DE2652085B2

DE2652085B2 -

Info

Publication number: DE2652085B2
Application number: DE762652085A
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: 1979-03-08
Also published as: DE2652085C3; FR2370976A1; FR2370976B1; US4167878A; IT1090680B; NL175552B; ATA676877A; BE860863A; LU78511A1; GB1584799A; DE2652085A1; NL175552C; AT381797B; NL7712529A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit einer Baueinheit vereinigter Ultraschall- und Wirbelstromprüfeinrichtung.

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 wird.

Das genaue Abrufen des Prüfergebnisses setzt eine Abstimmung auf die jeweilige Werkstückges;hwindigkeit voraus. Die Abstimmvorrichtung, wie auch der Zwischenspeicher, sind relativ aufwendige Geräte, außerdem muß die Werkstückgeschwindigkeit immer eine gleiche, geradlinige Richtung 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 Werkstükkes 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 j«ird erfindungsgemäß entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspniches gelöst

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 Weise die gesamten Prüfeinrichtungen 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 Ausführungform 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.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Eine sehr gute Möglichkeit zur Fehlererkennung ergibt sich, wenn das Steuergerät entsprechend dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 2 gebaut ist.

Bei eingeschalteter Ultraschallprüfeinrichtung 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 Schalenbrücken führen.

Falls nur die Wirbelstromprüfeinrichtung einen Fehler anzeigt und die Ultraschallprüfeinrichtung keinen Fehler, so kann es sich um drei Möglichkeiten handeln. Es kann

1. ein Obei ilächenriO geringer Tiefe,

2. eine Härteänderung,

3. eine Kombination von 1 und 2 vorliegen.

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Zur Beurteilung, welcher der drei Fälle vorliegt, ist das Steuergerät zum abwechselnden Ein- und Ausschalten von Ultraschall- und Wirbelstromprüfeinrichtung entsprechend dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 3 ausgebildet

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

Eine Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch 4 beschrieben.

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 eine besondere Anzapfung für die Prüfspule für Wirbelstrom enthält

Die zentrische Anordnung der Prüfspulen 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 Zwischenlaji: 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, das aus an sich bekannten elektrischen Schaltungen besteht

Ein Aus'ührungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die zentrisch mit den Prüfspulen zusammengebaute Ultraschall- und Wi-belstromprüfeinrichiung,

Fig.2 die von der Spulenerregung abhängigen Betriebszei'en von Ultraschall- und Wirbelstromprüfeinrichtung,

F i g. 3 die Betriebszeiten in anderer zeitlicher Folge,

Fig.4 eine schematische Funktionsübersicht des ss Meßwertverarbeitungsgerätes.

In Fig. 1 wird das Werkstück 11 auf der Rollenbahn 12, z. B. entsprechend der Richtung 13, vor der Prüfspule 14 für Ultraschall und der zentrisch in dieser liegenden Prüfspule 15 für Wirbelstrom entlangbewegt Die Prüfspule 14 und die PrOfspule 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 //der Spule 17 über der Zeit / 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 15 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 im Punkt 24 wieder ausgeschaltet

Eine Schaltung, bei der die Prüfspule 14 im Punkt 23 eingeschaltet und die Prüfspule 15 im Punkt 19 eingeschaltet wird, ist genausogut möglich. Es kommt nur darauf an, daß die magnetische Feldstärke der Spule 17 hoch liegt Das Vorzeichen der Erregung ist belanglos. Ein Prüfzyklus zum Prüfen eines Werkstückbereiches erstreckt sich somit auf den Zeitraum, der zwischen den Punkten 19 und 24 der Erregung liegt In dieser relativ kurzen Zeit hat sich das Werkstück 11 bei den normalen Prüfgeschwindigkeite'· nur sehr wenig vor den Prüfspulen 14, 15 verschohen, so daß das Prüfergebnis 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. Die zu prüfenden Werkstückbereiche überlappen sich etwas, so daß im Werkstück 11 keine ungeprüften Stellen verbleiben. Bei sehr hoher Vorschubgeschwindigkeii 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 Vorschubgeschwindigkeit 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 F i g. 3 erfolgen.

