DE3003961A1

DE3003961A1 - Verfahren und einrichtung zum feststellen von inhomogenitaeten magnetischer werkstoffe

Info

Publication number: DE3003961A1
Application number: DE19803003961
Authority: DE
Inventors: Petr Filippovi&ccaron; Ki&scaron;inev &Scaron;apovalov; Petr Grigorievi&ccaron; &Scaron;ukovsky; Vladimir Timofeevi&ccaron; Bobrov; Michail Danilovi&ccaron; Kaplan; Beniaminovi&ccaron; Kiev Komsky; Michail Iosifovi&ccaron; Maizenberg; Vladimir U&scaron;erovi&ccaron; Mo&scaron;kovi&ccaron;; Vladimir Aleksandrovi&ccaron; Troitsky; Stanislav Vladimirovi&ccaron; Vermeenko
Original assignee: VNII PO RAZRABOTKE NERAZRUSCHA
Current assignee: VNII PO RAZRABOTKE NERAZRUSCHA
Priority date: 1979-12-26
Filing date: 1980-02-04
Publication date: 1981-08-20
Also published as: US4309905A; DE3050965C2; DE3003961C2; FR2476843A1; FR2476843B1

Description

Vsesojuzny Nauchno-Issledovatelsky institut po razrabotke nerazrushajuschikh metodov i sredstv kontrolya Kachestva materialov (VNIINK), Kishinev,

UdSSR

Verfahren und Einrichtung zum Feststellen von Inhomogen!- täten magnetischer Werkstoffe

Die Erfindung betrifft die Ultraschalltechnik, und sie bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zum Feststellen von Inhomogenitäten magnetischer Werkstoffe sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Die Erfindung kann zur zerstörungsfreien Prüfung von magnetisierbaren Blechen, Rohren, Stäben und anderen ·. Er Zeugnissen unmittelbar an Fließbändern für deren Herstellung mit einer Geschwindigkeit bis 10 m/sek benutzt werden. Darüber hinaus kann die Erfindung bei der Entwicklung Yjon Folgesystemen zum Bestimmen der relativen Ortslage eines zu untersuchenden Objektes bei verschiedenen technologischen Prozessen zum Einsatz kommen.

130034/0039

Die Erfindung kann auch bei der Durchführung von physikalisch-chemischen und magnetischen Messungen verwendet werden.

Zur Zeit ist eines der Wichtigen Probleme der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung die Entwicklung von Verfahren und von Einrichtungen zum Feststellen von Inhomogenitäten magnetischer Werkstoffe, mit deren Hilfe sich Leistung, Empfindlichkeit und Sicherheit der Prüfung erhöhen lassen.

Die Anwendung der bekannten Verfahren und Einrichtungen zum Feststellen von Inhomogenitäten magnetischer Werkstoffe hemmt die Entwicklung der Produktionskapazitäten im technologischen Prozeß und erfordert die Schaffung von Einrichtungen und kostspieligen Ausrüstungen an den einzelnen Prüfungsstellen außerhalb der betreffenden Fertigungsstraße. Die Notwendigkeit, neue Verfahren und Einrichtungen zu schaffen, wird auch durch die Forderung diktiert, die Empfindlichkeit gegen Inhomogenitäten des Werkstoffes bei der Hochtemperaturprüfung (über ICX)⁰C) zu erhöhen.

Die gegenwärtig in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung bekannten Verfahren und Einrichtungen zum Feststellen von Inhomogenitäten magnetischer Werkstoffe lassen sich in zwei Gruppen unterteilen:

1. Ultraschall-Prüfverfahren und Einrichtungen zu deren Durchführung;

13003A/0039

2. magnetische Prüfverfahren und Einrichtungen zur
Durchführung dieser Verfahl¹ en.

Bei einem zur ersten Gruppe gehörenden Verfahren (s. das Nachschlagebuch¹¹ Geräte zur zerstörungsfreien Prüfung von
Werkstoffen und Eizeugnissen", herausgegeben von W.W.Kljuew, Moskau, Verlag "Maschinenbau", 1976, S. 201 bis 23*0arbeitet

der

man mit Erregung von Ultraschallschwingungenin .einem zu untersuchenden Material? die mit einer Inhomogenität in
Wechselwirkung treten, worauf das Ergebnis dieser Wechselwirkung registriert wird.*

Die Einrichtung zur ψάν Durchführung dieses Ultraschall-Prüfverfahrens enthält einen zu prüfenden Werkstoff,
piezoelektrische Wandler und Mittel zur Gewährleistung eines akustischen Kontaktes mit der Oberfläche des Werkstoffes.

In derartigen Einrichtungen werden die Erregung und der Empfang von Ulferasehai!schwingungen mit Hilfe der piezoelektrischen Wandler vorgenommen, die nach der Kontakt- -oder Tmmersionsmethode betrieben werden.

Es ist auch eine Variante der Einrichtung möglich,

bei der anstelle der piezoelektriscnen Wandler magnetoakustische Wandler verwendet weiden. Die Einrichtung umfaßt in diesem Fall auch ein Magnetisierungssystem und einen stromdurchflossenen Leiter, der parallel zur Oberfläche des zu prüfenden Merkstoffes verläuft und in ein Magnetfeld ge-

BAD ORSGiNM.
130034/0039

- ίο -

bracht ist. Hierbei erfolgt die Ultraschallerregung durch Einwirkung der vom stromdurchflossenen Leiter ausgesendeten elektromagnetischen Schwingungen auf die Oberfläche des zu prüfenden Werkstoffes.

Bei Verwendung des Verfahrens und der Einrichtungen dieser Gruppe entsteht die Notwendigkeit, einen akustischen Kontakt zwischen den piezoelektrischen Wandlern und dem Erzeugnis zu sichern und die piezoelektriscnen Wandler an

zulässige

den entsprechenden Prismen anzukleben, was die/ Temperatur für des zu prüfende Erzeugnis. und die Geschwindigkeit der Prüfung begrenzt. Die Anwendung der magnetoakustischen Wandler im Rahmen der ersten Gruppe wird weiter durch eine geringe Empfindlichkeit beschränkt, die insbesondere von den konkreten Charakteristiken der zu prüfenden Erzeugnisse, z.B. von deren Konstanten der dynamischen Magnetostriktion abhängt.

Bei einem zur zweiten Gruppe gehörenden magnetischen Prüfverfahren (s. das Nachschlagebuch "Geräte zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstoffen und Erzeugnissen", herausgegeben von W.V/. Kljuew, Moskau, Verlag "Machinenbau", 1976, S.50 bis 71) nutzt man die Erscheinung einer Verzerrung des Magnetfeldes des Magnetisierungs.systema beim Vorhandensein von Inhomogenitäten im zu prüfenden Werkstoff aus, wobei diese örtlichen Verzerrungen registriert, werden. Die Einrichtung«-en zur . Durchführung dieses Verfahrens enthalten einen zu prüfenden Werkstoff, ein Magnetisierungssystem (Induktivitätsspulen, Ferrosonden, Hall-Geber usw.), magne-

130034/0039 .

BAD ORIQSNAL

tisch empfindliche Elemente und eine Anzeigeanordnung.

