DE2746568A1

DE2746568A1 - Wirbelstrompruefsonde zur pruefung ferromagnetischer werkstoffe

Info

Publication number: DE2746568A1
Application number: DE19772746568
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Meier
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1977-10-17
Filing date: 1977-10-17
Publication date: 1979-04-26
Also published as: FR2406198A1

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

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Wirbelstromprüfsonde zur Prüfung ferromagnetischer Werkstoffe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wirbelstromprüfsonde zur Untersuchung insbesondere ferromagnetischer Werkstoffe, bestehend aus ein oder zwei nebeneinander angeordneten, von hochfrequentem Wechselstrom durchflossenen Spulen. Mit Hilfe solcher Sonden ist im elektrisch leitenden Werkstoff eine zerstörungsfreie Prüfung auf Risse, Löcher · allgemeinen Materialtrennungen genannt - möglich. Ein anderes der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung dienendes Verfahren Ist z.B. die Ultraschallprüfung, die alch bei allen Werkstoffarten, alao z.B. auch elektrisch nicht leitenden Werkstoffen, anwenden läßt.

Darüber hinaus 1st für die Ultraschallprüfung eine gute Zugänglichkeit der Werkstücke notwendig, was z.B. bei eingebauten Wärmetauscherrohren nur unter großen Schwierigkeiten möglich

ist.
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Für diese kommt daher nur das WirbeletromprUfverfahren infrage, nach dem in bekannter Weise die Wirbelstronprüfsonde mit Hilfe eines elastischen Schlauches durch die oftmals U-förmig gebogenen Rohre hindurchgeschoben werden. Die Sonde ist dabei aus ihrem Führungeteil und ein oder zwei zum Rohr koaxialen Spulen aufgebaut, deren Impedanz-Veränderung im Auswertegerät gemessen und sichtbar gemacht wird, üblich 1st z.B. die Darstellung dieser Widerstandewerte auf dem Speicherschirm einer

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Elektronenstrahlröhre in der x-y-SchreJbweise, wobei die Ablenkung auf der x-Achse dem imaginären Anteil und Jene auf der y-Achse dem reellen Anteil der Widerstandsrückwirkung der Rohrwandung auf die Sondenspulen entspricht. Dieses Anzeigeverfahren ermöglicht nach entsprechender Eichung an mit bekannten Fehlern versehenen Probestücken auch Rückschlüsse auf Störanzeigen und Fehleranzeigen - dabei Unterscheidung zwischen Innen- und Außenfehlern mit Tiefenangabe - z.B. bei der Prüfung von Wärmetauscherrohren, über die Grundlagen dieses Verfahrens wird in Auflätze der Zeitschrift "Materialprüfung, Band 18, (1976) Nr. 10" auf den Seiten 376 bis 379 sowie "VGB Kraftwerkstechnik" 57, Heft 8, (1977), Seiten 540 - 545 berichtet, so daß weitere Ausführungen hierzu unterbleiben können.

Dieses VirbelstromprUfverfahren hat sich Insbesondere bei der Untersuchung der Berührung großer Wärmetauscher von Kernkraftwerken während der Reaktors tiljjtar.dszeiten, so z.B. während des Brennelementwechsels, besteno bewahrt. Selbstverständlich können auch ebene Flächen mit diesem Verfahren untersucht werden, jedoch wären dort auch andere Untersuchungemethoden, wie z.B, die bereits erwähnte UltraschallprUfungamethode, anwendbar, allerdings mit wesentlich geringerer Aussagekraft insbesondere für oberflächennahe Bereiche.

Bis jetzt wurden diese Wirbelstromprüfsonden für die Untersuchung nichtmagnetischer Materialien, wie z.B. austenitischem Stahl, eingesetzt. Es wurde jedoch bereits festgestellt, daß auch hier unterschiedliche <f -Ferritgehalte die Anzeige von Fehlern stark beeinträchtigen. Untersuchungen an ferromagnetischen Materialien führten wegen des dort sich zeigenden starken Störpegels zu völlig unbefriedigenden Ergebnissen.

