DE2620070A1

DE2620070A1 - Vorrichtung zur magnetischen pruefung eines metallbandes

Info

Publication number: DE2620070A1
Application number: DE19762620070
Authority: DE
Inventors: Maurice Noel Lapper
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1975-05-08
Filing date: 1976-05-06
Publication date: 1976-11-25
Also published as: BE841621A; FR2310566A1; FR2310566B3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur magnetischen Überprüfung eines Metallbandes.

Insbesondere, aber nicht ausschließlich, ist die Erfindung anwendbar bei einer magnetischen Überprüfung eines kontinuierlich laufenden Stahlbandes während der Behandlung im Produktionsverlauf, beispielsweise nach dem Kaltwalzen oder vor dem Aufspulen. Unter der Bezeichnung "magnetische Überprüfung" soll in der folgenden Beschreibung jedes Prüfverfahren verstanden werden, bei dem ein magnetischer Parameter der einer Magnetcharakteristik des zu prüfenden Metalls zugeordnet ist, gemessen wird, und zwar entweder direkt oder als Anzeige gewisser anderer Eigenschaften des Bandes. So kann eine magnetische Überprüfung eines Stahlbandes benutzt werden, um eine Anzeige des chemischen Stahlaufbaus, der Korngröße, der physikalischen oder magnetischen Härte, des Ausglühgrades oder vom Vorhandensein von Fehlern oder Einschlüssen zu liefern.ä

Bei einem bekannten Verfahren zur magnetischen Überprüfung der Härte eines sich bewegenden Stahlbandes wird magnetisch ein Signal

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oder eine Markierung auf dem Streifen durch einen geeignet erregten Kopf aufgezeichnet und darauf wird das aufgezeichnete Signal durch einen Sensor-Kopf überwacht, der stromab des Aufzeichnungskopfes bezüglich der Bewegungsrichtung des Bandes angeordnet ist. Die Stärke des überwachungssignales, welches vom Sensor-Kopf aufgenommen wird, kann z.B. als Rückschluß auf die Härte des Bandes benutzt werden und dieses Signal kann demgemäß in geeigneter Weise so umgeformt werden, daß eine kontinuierliche Anzeige der Bandhärte oder eines anderen Band-Parameters geliefert wird, die sich in einer Änderung der Magneteigenschaften niederschlägt.

Bei einem bekannten Verfahren zur Durchführung dieses Prüfverfahrens sind Erregerkopf und Sensor-Kopf über dem Streifen aufgehängt, der kontinuierlich gewöhnlich mit hoher Geschwindigkeit bewegt wird. Es ist nicht ungewöhnlich, daß wellenartige Unregelmäßigkeiten oder Riffelungen bei hohen Geschwindigkeiten in dem fortschreitenden Band vorhanden sind. Um Beschädigungen der Köpfe durch Kollisionen mit solchen Unregelmäßigkeiten zu vermeiden, war es bisher notwendig, die Köpfe auf beweglichen Trägern anzuordnen, die automatisch aus dem Pfad dieser Unregelmäßigkeiten unter der Steuerung eines geeigneten Detektors stromauf der Köpfe herausbewegt werden. Bei einer solchen Anordnung ist es nicht möglich, einen genau bemessenen Spalt zwischen den Magnetköpfen und dem Band aufrechtzuerhalten. Außerdem bewirken geringfügige Deformationen in dem Band, obgleich sie zu klein sind, um ein Zurückziehen der Köpfe zu veranlassen, die Einführung von Fehlern in die Messung.

Die GB-PS 1,311»907 der Anmelderin beschreibt eine Vorrichtung zur magnetischen überprüfung eines sich bewegenden Metallbandes, bei der die Nachteile der beschriebenen bekannten Prüfverfahren vermieden sind. Bei dieser Vorrichtung liegen Erregerkopf und Sensor-Kopf innerhalb einer metallischen Walze, die mit einem magnetischen Fenster versehen ist, das eine induktive Kopplung zum Zweck der Messung zwischen den Köpfen und dem sich bewegenden Band zuläßt, das über einen Sektor der äußeren Oberfläche

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- 3 der Walze unter Spannung aufliegt.

Um eine kontinuierliche Prüfung des sich bewegenden Bandes durchzuführen, hat das magnetische Fenster die Gestalt eines Ringes aus nicht-ferromagnetisehern Material, und besteht zweckmäßigerweise aus Asbest, welches starr zwischen axialen Abschnitten einer Messingwalze gehaltert wird, die drehbar um geeignete Achsstummel gelagert ist. Dieses Fenster muß in Umfangsrichtung kontinuierlich um die Walzenachse verlaufen, damit ein ununterbrochener Zugang zwischen den Köpfen innerhalb der Walze und dem zu prüfenden Band stattfinden kann.