Das Verfahren und die Einrichtung dieser Gruppe kennzeichnen sich durch eine geringe Empfindlichkeit bei der Feststellung von inneren Inhomogenitäten, was durch das kleinen Signal/Bausch-Verhältnis bedingt ist, das seinerseits damit zusammenhängt, daß man das Nutzsignal und das durch die magnetische Struktur bedingte Kauschen nicht abtrennen kann. Hinzu kommt, daß sich bei der Durchführung, dieses Verfahrens Schwierigkeiten ergeben, . die mit der Umwandlung von magnetischen Gleichfeldern der Inhomogenitäten

in Hochfrequenzsignale bei Verwendung der Induktivitätsspulen, Ferrosonden usw. verbunden sind.

weiter

Bekannt isfc/ein Verfahren zum Nachweis von Inhomogenitäten in magnetischen Materialien mit Hilfe von magnetischen Ütreufeldern und eine Einrichtung zu dessen Durchführung (s. z.B. W.Lord, D.J. Oswald "International Jornal of Nondestructive Testing¹¹, 1972, vol.4 p.p. 24-9-274).

Dieses Verfahren besteht darin, daß man das zu prüfende Material in ein magnetisches Gleichfeld bringt, das in Anwesenheit einer örtlichen Inhomogenität des Materials teilweise verzerrt wird und aus der Oberfläche des Erzeugnisses heraustritt,so daß ein magnetisches Streufeld entsteht.

Die Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens enthält ein magnetisches Material, ein Magnetisierungssystem, das einen JJauer-oder Elektromagneten darsbellt, ein

13G034/0039

magnetisch, empfindliches Element, durch das das lokale Feld einer Inhomogenität in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, einen Verstärker und ein Eegistrierungssyabeia.

Bei der Durchführung dieses Verfahrens erfolgt in der Einrichtung unweit des. InhomogenitäusbeieicfcP eine Änderung der Verteilung deti magnetischen Feldes, die durch das magnetisch empfindliche. . Element registriert wird.

Das Anwendungsgebiet dieses Verfahrens und der dazugehörigen Einrichtung ist durch die geringe Empfindlichkeit beim Nachweis innerer Inhomogenitäten und durch die geringe Prüfungssicherheit begrenzt, was an dem niedrigen Wert des Signal/Kausch-Verhältnisses liegt.

Es ist ferner ein Verfahren zum Feststellen von/Inhomogenitäten . ( FE-PS Nr 2 053 1^8) bekannt (-) ,

bei .dem man daä man das zu prüfende Material in ein Magnetfeld bringt, auf die Oberfläche eines magnetostriktiven Mediums mittels Schwingungen einwirkt, das in der Nähe des Inhomogenitätsbereiches des Materials angeordnet ist, und Signale registriert, die durch magnetoakustische Umwandlung im Medium entstehen. Bei diesem Verfahren wird die Oberfläche des zu prüfenden Materials, das ein magnetostriktives Medium darstellt, einer Einwirkung von ■ultraschallschwingungen unterworfen.

Die Ultraschallschwingungen breiten sich im magnetischen Material aus und wirken mit der Inhomogenität zusammen, so

130034/0039

daß eine durch, die Magnetostriktion bedingte magnetoakustische Umwandlung stattfindet , d.h. die Ultraschallschwingung en modulieren magnetische GIeichfelder der Inhomogenität mit der Ultraschallfrequenz und verwandeln diese in magnetische Ytechselfelder, die dann registriert werden. Es ist auch eine Einrichtung zu» Feststellen von Inhomogenitäten magnetischer Werkstoffe bekannt, die nach diesem Verfahren ' arbeitet,, wobei sie ein Magnetisierungssystem, dessen Magnetfluß das magnetostriktive Medium durchläuft, das in der Nähe des Inhomogenitätsbereiches angeordnet ist_/ und

zwei Wandler aufweist, die auf

der Oberfläche des magnetostriktiven Mediums angebracht und mit einem Hauptradioimpulsgenerator und einem an einen Anzeiger angeschlossenen Hauptverstärker elektrisch verbunden sind. In der bekannten Einrichtung ist einer der Wandler piezoelektrische ausgebildet und an den Haupt-Kadioimpulsgenerator angeschlossen, während der andere Wandler eine Induktivitätsspule darstellt und mit dem Hauptverstärker in Verbindung steht.

Der Haupt-Eadioimpulsgenerator erregt den piezoelektrischen Wandler, von dem im zu prüfenden Werkstoff Ultraschallschwingungen erzeugt werden, mit deren Hilfe die magnetischen üleichfelder der Inhomogenitäten in magnetische Wechselfelder umgewandelt werden, die von der Induktivitätsspule aufgenommen, verstärkt und registriert werden.

130034/0039

Die Anwendung dieses bekannten Verfahrens ztfn Feststellen von Inhomogenitäten und der Einrichtungen zu dessen Durchführung ist dadurch begrenzt, daß keine Erkennung innerer Inhomogenitäten möglich ist. l&es ist dadurch bedingt, daß magnetische Wechselfelder, die von einer Inhomogenität ausgesendet werden, infolge des Skineffektes abgeschirmt werden. Außerdem kann man bei der Durchführung d-^ea bekannten Verfahrens nur Materialien untersuchen,die genügend hohe Werte der Konstante der dynamischen Magnetostruktion aufweisen, was die Klasse der zu piüfenden Objekte einengt, herden in der Einrichtung piezoelektrische Wandler eingesetzt, so muß ein akustischer Äoncakt dieser Wandler mit dem zu prüfenden Werkstoff gesichert werden, was seiner-

die
seits zu Begrenzungen für Prüfgeschwindigkeit und^die l'empera-

tur des zu prüfenden Werkstoffes führt.

- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum FeststelJen von Inhomogenitäten magnetischer Werkstoffe, bei dem der zu prüfende Werkstoff einer Einwirkung von Schwingungen derart unterworfen wird, daß die Möglichkeit gegeben ist, sowohl innere als auch äußere Inhomogenitäten der Werkstoffe festzustellen und die Prüfung einer breiten Klasse von zu untersuchenden Werkstoffen unter Gewährleistung einer hohen Empfindlichkeit und Sicherheit bei erhöhter Leistung dtr Prüfung vorzunehmen, sowie eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu entwickeln,

BAD 13003470039

die in baulicher Hinsicht genügend einfach und betriebssicher ist und eine erhöhte Störunempfindlichkeit besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, wie es im Patentanspruch 1 angegeben ist, bzw. durch eine Einrichtung nach dem Patentanspruch 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowohl dieses Verfahrens als auch dieser Einrichtung sind jeweils in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Feststellen von Inhomogenitäten magnetischer Werkstoffe und die Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ermöglichen die Prüfung von Über die gesamte Dicke des zu prüfenden Werkstoffes verteilten Inhomogenitäten mit einer hohen Empfindlichkeit und Sicherheit. Dabei erweist es sich als möglich, die

Prüfung magnetischer Werkstoffe mit "verschiedenen Konstanten der Magnetostriktion bei hohen Temperaturen (über 100 ⁰C) und hoher Leistung (bis 10 m/sek) ohne Abtastung des

130034/0039

zu prüfenden Werkstoffes durchzuführen. Das erfindungsge- . zugehörige _r

mäße Verfahren und die/Einichtung können in Fertigungsstraßen zur Herstellung von Blechen, Ixohren, Stäben, uraht usw. benutzt werden, -^ie Einrichtung zur Durchführung <*es erfindungsgemäßen Verfahrens ist in konstruktiver Hinsicht

und sie

genügend einfach betriebssicher, und kann in kompletter Verbindung mit den, beliebigen produzierbaren Ijltraschalldefektoskopen unter Bedingungen arbeiten, die den Industriebetrieben mit hohem ivauschpegel entsprechen.

