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Verfahren und Anordnung zur magnetographischen Fehler
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prüfung von unter Wasser befindlichen Bereichen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur magnetographischen Fehlerprüfung von unter Wasser befindlichen
Bereichen in Oberflächen aus Stahl, insbesondere Schweißnähten. Sie betrifft ferner
eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer vorzugsweise wechselstromgespeisten
Magnetisierungseinrichtung und einer damit verbundenen Abrolleinrichtung für einen
magnetischen Speicherträger zum Abrollen des letzteren auf den zu prüfenden Bereichen.
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Verfahren und Einrichtungen zur magnetographischen Fehler prüfung
unter Wasser sind bisher noch kaum bekannt geworden.
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Dazu sei zunächst gesagt, daß man unter Magnetographie eine Prüftechnologie
für Teile aus Stahl versteht, bei der die Teile magnetisiert und an ihren Oberflächen
mit einem magnetischen Speicherträger in Verbindung gebracht werden. An fehlerhaften
Stellen der Teile werden magnetische Streuflüsse aus der Oberfläche der Teile heraus
gedrängt und in den magnetischen Speicherträger eingespeichert. Beim Abfragen des
magnetischen Speicherträgers mit magnetosensitiven Sonden werden elektrische Signale
gewonnen, die über Lage, Art und Umfang der Fehler Aufschluß geben. Ganz allgemein
bietet sich für den Einsatz zerstörungsfreier Prüfverfahren unter Wasser ein weites
Anwendungsgebiet mit Objekten wieBohrinseln für die Gewinnung von Mineralien in
dem Festland vorgelagerten Seegebieten, unter Wasser gelegene Vorratsbehälter, Außenwände
von Schiffen und dgl. mehr. Bei den genannten Objekten, die heute fast ausschließlich
in Schweißkonstruktion
erstellt werden, muß den Schweißnähten besondere
Aufmerksamkeit gezollt werden. Die für die Sicherheit verantwortlichen Behörden
schreiben umfangreiche Kontrollen insbesondere der Schweißnähte für jedes der genannten
Objekte vor. Während bei Schiffen die Untersuchungen grundsätzlich im Trockendock,
wenn auch unter Anfall hoher Kosten, möglich sind, müssen sie bei den anderen genannten
Objekten in jedem Fall an Ort und Stelle, d.h. unter Wasser, vorgenommen werden.
Zwar kann ein Aufsuchen der Trockendocks für Schiffe durch den Einsatz zerstörungsfreier
Prüfverfahren unter Wasser nicht überflüssig gemacht werden. Es könnten jedoch die
Perioden, innerhalb deren das Trockendock benutzt werden muß, vergrößert werden,
wenn es gelänge, wenigstens einige besonders gefährdete Teile der Schiffswand, etwa
in der Nähe der Schiffsschraube, in befriedigender Weise unter Wasser auf Fehler
zu prüfen.
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Um dies zu erreichen wurden Versuche mit Ultraschall durchgeführt,
bei denen ein Taucher eine Ulraschallsonde auf den zu untersuchenden Bereich aufsetzte.
Da die an die Sonde angeschlossenen umfangreichen Meßeinrichtungen sich an Bord
des Schiffes befanden, war ein Zusammenwirken mehrerer Mitarbeiter nötig, die untereinander
ständig eine Sprech- und Sichtverbindung aufrechterhalten mußten. Dies erforderte
den Unterwassereinsatz einer Fernsehkamera und der dazugehörigen Beleuchtungseinrichtung.
Abgesehen von dem hohen Aufwand, dem eine solche Unterwasser-Prüfstation erfordert,
erwies sich auch ihre Beweglichkeit als unzureichend für die gestellten Aufgaben.