Diese magnetische überprüfung des Bandes im Produktionsverlauf stellt eine rauhe Beanspruchung für die Walze dar und es hat sich gezeigt, daß eine übermäßige Abnutzung nicht nur an den nicht-metallischen Abschnitten der Walze erzeugt wird, die das magnetische Fenster bilden, sondern auch an den Metallteilen, wo diese aus relativ weichem Material, z.B. aus Messing, bestehen, Diese Schwierigkeit führt nicht nur zu einer langwierigen und kostspieligen Wartung, sondern erhöht auch die Stillstandszeit der Vorrichtung, während der diese zur Messung nicht zur Verfügung steht. Da außerdem die Abnutzung erfordert, daß ein größerer Teil der Walze aus Metall ist, wird das Ausmaß des magnetischen Fensters, welches über der Breite des Bandes zur Verfügung gestellt werden kann, relativ klein und dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, daß fehlerhaftes Material nicht entdeckt wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine zweckmäßige magnetische Kopplung zwischen einem Monitor in einer Stahlwalze, welche ferro-magnetische Charakteristiken besitzt und dem zu prüfenden Band erlangt werden kann, vorausgesetzt daß die magnetische Permeabilität des Materials der Walze unter einem gewählten Wert gehalten wird.

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Gemäß einem Merkmal der Erfindung weist die Vorrichtung zur magnetischen Überprüfung eines sich bewegenden Metallbandes eine Hohlwalze und eine überwachungsvorrichtung auf, die auf Änderungen der Magneteigenschaften des Bandes anspricht, und innerhalb der Walze in der Nähe des Sektors der äußeren Walzenoberfläche angeordnet ist, über die das Band unter Spannung geführt wird, wobei die Walze aus einem Material besteht, welches ferromagnetische Eigenschaften liefert und eine magnetische Permeabilität besitzt, die so gewählt ist, daß eine ausreichende induktive Kopplung zwischen der überwachungseinrichtung und dem Band zustandekommt, damit die Änderung der Magnet-Charakteristiken im Band festgestellt werden kann.

Die obere Grenze der magnetischen Permeabilität für das Walzenmaterial hängt von dem Änderungspegel in der magnetischen Charakteristik, beispielsweise der magnetischen Permeabilität ab, die festgestellt werden soll. Wenn beispielsweise die Vorrichtung benutzt wird, um große nicht-magnetische Einschlüsse festzustellen, dann treten relativ große Änderungen der Permeabilität an der Stelle zwischen dem Monitor und dem defekten Bereich des Bandes ein. In diesem Fall kann die Permeabilität des Walzenmaterials relativ hoch sein, z.B. 1,5 U oder darüber, ohne daß die Empfindlichkeit oder das Signal/Rauschverhältnis des Monitor-Ausgangs nach jedem Punkt vermindert wird, wo eine sinnvolle Messung nicht mehr durchgeführt werden kann.

Wenn die Vorrichtung zur Messung örtlicher Beanspruchungsstellen bei kaltgewalztem Stahlband benutzt werden soll, hat sich eine magnetische Permeabilität bis herauf zu 1,5 μ als zufriedenstellend erwiesen, und zweckmäßigerweise wird eine Walze aus einem geeigneten rostfreien Stahl benutzt. Ein geeignetes Material ist das mit 321 Grade bezeichnete, welches in der Veröffentlichung von 1950 der ASTM Special Technical Publication veröffentlicht ist.

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Die Benutzung von rostfreiem Stahl ergibt eine Walzenabnutzungs-Charakteristik, die vergleichbar ist mit und möglicherweise besser ist als bei Walzen aus standartisiertem Stahl. Hierbei können magnetische Fenster in der Walze wegfallen und demgemäß kann die Messung der magnetischen Charakteristiken über die Gesamtbreite des sieh bewegenden zu prüfenden Bandes erfolgen.

Der Monitor kann von einer Bauart sein, bei der einzelne radial getrennte Erreger- und Sensor-Köpfe vorgesehen sind, wie dies beispielsweise in der GB-PS 1,311,907 der Anmelderin beschrieben ist, und diese können innerhalb der Walze über im wesentlichen die gesamte axiale Länge im Abstand liegen, so daß die Messung quer zu dem Band über die gesamte Breite unabhängig von dieser Breite erfolgen kann.