Nachstehend wild die Erfindung an Hand konkreter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, Es zeigen

Fig. I ein Blockschema für eine Einrichtung zum Feststellen von Inhomogenitäten magnetischer Materialien nach einem Verfahren» bei dem

als magnetostriktives Medium der zu prüfende Werkstoff benutzt wird;

Fig. 2 die Lage der Schalterkontakte der Schalteinheit in Fig. 1 bei Einwirkung von Ultraschallschwingungen auf das magnetostriktive Medium;

Fig. 3 die Verhältnisse von . Fig. 2 für den Fall, daß auf das magnetostriktive Medium elektromagnetische Schwingungen einwirken;

Fig.4 die Verhältnisse von . Fig. 2 bei gleichzeitiger Einwirkung von Ultraschall-und elektromagnetischen Schwingungen auf das magnetostriktive Medium;

13 0 0 3.4V 0 0 3 9

Fig. 5 eine charakteristische Abhängigkeit der relativen dynamischen Konstante der Magnetostriktion von der Feldstärke eines Magnetfeldes;

Dig. 6 eine Ausführungsforiü für eine Einrichtung zum Feststellen von Inhomogenitäten nach einem Verfahren, bei dem als magnetostrictive^ Medium eine Platte verwendet wird;

Fig. 7 charakteristische Dispers ions kurven für Normalultraschallwellen in der Schicht;

Fig. 8 die Verhältnisse von Fig. 6 für den Fall, daß die Platue als Scheibe ausgebildet ist; Fig. 9die Verhältnisse von Fig. 4- für den Fall, daß die Piaute die Gestalt einer Scheibe aufweist; Fig. 10 die Verhältnisse von Fig. 6 für den Fall, daß ein Werkstoff mit gekrümmter Oberfläche geprüft wird und die Platte von einem !Elektromagneten vormagnetisiert ist; Fig. 11 eine Ausführungsform für eine Einrichtung zur Inhomogenitätsbestimmung bei Verwendung zweier Komplanarplatten· als magnetostriktives Medium und

Fig. 12 die Stellung der Schalterkontakte in der Schalteinheit zur .Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtung -nach Fig". 11.

Das angewandte Verfahren zum Festetellen von Inhomogenitäten magnetischer Werkstoffe besteht darin, daß man den zu prüfenden Werkstoff in ein Magnetfeld bringt, auf die Oberfläche eines in der Nähe des Inhomogenitätsbereiches des Werkstoffes angeordneten magnetostriktiven Mediums mittels Ultraschall-

130034/0039

_ 18 _

Schwingungen, deren Polarisationsvektor eine

komponente enthält, die normal zur Oberfläche des magnetoverläuft

striktiven Mediums, oder mittels elektromagnetischer Schwingungen, deren Polarisationsvektor senkrecht zum Vektor des Magnetfeldes liegt, oder mittels gleichzeitig auftretender Ultraschall -und elektromagnetischen Schwingungen, die auf

einwirkt

die genannte Weise polarisiert sind, und Signale registriert, die durch magnetoakustische Umwandlung im Medium entstehen.
Die in Pig. 1
gezeigte Einrichtung zum Feststellen von Inhomogenitäten magnetischer Werkstoffe nach einem solchen Verfahren / . enttiält ein Mag net isierungs system 1

dessen Magnetfluß elin magnetostriktiv® Medium 2 passiert, das in der Nähe Bereiches einer Inhomogenität 3 des Werkstoffes angeordnet ist. Bei der hier zu behandelnden Ausführungsform der Einrichtung ist das magnetostrictive

der daher Medium 2 der zu prüfenden Werkstoff, [im folgenden mit der

Bezugszahl 2 bezeichnet wird. Jüie Einrichtung umfaßt auch, einen Haupt-Badioimpulsgenerator 4-, einen Hauptverstärker 5 sowie einen zusätzlichen iiadioim^ulagenerator 6 und einen zusätzlichen Verstärker 7, die an eine Schaltexnhext 8 angeschlossen sind. Die Verstärker 5 und 7 stehe mit einem Anzeiger 9 in Verbindung. Auf der Oberfläche des magnetischen Werkstoffes 2 sind zwei Wandler 10 und 11 angebracht, die an die Schalteinheit B angeschlossen sind. Gege-

130034/0039

BAD ORIGINAL

benenfalls stellt die Schalteinheit⁸einen Satz aus Dreistellungiischaltern A, B, C, D dar, die jeweils mit dem Hauptgenerator 4 und dem-· zusätzlichen Generator 6 bzw. mit dem Hauptverstärker 5 und dem
zusätzlichen Verstärker 7 verbunden sind und üie eine Arbeitsstellung I-II haben. Jedoch kann die Schalüeinheit⁸auch auf der Basis von polarisierten kelais oder anderen Schaltelementen ausgeführt sein. Bei der in Bede stehenden Ausführungsform sind äer Wandler 10 als piezoelekttrischer Wandler und der Wandler 11 als flache Induktivitätsspule ausgebildet. Bei andexen Varianben der Einrichtung können jedoch die Wandler eine magnetoakustische Ausführung aufweisen.

Das Verfahren zum Feststellen von

Inhomogenitäten, magnetischer Werkstoffe wird in der Einrichtung Fig. 1 bei der Einwirkung von Ultraschallschwingungen auf das ,magnetostriktive Medium mit der entsprechenderer in Fig. 2 gezeigten Tabelle festgelegten Stellung der Schalter A, B, C, D der Schalteinheit 8 ,durchgeführt.

In Fig. 2 und den entsprechenden weiteren Darstellungen entspricht das Zeichen "+" einem geschlossenen Kontakt und das Zeichen "-" einem geöffneten Kontakt.

Der Wandler 10 ist über die Schalteinheit 8 mit dem

Hauptgenerator 4 verbunden, während der Wandler 11 an den

5
Hauptverstärker angeschlossen ist.

13003A/0039

Bei einer Magnetisierung des zu prüfenden Werkstoffes in Anwesenheit von Inhomogenitäten 5 entsteht ein magnetisches Streufeld. Mit Hilfe des Hauptgenerators 4 erregt der Wandler 10 im magnetischen Werkstoff 2 Ultraschallschwingung en, deren Polarisationsvektor eine Komponente enthält, die normal zur Oberfläche des magnetischen Werkstoffes 2 liegt.

Bei der Abtastung der Oberfläche des zu prüfenden Werkstoffes 2 mit Hilfe der Wandler 10. und.11 modulieren die Ultraschallschwingungen infolge des iif i'ektes der Magnetostriktion magnetische Gleichfelder der Inhomogenität 5»

die in elektromagnetische Schwingungen umgewandelt werden, die durch den Wandler 11 registriert und vom Hauptverstärker 5 verstärkt werden und von dort an den Anzeiger 9 gelangen. Die.angegebene Auswahl der Polarisation der Ultraschallschwingungen läßt sich wie folgt erklären. Bei der Prüfung des eine innere Inhomogenität 3 einschließ enden Werkstoffes 2 ist ein magnetisches Streufeld durch Vorhandensein von effektiven "magnetischen Ladungen" bedingt, die im Inhomogenitätsbereich gebildet werden. Die Ultraschallschwingungen modulieren, wie erwähnt, infolge der Magnetostriktion eine Dichte von "magnetischen Ladungen" und folglich ein durch diese erzeugtes Feld. Befindet sich die Inhomogenität 3 genügend weit von der Oberfläche des zu prüfenden Werkstoffes 2, und zwar in