Bei dieser Ausführungsform beginnt die Ultraschallprüfung im Punkt 38 und endet im Punkt 39, die Wirbelstromprüfung beginnt im Punkt 40 und endet im Punkt 41. Ein Prüfzyklus dauert in dieser Ausführungsform nur von Punkt 38 bis Punkt 22. Diese Ausführungsform ist somit bei Erregung der Spule 17 mit technischem Wechselstrom, für höhere Vorschubgeschwindigkeiten des Werkstückes 11 geeigneter, als die vorher beschriebene Ausführungsform nach F i g. 2.

In Fig.4 ist eine schematische Übersicht der Funktionsweise des Meßwertverarbeitungsgerätes 25 dargestellt Dieses Gerät empfängt seine Meßwerte vom Steuergerät 16 in Abhängigkeit von der Erregung der Spule 17.

In den einzelnen Funktionseinheiten ist symbolisch eingezeichnet, bei welchem Stand der Er^regung der Spule 17 sie arbeiten.

Die Ultraschallprüfeinrichtung 26, erhält die Meßergebnisse von der Prüfspule 14 über das Steuergerät 16 und gibt diese dire'-t zur Innenfehleranzeige 34 und zu einem Verknüpfungsgerät 30 weiter. Die Ultraschallprüfeinrichtung 26 arbeitet immer im Bereich der maximalen Erregung der Spule 17.

Die Wirbelstromprüfeinrichtung 27 arbeitet mit ihrem Teil 28 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 werden vom Teil 28 die Meßergebnisse direkt zur Oberflächenrißanzeige 35 und außerdem zu den

Verknüpfungsgeräten 30 und 31 gegeben. Das Verknüpfungsgerät. 30 gibt eine Information an die Schalenbruchrißanzeige 36 nur für den Fall weiter, daß für den zu prüfenden Werkstückbereich auch ein Innenfehler vorliegt.

Die Meßergebnisse der Wirbelstromprüfeinrichtung 27, die während der sehr niedrigen Erregung der Spule 17 im Teil 29 gewonnen werden, werden an das Verarbeitungsgerät 32 weitergegeben. Im Verarbeiiungsgerät 32 wird ein Mittelwert aus den Meßergebnissen der vorher geprüften Werkstückbereiche gebildet und die Abweichung des Meßwertes von diesem Mittelwert ermittelt. Wenn diese Abweichung die Größe eines vorher eingegebenen Schwellenwertes übertrifft, so wird diese Information an die Härteänderungsanzeige 33 weitergegeben, außerdem geht die Information an das Verknüpfungsgerät 31, das bei gleichzeitigem Vorliegen eines Oberflächenrisses, die Härteänderungs- und Rißanzeige 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit in einer Baueinheit vereinigter Ultraschall- 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 ein- und ausschaltendes Steuergerät (16) eingebaut ist, dessen Ein- und Ausschaltdauer durch bestimmte Teilabschnitte der Phasen des durch die Spule (17) zur Erzeugung des Magnetfeldes des elektrodynamischen Wandlers fließenden Wechselstromes oder intermittierenden Gleichstromes gesteuert ist und an die Ultraschall- und Wirbelstromprüfeinrichtung ein Meßwertverarbeitungsgerät (25) angeschlossen ist, das 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

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (16) so gebaut ist, daß bei Erregung der Spule (17) des elektrodynamischen Wandlers im Bereich des Maximums die Ultraschallprüfeinrichtung und d^:2 Wirb-: /Stromprüfeinrichtung abwechselnd ein- und ausgeschaltet sind

3. Vorrichtung nach den A- Sprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Nulldurchgänge der Erregung der Spule (17) die Wirbelstromprüfeinrichtung eingeschaltet ist

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß bei relativ zur Vorrichtung sich bewegendem Werkstück (11) die Vorschubgeschwindigkeit auf die Ein- und Abschaltfrequenz von Ultraschall- und Wirbelstromprüfeitf richtung so abgestimmt ist daß die bei jedem Prüfintervall geprüften Werkstoffprüfung mit in Werkstückbereiche sich zum Teil überdecken.