DE2506248B2

DE2506248B2 - Wirbelstromprüfgerät für die zerstörungsfreie Prüfung von Gegenständen

Info

Publication number: DE2506248B2
Application number: DE2506248A
Authority: DE
Inventors: Robert Allen Rye N.Y. Brooks (V.St.A.)
Original assignee: Magnetic Analysis Corp
Current assignee: Magnetic Analysis Corp
Priority date: 1974-02-15
Filing date: 1975-02-14
Publication date: 1979-04-05
Also published as: GB1504404A; DE2506248A1; US3887865A; DE2506248C3

Description

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Die Erfindung betrifft ein Wirbelstromprüfgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wirbelstromprüfgeräte sind allgemein bekannt und werden für die zerstörungsfreie Prüfung von elektrisch leitenden Gegenständen verwendet, um Änderungen in diesen Gegenständen, insbesondere Fehler oder Risse, festzustellen.

Aus der DE-PS 24 40 915,2 ist bekannt, den Ring, der den elektrisch gutleitenden Kern bildet, mit einem Schlitz zu versehen, dessen Seitenflächen einschließlich ^⁰ ihrer Randbereiche über den Schlitz hinweg gegeneinander elektrisch isoliert sind. Damit wird erreicht, daß das Magnetfeld zur Erzeugung der Wirbelströme in dem zu prüfenden Gegenstand nicht unmittelbar durch die Erregerspule sondern von dem von der Erregerspule umschlossenen, elektrisch gut leitenden Ring erzeugt wird. Bei gegebenem Durchmesser der Erregerspule wird auf diese Weise eine beträchtliche Vergrößerung der Flußdichte in der Innenöffnung des Rings möglich. Diese Flußdichte ist umso größer, je kleiner der Durchmesser der Innenöffnung des Rings ist. Die Länge der Innenöffnung des Rings kann im Vergleich zum Radius der Erregerspule klein sein, so daß auch bei großem Erregenspulendurchmesser ein kurzes Magnetfeld erhalten werden kann. Allein durch die Formgebung des in einfacher Weise herstellbaren geschlitzten Rings kann das in der Innenöffnung entstehende Magnetfeld somit den jeweiligen Erfordernissen in optimaler Weise angepaßt werden, so daß verschieden geformte Gegenstände mit hoher Empfindlichkeit geprüft werden können.

Bei dem Wirbelstromprüfgerät gemäß der DE-PS 2440 915,2 ist der Ring üblicherweise ein einstückiges, elektrisch gut leitendes Teil. In die Innenöffnung dieses Rings, welche den zu prüfende!? Gegenstand möglichst eng umschließen soll, können somit nur Gegenstände eingebracht werden, deren Querschnitt an keiner Stelle größer als der Durchmesser der Innenöffnung ist

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Wirbelstromprüfgerät derart weiterzubilden, daß auch Gegenstände mit verdickten Enden oder mit verdickten Zwischenabschnitten geprüft werden können, ohne daß die Empfindlichkeit für Fehler oder Risse in den Abschnitten des Gegenstandes mit kleinerem Querschnitt merklich verringert ist

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst

Erfindungsgemäß wurde nämlich festgestellt, daß es möglich ist einen Ring, der einen elektrisch gut leitenden Kern bildet in dessen äußerer Oberfläche in Abhängigkeit vom Strom in der Erregerspule ein Strom fließt dem ein in der die Innenöffnung umschließenden Fläche entgegengerichtet fließender Strom entspricht, dadurch herzustellen, daß zwei oder mehrere getrennte Ringsegmente gegeneinander elektrisch isoliert zu einem Ring zusammengesetzt werden. Bei einem solchen Ring erzeugt der Stromfluß in den einzelnen Segmenten Oberflächenströme, die in gleiche Richtung rings um die öffnung verlaufen und ein magnetisches Feld erzeugen, daß dem eines einstöckigen »Einwindungsteils« bzw. Kerns gleicht. Bei dem erfindungsgemäßen Wirbelstromprüfgerät kann somit ein zu prüfender Gegenstand zunächst in die Spule, welche den Ring umschließt, eingebracht werden. Anschließend können die Segmente innerhalb der Spule zu dem Ring zusammengesetzt werden, dessen Innenöffnung den zu prüfenden Gegenstand dicht umschließt. Im Falle eines verdickten Zwischenabschnitts des Gegenstandes können die Segmente entfernt werden, um diesen Abschnitt durchtreten zu lassen, und anschließend wieder eingesetzt werden.