1300^4/0039

BAD ORIGINAL

■ - 21 -

einem Abstand, der die Dicke der Skineffektschicht übersteiqt, in der die elektromagnetischen Schwingungen gedämpft werden, wird jedoch das Nutzsignal vom Wandler 11 nicht registriert. Der Nachweis innerer Inhomogenitäten 3, die sich in einer die Dicke der Skineffektschicht übersteigenden Tiefe befinden, ist nichtsdestoweniger möglich, weil die "magnetischen Ladungen" der Inhomogenität 3 durch ihr im Inneren des zu prüfenden iVerkstoffes 2 erzeugtes Magnetfeld sekundäre "magnetische Ladungen" auf der Oberfläche des Werkstoffes bilden. Die uluraschallmodulation der sekundären "Ladungen" für zur- Ausstrahlung elektromagnetischer Schwingungen, die vom Wandler 11 registriert werden. Die Modulation der sekundären Oberflächenladungen kann aber infolge des Longitudinaleffektes der Magnetostriktion im zu prüfenden Werkstoff nur durch akustische Schwingungen erhalten werden, deren Polarisationsvektor eine Komponente enthält, die normal zur Oberfläche des magnetischen Werkst of res 2 verlauft. So ergeben z.B. Longitudinalwellen, die sich paiallel zur Oberfläche des Werkstoffes 2 ausbreiten und bei denen die Normalkomponente des Polarisationsvektors gleich Null ist, keine erforderliche Modulation.im Gegeneatz hierzu wird durch die Oberflächenwelle Bayleighscher Art, die ©ine normal zur Oberrläche verlaufende Polarisationskomponente enthält, °lie Erkennung der Inhomogenität gewährleistet. Das gleiche gilt auch für Normalwellen in begrenzten Medien, bei denen im allgemeinen Fall die

130034/0039

erforderliche Polaris at ions lc ompnente vorhanden ist. Somit gewährleistet die angegebene Auswahl der Polarisation der Ultraschallschwingungen die Feststellung innerer Inhomogenitäten.

Das angewandte Verfahren zum Peststellen von Inhomogenitäten magnetischer Werkstoffe wild dann, wenn man auf das magnetostrictive Medium mit elektromagnetischen Schwingungen einwiikb, mittels der !Einrichtung von

Fig. 1 mit der in Fig. 3 gezeigten

Stellung der Kontakte der Schalter A, B,

G, D der Schal-..einheit δ durchgeführt.

Hierbei steht der «andler 11 mit dem Hauptgene rat or 4-

in Verbindung, während der Wandler 10 an Hauptverstärker 5 angeschlossen ist.

Bei der Abtastung der Oberfläche des zu prüfenden

und

Werkstoffes 2 mittels der Wandler 10 11 strahlt der Wandler 11 mit Hilfe des Hauptgenerators 4 elektromagnetische Schwingungen aus, die in Anwesenheit eines magnetischen Feldes der Inhomogenität 3 infolge der Magnetostriktionswirkung im zu prüfenden Werkstoff Ultraschallschwinguntfen

und

erregen, die vom Wandlex 10 registriert vom Hauptverstärker 5 verstärkt werden und von α ort aus zum Anzeiger 9 gelangen. Die Auswahl der Polarisation des elektromagnetischen Feldes, bei der der Vektor eines nagnetisierenden Gleichfeldes senkrecht zum Vektor de^ magnetischen Wechcelfeldes ist, führt dazu, daß bei NichtVorhandensein der Inhomogenität 3 Ultraschall im zu prüfenden Werkstoff nicht

130 034/0039

"bad original

erregt wird. Bei. Vorhandensein der Inhomogenität 3 wird die Verteilung des m-agnetischen Feldes im zu prüfenden Werkstoff 2 geändert. Insbesondere treten Komponenten des magnetischen Feldes auf, die früher nicht vorhanden sind, so daß eine Ultraschallerregung möglich wird. Es ist zu bemerken, daß bei der Auswahl einer von der obenbeschriebenen abweichenden Polarisation der elektromagnetischen Welle, bei der die Ultraschallerregung auch bei Fehlen der Inhomogenität 3 möglich ist, das Auftreten einer

eineur 1

Inhomogenität 3 zu. Änderung der Ultraschalamplitude führt.

solche

Aurch eine Änderung kann . das Vorhandensein einer Inhomogenität 3 nachgewiesen werden, jedoch wild dabei das Signal/^ausch-Verhältnis beträchtlich verschlechtert. Nach dem betrachteten Verfahren erweist es sich als möglich, sowohl äußere als auch innere Inhomogenitäten 3 festzustellen. Man muß beachten, daß die uitraschallamplitude, nach der man über das Vorhandensein der Inhomogenität 3 gemäß dem vorliegenden Verfahren urteilt, die Amplitude des akustischen Nutzsignals nach den bekannten Verfahren übersteigt, weil die zu erfassende akustische Welle im Gegensatz zu den bekannten verfahren kein !Ergebnis der Streuung des erregten Ultraschalls an der Inhomogenität 3 ist. Außerdem kann bei der beschriebenen Methode das Richtdiagramm des an der Inhomogenität 3 erregten Ultraschalls durch den Wandler

werden
11 formiert, so daß sich der die akustischen Schwingungen

registrierende Wandler 10 im Strahlungsmaximumbeieich be-

130034/0039

findet. Hingegen wird bei den bekannten Verfahren und Binrichbungen das Richtdiagramm des gestreuten Ultraschalls durch dxe Inhomogenität 3 formiert, deren Orientierung und Größe im voraus nicht bekannt sind, so daß nur ein kleiner Teil der akustischen ^treuenergie registriert wird.

wird Das angewandte verfahren bex glexchzuitxger Exn-

wirkung von Ultraschall-und elektromagnetischen Schwingungen auf das magnetostriktxve Medium in der Einrichtung von

Fig. 1 mit der in Fig. 4 „ ^. , i_ * _o , -, . .

- gezeigten Stellung der Kontakte der J^chalter A·, B,

C, D in der Schalteinheit b durchgeführt.

Labei ist der Wandler 10 an den Hauptgeneχator 4 und

den zusätzlichen Verstärker '/ angeschlossen, während der

mit

Wandler 11 mit dem Hauptvers barker 5 und dem zusätzlichen Generator 6 in Verbindung steht.

Bei der Abtastung der Oberfläche des zu prüfenden Werk-

und

stoffes 2 mittels der Wandler 10 11 erregt der Wandler 10

mit Hilfe des Hauptgenerators 4- im Werkstoff-2 Ultraschall- j schwingungen der obengenannten Polarisation, die bei Anwesenheit einer Inhomogenität 3 statische Magnetfelder der Inhomogenität 3 in elektromagnetische Schwingungen verwandeln^ die vom Wandler 11 registriert werden. Diese Schwingungen werden durch den Hauptverstärker 5 verstärkt und gelangen von dort zum Anzeiger 9· Gleichzeitig mit diesem Vorgang

_ab spielt sich noch folgender Vorgang. Mit Hilfe des zusätzlichen Generators 6 wirkt der Wandler 11 auf den

13003 A/0039

magnetischen Werkstoff 2 mit . elekI;romagnebischen Schwingungen bestimmter Polarisation ein, wie dies oben angegeben wurde. Hierbei werden bei einer im zu prüfenden Werkstoff vorhandenen Inhomogenität 5 akustische Schwingungen angeregt, die vom Wandler 10 registriert und von dort der Reihe nach auf den zusätzlichen Verstärker 7 und den Anzeiger 9 gegeben werden.

schwingungen

Dadurch, daß als Schwingungen Ultraschall-und elektromagnetische Schwingungen gleichzeitig benutzt v/erden, die auf das magnetostrictive Medium einwirken, werden zu ein und demselben Zeitpunkt zwei Nutasignale geliefert, wodurch die Sicheiheit und StöruneiapfindlicAkeit der Methode erhöht wird.