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Ein besonderes Augenmerk verdienen daher die Bemühungen, die Technik
der Magnetographie an die unter Wasser vorliegenden Bedingungen anzupassen. Für
die Unterwasserprüfung ist aus einer älteren Patentanmeldung des Anmelders (DT -
OS 2 253 688) bereits bekannt, ein magnetisches Speicherband in Klebeverbindung
mit der zu prüfenden Oberfläche zu bringen, diese zu magnetisieren, das Speicherband
abzulösen und auf eingespeicherte
Streuflüsse abzufragen. Obwohl
dieses Verfahren in vielen Fällen zu guten Ergebnissen führt, so ist doch sein Einsatz
mit verschiedenen Erschwernissen behaftet. So muß entweder mit besonderem selbstklebendem
Speicherband gearbeitet werden oder die Prüfstelle mit Klebemittel vorbehandelt
werden. In jedem Falle ist eine sorgfältige Reinigung der Prüfstelle nötig. Der
Umgang mit dem klebenden Speicherband unter Wasser erfordert eine gewisse Fertigkeit.
Auch kann die Entfernung des Klebemittels vor dem Abtasten Schwierigkeiten bereiten.
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Weiterhin ist aus einer Patentanmeldung von Dr. F. Förster (DT - POS
2 065 130) eine Anordnung zum magnetographischen Prüfen bekannt, zu der ein wechseistromgespeistes
Magnetisierungsjoch und ein damit kombiniertes Abrollsystem für magnetisches Speicherband
gehört. Während die Anordnung von Hand über die zu prüfende Oberfläche geführt wird,
bringt eine Andruckwalze das von einer Vorratsrolle auf eine Aufnahmerolle sich
umspulende Speicherband mit der magnetisierten Prüfteiloberfläche in engen Kontakt.
Die Anwendung einer derartigen Anordnung unter Wasser erwies sich jedoch bisher
als unmöglich. Der mit der Prüfaufgabe betraute Taucher kann sich häufig nur durch
Schwimmbewegungen gegen das Wasser abstützen, wenn er die Prüfanordnung gegen die
meist senkrecht oder steil verlaufenden zu prüfenden Oberflächen andrücken soll.
Es gelingt ihm nicht leicht, gleichzeitig auch noch mit der Prüfanordnung eine bestimmte
Richtung, etwa die einer Schweißnaht, zu verfolgen. Zudem können die zu prüfenden
Oberflächen durch Bewuchs von Algen glitschig sein, so daß ein Abrutschen entlang
der Oberfläche noch gefördert wird.
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Die Erfindung stellt sich ein Verfahren und eine Einrichtung gemäß
dem eingangs Gesagten zur Aufgabe, bei denen die beschriebenen Schwierigkeiten ohne
großen Aufwand und ohne besondere Anforderungen an die Geschicklichkeit des mit
der Ausführung des Verfahrens Betrauten bewältigt werden können.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1
und eine Einrichtung gemäß Patentanspruch 2.
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Durch das Verfahren und die Anordnung wird es erstmals möglich, einen
unter Wasser gelegenen, größeren zusammenhängenden Bereich, etwa eine Schweißnaht,
unter Anwendung der Magnetographie in einem einzigen Arbeitsgang zu prüfen. Der
zum Prüfen eingesetzte Taucher kann während einer Tauchperiode eine ganze Reihe
von Speicherträgeraufnahmen herstellen. Er kann sich dabei ganz auf diese Aufgabe
konzentrieren, weil die Auswertung der Aufnahmen zu einem beliebigen Zeitpunkt im
Trockenen erfolgt. Einige Ausgestaltungen der Erfindung, die in den Unteransprüchen
wiedergegeben sind, bringen weitere Vorteile mit sich.
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Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel mit Hilfe
einiger Figuren näher erläutert. Es zeigen im einzelnen: Figur 1 einen Längsschnitt
durch eine Prüfanordnung Figur 2 Rückansicht der Prüfanordnung Figur 3 ein Einzelteil
der Prüfanordnung In Figur 1 und 2 ist in ihren Grundzügen eine Prüf anordnung wiedergegeben,
die ein Taucher von Hand über eine unter Wasser gelegene zu prüfende Schweißnaht
führen kann, um eine magnetographische Aufnahme dieser Schweißnaht zu erhalten.
