DE3240397A1

DE3240397A1 - Verfahren zur feststellung von fehlern an werkstuecken

Info

Publication number: DE3240397A1
Application number: DE19823240397
Authority: DE
Inventors: Svein Rune 1396 Bjorkås Halsor; Magnar Kåre 1347 Hosle Storset
Original assignee: Elkem ASA
Current assignee: Elkem ASA
Priority date: 1981-11-03
Filing date: 1982-11-02
Publication date: 1983-06-16
Also published as: IT1153350B; AT393908B; US4480928A; HU184099B; IT8224045A0; PL135184B1; SU1248536A3; NL8204268A; FR2515826A1; NO149793C; NL190384B; LU84451A1; AU9013182A; ES8402079A1; IN157612B; JPH0348461B2; CS783482A2; CS259859B2; BR8206340A; ES517034A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung von Werkstücken zum Zwecke der Feststellung von Rissen, Sprüngen oder sonstigen Fehlern an der Oberfläche, so daß diese erkannt und z.B. durch Schleifen beseitigt werden können und nicht in die folgenden Bearbeitungsstufen bzw. in das Endprodukt weitergeschleppt werden.

Die Bezeichnung Werkstücke umfaßt hier Metallstücke der ersten Walzung und folgender weiterbildender Walzungen sowie die Endprodukte, also z.B. sämtliche Stangen, Blöcke, Rohre, Profile und sonstige Formen, die gewalzt werden.

Es ist bekannt, daß man Risse und Oberflächenfeh]er feststellen kann, indem man die Oberfläche des Werkstücks mittels hochfrequentem Strom erhitzt während man das Werkstück in seiner Längsrichtung durch eine Hochfreuquenzinduktionsspule bewegt. Der Teil des Werkstücks, der bei diesem Durchgang gerade die Spule verläßt, wird unmittelbar abgetastet von einem Infrarot-Gerät zur Aufzeichnung der Temperatur-Verteilung über das Werkstück. Aus de!" Aufzeichnung der Temperatur-Verteilung ergibt sich ein Strichmuster, aus dem Risse und Oberflächenfehler ersichtlich sind. Mit einer solchen Aufzeichnung des Temperaturprofils über das Werkstück längs einer Abtastung findet man eine Erhöhung der Temperatur im Temperaturprofil angrenzend an die Risse. Der Temperaturanstieg, der sich von Abtastung zu Abtastung wiederholt bildet bei Kombination eine Temperaturbrücke, welche einen Riß im Werkstück anzeigt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer solchen Aufzeichnung, insbesondere bei sehr flachen Oberflächenfehlern (weniger als 1 mm Tiefe), gleichförmige Emissionsbedingungen für alle Oberflächen zu bekommen und zugleich die Störungen im Temperaturbild zu vermindern.

Bei der oben beschriebenen Methode wurde folgendes festgestellt. Bei Temperaturmessungen mittels Infrarot-Abtastung fIR-Emissionspyrometer) erhält man Temperaturen, die infolge des Emissionskoeffizienten der Oberfläche

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von der tatsächlichen Temperatur der Oberfläche abweichen. Der Emissionskoeffizient ist abhängig von der Natur der Oberfläche und kann zwischen den Werten 0 und 1 schwanken. Gewalzte Werkstücke mit einer Walzhaut oder Walzzunder haben im allgemeinen einen Emissionskoeffizienten von etwa 0,90 bis 0,95. Um nun während der Prüfung der Werkstücke die besten Bedingungen zu erhalten und möglichst wenige Störungen im Temperaturbild zu bekommen, ist eine möglichst saubere Oberfläche erwünscht. Dies kann man z.B. durch Sandstrahlen erreichen und den Reinheitsgrad kann man z.B. gemäß der schwedischen Normvorschrift SIS Nr. 055 990/1967 klassifizieren. Das Sandstrahlen führt allerdings zu der unerwünschten Nebenwirkung, daß die Oberfläche glänzend wird, wodurch die Emissionsbedingungen geändert werden. Dies beeinflußt wiederum- die Temperatur, die vom IR-Emissionspyrometer aufgezeichnet wird, so daß die Temperaturmessung mittels des IR-Emissionspyrorneters zu niedrige Oberflächentemperaturen liefert und in den Rissen eine zu niedrige Temperatur angezeigt wird. Bei sandgestrahlten Werkstücken ergibt sich also eine Reduzierung der aufgezeichneten Übertemperatur in den Rissen im Verhältnis zu Werkstücken mit Walzhaut. Dies führt wiederum zur Interpretation der Tiefe der Risse, in Abhängigkeit von dem Emissionskoeffizienten der Oberfläche. Dies sind also unerwünschte Bedingungen, welche die Anwendung dieser Methode komplizieren, denn es ist, um korrekte Resultate zu bekommen, erforderlich, die Anlage für jeden Typ von Oberfläche neu zu eichen. Dies erfordert viel Zeit und ist kompliziert und daher für den industriellen Betrieb ungeeignet.