Bei der Feststellung von Inhomogenitäten magnetischer Werkstoffe nach der beschriebenen Methode ist es^ie schon erwähnt, . nöti^ die durch die Magnetostriktion bedingte magnetoakustische Transformation von auf bestimmte Weise auf der Oberfläche des zu prüfenden Werkstoffes polarisierten Schwingungen zu gewährleisten. Daraus folgt, daß das. unmittelbare Zusammenwirken der Schwingungen mit der Inhomogenität nicht unbedingt ist. Das bedeutet insbesondere, daß bei der Auswahl der Schwingungsfrequenz nach dem vorliegenden Verfahren die Erfüllung der für die bekannten Ultraschallmethoden unbedingten Beziehung f£ L

der und

nicht mehr nötig ist, in. f die Schwingungsfrequenz. L eine

130034/0039

kennzeichnende Korngröße des Werkstoffes bedeuten.

Andererseits ist es bekannt, daß die Prüfung grobkörniger Materialien wegen der Streuung des Ultraschalls an Körnern wesentlich kompliziert ist, die mit der Erhöhung der Frequenz f zunimmt. Indem man bei der Verwendung des beschriebenen Verfahrens die Frequenz nach der Bedingung

Gf der
f <-j^- wählt, in f eine Schwingungsfrequenz, und C eine

die

Phasengeschwindigkeit für. Ultraschallausbreitung im zu prüfenden erkstoff bedeuten , erweist es sich somit als möglich, das strukturbedingte Kauschen wesentlich zu vermindern und die -Prüfung grobkörniger Materialien zu gewähr-IuL sten.

Die Ultraschallmodulation magnetischer Gleichfelder der Inhomogenitäten wie auch die Erregung von Ultraschall durch elektromagnetische Schwingungen in Anwesenheit einer Inhomogenität resultiert aus dem magnetostriktion Charakter des Mediums. Dabei erfolgt bei Einwirkungvon- Ultraschallschv/ingungen auf das magnetos tr ilctive Medium die Umwandlung durch den reziproken Magnetostriktionseffekt, während bei der Einwirkung von elektromagnetischen Schwingungen die Erregung des Ultraschalls durch den direkten Magnetostriktionseffekt bedingt ist. Daneben ist es bekannt, daß die Konstanten der direkten und reziproken dynamischen Magnetostriktion für die meisten magnetischen Metalle,

für

insbesondere Magnetstähle, von der Stärke eines magnetischen Gleichfeldes extremal abhängen. In Fig. 5 ist eine

130034/0039

BAD ORIGINAL

charakteristische Abhängigkeit der relativen direkten dynamischen Konstante λ/'\ _max der Magnetostriktion ( aufgetragen auf der Ordinatenachse) von der Feldstärke H(Oe)

des magnetischen Feldes (aufqebragen auf der Abszissenachse), dargestellte c

wobei A der maximale Wert der direkten dynamischen Konstante der Magnetostriktion ist. Daraus folgt, daß bei dem

angewandten Verfahren, der Wert der

magnetischen Feldstärke aus der Bedingung des maximalen «Vertes der dynamischen Konstante der Magnetostriktion zu wählen ist, was den optimalen Bedingungen der magneto-

akustischen Transformation entspricht. Dagegen werden beim bekannten Verfahren zum? Feststellen ; von Inhomogenitäten magnetischer Werkstoffe größtmögliche Stärken magnetischer Felder benutzt. Somit ist die optimale magnetische Feldstärke H im vorliegenden Verfahren bedeutend (etwa mehrere bis Dutzende Oersted) kleiner als die entsprechenden magnetischen Feldstärken beijpLen bekannten Verfahren. Daraus folgt, daß es sich, indem man den Wert der magnetischen Feldstärke aus der Bedingung des maximalen Wertes der Konstante der dynamischen Magnetostriktion wählt und damit die maximale Effektivität der Umwandlung sichert, als möglich erweist, die konstruktiven Anforderungen an das Magnetisierungssystem abzuschwächen, weil die erforderlichen Werte der magnetischen Feldstärke verkleinert sind.

In Fig. 6 ist eine Ausführungsform ^ner Einrichtung zum Feststellen von Inhomogenitäten magnetischer Werkstoffe

130034/0039

.28 „

gezeigt, bei den als magnetostriktives Medium eine Zwischenschicht 12 benutzt wird, die als Platte (im weiteren ist die Platte mit 12 bezeichnet) ausgebildet ist.

Das ·. angewandte Verfahren zur Feststellung von Inhomogenitäten magnetischer Werkstofre wird dann, wenn als magnetstriktives Medium eine Zwischenschicht benutzt wird, die in der Nähe des zu prüfenden Werkstoffes

schwingungen angeordnet ist, der einer Einwirkung von Ulbraschall-oder elektromagnetischen Schwingungen, oder einer gleichzeitigen Einwirkung von TJltraßchall-und elelctromagnetischen Schwingungen unterworfen wird, mit Hilfe der Einrichtung von Fig. 6 mit der in Fig. 2 bis 4 gezeigten Lage der Schalter A, B, C, D der Schalteinheit 8 durchgeführt.

/ils Beispiel betrachtet sei die Arbeitsweise der Einrichtung . für den . allgemeinsten Fall der gleichzeitigen Einwirkung von Ultraschall-und ele^Sromcgnetischen Schwingungen auf die Platte 12 (die entsprechende

Lage der Schalter A, B, C, D ist in Fig. M- dargestellt).

Mit Hilfe des Hauptgenerators 4- erregt der Wandler 10 in der Platte 12 Ultraschallschwingungen, die bei ihrer Ausbreitung in der Platte 12 über dum Bereich der Inhomogenität 3 des zu prüfenden Werkstoffes 2 in elektromagnetische Schwingungen umgewandelt werden, die vom Wandler 11

und
iegistriert durch den Hauptveratärker 5 verstärkt werden und von dort aus zum Anzeiger 9 gelangen. Gleichzeitig strahlt der Wandler 11 mit Hilfe des zusätzlichen Genera-

130014/003 9

BAD ORIGINAL

tors 6 elektromagnetische Schwingungen aus, die in Anwesenheit der Inhomogenität 3 in der Platte in Ultraschall-Schwingungen umgewandelt werden, die vom Wandler 10 registriert und vom zusätzlichen Verstärker 7 verstärkt werden.

Bei dem angewandten Verfahren zm

Peststell en von Inhomogenitäten 3 in magnetischen Werkstoffen 2 Xst esjwie schon erwähnt, nicht .nötig _f. daß die in Frage kommenden Schwingungen mit der Inhomogenität unmittelbar zusammenwirken. In einer solchen Situation wird es möglich, als magnetostriktives Medium eine Platte 12 zu verwenden, die in der Nähe des zu prüfenden Werkstoffes 2 angeordnet ist. Hierbei wird durch die effektiven "magnetischen Ladungen", die sich auf. der Oberfläche des magnetisierten zu prüfenden Merkstoffes 2 befinden, ein Magnetfeld erzeugt, welches seinerseits "magnetische Ladungen" auf den Flächen der Platte 12 bildet. Wirken auf die Platte 12 UltraschaÜ-oder elektromagnetische Schwingungen, oder gleichzeitig die einen und die anderen ein, dann erfolgt im Bereich der magnetischen Inhomogenität der Platte 12 durch das Auftreten "sekundärer magnetischer Ladungen" bedingt ist, die Umwandlung von Wellen in elektromagnetische bzw. akustische, die registriert werden. Die

als magnetostriict ives Medium verwendete Platte 12 gestattet es, die Kontaktlosigkeit der Methode sogar dann zu sichern, wenn als Wandler 10 ein piezoelektrischer Wandler dient.

130034/0039

Der letztere wird dabei mit dem induktiven Wandler 11 auf der Oberfläche 12 zusammen angeordnet, so daß insgesamt eine einheitliche Baugruppe als - Wandler zur Feststellung von Inhomogenitäten 5 im zu prüfenden Werkstoff 2 gebildet wird.

