DE3153252C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prü­ fung von ferromagnetischen Materialien vorzugsweise von zylindrischen Prüflingen wie Rohren oder Stangen, wobei die Prüfung mittels Streufluß­ messung und Ultraschall gleichzeitig erfolgt.

Eine zerstörungsfreie Werkstoffprüfung kann mittels Ultraschall erfolgen, bei der piezoelektrische Schwinger eingesetzt werden, von denen Ultra­ schallwellen ausgehen und mittels eines Ankopplungsmediums wie zum Bei­ spiel Wasser in das Werkstück eingeleitet werden. Daneben gibt es eine elektrodynamische Erzeugung von Ultraschall in elektrisch leitfähigen ferromagnetischen Werkstücken. Dabei werden Ultraschallwellen erzeugt, indem mittels einer Spule im Werkstück hochfrequente Impulswirbelströme erregt werden. Ein gleichzeitig in diesem Bereich wirksames Magnetfeld führt zusammen mit den Wirbelströmen zum Entstehen von Lorentzkräften, die auf den Gitterverband des Werkstücks wirken und die Schallwellen hervorrufen. Dieses die Erzeugung verdeutlichende Prinzip ist für den Empfang umkehrbar. Die Prüfung von Werkstücken aus ferromagnetischen Materialien in Form von zum Beispiel Rohren kann auch in Streufluß- Rotationsanlagen erfolgen, bei denen in dem Prüfling ein magnetischer Fluß erzeugt wird, wobei Fehlstellen im Prüfling zu Streufeldern führen können, die mit Magnetfeldsonden detektiert werden. Zum Stand der Technik vgl. z. B. DE-OS 25 59 125, DE-PS 26 21 684, Sumitomo Surch Nr. 17, Mai 1977, Seite 73 bis 79.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist der US-PS 32 37 446 zu entnehmen, das zum Feststellen von Fehlern bzw. der Ermittlung von Wanddicken dient. Dabei wird der Ultraschall durch einen stationär angeordneten Piezokristall erzeugt. Die Streuflußmessung erfolgt von der Ultraschallerzeugung völlig unabhängig. Ultraschallprüfung und Ultraschallmessung werden daher unabhängig voneinander betrieben.

Der US-PS 41 84 374 ist ein Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen von rotierenden zylindrisch ausgebildeten Körpern zu entnehmen, bei der zur Fehlerortung die elektrodynamische Erregung von Ultraschallwellen benutzt wird. Der während der Prüfung nicht längenverschiebbare Körper wird zwischen den Polen eines stationären Elektromagneten angeordnet. Um den Körper sind mehrere Ultraschallsonden stationär angeordnet.

Um in zylinderförmig ausgebildeten Prüflingen Längsfehler oder Löcher zu orten, werden Streuflußmessungen durchgeführt (z. B. US-PS 38 54 085). Mit einer solchen Vorrichtung können jedoch kaum oder überhaupt nicht Querfehler und Meßdaten über die Rohr- bzw. Stangendimensionen wie zum Beispiel Wanddicke zur Verfügung gestellt werden. Zur Ermittlung dieser Werte greift man daher üblicherweise auf Ultraschall-Rotationsanlagen zu­ rück, die nicht nur wesentlich teurer sind, sondern auch aufgrund der erforderlichen Ultraschallkopplung über zum Beispiel eine Wasserstrecke konstruktiv recht aufwendig sind.

Es ist auch bekannt, in einer Vorrichtung verschiedene Meßverfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Körpern zu benutzen. So ist der US-PS 41 67 878 bzw. der DE-OS 26 52 085 eine Kombination von elektrodynamisch angeregtem Ultraschall und Wirbelstrommessung bei stationär angeordneten Prüfsonden zu entnehmen, um ausschließlich Fehler zu bestimmen. Die Messungen selbst erfolgen zeitlich nacheinander. Eine Multiparameter- Methode zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken ist der Literatur­ stelle "Materialprüfung, 19 (1977) Nr. 4, April" zu entnehmen, bei der Signale verschiedener Meßverfahren wie Wirbelstrom - Streufluß oder gleicher Verfahren mit verschiedenen Prüfparametern ausgewertet werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, daß abhängig voneinander die Streuflußmessung und die Prüfung mittels Ultraschall durchgeführt werden kann, wobei die Messungen notwendigerweise gleichzeitig im wesentlichen in einer Querschnittsebene des Prüflings durchgeführt werden sollen. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das für die Streuflußmessung erforderliche von einem um den Prüfling rotierenden und diesen umgebenden zwei Polschuhe aufweisenden Magneten erzeugte Magnetfeld auch zur Erzeugung des Ultraschalls mittels elektrodynamischer Anregung genutzt wird, wobei mittels im Bereich der Polschuhe elektro­ dynamisch erzeugter Transversalwellen eine Dimensionsmessung und in in bezug auf die Polschuhe um 90° versetzten Bereichen zur Bestimmung von Längsfehlern die Streuflußmessung erfolgt.