Es wurde nun gefunden, daß der Emissionskoeffizient für alle Typen von Werkstückoberflächen annähernd gleich gemacht werden kann, wenn man die Oberfläche mit einer geeigneten Flüssigkeit befeuchtet, z.B. mit Wasser, das Zusätze zur Herabsetzung der Oberflächenspannung enthält, so daß man eine bessere Benetzung erreicht. Für die Prüfung von Werkstücken bei Temperaturen unterhalb O⁰C können Mittel zur Herabsetzung des Gefrierpunkts zugesetzt werden.

Versuche haben ergeben, daß infolge einer Befeuchtung bzw. Benetzung der Werkstückoberfläche mit einer Flüssigkeit der beschriebenen Art alle Werkstückoberflächen, unabhängig von der Vorbehandlung annähernd den gleichen Emissionskoeffizienten aufweisen und daß dieser Emissionskoeffizient nur in geringem Grad von dem Emissionskoeffizienten eines trockenen Werkstücks

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mit Walzhaut abweicht. Die Änderung des Emissionskoeffizienten für befeuchtete Werkstücke ist so gering, daß dies keine praktische Bedeutung für das Resultat dieser Prüfungsmethode hat. Durch die erfindungsgemäße Befeuchtung der Werkstücke erreicht man außerdem geringere Störungen im Temperaturbild, da die Unterschiede im Emissionskoeffizient für verschiedene Stellen der Oberfläche ausgeglichen werden. Hierdurch erreicht man eine bedeutende Verbesserung des Verhältnisses Signal / Störung in den Signalen des IR-Emissionspyrometers. Bei sandgestrahlten und nicht erfindungsgemäß befeuchteten Werkstücken ist das Verhältnis Signal / Störung so niedrig, daß bei gewissen Typen von Werkstückoberflächen Probleme mit der Feststellung der meisten flachen Risse auftreten.

Die Ergebnisse der Temperaturmessungen mittels Kontaktpyrometer und IR-Emissionspyrometer an verschiedenen Typen von Werkstückoberflächen, sowohl feucht als auch trocken sind in der beiliegenden Tabelle (Fig. 1) zusammengestellt.

Probe A war ein Werkstück mit Walzhaut und Probe B war ein Werkstück mit korrodiertet- Oberfläche (Rost). Die mit CSa 1 - 2, CSa 2 und CSa 2 1/2 bezeichneten Proben waren durch Sandstrahlen gereinigt, ihre Oberflächen sind definiert gemäß dem schwedischen Standard SIS 055 900/1967. T ist die Temperaturmessung mittels Kontaktpyrometer und IR die Temperaturmessung mittels IR-Emissionspyrometer.

In den Spalten "trocken" zeigt sich eine erhebliche Temperaturabweichung zwischen den zwei Messungen und diese Abweichung erhöht sich mit dem Grad des Sandstrahlens, der hier mit CSa 1 - 2, CSa 2 und CSa 2 1/2 bezeichnet ist. Die Abweichung zwischen den zwei Meßarten verstärkt sich also mit dem Glanz bzw. der Blankheit des Werkstücks. Dies bringt es mit sich, daß bei Messungen mittels IR-Emissionspyrometer für sandgestrahlte Werkstücke eine zu niedrige Werkstücktemperatur aufgezeichnet wird und folglich ein geringeres Ansteigen der Temperatur. Diese Tatsachen führen - wie bereits erwähnt - dazu, da ß man, um brauchbare Resultate zu bekommen, die Anlage entsprechend dem jeweiligen Emissionskoeffizienten der Oberfläche ständig nacheichen muß. Dies ist ein ganz erheblicher Nachteil, da der Emissionskoeffizient von Werkstück zu Werkstück wechseln kann.

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Die Herabsetzung der Temperaturspitzen an den Rissen bei sandgestrahlten Oberflächen führt dazu, daß mit geringeren Toleranzen zwischen den Temperaturspitzen an den Fehlern und den Temperaturen für die fehlerfreien Stellen gearbeitet wird. Hierdurch erhält man ein vermindertes Signal / Störung Verhältnis, was ungünstig ist.