Die Effektivität des - angewandten ·. Verfahrens

von
zufl» Feststellen, Inhomogenitäten magnetischer Werkstoffe hängt wesentlich vom Wert der Konstante der dynamischen Magnetostriktion der Werkstoffe ab. Bei Verwendung einer Zwischenschicht, in dex' die durch die Magnetostriktion bedingte magnetoakustische Umwandlung erfolgt, erweist es sich als möglich, eine hche Wirksamkeit dieser Umwandlung durch Verwendung eines Werkstoffes als Zwischenschicht zu gewährleisten, bei dem die Konstante λ der dynamischen Magnetostriktion kleiner^sals die Konstante A₀ von Permendur.

Damit läßt sich das Verfahren sogar bei der Prüfung magnetischer Werkstoffe mit einer recht kleinen Konstante (A^ A_p) der dynamischen Magnetostriktion einsetzen.

Bei der Feststellung der Inhomogenitäten magnetischer Werkstoffe ist es wie schon erwähnt, jnötig, die Schwingungspolarisation auf obenbeschriebene Weise zu wählen. Darüber hinaus können sich in der Zwischenschicht verschiedenartige Schwingungen ausbreiten; symmetrische und asymmetrische Lamlda-

we He η Wellen, transversale SH-Wellen, Oberflächen. Dabei hängt der Typ der sich in der Schicht fortpflanzenden Welle und

130 034/003 9

die Verteilung von Verschiebungskomponenten in derselben von einem Produkt aus der Schwingungsfrequenz und der Schichtdicke ab. Mathematisch äußert dies sich im Vorhandensein von Dispersionakurven für fellen in der Schicht. Diese Kurven stellten Abhängigkeiten der Phasengeschwindigkeiten C~ von einem Produkt aus der Frequenz f und der Schichtdicke d dar. Die charakteristischen Kurven für die Lambda-Wellen in der Schicht mit einer Poisson-Zahl von "D =0,29 sind in Fig. gezeigt. Auf der Abszisaenachse ist das Produkt i.d (in MIIz.mm) und auf der Grdinatenachse G₄,.IO (in min/sek.) aufgetragen. Im Diagramm ist eine Reihe von Kurven a_o,a-, ,a^a^ (punktiert angedeutet) für nullten, ersten, zweitei bzw. dritten asymmetrischen Mod, und Sq,S·^,Sp,S,( ausgezogen angedeutet) fürntillten,ersten, zweiten bzw. dritten symmetrischen Mod dargestellt.

Lie Auswahl der Dicke füSr^latte 12 (Fig. 6) sei

erläutert
an folgendem Beispiel. Die Inhomogenität 3 bestimmt

man bei einer Ultraschallschwingungsfrequenz f=2,5 nach der Kurve S de« nullten symmetrischen Mods.. Die Welle S_Q enthält die erforderlichen Komponenten des Polarisationsvektors in einem Beieich von f .d€ 0,8.. .1,5 MHz.mm. Bei der gewählten Ultiaschallüchwingungsfrequenz f=2,5 MHz beträgt die Dicke d der Platte 12. jeweils 0,3...O,6 mm.

Die auf solche V/eise begründete Auswahl der Dicke der Zwischenschicht ermöglicht die Benutzung von Schwingungen

1 30034/0039

gewünschter Polarisation und eine Erhöhung der Effektivität des Verfahrens.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform der Einrichtung, bei

der die Platte 13 einer gleichzeitigen Einwirkung von Oltro-

schwingung
schall-und elektromagnetischen Schwingungen unterworfen wird. Ide Platte 13 hat hierbei die Gestalt einer Scheibe, während der Wandler 11 im Zentrum der Scheibe angeordnet und als runde Induktivitätsspule ausgeführt ist,deren Windungen zur Kreislinie der Scheibe konzentrisch verlaufen.

Die Einrichtung umfaßt auch einen Zähler 4 für Impulse, die voui Hauptverstärker 5 registriert werden, und einen Koiaparator 15, ^die parallel an den Hauptverstärker 5 geschaltet sind·

Die Einrichtung arbeitet dann mit den in Fig· 9 gezeigten Stellungen für T&halter A, B, C, D der Schalteinheit 8.

Mit Hilfe des zusätzlichen Generators 6 wirkt der Wandler 11 auf das Zentrum der Platte 13 mit elektromagnetischen Schwingungen ein, wodurch in Anwesenheit einer Inhomogenität 3 Ultraschallschwingüngen erregt werden, die sich nach der Reflexion an den bändern der Scheibe wieder im

und
Zentrum sammeln in elektromagnetische Schwingungen umge-

werden
wandelt, die ebenfalls vom Wandler 11, registriert und vom

Hauptverstärker 5 verstärkt werden und von dort zum Anzeiger

zum

9 und parallel zum Impulazähler 14 und Komparator 15 gelangen.
+) zur Inhomogenitätsfeststellung

130034/0039

_ 33 .

von Die Verwendung der Platte 13 .i'ig. 8. in i'orm einer

Scheibe gestattet es, unabhängig von der Ausbreitungsrich- txxnc des Ultraschalls die gesamte li-nergie der akustischen, in dem Bereich der Inhomogenität 3 gebildeten Schwingungen zu registrieren. Dabei regisbriert der Wandler 11 in Anwesenheit der Inhomogenität 3 die vc.m Hand der Scheibe mehrmals reflektierten Ultraschallschwingungen.

Die mehrmalige Eeflexion des

signals ist dadurch verursacht, daß bei der Erregung von akus ti seilen Schwingungen in der Scheibeyiiese Schwingungen,

Λ.

indem sie mehrmals vom Eand der Scheibe reflektiert werden,

dabei einige Male das Zentrum durchlaufen und jedesmal ein Signal über die Inhomogenität 3 liefern. Dabei ist die Anzahl der mehrfach wiederholten Signalen umso größer, je hoher die akustische Energie des erregten Schalls bzw. je größer die Inhomogenität 3 ist. Durch Zählen einer in Anwesenheit der Inhomogenität 3 registrierten Anzahl von Impulsen mittels dos Impulszäblers 14 kann man also auf die Größe dieser Inhomogenität rückschließen.

Beim Eintreffen der mehrfach wiederholten Signale am Komparator 15 wird die relative Größe benachbarter Impulse bewertet. Diese Größe wird durch die Dämpfung der

Mateakustischen Wellen im rial, dei Platte 13 bestimmt. Die

Mate-Dämpfung im rial dei Platte 13 ist bekannt oder kann im

voraus bestimmt sein. Deswegen wird die vorbekannte und in den Komparator 15 eingetragene relative Verminderung der

130034/0039

*J * V/ WMVV I

Ultraschallamplitude mit der zu messenden relativen Größe vergleichen, · was die Möglichkeit bietet, die Nutzsignale und/Störungen voneinander zu trennen.

Somit ermöglicht die Verwendung der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform der !Einrichtung die Bestimmung der Größe der Inhomogenität 5 und eine Erhöhung dar Störungenipfindlichkeit des Verfahrens.

Fig. IO zeigt eine Ausführungsform der Einrichtung Inhomogenitätsbestiromung der

für einen zu prüfende Werkstoff 16 eine einzige

weist, einer

Krümmung 17 ^auf wobei die Oberflache Plabte 18 kon-

gruent zur Oberfläche des zu prüfenden Werkstoffes 16 auseine gebildet ist. Dabei ist ein > Wandler 19 als Solenoidspule ausgeführt, welche die Platte IS an der Krümmungsstelle 17 des Werkstoffes 16. umfaßt.