Erfindungsgemäß wird demzufolge erstmals vorgeschlagen, daß Ultraschall und Streufluß abhängig voneinander zur Bestimmung von Längsfehlern, Löchern, Querfehlern und Dimensionsbestimmungen eingesetzt werden, wobei die Messungen aufgrund der Ausnutzung eines einzigen Magnetfeldes, das von einem um den Prüfling rotierenden Elektromagneten erzeugt wird, im wesentlichen in einer Querschnittsebene des Prüflings vorgenommen wird. Hierdurch ergibt sich eine problemlose Zuordnung der gewonnenen Meßwerte, wodurch letztendlich ein optimales Prüfverfahren gewährleistet ist.

Es werden an und für sich bekannte Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von ferromagnetischen Materialien in dem erfindungsgemäßen Vorschlag integriert. So finden Merkmale von bekannten Streufluß-Rota­ tionsprüfanlagen Anwendung. So wird ein Magnetfeld benutzt, das durch einen rotierende Polschuhe aufweisenden Magneten erzeugt wird. Steigert man die Feldstärke auf einen Wert, bei dem das Prüflingsmaterial in die magnetische Sättigung gelangt, so führen Fehlstellen wie zum Beispiel Risse oder Querschnittsverringerungen zu relativ starken Streufeldern, die mit Magnetfeldsonden ermittelt werden können, die synchron mit dem Magneten um den Prüfling rotieren. Durch eine entsprechende Streu­ flußmessung lassen sich Außenfehler bis zu 5% der Wanddicke und Innenfehler bis zu 10% der Wanddicke einwandfrei ermitteln.

Um Dimensionsmessungen und die Ortung von Querfehlern zu ermöglichen, erfolgt nach der erfindungsgemäßen Lehre eine elektrodynamische Anre­ gung von Ultraschallsignalen. Das dazu erforderliche Magnetfeld ist das­ selbe, das zur Streuflußmessung benötigt wird. Dabei benutzt man die von dem rotierenden Magneten auftretenden vertikal und parallel zur Prüflingsoberfläche auftretenden Magnetfelder. Letztere treten in den um 90 Grad zu den Polschuhen versetzten Bereichen auf, wohingegen erstere in den Bereichen der Polschuhe auftreten. Die zusammen mit dem ma­ gnetischen Feld und den Wirbelstromimpulsen erzeugten Ultraschallwellen können in Abhängigkeit von der Anordnung der Wirbelstromerreger- und Empfangssonden Transversal- oder Oberflächenwellen sein. Die Transver­ salwellen werden dann zur Bestimmung von Dimensionsgrößen also zum Beispiel der Wanddicke und die Oberflächenwellen zur Detektion von Quer­ fehlern herangezogen.

Eine optimale Anregung von Oberflächenwellen finden in den in bezug auf die Polschuhe um 90 Grad versetzten Bereichen statt, so daß in Ausge­ staltung der Erfindung mittels elektrodynamisch erzeugter Longitudinalwellen in den Bereichen, in denen die Streufluß­ messung durchgeführt wird, Querfehler ermittelt werden.

Claims (2)

1. Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von ferromagnetischen Materialien vorzugsweise von zylindrischen Prüflingen wie Rohren oder Stangen, wobei die Prüfung mittels Streuflußmessung und Ultraschall gleichzeitig erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Streuflußmessung erforderliche von einem um den Prüfling rotierenden und diesen umgebenden zwei Polschuhe aufweisenden Magneten erzeugte Magnetfeld auch zur Erzeugung des Ultraschalls mittels elektrodyna­ mischer Anregung genutzt wird, wobei mittels im Bereich der Polschuhe elektrodynamisch erzeugter Transversalwellen eine Dimensionsmessung und in in bezug auf die Polschuhe um 90° versetzten Bereiche zur Bestimmung von Längsfehlern die Streuflußmessung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels elektrodynamisch erzeugter Longitudinal-Wellen in den Bereichen, in denen die Streuflußmessung durchgeführt wird, Querfehler ermittelt werden.