DE3301118A1 - MAGNETOACOUSTIC SENSOR FOR ULTRASONIC MATERIAL TESTING DEVICE - Google Patents
MAGNETOACOUSTIC SENSOR FOR ULTRASONIC MATERIAL TESTING DEVICEInfo
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Description
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ultraschal !werkst off prüf geräte, und betrifft insbesondere magnetoakustische Geber für Ultraschallwerkstoffprüfgerate. The present invention relates to, and particularly relates to, ultrasonic work-off testing devices magnetoacoustic encoders for ultrasonic material testing devices.
Die vorliegende Erfindung kann zum Auffinden der Oberflächenfehler kleiner Abmessungen, solcher wie Karte- und Ermüdungsrisse, Zusammensintern in den Schweissnähten der Teile und Erzeugnisse aus ferromagnetischen Stoffen verwendet werden.The present invention can be used to find the surface defects of small dimensions such as Card and fatigue cracks, sintering together in the welds of the parts and products made of ferromagnetic Substances are used.
Die ferromagnetischen Stoffe, die in verschiedenen Geräten und Ausrüstungen Anwendung finden, welche unter den Bedingungen aggressiver Medien, eines breiten Bereichs der Temperaturen, Belastungen und des Drucks arbeiten, stellen erhöhte Forderungen an die Qualität sowohl der Erzeugnisse selbst, als auch der Ausgangsstoffe. Eine der wichtigsten Prägen darunter ist das Auffinden in den Erzeugnissen bzw. Ausgangsstoffen und Werkstücken der Oberflächenfehler kleiner Abmessungen, welche im Herstellungsprozess bzw. bei der Nutzung der Teile und Baugruppen der Ausrüstungen unterschiedlicher Bestimmung zum Vorschein kommen.The ferromagnetic substances that exist in different Devices and equipment are used, which under the conditions of aggressive media, a wide range the temperatures, loads and the pressure work place increased demands on the quality both the products themselves, as well as the raw materials. One of the most important characteristics of this is finding it surface defects of small dimensions in the products or raw materials and workpieces, which are different in the manufacturing process or in the use of the parts and assemblies of the equipment Determination come to light.
Es ist ein magnetoakustischer Geber zum Ultraschallwerkst off prüf gerät bekannt, welcher eine av.f 'einem Prüfgut aufgestellte Induktivitätsspule enthält, die in Form einer Wicklung mit einem Ferritkern gestaltet ist, in deren Induktivitätszone auf das Prüfgut ein Magnetisierungssystem aufgestellt wird (s. z.3. DE-PS 1938107, bekanntgemacht am 11.01.79).It is a magnetoacoustic transducer for the ultrasonic work off test device known which contains an inductance coil placed on a test item, which is designed in the form of a winding with a ferrite core, in its inductance zone on the test material a magnetization system is set up (see e.g. 3. DE-PS 1938107, published on 01/11/79).
Dieser Geber ist jedoch gegenüber den Fehlern kleiner geometrischer Abmessungen wenig empfindlich, weil statische magnetische Felder solcher Fehler klein sind, ihre Wechselwirkung mit elastischen Schwingungen aber, die sich im Prüfgut fortpflanzen, der Konstante magnetoelastischer Wechselwirkung des Erzeugnisses proportional ist, welche in der Regel gering ist.However, this encoder is not very sensitive to errors in small geometric dimensions, because static magnetic fields of such errors are small, their interaction with elastic vibrations but that propagate in the test material, the constant magnetoelastic interaction of the product is proportional, which is usually small.
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Es ist ein magnetoakustischer Geber zum Ultraschallwerkst offprüfgerät bekannt, welcher einen Magnet und eine Induktivitätsspule enthält, die im vorgegebenen Abschnitt einer magnetostriktiven Platte, die auf ein Prüfgut aufgelegt wird, entsprechend ein normales magnetisches Gleichfeld bzw. ein Wechselfeld erzeugen (s. z.B. die am 20.08.81 im Deutschen Patentamt offengelegte DE-Anmeldung P.300.3961.3, die am 04.02.80 eingereicht wurde).It is a magnetoacoustic transducer for the ultrasonic work off-testing device known, which has a magnet and an inductance coil included in the predetermined portion of a magnetostrictive plate that is on a test material is placed on, generate a normal magnetic constant field or an alternating field accordingly (see e.g. DE application P.300.3961.3, published on 08/20/81 in the German Patent Office, which was published on 02/04/80 was submitted).
