DE2652085A1

DE2652085A1 - Vorrichtung zur zerstoerungsfreien werkstoffpruefung

Info

Publication number: DE2652085A1
Application number: DE19762652085
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Ing Boettcher; H J Prof Dr Rer Nat Kopineck
Original assignee: Hoesch Werke AG
Current assignee: Kopineck Hermann-Josef Prof Drrernat 4600 D
Priority date: 1976-11-16
Filing date: 1976-11-16
Publication date: 1978-05-18
Also published as: IT1090680B; NL7712529A; ATA676877A; FR2370976B1; AT381797B; BE860863A; FR2370976A1; DE2652085C3; LU78511A1; DE2652085B2; GB1584799A; NL175552C; NL175552B; US4167878A

Description

Hoesch Werke Aktiengesellschaft, Eberhardstr. 12, 46 Dortmund

Vorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit Hilfe von Ultraschall und Wirbelstrom.

Bisher war es bekannt, die Wirbelstrom- und Ultraschallprüfung mit zwei getrennten Prüfgeräten nacheinander auszuführen. Diese bekannte Prüfung hat erhebliche Nachteile, die darin bestehen, daß z.B. der Verlauf eines an der Werkstückoberfläche durch Wirbelstromprüfung entdeckten Risses nur dann weiter in das Werkstücksinnere verfolgt werden kann, wenn das Wirbelstromprüfgerät vom Riß entfernt und genau an die gleiche Werkstückstelle das Ultraschallprüfgerät angesetzt wird.

Eine solche genaue Einjustierung des zweiten Prüfgerätes auf den Platz des ersten Prüfgerätes ist zeitraubend und umständlich·.·

Es ist auch eine Prüfvorrichtung bekannt, bei der beide Prüfgeräte nebeneinander sitzen und vor denen das Werkstück entlangbewegt wird. Bei dieser Prüfvorrichtung muß das Prüfergebnis eines Werkstückbereiches, wenn dieser das erste Prüfgerät erreicht hat, auf einem Speicher gespeichert werden und von diesem wird es genau dann abgerufen, wenn der gleiche Werkstückbereich vom zweiten Prüfgerät geprüft

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Das genaue Abrufen des Prüfergebnisses setzt eine Abstimmung auf die jeweilige Werkstückgeschwindigkeit voraus. Die Abstimmvorrichtung, wie auch der Zwischenspeicher, sind relativ aufwendige Geräte, außerdem muß die Werkstückgeschwindigkeit immer eine gleiche, gradlinige Eichtung haben. Stark unregelmäßig oder kompliziert geformte Prüfwege, z.B. bogenförmig oder geknickt, können nicht überprüft werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aus wenigen einfachen Bauteilen zusammengesetzte Wirbelstrom- und Ultraschallprüfeinrichtung zu bauen, mit welcher außerdem schnell hintereinander die zu prüfenden Werkstückbereiche eines großen Werkstückes mit Ultraschall- und Wirbelstrom geprüft werden können, wobei die Prüfung unbeeinflußt auch bei schwankender Geschwindigkeit und Richtung der Relativbewegung zwischen Werkstück und Prüfgerät ausgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ultraschallprüfeinrichtung nach dem elektrodynamischen Wandlerprinzip arbeitet und daß die Prüfspulen beider Prüfeinrichtungen zentrisch in der Weise zueinander angeordnet sind, daß die von den Prüfspulen erfaßten, Werkstückbereiche eine gemeinsame oder annähernd gemeinsame Mittelachse besitzen und ein die Ultraschall- und die Wirbelstromprüfeinrichtung kurzzeitig ein- und ausschaltendes Steuergerät eingebaut ist.