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Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Prüfanordnung, Figur 2
eine Rückensicht derselben. Die auf die Oberfläche 1 einer Stahlwand 3 mit Schweißnaht
5 aufgesetzte Prüfanordnung besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 7, einer Magnetisierungseinrichtung
9, einer Abroll- und Umspuleinrichtung 11, einem magnetischen Speicherband 13 als
Speicherträger, einem Antrieb 15 und Haftkörpern 17.
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Das Gehäuse 7 besitzt eine Bodenplatte 19, ein Seitenteil 20, ein
Oberteil 21 und eine Innenhaube 23, die miteinander abdichtend
verbunden
sind, so daß innerhalb dieser Teile ein Luftraum 25 eingeschlossen ist. Der umschlossene
Raum 25 bildet einen Schwimmkörper, der so dimensioniert werden kann, daß die durch
ihn im Wasser bewirkte Auftriebskraft etwa dem Gewicht aller zur Prüfanordnung gehörigen
Bauteile entspricht. Auf diese Weise kann man die zum Festhalten der Prüfanordnung
benötigten Haftkräfte relativ klein halten.
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Selbstverständlich kann die gleiche Wirkung durch an der Prüfanordnung
befestigte besondere Schwimmkörper, etwa aus Styropor, erzielt werden.
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Am Oberteil 21 ist ein Führungshandgriff 27 befestigt, mit dessen
Hilfe die Prüfanordnung über den vorgesehenen Bereich, also entlang der Schweißnaht
5 geführt werden kann.
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Am Seitenteil 20 sind Teile der Abroll- und Umspuleinrichtung 11 montiert.
Durch Innendeckel 23 und eine Öffnung 29 in der Bodenplatte 19 ist ein Raum für
die Aufnahme der Magnetisierungseinrichtung 9 definiert. Die Bodenplatte 19 weist
Lagerböcke 31 für die Hafträder 17 auf.
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Die Magnetisierungseinrichtung 9 besteht in zwei gleich aufgebauten
Magneteinheiten 33, von denen in Figur 1 nur eine sichtbar ist. Jede der Magneteinheiten
33 besitzt einen weichmagnetischen Kern 35, der aus lamellierten Blechen zusammengesetzt
ist, und eine diesen Kern umfassende Spule 37.
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Die beiden Kerne 35 und die Stahlwand 3 bilden miteiannder einen offenen
magnetischen Kreis, dessen Feldlinien die Schweißnaht 5 durchdringen. In vorteilhafter
Weise wird dabei von dem Umstand Gebrauch gemacht, daß beim offenen magnetischen
Kreis die Größe des Luftspaltes zwischen den Polflächen 39 der Kerne 35 und der
Oberfläche 1 einen viel geringeren Einfluß hat, als es bei einem zur U-Form geschlossenen
Joche der Fall wäre. Darüber hinaus werden für die Erregung des magnetisierenden
Wechselfeldes Frequenzen benutzt, die weit oberhalb der Netzfrequenz liegen, nämlich
im mittleren Tonfrequenzbereich, also zwischen einigen Hundert Hz und vielleicht
10 kHz. Die bei diesen Frequenzen in der Stahlwand 3 induzierten Wirbelströme verdrängen
das Magnetfeld
aus dem Inneren der Stahlwand an deren Oberfläche
1, so daß nur noch eine dünne, an der Oberfläche gelegene Haut magnetisiert wird.
Zum Erzielen einer bestimmten Feldstärke an der Oberfläche 1 der Stahlwand 3 wird
dabei eine wesentlich geringere Energie erforderlich. Eine weitere Einsparung von
Energie wird dadurch möglich, daß man die Induktivität der Magnetisierungseinrichtung
9 durch eine entsprechend dimensionierte Kapazität auf Resonanz abstimmt. Andererseits
wird es, auf diese Weise möglich, bei ausreichender Magnetisierungsleistung zu einer
besonders leichten Dimensionierung für die Magnetisierungseinrichtung 9 zu gelangen.