Dieser Geber ist jedoch beim Auffinden von Oberflächenfehlern kleiner geometrischer Abmessungen, solcher wie Ermüdungs- und Härterisse, Zusammensintern in den Schweissnähten in ferromagnetischen Erzeugnissen, ungenügend empfindlich. Eine ungenügende Empfindlichkeit ist darauf zurückzuführen, dass das durch die spiralförmige Flach-Induktivitätsspule zu erzeugende radiale magnetische Wechselfeld mit einem statischen magnetischen Feld des Fehlers und elastischen Schwingungen, die sich in der Platte fortpflanzen, nicht effektiv zusammenwirkt.However, this encoder is used to find surface defects small geometric dimensions, such as fatigue and hardening cracks, sintering together in the weld seams in ferromagnetic products, insufficiently sensitive. Insufficient sensitivity is due to the fact that the spiral flat inductance coil to be generated radial alternating magnetic field with a static magnetic field of fault and elastic vibrations, that propagate in the plate are not effective cooperates.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetoakustischen Geber für ültraschallwerkstoffprüfgerät zu entwickeln, dessen bauliche Gestaltung eine Erhöhung der Empfindlichkeit gege.iüber den Oberflächenfehlern kleiner geometrischer Abmessungen in ferromagnetischen Erzeugnissen gewährleistet.The present invention is based on the object of a magnetoacoustic transmitter for ultrasonic materials testing device to develop, the structural design of which increases the sensitivity to guarantees the surface defects of small geometrical dimensions in ferromagnetic products.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in einem magnet oakustischen Geber für Ultraschallwerkstoffprüfgerät, v/elcher einen 'lagnet. und eine Induktivitätsspule enthält, die im vorgegebenen Abschnitt einer magnetostriktiven Platte, welche auf einem Prüfgut aufliegt, ein normales magnetisches Gleichfeld bzw. ein V/echselfeld erzeugen, erfindungsgemäss, die Induktivitätsspule in Form einer Solenoidspule gestaltet ist, welche bezüglieh der magnetostriktiven Platte so angeordnet ist, dass sie darin ein tangentiales magnetisches Wechsel-This object is achieved in that in a magnet acoustic encoder for ultrasonic material tester, v / elcher a 'magnet. and contains an inductance coil, those in the given section of a magnetostrictive Plate that rests on a test item, a normal magnetic constant field or a V / echselfeld produce, according to the invention, the inductance coil in Is designed in the form of a solenoid coil, which is arranged with respect to the magnetostrictive plate so that they contain a tangential magnetic alternating
feld erzeugt, in der magnetostriktiven Platte selbst Reflektoren für die sich in ihr fortpflanzenden elastir sehen Schwingungen angebracht sind, die senkrecht zur Achse der Solenoidspule auf dem Wege der Portpflanzung der Schwingungen angeordnet sind.field generated in the magnetostrictive plate itself Reflectors for the elastir propagating in it see vibrations are attached that are perpendicular to the Axis of the solenoid coil on the way of port planting the vibrations are arranged.
Die Reflektoren können bezüglich der Solenoidspule symmetrisch angeordnet werden.The reflectors can be arranged symmetrically with respect to the solenoid coil.
Es ist wünschenswert, dass die Solenoidspule den T.lagnet umschliesst.It is desirable that the solenoid coil encircle the T.lagnet.
Bs ist zweckmässig, dass im Geber ein Konzentrator des magnetischen Feldes vorgesehen wird, die Solenoidspule aber diesen Konzentrator umschliesst.It is advisable to have a concentrator in the encoder of the magnetic field is provided, but the solenoid coil encloses this concentrator.
Es ist angebracht, dass die magnetostriktive Platte U-förmig gestaltet wird, und ihrem Inneren die Solenoidspule angeordnet werden kann.It is appropriate that the magnetostrictive plate is formed into a U-shape and the inside thereof is formed into a U-shape Solenoid coil can be arranged.