Stattdessen kann der Monitor eine integrale Baueinheit bestehend aus Erreger und Sensor aufweisen.

Es hat sich gezeigt, daß lokalisierte Beanspruchungsflächen in dem kaltgewalzten Stahlband durch selektives Strecken des Bandes erzeugt werden, was in Richtung der Bandzuführung während der Bearbeitung erfolgt. Der magnetostriktive Effekt einer solchen Streckung induziert an der lokalisierten Fläche eine Änderung der Permeabilität in Streckrichtung mit im wesentlichen kleiner Änderung rechtwinklig zu dieser Richtung. Demgemäß ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Monitor so angeordnet und ausgebildet, daß er auf die relative Änderung der magnetischen Permeabilität längs zweier Koordinaten-Richtungen anspricht, von denen die eine zweckmäßigerweise längs der Richtung der Streifenzuführung verläuft.

Eine geeignete Form eines Monitors weist ein ferromagnetisches Joch auf, welches magnetisch das Band in einem Bereich lokaler Beanspruchung erregt und in der Lage ist, in diesem Bereich Magnetkreise jeweils in den Koordinatenrichtungen zu erzeugen, längs derer durch relative Beanspruchung induzierte Änderungen

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der Permeabilität auftreten. Zweckmäßigerweise sind die Abschnitte des Jochs, die in den Magnetkreisen angeordnet sind, mit Sensor-Wicklungen versehen, die wirksam sind, um die relativen Permeabilitäts-Änderungen festzustellen.

Gemäß einer bevorzugten Ausbildung besteht das Joch aus drei Schenkeln, deren freie Enden so dicht als möglich an der inneren Walzenoberfläche enden, damit der magnetische Widerstand so klein als möglich wird und die Empfindlichkeit optimal wird. Vorzugsweise sind die Schenkel des Sensors symmetrisch gegenüber dem Erreger-Schenkel angeordnet und mit Sensor-Wicklungen versehen, die in Reihe und in Phase zueinander geschaltet sind. In den meisten Fällen wird der Schenkel des Sensors gegenüber dem Schenkel der Erregereinriehtung längs der Richtung der Bandförderung versetzt, während der andere Schenkel quer zu dieser Richtung versetzt wird. Der Erreger-Schenkel ist in an sich bekannter Weise mit einer geeigneten Wicklung versehen, die erregt werden kann, um eine Erregung mit einer Frequenz von ungefähr IkHz zu liefern.

Die Empfindlichkeit des Monitors gegenüber örtlichen Spannungen hängt von der Fläche ab, die durch die Schenkel des Jochs definiert wird.und dieses kann durch geeignete Wahl der Jochabmessungen eingestellt werden. Mit einer relativ kleinen

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Gesamtjochfläche von etwa 1,5 cm kann eine Auflösung von etwa 1,0 cm erlangt werden und dies ergibt einen zweckmäßigen Vergleich mit einer maximalen Auflösung von ungefähr 10 cm, was die Grenze repräsentiert, die durch bekannte Monitors dieser Art erlangt werden konnte. Der hohe Grad der Auflösung der durch den erfindungsgemäßen Monitor erlangt werden kann, in Verbindung mit der geringen Größe schafft die Möglichkeit, daß mehrere solche Vorrichtungen im Abstand über die gesamte Breite des zu prüfenden Bandes angeordnet werden können, so daß die Möglichkeit beträchtlich vermindert wird, daß eine Beanspruchungsstelle übersehen wird.

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Zweckmäßigerweise wird der Ausgang eines jeden Monitors durch ein Hochpassfilter geschickt, welches jene Signale sperrt, die relativ langsame Änderungen der magnetischen Permeabilität anzeigen und nicht repräsentativ sind für örtliche Spannungsflächen. Der Abschaltpunkt des Filters hängt natürlich von der Geschwindigkeit ab, mit der das zu prüfende Band bewegt wird und es wird eine entsprechende Wahl getroffen. Das vom Filter erhaltene Signal kann in geeigneter Weise beispielsweise auf einem Oszillographen beobachtet werden oder es kann zur automatischen Form -Korrektur benutzt werden, bespielsweise um die Walzen eines Walzwerkes zu steuern, die das Kaltwalzen bewirken.