Die Merkmale des Anspruchs 2 kennzeichnen eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wirbelstromprüfgeräts, die bequem handhabbar ist.

Der Anspruch 3 kennzeichnet eine Weiterbildung, welche im Hinblick auf spezielle Anforderungen vorteilhaft ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigt

Fig. 1, 2 und 3 verschiedene herkömmliche Wirbelstromprüfanordnungen, bei denen die Erfindung verwendbar ist,

F i g. 4a und 4b Gegenstände mit verdickten Enden, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Gerätes geprüft werden können,

F i g. 5 den Stromfluß in einem in Segmenten unterteilten Ring,

Fig.6 eine Frontansicht einer Ausführungsform eines Wirbelstromprüfgerätes,

Fig.7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 der Fig.6, und

Fig.8 eine Explosionsdarstellung der Bestandteile gemäß den F i g. 6 und 7.

in F i g. i ist ein Beispiel einer Wirbeistromprüfanord-

nung bekannter Art dargestellt Eine Prüfspulenanordnung umfaßt eine Priniärspule 10 und zwei Detektorspulen 11,11', die gegeneinander geschaltet sind, so daß sie eine Null-Anordnung bilden. Die Spulen sind normalerweise koaxial angeordnet, und ein zu prüfender Gegenstand 12 wird koaxial durch die Spulen geführt Die Primärspule 10 wird mit einem erregenden Strom von der. Quelle 13 gespeist, die ein Generator für Sinus- oder Rechteckwellen oder ein Impulsgenerator sein kann, wie es erwünscht ist Üblicherweise sind verschiedene Sinus- oder Rechteckwellenfrequenzen oder verschiedene Impulsfolgefrequenzen vorgesehen, um das Auffinden von Rissen oder Fehlern in verschiedenen Tiefen des Gegenstandes 12 und von Rissen im Außendurchmesser und im Innendurchmesser eines Rohres zu erleichtern.

Der Strom in der Primärspule 10 induziert Wirbelströme in dem Gegenstand 12, die sich bei Fehlern oder Rissen in dem Gegenstand ändern. Falls keine Fehler oder Risse vorhanden sind, ist der Signalausgang der Null-Detektorspulen 11,11' etwa Null. Wenn ein Fehler oder ein Riß auftritt, werden die Signale in den Spulen U, 11' unabgeglichen, so daß sich Signalausgänge ergeben, die sich in Phase und/oder Amplitude ändern. Detektor- und Anzeigeschaltungen 14 verarbeiten die Signalausgänge, um eine geeignete Anzeige zu liefern, und sind im einzelnen in der DE-PS 24 40 915,2 beschrieben.

F i g. 2 zeigt eine Spulenanordnung, die sich für ein Vergleichsgerät eignet. Hier sind zwei Primärspulen 15, 15' mit zugehörigen Detektorspulen 16,16' vorgesehen, um einen zu prüfenden Gegenstand 17 mit einem bekannten Gegenstand 18 zu vergleichen und Änderungen zwischen diesen anzuzeigen. Die Primärspulen können in Reihe oder parallelgeschaltet sein und -S5 werden mit einem erregenden Wechselstrom oder gepulsten Strom von einer geeigneten Quelle gespeist, wie z. B. der Quelle 13 in F i g. 1. Die Detektorspulen 16, 16' können in einer Null-Anordnung verbunden sein und ihre Ausgangssignale werden geeigneten Detektor- und Anzeigeschaltungen 14 zugeführt. Diese Schaltungen können die gleichen sein, wie die der Fi g. 1, es können erforderlichenfalls auch einfachere Verarbeitungsschaltungen verwendet werden. Gegenstände unterschiedlicher Größe, die aber sonst frei von Fehlern oder Rissen sind, können unterschieden werden, und es soll unter dem Ausdruck »Änderungen« auch eine solche Verwendungsweise verstanden werden.