Es ist durchaus angebracht, dass im Geber eine Schutzvorrichtung vorgesehen wird, welche zwischen der magnetostriktiven Platte und dem Prüfgut untergebracht wird und welche an der Seite der Platte deren Form und an der Seite des Prüfgutes dessen Form wiedergibt.It is quite appropriate that a protective device is provided in the encoder, which is between the magnetostrictive plate and the test material housed and which reproduces its shape on the side of the plate and its shape on the side of the test specimen.
Eine derartige bauliche Gestaltung des magnetoakustischen Gebers für Ultraschallwerkstoffprüfgerät gewährt die Möglichkeit, elastische Schwingungen in • der magnetostriktiven Platte optimal anzuregen and aufzunehmen, wodurch die Empfindlichkeit gegenüber den Oberflächenfehlern kleiner geometrischer Abmessungen in ferromagnetischen Erzeugnissen erhöht wird.Such a structural design of the magnetoacoustic transmitter for ultrasonic material testing device grants the possibility of optimally stimulating and absorbing elastic vibrations in • the magnetostrictive plate, whereby the sensitivity to the surface defects of small geometrical dimensions in ferromagnetic products is increased.
Nachstehend sind in den Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Ss zeigt: Fig. 1 ein Gesamtschema des magnetoakustischenExemplary embodiments of the invention are shown below in the drawings. Ss shows: Fig. 1 is an overall diagram of the magnetoacoustic
Gebers zum Ultraschallv/erkst off prüf gerät (eine Frontansicht); Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeils A ge-Transducer to ultrasonic / erst off test device (a front view); Fig. 2 is a view in the direction of arrow A
mäss Fig. 1;according to Fig. 1;
Fig. 3 ein Gesamtschema eines anderen Ausführungsbeispiels des magnetoakustischen Gebers zum Fig. 3 is an overall diagram of another embodiment of the magnetoacoustic transmitter for
Ultraschallwerkstoffprüfgerät (eine Frontansicht
);
Mg. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeils B ge-Ultrasonic materials tester (a front view);
Mg. 4 is a view in the direction of arrow B
mäss Fig. 3;according to FIG. 3;
Fig. 5 eine Gesamtschema eines weiteren Ausführungsbeispiels des magnetoakustischen Gebers zum Ultraschallv/erkst off prüf gerät (eine Frontansicht); 5 shows an overall diagram of a further exemplary embodiment of the magnetoacoustic transducer for the ultrasonic / electric off test device (a front view);
Fig. 6 eine Ansicht in Richtung des Pfeils C gemäss Fig. 5 (gewendet um 90° auf der Ebene6 shows a view in the direction of arrow C according to Fig. 5 (turned by 90 ° on the plane
der Zeichnung).the drawing).
Der magnetoakustische Geber zum Ultraschallwerkst off prüf gerät enthalt einen Magnet 1 (Fig. 1 und 2, Pole S5E") und eine Induktivitätsspule 2, welche im vor--I^ gegebenen Abschnitt einer magnetostriktiven Platte 3S die in Form einer Scheibe ausgeführt und auf einem ferromagne tischen Prüf gut 4 aufgelegt v/ird, das eine gestreckte Platte darstellt, ein normales magnetisches Gleichfeld bzw. ein Wechselfeld erzeugen.The magnetoacoustic transducer for the ultrasonic material testing device contains a magnet 1 (Fig. 1 and 2, Pole S 5 E ") and an inductance coil 2, which in the pre-I ^ given section of a magnetostrictive plate 3 S is executed in the form of a disk and placed on a ferromagnetic test well 4, which represents an elongated plate, generate a normal magnetic constant field or an alternating field.
Die Induktivitätsspule 2 ist in Form einer SoIenoidspule gestaltet (nachstehend Solenoidspule 2), welche bezüglich der magnetostriktiven Platte 3 so angeordnet ist, dass sie darin ein tangentiales magnetisches Wechselfeld erzeugt. In dem zu beschreibenden Ausiührungsbeispiel umschliesst die Solenoidspule den Tagnet 1.The inductance coil 2 is in the form of a solenoid coil designed (hereinafter solenoid coil 2), which with respect to the magnetostrictive plate 3 so arranged is that it creates a tangential alternating magnetic field in it. In the one to be described Ausiührungsbeispiel encloses the solenoid coil Tagnet 1.
