromagnetische Feld auch bei Anwendung eines Elementes 3 mit zwei Öffnungen Π und 12 erzeugt. Beim Einfuhren des Prüf lings 4 in den durchgehenden Kanal 6 muß vor/.ugsweise die Äquidistanz der Oberflächen des Prüflings 4 und des Kanals 6 gewährleistet werdenSimilarly, the electromagnetic field is also when an element 3 with two openings is used Π and 12 generated. When importing the test item 4 into the continuous channel 6 must before / .ugweise the equidistance of the surfaces of the test piece 4 and the channel 6 can be guaranteed

Dies gestattet es. den Wirkungsgrad des elektromagnetisch-akustischen Wandlers durch Erhöhung des Füllfaktors zu erhöhen.This allows it. the efficiency of the electromagnetic-acoustic To increase the converter by increasing the fill factor.

Wird aber der Prüfling 4 an der Stirnflache des Zylinders 3 angeordnet, so ist die Äquidistanz der Oberflächen der Stirnfläche 3a und des Prüflings 4 /ur Gewährleistung eines gleichbleibenden Spaltes zwischen dem elektromagnetisch-akustischen Wandler und der Oberfläche des Prüflings 4 zwecks Verminderung von Energieverlusten des elektromagnetischen Feldes im Spalt erwünscht.But if the test item 4 is on the face of the cylinder 3, so is the equidistance of the surfaces the end face 3a and the test specimen 4 / ur ensuring a constant gap between the electromagnetic-acoustic transducer and the surface of the test piece 4 for the purpose of reducing Energy losses of the electromagnetic field in the gap are desirable.

Falls Jas Element 3 an einem elektrisch leitenden Körper befestigt werden muß. beispielsweise am Gehäuse des elektromagnetisch-akustischen Wandlers, wird der Kanal 6 zweckmäßigerweise schräg ausgeführt, was das Fließen von Strömen, die an der Oberfläche des Zylinders 3 erzeugt werden, hauptsächlich über den Abschnitt der Oberfläche gewährleistet, der sich in der Nähe des Prüflings 4 befindet, d. h. es wird hierdurch die Arbeitswirksamkeit des elektromagnetischakustischen Wandlers erhöht. If Jas element 3 has to be attached to an electrically conductive body. for example on the housing of the electromagnetic-acoustic transducer, the channel 6 is expediently designed at an angle, which is the flow of currents generated on the surface of the cylinder 3, mainly via ensures the portion of the surface which is in the vicinity of the specimen 4, d. H. it becomes through this the working efficiency of the electromagnetic-acoustic transducer increases.

Bei Vorhandensein einer Vertiefung 8 in Form des Kegelstumpfs 9 im Körper des zylindrischen Elementes 3 wird die Fläche der Oberfläche des Zylinders 3. die sich in der Nähe des Prüflings 4 befindet, vermindert, was das Fließen von Strömen, die von der Induktivitätsspule 2 an der Oberfläche des Zylinders 3 induziert werden, innerhalb eines lokalen Abschnittes gewährleistet, was somit die Zone der Kontrolle lokalisiert.In the presence of a recess 8 in the form of the truncated cone 9 in the body of the cylindrical element 3 the area of the surface of the cylinder 3, which is located in the vicinity of the test object 4, is reduced, what the flow of currents induced by the inductance coil 2 on the surface of the cylinder 3 are guaranteed within a local section, which thus localizes the zone of control.

Beim Empfang von Ultraschallimpulsen dank reziproken Effekten in dem Spalt zwischen dem Prüfling 4 und dem Element 3 entsteht ein Impuls des elektromagnetischen Feldes, der einen Strom in der leitenden Oberflächenschicht des Elementes 3 hervorruft. Diesel Strom induziert wiederum eine elektromotorische Kraft in der Induktivitätsspule 2 oder in einer anderer Spule, die in der unmittelbaren Nähe von der Oberflä ehe des Elementes 3 angeordnet ist. und das Signal ge langt in das Registriergerät 5 bekannten Aufbaus, da· Einheiten zur Verstärkung und Verarbeitung von Si gnalen besitzt.When receiving ultrasonic pulses thanks to reciprocal effects in the gap between the test object 4 and the element 3 creates a pulse of the electromagnetic field, which creates a current in the conductive Surface layer of the element 3 causes. Diesel electricity in turn induces an electric motor Force in the inductance coil 2 or in another coil that is in the immediate vicinity of the surface before the element 3 is arranged. and the signal arrives in the recorder 5 of known structure, since Has units for amplifying and processing signals.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

609 683/2609 683/2

Claims

Patent claims:

1. Ultrasonic device for non-destructive testing of test objects with an electrically conductive surface. with a generator that feeds electrical high-frequency current pulses to an electromagnetic-acoustic transducer, which has at least one induction coil, in whose zone of action the test object is placed, and a device for generating a magnetic field, as well as with a recording device that receives signals from the transducer , characterized in that and the check (4) an element with an electrically conductive, a geschlosse NEN circuit-forming surface is between the! ndukiivitätsspule (2) disposed, a portion of which is inductively coupled to the Induktiviiäisspulc (2), while the other is located near the surface of the test object (4), the element being made of mechanically strong material to protect the coil (2) from mechanical damage.

2. Apparatus according to claim 1, characterized by a magnet (10). while the element with elec Irish conductive surface made of ferromagnetic material and at least one of the Pole of this magnet (10) is connected.

3. Device according to claim 1, characterized in that the element with an electrically conductive surface has the shape of a cylinder (3), its electrically conductive surface from the lateral surface this cylinder (3). on which the inductance coil (2) is wound, and one in its winding zone executed channel (6) is formed. the at least one of the end faces (3a) of the cylinder (3) is open and connected to its outer surface by a longitudinal slot (7).

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the end face (3a) of the cylinder (3). on the the channel (6) emerges facing the test item (4). while the surface of this end face (3a) is equidistant to the surface of the test object (4).

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the end face (3a) of the cylinder (3). the facing the test item (4). into a truncated cone (9) which merges with its smaller base area facing the test item (4).

b. Apparatus according to claim 4, characterized in that the channel (6) is continuous and exits with its other end onto the lateral surface of the cylinder (3), while the other end face (3 /)) of the cylinder (3) is used to attach it.

7. Device according to claim J, characterized in that that the channel (6) is continuous, on the two; n end faces (3a, 36) of the cylinder (3) exits and agrees to the inclusion of this test item (4) is, while the surface of this channel (6) is equidistant from the surface of the test object (4) is.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that at least one of the end faces (3a, 36) of the cylinder (3) along its axis an inner recess (8) is made, which is the length of the channel (6) reduced compared to the length of the surface lines of the cylinder (-Ί).

9. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the element with electrically conductive Surface is designed with two interconnected openings (11.12), in one of which (11) the inductance coil (2) is arranged, while the other for receiving the test object (4) in it or is determined in their vicinity.