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Die Ultraschallprüfeinrichtung muß nach dem elektrodynamischen Wandlerprinzip arbeiten, weil beim Betrieb anderer Ultraschallprüfeinrichtungen Koppelflüssigkeiten erforderlich sind, die die Wirbelstromprüfung erheblich stören. Die Prüfspulen beider Prüfeinrichtungen liegen zentrisch zueinander, so daß der Verlauf eines Werkstückfehlers von der Oberfläche bis ins Innere des Werkstückes und umgekehrt allein dadurch verfolgt werden kann, daß die Prüfspulen abwechselnd eingeschaltet werden. In der einfachsten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das abwechselnde Ein- und Ausschalten der Prüfspulen per Hand. Beide Prüfeinrichtungen prüfen von vornherein im gleichen Bereich des Werkstückes, so daß jegliche Ausrichtarbeiten entfallen. Anstelle der Prüfspulen können auch in analoger V/eise die gesamten Prüf einrichtungen oder andere Teile davon ein- und ausgeschaltet werden. Der Zweck der Abschaltungen besteht darin, daß sich die Prüfimpulse beider Prüfeinrichtungen nicht im Empfänger überlagern und beeinflussen können.

In einer verbesserten Ausführungsform der Erfindung werden die Handhabung des Gerätes, wie auch die Werkstückfehlererkennung dadurch besonders einfach, daß ein die Ultraschall- und Wirbelstromprüfeinrichtung kurzzeitig abwechselnd ein- und ausschaltendes Steuergerät eingebaut ist. Wenn das wechselseitige Ein- und Ausschalten sehr schnell erfolgt, so hat das den Vorteil, daß auch bei relativer Bewegung zwischen den Prüfspulen und dem Werkstück annähernd der gleiche Werkstückbereich durch jede Spule geprüft wird. - 4- -

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Ein schnelles wechselseitiges Ein- und Ausschalten wird besonders vorteilhaft dadurch erreicht, daß die 3puLe z.ir Erregung des Magnetfeldes des elektrodynamischen Wand Lerr, mit Wechselstrom oder intermittierenden Gleichstrom erregt ist und das Steuergerät zum automatischen abwechselnden kurzzeitigen Ein- und Ausschalten von Ultraschall- ur ! WLrLeL-stromprüfeinrichtung an diese angeschlossen ist und so gebaut ist, daß dieses in Abhängigkeit von der Höhe der Erregung der Spule ein- und ausschaltet.

Eine sehr gute Möglichkeit zur Fehlererkennung ergibt sich, wenn das Steuergerät zum automatischen abwechselnden kurzzeitigen Ein-tnd Ausschalten von Ultraschall- und V/irbelstrompriifeinricliung so gebaut ist, daß bei Erregung der Spule zur Magnetisierung des elektrodynamischen V/andlers im Bereich des Maximums die Ultraschallprüfeinrichtung und die Wirbelstromprüfeinrichtungabwechselnd ein- und ausgeschaltet sind. Bei eingeschalteter Ultraschallpxiifeinrichtung sind Innenfehler und bei eingeschalteter Wirbelstromprüfeinrichtung sind Oberflächenfehler erkennbar« Wenn beide Prüfeinrichtungen gleichzeitig einen Fehler anzeigen, so ist daraus zu schließen, daß der Riß von der Oberfläche bis in das Innere des Werkstückes geht. Die Auffindung solcher Fehler ist besonders wichtig, weil sie z.B. bei Walzen eines Walzwerkes sehr schnell zu Schalenbrüchen führen.

Falls nur die Wirbelstromprüfeinrichtung einen Fehler anzeigt, und die Ultraschallprüfeinrichtung; keinen Fehler, ·ζ__5_=..

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so kann es sich um drei Möglichkeiten handeln. Es kann

1. ein Oberflächenriß geringer Tiefe

2. eine Härteänderung

$. eine Kombination von 1 und 2 vorliegen.

Zur Beurteilung, welcher der drei Fälle vorliegt, ist das Steuergerät zum abwechselnden Ein- und Ausschalten von Ultraschall- und Wirbelstromprüfeinrichtung so ausgebildet, daß auch im Bereich der Nulldurchgänge der Erregung der Spule die Wirbelstromprüfeinrichtung eingeschaltet ist.

Falls auch bei Wirbelstromprüfung im Bereich der llulldurchgänge der Spule eine Anzeige erfolgt, so ist diese ein Anzeichen für eine Härteänderung im Werkstück.

Bei relativ zur Vorrichtung sich bewegenden Werkstücken, z.B. auf einer Rollenbahn ist die Vorschubgeschwindigkeit auf die Ein- und Abschaltfrequenz von Ultraschall-und Wirbelstromprüfeinrichtung so abgestimmt, daß die bei jedem PrüfIntervall geprüften Werkstückbereiche sich aim größten Teil überdecken.