Anstelle von getrennten Primär- und Detektorspulen können bei beiden oben beschriebenen Anordnungen auch jeweils eine einzige Spule in einer Brückenanordnung verwendet werden. Fig.3 zeigt zwei Spulen 21, 21' und zwei Widerstände 22,22' in einer Brückenschaltung. Die erregende Quelle 13 ist in eine Diagonale dieser Brücke eingeschaltet und die Signalausgangslei- w tungen 23 sind an die Eckpunkte der anderen Diagonale angeschlossen. Beim Auftreten von Fehlern oder Rissen oder anderen Änderungen in einem Gegenstand oder in Gegenständen (die nicht dargestellt sind) in den Spulen 21, 2V führt die dadurch verursachte Änderung in der bo Impedanz der Spulen zu einem unabgeglichenen Zustand der Brücke und erzeugt Ausgangssignale auf den Leitungen 23. Diese können in der oben beschriebenen Weise weiterverarbeitet werden. Anstelle der Widerstände 22, 22' kann ein abgeglichener Transformator verwendet werden, wie dies bekannt ist.

In Fig.4a ist ein Drahtseil 24 dargestellt, das an seinem einen Ende ein verdicktes Teil 25. wie z. B. eine Muffe, angebracht hat und an dessen anderem Ende ein Schlaufe 26 ausgebildet ist Nach einer gewissen Verwendungszeit kann es erwünscht sein, das Drahtseil zu überprüfen, um sicherzustellen, daß es noch in einem zufriedenstellenden Zustand ist d. h. frei von gebrochenen Strängen und ähnlichem.

F i g. 4b zeigt einen Stab oder ein Rohr 27, das aus einem Walzwerk 28 austritt und ein verdicktes Ende 29 aufweist Das Ende 29 kann auch unregelmäßig oder verformt sein infolge des Abtrenner.s eines vorhergehenden Abschnitts. Eine Stumpfschweißverbindung ist bei 30 dargestellt

Um den Abschnitt 24 des Drahtseils oder den Abschnitt 27 des Stabes oder des Rohres zu prüfen, ist es erforderlich, eine Prüfeinrichtung zu haben, die das Seil, den Stab oder das Rohr dicht umschließt, um die Empfindlichkeit zu verbessern. Außerdem ist es notwendig, daß die Prüfeinrichtung die verdickten Enden oder die Zwischenverdickung durchtreten läßt

F i g. 5 zeigt schematisch einen Ring aus elektrisch gut leitendem Material, der aus zwei getrennten isolierten Segmenten 31, 3Γ gebildet ist In dem dargestellten zusammengesetzten Zustand bilden die inneren Oberflächen 32, 32' eine in Segmente unterteilte Innenöffnung für die Aufnahme eines zu prüfenden Gegenstandes 33. Eine in Segmente unterteilte Oberfläche 34, 34' umschließt diese Öffnung und befindet sich in einem Abstand von dieser. Trennflächen 35,35' erstrecken sich von der Öffnung zu der in Segmente unterteilten Oberfläche. Eine Spule 36 mit einer gewünschten Windungszahl umschließt die in Segmente unterteilte Oberfläche und ist hier als eine einzige Windung zur einfacheren Erläuterung dargestellt.

Wenn die Spule 36 z. B. durch einen Generator 37 mit einem Wechselstrom oder einem gepulsten Strom gespeist wird, fließt zu einem gegebenen Augenblick der Strom im Uhrzeigersinn, wie durch die Pfeile 38 angezeigt ist. Dadurch werden entsprechende Wirbelströme in den Oberflächen 34, 34' der leitenden Segmente und in deren Nähe induziert, die jedoch in entgegengesetzter Richtung fließen, wie durch die Pfeile 39,39' angezeigt ist. In dem Segment 31 fließt der Strom 39 auf der einen Seite der Trennfläche 35 abwärts (Pfeil 41), im Uhrzeigersinn um die Segmentoberfläche 32 der Öffnung (Pfeil 42) und an der Trennfläche 35 nach außen (Pfeil 43). In dem Segment 31' fließt der Strom 39' an den Seiten der Trennflächen in den entgegengesetzten Richtungen (Pfeile 41', 43') aber in der gleichen Uhrzeigerrichtung um die Segmentoberfläche 32' der Öffnung (Pfeil 42'). Wenn sich bei einer Erregung durch Wechselstrom die Stromrichtung in der Spule 36 umkehrt, kehren sich auch die Richtungen der Ströme in den Segmenten gegenüber den dargestellten um.