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Es stellte sich daher die Aufgabe, dieses Wirbelstromprüfverfahren so zu modifizieren, dnß auch eine einwandfrei· Prüfung ferromagnetischer Werkstoffe möglich wird.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Bereich der Spulen Einrichtungen zur Vormagnetisierung des Untersuchungsobjektes senkrecht zu dessen nächstgelegener Oberfläche vorgesehen sind. Diese Vormagnetisierung kann dabei mit Permanentmagneten oder auch mit Elektromagneten hervorgerufen werden. Die Anwendung dieser Vormagnetisierungstechnik unterdrückt den Störpegel nahezu vollkommen, so daß auch bei magnetischen Werkstoffen einwandfreie PrüiErgebnisse erzielt wurden. Wesentlich dabei ist stets, daß das vormagnetisierende Feld senkrecht auf die Werkstückoberfläche einwirkt.

Zur näheren Veranschaullchung sind in den Fig. 1 und 2 schematisch die Aufbauprinzipton derartiger WirbelstromprUfsonden dargestellt. Die Flg. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine Prüfsonde, wie sie für den Einsatz in WMnnetauscherrohren vorgesehen sind.

In Fig. 1 ist die zu untersuchende Werkstückeberfläche mit 1 bezeichnet. Festzustellende Fehler ~ wie eingangs erwähnt sogenannte Materialtrennungen - können von beider. Oberflächen ausgehen und werden durch eine derartige Prüfsonde erfaßt. Die Prüfsonde selbst besteht aus den beiden Spulen 3 und 4, die elektrisch hintereinander geschaltet und mit dem Kabel 34 an das Auswertegerät angeschlossen sind. Jn dieser Form würde die Prüfsonde dem Stand der Technik entsprechen. Nach der vorliegenden Erfindung kommt nun noch die Vormagnetisierungseinrichtung hinzu, die aus der Gleichetromppule 7 besteht. Das durch diese Spule 7 erzeugte Vormagnet.l3ierungsmagnetfeld verläuft in Richtung der Pfeile M. Zur besseren Handhabung sind die Spulen 3 und 4 sowie die Vormagnetisierungseinrichtung 7 in einen Kunststoffkörper 9 eingegossen.

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Anstelle der Hagnetspule 7, die zusätzlich auch noch mit einem Eisenkern versehen sein könnte, kann aber auch ein Permanentmagnet, z.B. aus einem oxidkeramischen Werkstoff treten, dessen Magnetisierung in Richtung der Pfeile M, also senkrecht zur Oberfläche des Werkstückes 1, ausgerichtet ist.

Die Fig. 2 zeigt zwei Möglichkeiten f'dr die Untersuchung eines Rohres 2 auf Materialtrennungen. In der linken Hälfte ist die Meßeinrichtung in das Innere des Rohres eingeschoben, diese Anordnung wird benötigt, wenn die Außenseite des Rohres selbst nicht zugänglich ist, wie das z.B. bei fertigen Dampferzeugern oder Wärmetauschern der Fall ist. Der der Vormagnetisierung dienende, radial magnetisierte Ringmagnet ist mit 8 bezeichne t. Auf der rechten Seite dagegen ist eine Prüfeinrichtung dargestellt, die über das Rohr von außen hinweggeführt wird. Voraussetzung ist natürlich die Zugänglichkeit der äußeren Rohroberfläche, wie sie z.B. bei der Rohrherstellung selbst gegeben ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Spulen mit 51 und bezeichnet, der das Vormagnetisierungsfeld M erzeugende, radial magnetisierte Ringmagnet ist mit 81 bezeichnet. Die für die Bewegung dieser Prüfsondün zusätzlich notwendigen mechanischen Mittel sind der Übersichtlichkeit halber nicht näher dargestellt, zumal sie für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich sind.