Die Prüfspulen lassen sich günstig in der Weise bauen, daß die Prüfspule für Wirbelstrom im Zentrum einer für die Ultraschallprüfung angewendeten kreisförmigen Prüfspule, deren innerer Teil ausgespart ist, angeordnet ist. Die Prüfspule für Wirbelstrom kann auch aus einem Teilstück der Prüfspule für Ultraschall bestehen, die im inneren Teil

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eine besondere Anzapfung für die Prüfspule für Wirbelstrom enthält.

Die ztiitrische Anordnung der Prüf spulen kann jedoch auch auf andere Weise erreicht werden, so können z.B. beide Prüfspulen extrem flach gebaut werden und übereinandergeschichtet werden. Besonders die Prüfspule für Wirbelstrom kann aus einer Folie hergestellt werden und unter Zwischenlage einer isolierenden Folie auf die Prüfspule zur Erzeugung des Ultraschallfeldes aufgeklebt werden.

Da einige Fehleranzeigen erst erhalten werden, wenn die Meßwerte von Ultraschall- und Wirbelstromprüfeinrichtung miteinander verknüpft und verglichen werden, ist an die Vorrichtung ein Meßwertverarbeitungsgerät angeschlossen, daß die Meßwerte von der Ultraschallprüfeinrichtung und von der jeweils mit und ohne magnetischer Erregung der Spule des elektrodynamischen Wandlers messenden Wirbelstromprüfeinrichtung empfängt und verarbeitet. Diese Verarbeitung geschieht mit Hilfe an sich bekannter elektrischer Schaltungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 die zentrisch mit den Prüfspulen zusammengebaute Ultraschall- und Wirbelstromprüfeinrichtung

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Fig. 2 die von der Cpul-merregung abhängigen

ßetriebszeiteii vo:, Ultraschall- und Wirbelstromprüfeinri-ihtung

Fig,. 3 ^fli-6 Betriebszeitön in a-^derer zeitlicher Folge

Fig- 4 eine schematische lunkfcionsüuersicht des Ks£w.ertverarbeitun^Gerätes.

In Fig. 1 ^ird das Werkstück 11 au! der Iiollenbahn 12, z.B. entsprechend der Richtung 13, vor der Prüfspule 14 für Ultraschall und der zentrisch in diesel¹ liegenden Prüf spule für Wirbelstrom entlangbewegt. Die Prüfspule 14 und die Prüfspule 15 werden vom Steuergerät 16 abwechselnd ein- und ausgeschaltet in Abhängigkeit von der Erregung der Spule 17* die zur Erzeugung des notwendigen starken Magnetfeldes dient, das zum Betrieb des elektrodynamischen Wandlers notwendig ist.

In Fig. 2 stellt die annähernd sinusförmige Kurve (18 die magnetische Erregung H der Spule 17 über der Zeit t dar. Die Prüfspule 14 für Ultraschall wird im Punkt 19 kurz vor dem Erreichen der maximalen Feldstärke der Spule 17 eingeschaltet und im Punkt 20 wieder abgeschaltet. Die Prüfspule für Wirbelstrom wird im Punkt 21 bei sehr niedriger magnetischer Feldstärke der Spule 17 eingeschaltet und im Punkt 22 abgeschaltet. Außerdem wird die Prüfspule 15 für Wirbelstrom auch im Punkt 23 bei sehr hoher magnetischer Feldstärke der Spule 17 eingeschaltet und - 8 -

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im P-.iiikt 24 wieder ausgeschaltet.