In der magnetostriktiven Platte 3 (Fig. 2) selbst sind Reflektoren 5 der sich in ihr fortpflanzenden elastischen Schwingungen ausgeführt, welche senkrecht zur Achse der Solenoidspule auf dem Wege der Fortpflanzung elastischer Schwingungen angebracht sind. Die Reflektoren 5 sind symmetrisch bezüglich der Solenoidspule angeordnet. In dem zu beschreibenden Ausführungsbeispiel stellen die Reflektoren 5 Schlitze dar, die im Körper der Platte 3 angebracht sind.In the magnetostrictive plate 3 (Fig. 2) itself are reflectors 5 of the propagating in it elastic oscillations run perpendicular to the axis of the solenoid coil on the way of propagation elastic vibrations are attached. The reflectors 5 are symmetrical with respect to the solenoid coil arranged. In the embodiment to be described, the reflectors represent 5 slots, which are mounted in the body of the plate 3.
In einem anderen Ausfuhrungsbeispiel des magnetoakustischen Gebers ist ein Konzentrator 6 (Fig. 3) des magnetischen Feldes vorgesehen. Sine Induktivitätsspule 7 ist wie auch im Geber gemäss Fig. 1 und 2 in ■ Form einer Solenoidspule (nachstehend Solenoidspule 7), wie es in Fig. 3-dargestellt ist, gestaltet, welche schon den Konzentrator 6 umschliesst. Eine magnetostriktive Platte 8 (Fig. 4) stellt eine rechtwinklige Platte dar, als Reflektoren 9 der sich in der Platte fortpflanzenden elastischen Schwingungen aber dienen ihre gegenüberliegenden Stirnseiten.In another exemplary embodiment of the magnetoacoustic Encoder, a concentrator 6 (Fig. 3) of the magnetic field is provided. As in the transmitter according to FIGS. 1 and 2, its inductance coil 7 is in ■ Shape of a solenoid coil (hereinafter solenoid coil 7) as shown in Fig. 3-designed, which already enclosing the concentrator 6. A magnetostrictive plate 8 (Fig. 4) is a rectangular one Plate, but serve as reflectors 9 of the elastic vibrations propagating in the plate their opposite end faces.
Das Ausführungsbeispiel des magnetoakustischen Gebers gemäss Fig. 5 und 6 ist analog der Ausführung des Gebers gemäss Fig. 3 und 4.The embodiment of the magnetoacoustic transmitter according to FIGS. 5 and 6 is analogous to the design of the encoder according to FIGS. 3 and 4.
Sin Unterschied besteht darin, dass eine magnetostrikt ive Platte 10 (Fig. 5) in diesem Geber eine U-Form aufweist, und innerhalb dieser Platte befindet sich der Konzentrator f> mit der ihn umschliessenden Solenoidspule 7. Als Reflektoren 11 (Fig. 5 und S) der sich in der Platte 10 fortpflanzenden elastischen Schwingungen dienen ihre Stirnseiten.The difference is that a magnetostrictive plate 10 (Fig. 5) in this encoder has a U-shape, and inside this plate is the concentrator f> with the solenoid coil 7 surrounding it. As reflectors 11 (Fig. 5 and S) the elastic vibrations propagating in the plate 10 are used by their end faces.
In diesem Ausführungsbeispiel des 'magnetoakustischen Gebers ist eine Schutzeinrichtung 12 (Fig. 5) vorgesehen, welche zwischen der magnetostriktiven Platte 10 und einem ferromagnetischen Prüfgut 13 liegt, das in diesem Fall ein zylindrisches Erzeugnis darstellt, wie es in Fig. 6 abgebildet ist. Die Schutzeinrichtung 12 (Fig. 5') gibt an der Seite der Platte deren Form und an der Seite des Prüfgutes 13 dessen Form wieder.In this embodiment of the 'magnetoacoustic transducer is a protective device 12 (Fig. 5) provided, which lies between the magnetostrictive plate 10 and a ferromagnetic test material 13, which in this case represents a cylindrical product as shown in FIG. The protective device 12 (Fig. 5 ') indicates its shape on the side of the plate and its shape on the side of the test item 13 Shape again.