Die Einführung der höheren Erregerfeldfrequenzen bringt jedoch noch weitere Vorteile
mitsich. Das nach außen gedrängte Magnetfeld paßt sich sehr genau den Unebenheiten
und der Gestalt der Oberfläche an. Auf diese Weise läßt sich auch bei komplizierter
Gestalt der Oberfläche, bei Rinnen, Kehlen und dergl., noch eine konstante Magnetisierung
auf dem zwischen den Kernen 35 gelegenen Abschnitt der Oberfläche 1 ermöglichen.
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Die Abroll- und Umspuleinrichtung 11 hat die Aufgabe, das Speicherband
13 auf dem zu prüfenden Bereich, also der Schweißnaht 5, abzurollen, während es
von einer Vcrratsspule 41 auf eine Aufnahmespule 43 umgespult wird. Neben den genannten
beiden Spulen 41 und 43, die in Lagerböcken 45 und 47 gelagert sind, gehören zur
Abroll- und Umspuleinrichtung 11 noch die Umlenkrollen 49 und 51, die Andruckwalze
53 und die Zugvorrichtung 55. Vorratsrolle 41 besitzt eine Bremse, die ein unerwünschtes
selbsttätiges Abspulen von Speicherband verhindert. Andruckwalze 53 dient dazu,
während ihres Umlaufs in Richtung von Pfeil 54 das Speicherband 13 kräftig an die
Oberfläche 1 anzudrücken, um so auch bei Unebenheiten einen überall gleichmäßigen
Kontakt zwischen Speicherband und Oberfläche zu erreichen. Zu diesem Zwecke ist
das Äußere der Andruckwalze 53 aus federndem Material gestaltet, etwa aus Schaumgummi.
Im Bedarfsfalle kann auch die Andruckwalze 53 an sich federnd gelagert sein und
als Ganzes gegen die Oberfläche
1 gedrückt werden. Zugvorrichtung
55 hat die Aufgabe, das Speicherband 13 synchron zur Bewegung der Prüfanordnung
durchzuziehen, so daß beim Abrollen des Speicherbandes auf der Oberfläche 1 kein
Schlupf auftritt. Zur Zugvorrichtung 55 gehören eine angetriebene Rolle 57 und eine
leerlaufende Rolle 59, die beide mit Wellen 63 und 65 in Lagerböcken 67 gelagert
sind. Speicherband 13 ist S-förmig um die beiden Rollen 57 und 59 geschlungen, so
daß hinreichende Friktion zur Übertragung der Zugkraft durch Rolle 57 besteht. Auf
der Welle 65 befinden sich weiterhin ein Antriebszahnrad 69 und ein Abtriebszahnrad
71. Das letztere treibt über einen Zahnriemen 73, ein Zahnrad 72, eine Welle 74
und eine nicht dargestellte Rutschkupplung die Aufnahmespule 43 an, so daß sich
das in die Aufnahmespule einlaufende Speicherband 13 stets unter leichter Anspannung
befindet.
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Von entscheidender Bedeutung für die Prüfanordnung sind die Haftkörper,
die die Prüfanordnung auf der Oberfläche 1 festhalten, jedoch eine Bewegung parallel
zur Oberfläche gestatten. Obwohl grundsätzlich auch andere Formen von Haftkörpern
eingesetzt werden könnten, etwa solche mit Gleitmagneten oder kugelförmigen Polen,
werden im vorliegenden Beispiel an sich bekannte permanent magnetische Hafträder
17 benutzt, deren Aufbau in Figur 3 detaillierter und in vergrößertem Maßstab als
Schnitt dargestellt ist. Auf eine Büchse 75, in deren Bohrung eine Welle 77 sitzt,
ist ein permanent magnetischer Ring 79 aufgezogen. Ring 79 besitzt ein Profil in
Form eines nach außen geöffneten U, dessen Öffnung mit einem nichtmagnetischen Material
81 gefüllt ist. Die Polarisierung des Ringes 79 wurde so vorgenommen, daß die beiden
Schenkel 83 und 85 des U entgegengesetzte Pole darstellen. Derartige magnetische
Hafträder können beim Aufsetzen auf ferromagnetische Oberflächen große Kräfte in
Richtung senkrecht zur Oberfläche aufnehmen, können andererseits in Laufrichtung
leicht parallel zur Oberfläche bewegt werden. Die Hafträder 17 sind mit ihrer Welle
77 in den Lagerböcken 31 gelagert. Auf der Welle 77 sitzen noch zwei Zahnräder 87
und 89.