bine Schaltung, bei der die Prüf ερ:; Ie Λ'ι :^:;:: 7,. "^t '-.'-■ eingeschaltet und die Prüf spule 15 im 1"Ur.¹'; 1'} ^--.•"^-"is-rvi.^icet wird, ist r;eriausogut möglich. Es kommt nur --iarau/ m, :?ß die magnetische Feldstärke der Spule "¹T-' hch I^ er::.. ;.aö Vor-Ztjiche.i der Erregung ist belanglos« .α. t -'u· :;-<iar zum Pi*ü/öii '-"ines Werkstückbereiches erstrecKü sL·".: .,oiu.it auf den Zei&raum, d.?r zwischen den Punkten 19 und ..^J-V der Erregung liegt. In dieser relativ kurzen Zeit hat sich la;. Werkstück bei den normalen Prüfgeschwindigkeiten nur sf-hr wenig vor den Prüfspu Len 14,15 verschoben, so daß J.33 l'inlt'ergebnis fast so genau ist, als wenn das Werkstück 11 während des gesamten Prüfzyklus vor den Prüfspulen feststeht. In den folgenden Perioden der Erregung der Spule 17 wiederholt sich der Prüfzyklus für die nachfolgenden Werkstückbereiche. Lie zu prüfenden Werkstückbereiche überlappen sich etwas, so daß im Werkstück 11 keine ungeprüften Stellen verbleiben. Bei sehr hoher Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückes 11 reicht die Frequenz des technischen Wechselstromes von 50 Hz nicht aus, um in der beschriebenen Weise prüfen zu Können, in einem solchen Fall muß die Frequenz des Stromes zur Erregung der Spule 17 entsprechend der hohen Vorschabgeschwinditkeit des Werkstückes 11 erhöht werden.

Die Ultraschall und die Wirbelstromprüfung, die im Bereich des Maximums der Erregung der Spule 17 liegen, können auch in einer einzigen Halbperiode entsprechend Fig. 5 erfolgen. _Q

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Bei dieser Auoführungsform beginnt die ί 1 iv■< schallprüf ung im Punkt J3 und endet im Punkt 39» die V. irbeletronprüfung beginnt im Punkt 40 und endet im Punkt 41. Li;· Prüi'zyklus dauert in dieser Ausführungsform nur von Punkt ?6 bis Punkt 22. Diese Ausfiihrungsform ist somit bei Erregung car Lpuie 1? mit technißcheM Wechselstrom, für höhere Vor£.:ohub$jeBcuviiiidigkeiten des Wex-k^üückes 11 geeigneter, als di^ vorher beschriebene AusführungsTurm nach Fig. 2.

In Pig. 4 isc eine schematische Übersicht äer Funktionsweise des rieiiv/ertverarbeitungsgeräte& 25 dargestellt. Dieses Gerät empfängt seine Meßwerte vom Steuergerät IG in Abhängigkeit ": dei Erregung der Spule 17·

In den einzelnen Funkti ons einheit en ist r-^mbolisch eingezeichnet, bei welchem Stand der Erregung der Spule 17 sie arbeiten.

Die Ultraschallprüfeinrichtung 26, erhält die Meßergebnisse von der Prüfspule 14 über das Steuergerät 16 und gibt diese direkt zur Innenfehleranzeige 34- und su einem Verknüpfungsgerät 30 weiter. Die Ultraschallprüfeinrichtung 26 arbeitet immer im Bereich der maximalen Erregung der S^mle 17·

Die Wirbelstromprüfeinrichtung 27 arbeitet mit ihrem Teil im Bereich der maximalen Erregung der Spule 17 und außerdem mit ihrem Teil 29 im Bereich des Nullpunktes der Erregung. Im Bereich der maximalen Erregung weilen vom Teil 28

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die Meßergebnisse direkt zur OberflächeurißarizeifTe 35 und außerdem zu den Verknüpfungsgeräten 50 und J1 gegeben.

Das Verknüpfungsgerät 30 gibt eine^ Information an die Schal entruchrißanzeige 36 nur für den fall weiter, daß für den zu prüfenden Werkstückbereich, auch ein Iniienfehler vorliegt.

Die Keßergebnisse der Wirbelstrompräfeinrichtung 27, die während der sehr niedrigen Erregung de_>- Spule 17 ini Teil 29 gewonnen werden, werden an das Verarbeituiigagerät 32 weitergegeben. Im Verarbeitungsgerät 32 x\^rird ein Mittelwert aus den Meßergebnissen der vorher geprüften Werkstückbereiche gebildet und die Abweichung des Meßwertes von diesem Mittelwert ermittelt. Wenn diese Abweichung die Große eines vorher eingegebenen Schwellenwertes übertrifft, so wird diese Information an die Härteänderungsanzeige 33 weitergegeben, außerdem geht die Information an das Verknüpfungsgerät 3'I₁ das bei gleichzeitigem Vorliegen eines Oberflächenrisses, die Härteänderungsund Hißanzeige 37 einschaltet. Anstelle der Anzeigengeräte 33 bis 37 können selbstverständlich auch schreibende Geräte angeschlossen werden.