Weil die Ströme rings um die in Segmente unterteilten Oberflächen 32, 32' der Öffnung in jedem Augenblick in den gleichen Richtungen fließen, ist das durch diese erzeugte Magnetfeld das gleiche, wie es durch einen rings um eine kontinuierliche Oberfläche fließenden Strom erzeugt würde. Die Funktionsweise des in Segmente unterteilten Rings der F i g. 5 ist daher die gleiche wie die des aus einem Stück bestehenden geschlitzten Ringes der DE-PS 24 40 915. Obwohl die hinzugefügten Trennungen die Verluste in dem Einwindungsteil etwas vergrößern, hat sich gezeigt, daß noch eine ausreichende Empfindlichkeit für die Prüfung erhalten werden kann. Falls es erwünscht ist, können mehr als zwei Segmente verwendet werden.

Ir. den F i g. 6 und 7 ist ein als Grundkörper dienender

Rahmen 51 gezeigt, an dem ein Handgriff 52 angebracht ist. Eine Primärspule 53 und zwei Detektorspulen 54,54' sind auf geeignete Spulenträger gewickelt und werden von dem Rahmen 51 getragen. Gewindeeinsätze 55,55' sind ebenfalls vorgesehen. Zweckmäßigerweise werden die Spulen und die Gewindeeinsätze in einer Befestigung gehalten und in isolierenden Kunststoff eingegossen, um den Rahmen 51 zu bilden.

Ein wegnehmbares Segmentteil gehört zu zwei elektrisch leitenden Ringen 56, 57, die mit einem dazwischenliegenden isolierenden Abstandsstücken 58 verschraubt sind und weist eine dünnwandige innere und äußere Auskleidung 59 und 61 aus dauerhaftem Isolationsmaieriai, wie z. B. aus Glasfasermaterial, und ein Befesiigungstei! 62 aus isolierendem Material auf. Diese Teile können anfangs einstückige Teile sein, die in geeigneter Weise zusammengehalten werden, z. B. durch ein isolierendes Bindematerial 63, wie z. B. ein Epoxymaterial und eine äußere Schutzschicht 64. Dann können sie in Hälften gesägt werden, wie durch 65, 65' angedeutet ist, um zwei Halbkreissegmente zu bilden. Verdeckte Schrauben 66 können dazu verwendet werden, eine sichere Befestigung zu garantieren. Zweckmäßigerweise sind die Schraubbolzen, Schrauben und Muttern aus nichtmagnetischem Material, wie z. B. Kunststoffschrauben und Messingmuttern.

Wie F i g. 7 zeigt, überlappt das Befestigungsteil 62 den Rahmen 51, so daß eine genaue axiale Ausrichtung der Ringe 56 und 57 mit den Detektorspulen 54, 54' erreicht wird. Vorzugsweise sind die aneinander angrenzenden Flächen der Segmente bei 65, 65' mit einem isolierenden Material, wie z. B. einem Epoxymaterial, beschichtet, um sicherzustellen, daß kein elektrischer Kontakt auftreten kann, und ebenso um einen dichten Paßsitz der Segmente in der Öffnung des Grundkörpers 51 zu liefern.

Ein Halteteil 67 ist mit einer Ausnehmung versehen, so daß es über die Segmente des Befestigungsteils 62 im zusammengebauten Zustand paßt, und es weist Schlitze 68,68' für die Aufnahme der Schafte von Rändelschrauben 69,69' auf. Ausschnitte 70,70' ermöglichen, daß das Halteteil von den Köpfen der Schrauben 69, 69' frei kommt, und dieses Halteteil kann dann in die dargestellte Lage gedreht werden. Wenn die gesamte Anordnung sich in der vorgesehenen Lage befindet, werden die Schrauben angezogen, so daß jede Bewegung oder Vibration der in Segmente unterteilten Teile verhindert wird. Das Halteteil 67 kann an einem der Segmente, z. B. durch die Schraube 71, befestigt sein oder es kann getrennt gelassen werden.

F i g. 8 illustriert das Zusammensetzen. Während die in Segmente unterteilten Teile entfernt sind, wird das verdickte Ende 29 durch die öffnung 50 des Rahmens 51 geführt. Die Segmente 61, 62 und 6Γ, 62' werden dann rings um den Stab 27 angeordnet zusammengebracht, wie durch die Pfeile 72 angezeigt ist, und in die Öffnung 50 eingesetzt. Das Halteteil 67 wird dann in seiner Stellung festgeschraubt. Das Halteteil 67 ist von dem Segment 62 getrennt und etwas aus seiner richtigen Stellung gedreht gezeichnet, um die Darstellung zu erleichtern. Ebenso sind die Schrauben 69,69' getrennt gezeichnet, obwohl sie in den Einsätzen 55, 55' bleiben können.