Die Fig. 3 zeigt eine WirbelstromprUfsonde, wie sie für den Einsatz in Wärmetauscherrohren vorgesehen ist. Diese haben eiren Innendurchmesser von etwa 6-30 am und können eine Länge von mehreren Metern aufweisen, wobei, wie bereite erwähnt, dieselben außerdem U-förmig gebogen sein können. Dementsprechend setzt sich diese Prüfeinrichtung aus der eigentlichen Prüfsonde, daran anschließend einen Zentrier- und Führungsteil sowie der Einschiebvorrichtung zusammen. Die Prüfsonde selbst besteht wie in Fig. 2, linke Seite, aus den beiden Spulen 5 und 6 und dem vormagnetisierenden Ringkern 8. Diese Einrichtung wird von einem

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Zentralkörper 10 getragen. Auf fliesen sind beiderseits der eigentlichen Prüfsonde Führungshülleen 11 und 12 aufgeschraubt, die der Zentrierung im zu untersuchenden Rohr dienen. Die äußeren Enden dieser Hülsen 11 und 12 liegen nicht auf den Zentralkörper 10 auf und sind somit etwas elastisch, damit die Sonde gleichmäßig im Rohr gleiten kann. Diese HUlsen 11 und sind dazu außerdem mit Längsschlitzen versehen, um ihre Elastizität zu erhöhen. Der Zentralkörper ist auf der einen Seite mit einem FUhrungskopf 13 abgeschlossen, auf der anderen Seite ist er mit der Vorschubeinrichtung 14 verbunden. Die SpulenanschlUsse 56 sind durch das Zentralstück 10 hindurchgeführt und erstrecken sich durch den Vorschubmechanismus 14 hindurch bis an das Ende derselben, wo sie in einen konzentrischen Stecker 15 münden, der an das Auswertegerät und Stromvereorgungsgerät angeschlossen wird. Die Vorschubeinrichtung 14 besteht dabei im wesentlichen aus einen elastischen, verhältnismäßig steifen Schlauch, der mit H Life eines Fr i ic ti ons an trie be a in das auezumessende Wärmetauscherrohr eingeschoben wird. Seine Länge entspricht dabei etwa dem Weg_; den die Prüfsonde Innerhalb des Rohres zurückzulegen hat, cio kann durchaus in der Größenordnung von 20 m liegen.

Der Meßvorgang läuft im allgemeinst 30 ab, daß zunächst die Prüf sonde vollkommen bii? zum anderen Ende ds* Rohres eingeschoben wird und dann während des Rückzugvorganges die Untersuchung des Wärmetauscherrohres durchgeführt wird. Das uichtdargestellte Auswertegerät enthält dabei auch den für die Speisung der Prüfspulen 5 und 6 benötigten Hochfrequenzgenerator, dessen Frequenz unter Umständen variabel sein kann. Bei einer angenommenen lichten Weite der Wärmetauscherrohre von etwa 20 mm kann die Länge der Wirbelstromprüfsonde einschließlich des Führungsteiles etwa 10 bis 12 cm betragen.

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Selbstverständlich sind noch andere Konstruktionen des Führungsmechanismus der Prüfsonde möglich, so könnten z.B. die hülsenförmigen Teile 11 und 12 zur Erhöhung ihrer Elastizität faltenbalg ähnlich aufgebaut sein. Zur noch feineren und detaillierteren Beurteilung einzelner Rohrfehler könnten im Anschluß an die Prüfung mit der WirbelstromprUfsonde entsprechend Fig. 3 eine Meßsonde eingeführt werden, die nach Fig. 1 aufgebaut sein kann und nur einen Teilbereich einer Rohrmantelinnenlinie erfaßt.

4 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

77 P 9 3 8 5 BRD Patentansprüche

1. Wirbelstromprüfsonde zur Untersuchung Insbesondere ferromagnetischer Werkstoffe, bestehend aus ein oder zwei nebeneinander angeordneten, von hochfrequentem Wechselstrom durchflossenen Spulen, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Spulen Einrichtungen zur Vormagnetisierung des Untersuchungsobjektes senkrecht zu dessen nächstgelegener Oberfläche vorgesehen sind.

2. Wirbelstromprüfsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierungseinrichtung aus einem durch das hochfrequente Nagnetfeld der Spulen nicht beeinflußbaren beispielsweise oxidkeramischen permanentmagnetischem Werkstoff besteht.

3. Wirbelstromprüfsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierungseinrichtung aus steuerbaren gleichstromerregten, vorzugsweise mit einem Eisenkern versehenen Elektromagneten besteht.

4. Wirbelstromprüfsonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie für die Untersuchung von Rohren aus in diese einfUhrbaren Spulen besteht, die in einem Ringkern aus einem radialmagnetisierten permanentmagnetischen Werkstoff eingebettet sind.

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