Die Empfindlichkeit der Vorrichtung gegenüber Änderungen in der magnetischen Permeabilität kann benutzt werden, um latente oder tatsächliche Bereiche schlechter Gestalt festzustellen, jedoch kann die Vorrichtung auch benutzt werden, um großflächige magnetische Fehlstellen zu erkennen, z.B. nicht-magnetisehe Einschlüsse oder Risse oder andere Diskontinuitäten innerhalb des Bandes oder der Bandränder.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung Fig. 2 eine Vorderansicht der Vorrichtung nach Fig. 1

Fig. 3 eine schematische Ansicht des bei der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 benutzten Monitors.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 weist eine relativ massive Walze 2 auf, die durch nicht dargestellte Lager von einer hohlen stationären Achse ¹I getragen wird. Der Gesamtduröhmesser der Walze und insbesondere die Dicke sind abhängig von den Charakteristiken des zu prüfenden Bandes 6, welches wie aus

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Fig. 1 ersichtlich, über einen Sektor der äußeren Walzen-Oberfläche gespannt ist, und außerdem von der magnetischen Permeabilität des Walzenmaterials. Bis zu einem gewissen Ausmaß sind auch Walzendicke und Permeabilität damit verknüpft, da ein notwendiges Vergrößern der Walzendicke, welches durch Erhöhung der Bandspannung bedingt ist, an der Grenze von Signal/Rausch-Verhältnis die Benutzung eines Materials niedrigerer magnetischer Permeabilität erfordert.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Walze, die eine Län^e von etwa 90 cm und einen Durchmesser von 20,3 cm hat, aus rostfreiem Stahl von 321 Grade (ATSM) hergestellt, der eine magnetische Permeabilität von 1,02 μ besitzt und etwa 10 mm dick ist. Diese Dicke reicht aus, um die Durchschnittsbandspannung zu tragen, wobei gleichzeitig eine geeignete induktive Kopplung zwischen dem Band und einer Reihenanordnung von im Abstand zueinander angeordneten Permeabilitäts-Monitors geschaffen wird, die in Fig. 2 mit 8 gekennzeichnet sind.

Im folgenden wird im einzelnen auf Fig. 3 Bezug genommen. Jeder Monitor 8 weist ein ferromagnetxsches Joch 10 auf, das drei im Abstand zueinander angeordnete parallele Schenkel 12,14 und 16 besitzt, deren freie Enden unmittelbar benachbart zur inneren Oberfläche der Walze enden, so daß der Abstand zu dem Streifen ein Minimum wird und demgemäß der magnetische Widerstand des Magnetkreises mit dem über dem Walzensektor ausgespannten Band so klein als möglieh wird. Dieser geringstmögliche magnetische Widerstand wird teilweise dadurch erlangt, daß die freien Enden der Schenkel abgerundet sind, um eine Anpassung an die innere Oberfläche der Walze zu ermöglichen.

Der zentrale Schenkel 14 ist mit einer Wicklung 18 versehen, die in geeigneter Weise an eine lkHz-Quelle angepaßt ist, so daß in geeigneter Weise der benachbarte Bereich des Bandes magnetisch erregt wird. Die Schenkel 12 und 16 sind in gleicher Weise mit unabhängigen Wicklungen 20 und 22 versehen, die in Reihe gleichphasig geschaltet sind, so daß unterschiedliche Flußpegel in den Schenkeln festgestellt werden können, welche durch örtliche Be-

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anspruchungsflachen des Bleches verursacht sein können. Eine derartige örtliche Beanspruchung rührt vermutlich von der unterschiedlichen Bandspannung während des Walzvorp-anges her und induziert eine magnetostriktive änderung der magnetischen Permeabilität, die im allgemeinen auf die Richtung der Bandzuführung begrenzt ist. In diesem Fall besteht ein Permeabilitätsdxfferential über der Beanspruchungsfläche zwischen der Bandzuführungsrichtung (in Fig. 1 und 3 durch Pfeile gekennzeichnet), und einer Richtung normal hierzu und die Schenkelpaare 12,16 sind so angeordnet, daß Magnetkreise in diesen rechtwinklig verlaufenden Richtungen erzeugt werden, um Differentiale durch die Sensorwicklungen feststellen zu können, die dann durch geeignete bekannte Mittel dargestellt werden können.

Um eine geeignete Empfindlichkeit zu erhalten, wird die Arbeits-

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fläche des Jochs 10 auf etwa 1,5 cm begrenzt, obgleich eine größere Gesamtfläche durch das nicht-magnetische Gehäuse 22 der Walze dargeboten wird, in dem die Schenkel in einem geeigneten Kunstharz 2k eingekapselt sind. Die Monitors sind an der stationären Achse 4 über das Gehäuse befestigt und die Leitungen nach den Wicklungen werden nach der Erregerquelle und den Detektoren über den Hohlraum 26 der Hohlachse geführt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, erstreckt sieh eine Anordnung von im Abstand zueinander liegenden Monitors über die Breite eines jeden Blechs, welches voraussichtlich über die Walze gespannt werden kann.