Die Einrichtung enthält auch einen regelbaren Elektromagneten 20, der in der Nahe des Wandlers 19 so angeordnet ist, daß die Feldlinien seines magnetischen Feldes .im Anordnungsbereich des Wandlers 19.senkrecht zur Oberfläche der Platte 18 verlaufen. . Die Form der Platte 18 bei der angegebenen Variante wiederholt die Form der Krümmung 1T₁ einer Verfestigungsraupe der Schweißnaht des zu prüfenden Werkstoffes 16.

I)ie Einrichtung Fig, 10 arbeitet bei der Stellung der Schalter A, B, C, D der Schalteinheit 8 nach Fig. 2 bis 4.

Bei der Feststellung von Inhomogenität/ η 3 in magneti-

13 0 0 3 4/0039

BAD ORIGINAL

sehen Materialien 16 mit einer gekrümmten Oberfläche bei Verwendung einer flachen Platte 12 (Fig. 6) zwischen dieser und dem zu prüfenden Material 16 eine Spaltungleich-

imäßigkeit, was seinerseits eine ungleichmäßige limpfindlichkeit des Verfahrens für die Inhomogenitäten 3 je nach deren Koordinate bedingt. Dadurch, daß die Oberfläche der Platte 16 kongruent zur Oberfläche des zu prüfenden Materials 16 ausgeführt ist und zugleich als Wandler 19 eine Solenoidspule verwendet wirdjwelch%ie Platte lü an der Krümmungsstelle 17 umgibt» erweist es sich als möglich, die Gleichmäßigkeit des opalttiS zu gewährleisten und die lunpfindlichkeit ge^en die Inhomogenitäten 3 des Materials 16 auszugleichen.

an

Die Verwendung der gegebenen Einrichtung ist recht

effektiv bei der Feststellung von Inhomogenitäten 3 in magnetischen Schweißverbindungen, wo die Krümmung 17 der Oberfläche des zu untersuchenden Materials 16 durch Vorhandensein einer Verfestigungsraupe bedingt ist.

Bei der Prüfung von zylindrischen Erzeugnissen wie Kehren, Stäben, Draht usw. ist die Platte 18 als zylindrische Oberfläche .geformt, die kongruent zur Oberfläche des zu prüfenden Werkstoffes 16 ist.

Der zusätzliche i-lelctromagnet 20 erzeugt ein Magnebfeld,

, gleichgerichtet ist

das mir Statischen Magnetfeldern der Inhomogenitäten 3/und diese verstärkt. Durch Änderung der Stromstärke in der Wicklung des Elektromagneten 20 vaiiiert man die Feldstärke des zu erzeugenden Feldes.

130034/0039

BAD

Die .Verwendung des regelbaren Elektromagneten 20, dessen Feldlinien senkrecht zur Oberfläche der Platte 18 verlaufen, gestattet es, die .amplitude der zu registrierenden Signale zu vergröiüern und insbesondere die Effektivität der Registrierung eines magnetischen Wechselfeides zu erhöhen. Dadurch, daß als Quelle des magnetischen Feldes der Elektromagnet . 20 mit regelbarer Stromstärke in der Wicklung verwendet ist, kann die Empfindlichkeit der Einrichtung geändert werden.

In Fig. Ix ist ein Blockschaltbild für eine Einrichtung zu.m Feststellen von Inhomogenitäten magnetischer Werkstoffe

. bei der E'iiw irkung von Ultraschallschwingungen auf das magnetostrictive Medium gezeigt. In der Nähe der unweit von dem zu prüfenden Werkstoff 2 angeordneten Platte 12 ist eine andere identische Platte 21 komplanar angebracht. Auf der Platte 12 findet wie bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform der Einrichtung ein piezoelektrischer Wandler 10 Platz, während auf der anderen Platte 21 ein anderer piezoelektrischer Wandler 22 an der Seite angeordnet ist, die dem Wandler IO gegenüberliegt. Darüber hinaus ist auf der Platte 21 ein weiterer piezoelektrischer Wändler 23 an der ^üeite angeordnet, die dem Wandler 22 gegenüberliegt, wobei der V/andler 23 über die S<_ halt einheit 8 an den zusätzlichen Verstärker 7 angeschlossen ist. Statt der piezoelektri-

und

scher Wandler 12, 22 23 können in der einrichtung magnetoakustische Wändler benutzt werden. Die Einrichtung umfaßt

130034/0 039

auch einen Zeitintervallmesser 24-, der an den zusätzlichen Verstärker 7 angeschlossen ist.

Das angewandte Verfahren zum Feststellen _ von

wird

Inhomogenibäten magnetischer Materialien im Falle der Einwirkung von Ultraschallschwingungen auf die Zvjischensc nicht

von in Fig. 12 gezeigten

12 in der Einrichtung Fig. 11 ^mit der/Lage der Schalter A, B, C, D der Schalteinheit 8 durchgeführt. Dabei ist der Wandler IO mit dem Hauptgeneiator 4-

und

verbunden der Wandler 22 an den Haujrtschalter 5 angeschlossen, während der andere Wandler 23 mit dem zusätzlichen Verstärker 7 in Verbindung steht.

Mit Hili'e des Hauptgenerators 4- erregt der Wandler Ultraschallschwingungen in der Platte 12, die statische Magnetfelder der Inhomogenitäten 3 modulieren, welche die Platte 12 durchsetzen. Die bei der Ultraschallmodulation auftretenden elektromagnetischen Schwingungen erregen infolge der Magnetostriktion in der Platte 21 Ultraschallschwingungen, die sich nach beiden Seiben von der Inhomogenität 5 weg fortpflanzen und an den Bändern der Platce 21

und
durch die Wandler 22 23 registriert werden.

Bei der Feststellung der Inhomogenitäten 3 nach der

angegebenen Methode werden sowohl der direkte als auch der

und zwar reziproke Magnetostriktionseffekt ausgenutzt/ insbesondere der reziproke Magnetostriktionseffekt zur Modulation von statischen Magnetfeldern und der direkte zur Erregung von Ulüraachall in der Platte 21 mittels elektromagnetischer

Schwingungen.

130034/0039

Im Unterschied zu den obenbeschiiebenen Ausführungsformen des Verfahrens bedarf die Feststellung der Inhomogenität 3 nach der letzte Ausführungsform des Verfahrens keiner Abtastung des zu prüfenden Werkstoffes 2. Das ist dadurch bedingt, daß bei der Prüfung von langgestreckten Materialien (z.B. eines /Blechwalzguts) die Abmessungen der Platte 12, 21 so bemessen sein kann, daß sie die Breite des zu piüfenden Materials 2 überschreiten.

In diesem Fall wird die Inhomogenität unabhängig von ihrer

sfähigkeit

Ortslage registriert. Also wird die Leistung^ des Verfahrens wesentlich gesteigert.

Aus der Anordnung der Wandler 22 und 23 in Fig. 11 ist zu ersehen, daß der . We,g, den die Ultraschallwelle (teilweise entlang der Platte 12, teilweise entlang der Platte 21) vom Wandler 10 bis zum Wandler 22 zurücklegt, immer unveränderlich ist, denn die Amplitude des vom Wandler 22 registrierten Nutzsignals hängt nur von der Größe der Inhomogenität 3 ab. Zugleich hängt die Strecke,, die das Signal bis zum Wandler 23 zurücklegt., sowohl von den Abmessungen der Inhomogenität 3 als auch von deren Koordinate ab. Somit erweist es sich als. möglich, anhand der Amplitude des vom Wandler 22 aufgenommenen Signals ^au^ die Größe der Inhomogenität und aus der vom Zeitintervallmesser 24-erfaßte Zeit, die zum liintreffeü des Signals am Wandler 23 erforderlich ist, auf die Koordinate der Inhomogenität 3 rückzuschließen.