Die im Meßwertverarbeitungsgerät 25 enthaltenen Baueinheiten und Schaltungen sind allgemein bekannt und werden deshalb im Detail nicht näher erläutert.

Die in Fig. 4 erklärten Funktionen des Meßwertverarbeitungsgerätes 25 können selbstverständlich auch durch zusätzliche Geräte erweitert werden.

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11 Werkstück
12 Rollenbahn
13 Richtung
14- Prüfspule für Ultraschall
15 Prüfspule für Wirbelstrom
16 Steuergerät
17 Spule
18 sinusförmige Kurve (magnetische	Feldstärke H der Spule 17)
19 Punkt
20 "
21 "
22"
23 "
24 "
25 Meßwertverarbeitungsgeät
26 Ultraschallprüfeinrichtung
27 Wirbelstromprüfeinrichtung
28 Teil der "
29 Teil der "
30 Verknüpfungsgerät
31 anderes Yerknüpfungsgerät
32 Verarbeitungsgerät
33 Härteänderungsanzeige 34- Innenfehleranzeige 35 Oberflächenrißanzeige	38 Punkte 39 " 40 " 41 "
36 Schalenbruchrißanzeige
37 Härteänderungs- und Rißanzeige
H magnetische Erregung
t Zeit

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Claims

—— — 5 Hoesch Werke Aktiengesellschaft, Eberhardstr. 12, 46 Patentansprüche

1.[Vorrichtung mit in einer Baueinheit vereinigter Ultraachall- und Wirbelstromprüfeinrichtung.,dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallprüfeinrichtung nach dem elektrodynamischen Wandlerprinzip arbeitet und daß die Prüfspulen (14,15) beider Prüfeinrichtungen zentrisch in der Weise zueinander angeordnet sind, daß die von den Prüfspulen (14,15) erfaßten Werkstückbereiche eine gemeinsame oder annähernd gemeinsame Mittelachse besitzen und ein die Ultraschall- und die Wirbelstromprüfeinrichtung kurzzeitig ein- und ausschaltendes Steuergerät (16) eingebaut ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (17) zur Erzeugung des Magnetfeldes des elektrodynamischen Wandlers mit Wechselstrom oder intermittierenden Gleichstrom erregt ist und das Steuergerät (16) zum automatischen abwechselnden kurzzeitigen Ein- und Ausschalten von Ultraschall- und Wechselstromprüfeinrichtung an diese angeschlossen ist und so gebaut ist, daß dieses in Abhängigkeit von der Höhe der Erregung der Spule (17) ein- und ausschaltet.

3· Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (16) so gebaut ist,

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daß bei Erregung der Spule (17) des elektrodynamischen Wandlers im Bereich, des Maximums die Ultraschallprüfeinrichtung und die Uxrbelstromprüfeinrichtung abwechselnd ein- und ausgeschaltet sind.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Nulldurchgänge der Erregung der Spule (17) die Wirbelstromprüfeinrichtung j eingeschaltet ist.

5· Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß bei relativ zur Vorrichtung sich bewegendem. Werkstück (11) die Vorschubgeschwindigkeit auf die Ein- und Abschaltfrequenz von Ultraschall- und Wirbelstromprüfeinrichtung so abgestimmt ist, daß die bei jedem Prüfintervall geprüften Werkstückbereiche sich, zum Teil überdecken.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, daß an die Ultraschall- und Wirbelstromprüfeinrichtung ein Meßwertverarbeitungsgerät (25) angeschlossen ist, daß die Meßwerte von der Ultraschallprüfeinrichtung und von der jeweils mit und ohne magnetischer Erregung der Spule (17) des elektrodynamischen Wandlers messenden Wirbelstromprüfeinrichtung empfängt und verarbeitet.

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