Sine derartige Gestaltung des Gebers ermöglicht eine wesentliche Verringerung seiner Abmessungen und eine Verlängerung seiner Lebensdauer.Sine such a design of the encoder enables a significant reduction in its dimensions and an extension of its service life.
Die Arbeitsweise des magnetoakustischen Gebers zum Ultraschallwerkstoffprüfgerät ist wie folgt.How the magnetoacoustic encoder works to the ultrasonic material tester is as follows.
Die Induktivitätsspule 2 (Pig. 1 und 2) wird an ein Ultraschallwerkstoffprüfgerät (in Pig. nicht dargestellt, da er zum Gegenstand der Erfindung nicht gehört) angeschlossen. Die Induktivitätsspule 2 erzeugt in der magnetostriktiven Platte 3 ein magnetisches tangentiales Wechselfeld. Bei Aufstellung der magnetostriktiven Platte 3 auf das Prüf gut 4 erzeugt der TTagnet 1 in der magnet ostriktiven Platte 3 ©in normales magnetisches Gleichfeld. Wenn das Prüfgut 4 einen Oberflächenfehler 14 (Pig. 1) aufweist, der in der Zeichnung durch eine punktierte linie bedingt dargestellt ist, wird das normale magnetische Ausgangs-Gleichfeld aufgrund einer Verzerrung der Kraftlinien durch den Pehler 14 verzerrt. Dabei entsteht in der magnetostriktiven Platte 3 ein tangentiales magnetisches Gleichfeld, in dessen Gegenwart in der magnetostriktiven Platte 3 elastische Schwingungen angeregt werden. Bei der Portpflanzung über die Platte 3 werden elastische Schwingungen, die von den Reflektoren 5 vielfach reflektiert werden, unter der Induktivitätsspule 2 addiert, in ein magnetisches Wechselfeld umgevi/andelt, durch die Induktivitäts-· spule 2 aufgefangen und durch das Werkstoffprüfgerät registriert.The inductance coil 2 (Pig. 1 and 2) is connected to an ultrasonic material testing device (not shown in Pig. Because it is not part of the subject matter of the invention). The inductance coil 2 generates a magnetic tangential alternating field in the magnetostrictive plate 3. When the magnetostrictive plate 3 is set up on the test well 4, the T Tagnet 1 generates a normal constant magnetic field in the magnetostrictive plate 3 ©. If the test material 4 has a surface flaw 14 (Pig. 1), which is shown by a dotted line in the drawing, the normal output constant magnetic field is distorted by the Pehler 14 due to a distortion of the lines of force. This creates a tangential constant magnetic field in the magnetostrictive plate 3, in the presence of which elastic vibrations are excited in the magnetostrictive plate 3. During the port planting over the plate 3, elastic vibrations, which are reflected multiple times by the reflectors 5, are added under the inductance coil 2, converted into an alternating magnetic field, captured by the inductance coil 2 and registered by the material testing device.
Die Arbeitsweise des magnetoakustischen Gebers gernäss Pig. 3 his 6 ist der Arbeitsweise des magnetoakustischen Gebers gemäss Pig. 1 und 2 ähnlich.How the magnetoacoustic encoder works like Pig. 3 to 6 is how the magnetoacoustic works According to Pig. 1 and 2 similar.
Der zum Patent angemeldete magnetoakustische Geber zum Ultraschallwerkstoffprüfgerät ermöglicht eine Srveiterung der funktioneilen Tiöglichkeiten dieses Y/erk-.30 stoffprüfgeräts, gewährleistet das Auffinden der Oberflächenfehler kleiner geometrischer Abmessungen, ohne Kontaktflüssigkeiten und Schmierungen anzuwenden, und gewährleistet eine operative Überprüfung der Ergebnisse der H'agnetpulverprüfungen.The magnetoacoustic encoder for the ultrasonic material tester, for which a patent is pending, enables expansion the functional possibilities of this Y / Erk-.30 material testing device, ensures that surface defects can be found small geometrical dimensions without using contact fluids and lubrication, and ensures an operational review of the results the magnet powder tests.
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