130034/0039

Das beschriebene Verfahren, das sich mit Hilfe der betrachteten Einrichtungen durchführen läßt, gestattet es somit, Fehlstellen in verschiedenen zu untersuchenden Materialien (Blechwalzgut, Rohre, Draht, Stäbe) mit einem honen Genauigkeitsgrad und einer erhöhten Störunempfindlichkeit unter Industriebedingungen festzustellen.

130034/0039

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1.)Verfahren zum Feststellen von Inhomogenitäten magnetischer Werkstoffe, bei dem man den zu prüfenden Werkstoff in ein Magnetfeld bringt, mittels Schwingungen auf die Oberfläche eines in der Nähe des Inhomogenitätsbereiches des Werkstoffes angeordneten magnetostriktiven Mediums einwirkt und Signale registriert, die durch magnetoakustische Umwandlungen in diesem Medium entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwingungen Ultraschallschwingungen, deren Polarisationsvektor eine zur Oberfläche des magnetostriktiven Mediums senkrechte Komponente enthält, oder elektromagnetische Schwingungen, deren Polarisationsvektor senkrecht zum Vektor des Magnetfeldes verläuft, oder gleichzeitig wirkende Ultraschall- und elektromagnetische Schwingungen, die auf die obengenannte Weise polarisiert sind, verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß man die magnetoakustische Umwandlung von Ultraschall- oder elektromagnetischen Schwingungen oder von gleichzeitig auftretenden Ultraschall- und elektromagnetischen Schwingungen gewählter Polarisation in einem Magnetfeld durchführt, dessen Feldstärke dem maxima-

530-(P.78662-E-61)-DfF

130034/0039

len Wert der Konstante der dynamischen Magnetostriktion im zu prüfenden Werkstoff entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet , daß als magnetostriktives Medium eine in der Nahe des zu prüfenden Werkstoffes liegende Zwischenschicht benutzt wird, die einer Einwirkung von Ultraschall-oder elektromagnetischen Schwingungen oder einer gleichzeitigen Einwirkung von Ultraschall-und elekromagnetischen Schwingungen'unterworfen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch ge-

kennzeichnet , daß als Zwischenschicht ein Werkstoff benutzt wird, dessen Konstante der dynamischen Magnetostriktion nicht geringeraTLs die von Permendur ist.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 3» 4-, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dicke der Zwischenschicht bei vorgegebener Frequenz der Ultraschall- -oder elektromagnetischen Schwingungen, oder der gleichzeitig auftretenden Ultraschall -und elektromagnetischen Schwingungen nach den Dispersionskurven der Normalultraschallwellen in dieser Schicht wählt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurc h g ekennz e ic hnet , daß man die Zwischenschicht in mindestens einer Registrierungszone zusätzlich derart magnetisiert, daß die Feldlinien eines zusätzlichen Magnetfeldes senkrecht zur Oberfläche der Schicht verlaufen.

1 30034/Q039

7. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß man bei Einwirkung von IJltiaschallschwingungen auf die Zwischenschicht in der Nähe derselben eine andere ähnliche Zwischenschicht anordnet und auf der dem Bereich der Einwirkung von Ultraschallschwingungen auf die Zwischenschicht gegenüber-liegen-den Seite die Ultraschallschwingungen registriert, die in der anderen Zwischenschicht durch die elektromagnetischen Schwingungen angeregt werden, die in der Zwischenschicht gegenüber dem inOmogenitätsbereich im zu prüfenden Werkstoff erzeugt sind.

ö. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß man die .Registrierung von Lltraschallechwingungen in der anderen Zwischenschicht zusätzlich in einer Zone durchführt, die sich an der Seite befindet, die der Registrierungszone in derselben Zwischenschicht gegenüberliegt.

9. Einrichtung zum Feststellen von Inhomogenitäten magnetischer Werkstoffe in Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem Magnetisierungssystem, dessen

Magnetfeld -ein magnetostriktive Medium durchläuft, das in der Nähe des Inhomogenitätsbereiches des Werkstoffes

das

angeordnet ist, und zwei Wandler enthält, die auf der Oberfläche des magnetostriktiven Mediums angebracht sind und mit einem Haupt-Radioimpulsgenerator und mit einem an einen Anzeiger angeschlossenen tiauptverstärker in

130034/0039

elektrischer Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß darin ein zusätzlicher Eadioimpulsgenerator (6), ein zusätzlicher Verstärker (7) und eine Schalteinheit (8) vorgesehen sind, die elektrisch so miteinander verbunden sind, daß bei Einwirkung von Lltraschall-oder elektromagnetischen Schwingungen auf das magnetostriktiv^ Medium einer der Wandler (10» 11) über die Schalteinheit (8) an den Haupt-kadioimpulsgenerator (4) geschaltet ist, während der andere Wandler (11, 10) ebenfalls übex die Schalteinheit (8) mit dem Hauptverstärker (>) verbunden ist,und daß bei gleichzeitiger Einwirkung von liltraschall-und elektromagnetischen Schwingungen auf das Medium einer der Wandler (10) über die Schalteinheit (8) mit dem Haupt-Kadioimpulsgenerator (4) und dem zusätzlichen Verstärker (7) verbunden ist, während der andere Wandler (11) ebenfalls über die Schalteinheit (8) an den zusätzlichen Eadioimpulsgenerator (6) und an den Hauptversbarker (5) angeschlossen ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetostriktive Medium als Platte (12) ausgebildet ist, die in der Nähe der Oberfläche des zu prüfenden Werkstoffes (2) angeordnet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichae itiger Einwirkung

BAD ORIGINAL 130034/0039

von Ultraschall-und elektromagnetischen Schwingungen auf die Platte (15) diese die Gestalt einer Scheibe hat und einer der Wandler (11) in ihrem Zentrum angeordnet ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß sie einen Impulszähler (14) und einen Komparator (15) enthalt, die parallel an den Hauptverstärker (5) geschaltet sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einer im zu prüfenden Werkstoff (16) vorhandenen ürümmung (17) die Oberfläche der Platte (18) kongruent zur Oberfläche des zu prüfenden Werkstoffes (16) ausgeführt ist, während einer

Form

der Wandler (19) in mindestens einer Solenoidspule ausgebildet ist, von der die Platte (18) an der Krünunungsstelle umgeben ist.
1 4. Einrichtung

nach einem der Ansprüche IO bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen regelbaren Elektro-

t
magneten (20) enhält, der in der Nähe eines der Wandler (11) so angeordnet ist, daß die Feldlinien eines Magnetfeldes, das durch den regelbaren Elektromagneten (20) erzeugt wird, senkrecht zur Oberfläche der Platte (12) im .Anordnungsbereich dieses Wandlers (11) verlaufen.

15. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e -

130034/0039

kennzeichnet, daß bei Einwirkung von Ultraschallschwingung en auf das magnetostriktive Medium in der Nahe der Platte (12) eine andere identische Platte (21) koiaplanar angeordnet ist, auf der ein weiterer Wandler (22) an der Seite angebracht ist, die dem Wandler (10) gegenüberliegt, der auf der dem zu prüfenden Werkstoff (2) nächstliegenden Platte (12) angeordnet ist.

16. Linriciitung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichne t , daß darin ein ZeibintervalLmesser (24), der an den zusätzlichen Verstärker (7) angeschlossen ist, und noch ein weiterer Yvandler (23) vorgesehen ist, der auf der anderen Platte (21) an der Seite angeordnet ist, die dem Wandler (22) gegenüberliegt, der auf derselben

weitere Platte (21) angebracht ist, wobei de)? Wandler (2?) über die Schalteinheit (8) an den zusätzlichen Verstärker (7) angeschlossen ist.

13003470039