Bei einem Halteteil 67 der in F i g. 6 gezeigten Form und Orientierung kann es erwünscht sein, die Segmente 62,62' etwa 90° gegen die dargestellte Lage gedreht zu orientieren, um ein ausreichendes Festklemmen sicherzustellen. Die gesamte Befestigungseinrichtung zum Festhalten der Einwindungssegmente in ihrer richtigen Lage in bezug auf die umschließenden Spulen kann selbstverständlich in gewünschter Weise geändert werden.

In der Praxis wird die Öffnung 50 des Rahmens 51 so gewählt, daß sie sich für die Enden oder Zwischenabschnitte mit den größten Durchmessern eignet, die erwartungsgemäß auftreten. Dann kann ein Satz von in Segmente unterteilten Teilen hergestellt werden, die

einen Außendurchmesser besitzen, der in die öffnung 50 paßt, die aber unterschiedliche Innendurchmesser aufweisen, um dem gewünschten Durchmesserbereich der zu untersuchenden Stangen usw. angepaßt zu sein. Für Gegenstände, die keinen kreisförmigen Querschnitt

besitzen, kann die Form der Öffnung dementsprechend geändert werden, wie dies in der DE-PS 24 40 915 beschrieben ist. Für kreisförmige oder nicht kreisförmige öffnungen werden die Anzahl der Segmente und die Umfangslängen ihrer Innenoberflächen so gewählt, daß jedes Segment an seine Stelle rings um den zu prüfenden Gegenstand gebracht und dann in den Rahmen eingesetzt werden kann.

Der Aufbau der F i g. 6 und 7 eignet sich insbesondere für das Prüfgerät der Fig. 1. Für das Vergleichsgerät der F i g. 2 können zwei Anordnungen vorgesehen werden, wobei jede einen einzelnen Ring und zwei umschließende Spulen aufweist, oder es kann nur eine Anordnung mit einem in Segmente unterteilten Ring für den zu prüfenden Gegenstand 17 und eine andere Anordnung für den Bezugsgegenstand 18 vorgesehen sein. Für die Brückenanordnung der F i g. 3 kann ein Aufbau ähnlich dem der F i g. 6 und 7, jedoch ohne die Spule 53, verwendet werden. Bei einigen Arten von Prüfgeräten kann auch ein einziger Ring mit einer umschließenden Spule genügen. Andere Anordnungen sind entsprechend den Anforderungen des speziellen Verwendungszweckes möglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wirbelstromprüfgerät für die zerstörungsfreie Prüfung von Gegenständen, mit einer Erregerspule, die einen Ring aus elektrisch leitendem Material umschließt, in dessen Innenöffnung der zu prüfende Gegenstand eingebracht wird, und der gepulster oder Wechselstrom zum Indizieren von Wirbelstrom in den zu prüfenden Gegenstand zugeführt wird, und mit einer mindestens einer Detektorspule i^(| enthaltenden Detektor- und Anzeigevorrichtung, die auf Änderungen der Wirbelströme anspricht und Änderungen in dem Gegenstand anzeigt, und welcher Ring einen elektrisch gut leitenden Kern bildet, in dessen äußerer Oberfläche in Abhängigkeit '⁵ vom Strom in der Erregerspule ein Strom flie&t, dem ein in der die Innenöffnung umschließenden Fläche entgegengerichtet fließender Strom entspricht, der ein Magnetfeld erzeugt, das die Wirbelströme im zu prüfenden Gegenstand induziert, nach Patent 24 40 915,2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (31,31'; 56,57) in gegeneinander elektrisch isolierte Segmente unterteilt ist.

2. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Segmente durch 2"' einen Rahmen (51) gehalten werden, welcher die Spule (53) trägt und in welchem ein zu prüfender Gegenstand vor dem Einsetzen der Segmente einführbar ist.

3. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 2, da- -^!0 durch gekennzeichnet, daß zwei Seite an Seite mit einem dazwischenliegenden isolierenden Abstandsstück (58) angeordnete Ringe (56, 57) vorgesehen sind, die beide von der Spule (53) umschlossen sind, und daß am Rahmen (51) zwei Detektorspulen (54, 54') angebracht sind, die je einen Ring umschließen.