Bei einer Anordnung besteht das Joch aus geeignetem Ferritmaterial, wobei die Wicklungen auf die Resonanzfrequenz der Erregereinrichtung abgestimmt sind, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. Zusätzlich kann wie in der GB-PS 1,311,907 beschrieben, eine Kühlluftströmung oder ein Kühlgas über die Walze geleitet werden, die in geeigneter Weise mit Magneten am Einlaß und Auslaß versehen ist, um ferromagnetische Partikel aufzufangen, die als Verunreinigungen im Luftstrom enthalten sind.

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Die Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf die Peststellung örtlicher Beanspruchungen in Blechen beschrieben, die über die Walze gespannt sind, jedoch kann die Erfindung in gleicher Weise zum Auffinden nicht-magnetischer Einschlüsse oder Fehlstellen, z.B. Rissen und Schichtungen, oder anderer Diskontinuitäten oder Fehlstellen benutzt werden, die im Band vorhanden sein können. Die Natur der Fehlstellen kann es natürlich erfordern, daß Monitors benutzt werden, die sich von den in der Zeichnung beschriebenen unterscheiden.

Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit einer IkHz-Erregerquelle beschrieben. Natürlich können auch andere Erregerfrequenzen benutzt werden, und zwar zusammen mit irgendeiner Form der Darstellung, die speziell geeignet ist für die sichtbar zu machenden Fehlstellen.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

l.y Vorrichtung zur magnetischen Prüfung eines sich bewegenden Metallbandes, dadurch gekennzeichnet , daß eine Hohlwalze (2) in Verbindung mit einer überwachungseinrichtung vorgesehen ist, welch letztere auf Änderungen der magnetischen Charakteristiken des Bandes 6) anspricht und innerhalb der Walze benachbart zu dem Sektor der äußeren Walzenoberfläche angeordnet ist, über den das Band ausgespannt wird, daß die Walze (2) aus einem Material besteht, welches ferromagnetische Eigenschaften darstellt und eine magnetische Permeabilität besitzt, die so gewählt ist, daß eine ausreichende induktive Kopplung zwischen der überwachungsvorrichtung und einem Band zustandekommt, damit die erforderliche Änderung der Magnet-Charakteristik feststellbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die magnetische Permeabilität des Walzenmaterials 1,5 μ nicht überschreitet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Walzenmaterial aus rostfreiem Stahl besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der rostfreie Stahl die Zusammensetzung 321 ASTM Grade besitzt.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Monitor eine Erregungseinrichtung aufweist, um den Streifen zu magnetisieren, und daß der Monitor weiter mit dieser Erregungsvorrichtung einen Sensor besitzt, um Änderungen im Erregerpegel festzustellen.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet-, daß Erregervorrichtung und Sensor getrennt angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß Erregereinrichtung und Sensor in einer festen Winkelstellung benachbart zur Walzen-Innenoberfläche getrennt zueinander fixiert sind.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Erregereinrichtung und der Sensor einen integralen Aufbau besitzen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Monitor ein ferromagnetisches Joch aufweist, daß drei Schenkel besitzt, deren freie Stirnflächen benachbart zur inneren Walzenoberfläche liegen und daß einer der Schenkel mit einer Erregerwicklung versehen ist, und daß auf die beiden übrigen Schenkel eine Wicklung in Reihe gleichphasig aufgebracht ist, die als Detektor wirkt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Sensorschenkel symmetrisch gegenüber dem Erregerschenkel angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Sensor-Schenkel in gegenseitig senkrechten Richtungen vom Erreger-Schenkel abstehen, wobei ein Sensor-Schenkel von dem Erregerschenkel in Richtung der Streifenzuführung über die Walze versetzt ist.
12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere im Abstand zueinander angeordnete Monitors über die axiale Länge der Walze angeordnet sind, um eine Prüfung über die gesamte Breite des über die Walze laufenden Bandes durchführen zu können.

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13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Walze mit Mitteln ausgestattet ist, die eine Kühlluftströmung oder eine Gasströmung durch das Walzeninnere bewirken.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13_S dadurch gekennzeichnet , daß Magnete vorgesehen sind, um ferromagnetische Partikel aus der Kühlluftströmung oder aus der Gasströmung, die nach dem Walzeninneren führt, abzufangen.

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