Wie oben erwähnt, haben Versuche ergeben, daß der Emissionskoeffizient für verschiedene Werkstückoberflächen geändert werden kann und durch Befeuchtung der Oberfläche für alle Oberflächen annähernd gleich gemacht werden kann. Unter annähernd gleich ist zu verstehen, daß der Emissionskoeffizient der Werkstückoberfläche innerhalb eines Bereiches liegt, der für die Ergebnisse der Prüfungsmethode annehmbar ist. Das Werkstück kann befeuchtet werden bevor es durch die Induktionsspule geführt wird und die Befeuchtungsflüssigkeit wird so gleichförmig wie möglich auf die Oberfläche aufgebracht. Dies kann geschehen mittels Düsen o.dgi. oder indem man die Flüssigkeit an der Oberfläche entlang fließen läßt bzw. durch Tauchen, Die Wirkung der erfindunsgemäßen Befeuchtung ist in der Tabelle aus den Spalten "feucht" ersichtlich.

Die in der Tabelle aufgeführten Ergebnisse der Messungen für trockene und feuchte Oberflächen sind in der Zeichnung graphisch dargestellt. Die Diagramme zeigen, daß die Emissionskoeffizienten für befeuchtete Oberflächen alle im gleichen Niveau liegen, wie die für trockene Werkstücke mit Walzhaut (Werkstück A(AA 7 B)). Ferner ist ersichtlich, daß durch die Befeuchtung erreicht wird, daß alle Oberflächen annähernd den gleichen Emissionskoeffizienten aufweisen, der relativ nahe bei dem theoretischen maximalen Emissionskoeffizienten mit dem Wert 1 liegt.

Durch die erfindungsgemäße Befeuchtung des Werkstücks erhält man auch den Vorteil, daß der Störpegel für fehlerfreie Oberflächen, bestimmt als Temperaturänderung über die Oberfläche, gleichzeitig reduziert wird so wie die Temperatur an den Fehlern ansteigt. Letzteres bestimmt sich als Übertemperatur gegenüber der fehlerfreien Oberfläche. Es wird also das Verhältnis Signal / Störung verbessert.

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Emissionsbedingungen für verschiedene Werkstückoberflächen, naß und trocken
Die Oberflächen sind bezogen auf SIS 055 900-1967
(Werkstück-Nr. in Klammern)

A (AA 7 B)	IR	naß	IR	B (102 B)	IR	naß	IR	CSa	1 -2 (	IR	66 A)	IR	CSa	I (27 B)	IR	naß	IR	CSa c	IR	60B)	IR
trocken	21,0	T	19,0	trocken	20,0	T	18,0	trocken	19,5	naß	18,5	trocken	20,0	T	18,5	I 1/2 (	19,0		18,5
T	23,0	22,4	22,0	T	21,5	22,3	22,5	T	21,0	T	22,5	T	21,0	22,3	22,5	trocken	20,0	naß	23,0
23,9	28,5	24,7	27,5	24,1	27,0	26,1	27,5	22,7	24.0	21,9	27,5	23,4	22,5	25,0	27,5	T	22,0	T	29,5
25,8	34,0	29,7	35,0	25,4	33,5	30,2	33,5	25,1	27,5	25.3	32,5	26,6	24,5	29,7	34,5	22,4	24,0	22,0	33,0
30,7	38,0	36,7	40,0	30,1	38,0	35,6	38.5	30,1	30,5	30,0	38,5	29,8	26,5	35,8	38,5	24,9	'26,0	25,/!	38,0
35,6	45,0	41,3	45,5	35,5	45,0	40,0	43,5	35,0	34,5	34,5	44,0	34,8	29,0	40,0	45,0	30,0	28,0	31,4	42,5
40,4	47,0	47,2		40,1	48,0	44,6		40,0		40,0		39,4		46,0		35,0		34,7
47,7		46,0		44,3	45,3	45,7			40,0	40,0
50,0	50,1				45,8	44,7

T = Temperaturmessung mit Kontaktpyrcmeter
IR = Temperaturmessung mit IR-Bnissionspyrcmeter

GO hO -P--CD GO CD

Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zur Feststellung von Oberflächenfeh]ern an Werkstücken, bei den? die Oberfläche mittels hochfrequentem Strom erhitzt wird während das Werkstück in seiner Längsrichtung durch eine Hochfrequenzinduktionsspule bewegt wird,, wobei unmittelbar am Austritt.aus der Spule durch Abtastung mittels eines Infrarot-Geräts die Temperaturverteilung über das Werkstück aufgezeichnet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß der Emissionskoeffizient für die verschiedenen Werkstücke erhöht wird und Unterschiede ausgeglichen werden, indem die Werkstoffoberfläche mit einer Flüssigkeit befeuchtet bzw. benetzt wird, z.B. mit Wasser, dem Mittel zur Herabsetzung der Oberflächenspannung zugesetzt sind. ......

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befeuchtungsflüssigkeit Mittel zur Gefrierpunktserniedrigung enthält.

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