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Im vorliegenden Falle ist als Antrieb 15 ein in Richtung von Pfeil
90 umlaufender Motor 91 im Inneren des Gehäuses 7 vorgesehen, dessen Abtriebswelle
93 durch ein abdichtendes Lager nach außen geführt ist und in einem Zahnrad 95 endet.
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Von diesem Zahnrad 95 wird über einen Zahnriemen 97 und über Zahnrad
87 die Welle 77 mit den beiden hinteren Hafträdern 17 angetrieben. Soll wegen zu
erwartender großer Unebenheiten Vierradantrieb vorgesehen werden, so kann über Zahnrad
89, einen Zahnriemen 99 und ein weiteres nicht sichtbares Zahnrad die Welle 76 des
vorderen Hafträderpaares angetrieben werden. Zahnriemen 97 wird außerdem noch über
das Zahnrad 69 geleitet und treibt so synchron mit dem Lauf der Hafträder 17 die
Zugvorrichtung 55 an, von der ihrerseits über Zahnrad 71 die nötige Rotationsenergie
zum Strammhalten des Speicherbandes an die Rutschkupplung der Aufnahmerolle 43 weitergegeben
wird. Soll, was ohne weiteres möglich ist, ohne Motorantrieb gearbeitet werden,
so verbindet der Zahnriemen 97 die Zahnräder 87 und 69 unmittelbar untereinander,
so daß auch in diesem Falle schlupffreies Abrollen des Speicherbandes 13 gewährleistet
ist.
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Normalerweise wird die Energie für Antrieb und Magnetisierung der
beschriebenen Prüfvorrichtung über Kabel zugeführt. Soll kabelfreier Betrieb vorgesehen
werden, so können ein Akkumulator und ein Wechselstromgenerator in das Gehäuse eingebaut
werden. Durch entsprechende Dimensionierung des Schwimmkörpers kann das Mehrgewicht
ausgeglichen werden.
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Das Arbeiten mit der Prüfvorrichtung ist äußerst einfach. Nach dem
Einlegen des Speicherbandes 17 wird die Prüfanordnung auf die zu prüfende Schweißnaht
aufgesetzt. Bei starker Verschmutzung der Oberfläche kann vorherige Reinigung notwendig
sein. Anschließend werden Magnetisierung sowie gegebenenfalls der Motorantrieb eingeschaltet
und die Prüfvorrichtung nach Sicht in Richtung von Pfeil 101 über die Schweißnaht
geführt. Bei Betrieb ohne Motorantrieb wird die Prüfvorrichtung von Hand weiterbewegt.
Die Bewegung kann dabei beliebig
unterbrochen werden und in beliebiger
Geschwindigkeit ausgeführt werden. Durch die Kopplung der Hafträder mit der Zugvorrichtung
ist in jedem Fall schlupffreies Abrollen des Speicherbandes 13 über der Schweißnaht
gesichert. Um Fehler zu lokalisieren an Hand der im Speicherband aufgezeichneten
Signale ist es notwendig, Anfang und Ende jedes Speicherbandes an der Schweißnaht
zu markieren sowie dort ein das Speicherband identifizierendes Zeichen anzubringen.
Die Auswertung der unter Wasser gewonnenen Speicherbandaufnahmen kann in wohlbekannter
Weise nach Beendigung des Taucheinsatzes im Trockenen erfolgen.
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