DE3314376C2

DE3314376C2 - Vorrichtung zur zerstörungsfreien Materialprüfung mittels elektrodynamisch erzeugter Ultraschallwellen und mittels magnetischer Streuflußmessung

Info

Publication number: DE3314376C2
Application number: DE3314376A
Authority: DE
Inventors: Terrace R. 06810 Danbury Conn. Banach; Robert A. 10580 Rye N.Y. Brooks; Peter J. 11590 Westbury N.Y. Suhr
Original assignee: Magnetic Analysis Corp
Current assignee: Magnetic Analysis Corp
Priority date: 1982-04-22
Filing date: 1983-04-21
Publication date: 1987-04-02
Also published as: GB8310286D0; GB2120789B; US4449411A; GB2120789A; DE3314376A1

Abstract

Die Erfindung betrifft die zerstörungsfreie Materialprüfung. Durch die Erfindung soll eine magnetische Streuflußmessung mit einer Ultraschallmessung kombiniert werden. Um die Bewegungsbahn (P) eines Gegenstandes ist ein Permanentmagnet (14-17) drehbar gelagert, dessen Fluß auf zwei Polstücke (18, 20) verteilt wird. Mittels des Polstückes (20) erfolgt ein Streuflußmessen. Über das Polstück (18) wird eine Sonde (24) gespeist, mittels der im Gegenstand elektromagnetisch erzeugte Schallwellen überwacht werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Materialprüfung mittels elektrodynamisch erzeugter Ultraschallwellen und mittels magnetischer Streuflußmessung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus der älteren Anmeldung DE-OS 31 28 825 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Bei dieser Vorrichtung sind gesonderte Quellen zur Erzeugung eines Magnetflusses und eines Streuflusses vorhanden. Hierbei wird eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Materialprüfung mittels elektrodynamisch erzeugter Ultraschallwellen und eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Materialprüfung mittels magnetischer Streuflußmessung, die gesondert zu der erstgenannten ausgebildet ist, auf einen gemeinsamen Gegenstand angewandt. Auch läßt sich die Meßanordnung um den Prüfgegenstand drehen.
Aus US-PS 41 67 878 ist eine Vorrichtung bekannt, mit der zur zerstörungsfreien Materialprüfung eine Streuflußmessung und eine Messung mittels elektrodynamisch erzeugter Ultraschallwellen durchgeführt werden. Hierbei sind gesonderte Magnetflußquellen für die Streufluß-Messung und für die Messung mittels elektrodynamisch erzeugter Ultraschallwellen vorgesehen. Die beiden Meßverfahren werden in schneller Aufeinanderfolge ausgeführt. Somit handelt es sich um gesondert und unabhängig voneinander betreibbare Meßeinrichtungen.
Aus EP 00 24 707 ist eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Materialprüfung ausschließlich mittels elektrodynamisch erzeugter Ultraschallwellen bekannt.
Aus der Literaturstelle "Kerntechnik" 20. Jahrgang, Nr. 5, 1978, Seiten 218-220 ist eine rotierende Prüfeinheit bekannt, die eine Prüfung mittels elektrodynamisch erzeugter Ultraschallwellen vornimmt. Diese wird insbesondere in Zusammenhang mit der Prüfung von Wärmetauscherrohren beschrieben.
Aus US-PS 38 54 085 ist eine ausschließliche Streufluß-Meßvorrichtung bekannt, die man um einen Prüfgegenstand drehen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Materialprüfung in einer Kombination einer Prüfung mittels elektrodynamisch erzeugter Ultraschallwellen und mittels magnetischer Streuflußmessung mit einem vereinfachten Aufbau bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur zerstörungsfreien Materialprüfung mittels elektrodynamisch erzeugter Ultraschallwellen und mittels magnetischer Streuflußmessung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit den Merkmalen seines Kennzeichens gelöst.
Zur Erzielung eines vereinfachten Aufbaus einer solchen Vorrichtung werden in vorbestimmter Weise weitere Polstücke vorgesehen, die zur Magnetflußkopplung mit der Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetflusses verbunden sind und räumlich den Magnetfeldsonden zur Streuflußmessung zugeordnet sind. Bei einer solchen Auslegung einer Vorrichtung benötigt man nur eine einzige gemeinsame Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetflusses für die Durchführung der beiden Meßmethoden, nämlich einerseits basierend auf elektrodynamisch erzeugten Ultraschallwellen und andererseits auf dem magnetischen Streufluß. Bei dieser Vorrichtung lassen sich somit die beiden Meßmethoden zum gleichen Zeitpunkt ausführen, dies ist insbesondere im Zusammenhang mit sich bewegenden Prüfgegenständen wesentlich, da dann die Meßergebnisse unmittelbar einander zugeordnet werden können und hierdurch eine genauere Bestimmung der zu prüfenden Eigenschaften erreicht wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
Fig. 1 eine Vorderansicht einer Vorrichtung zur zerstörungsfreien Materialprüfung, die um einen Prüfgegenstand drehbar ist,
Fig. 2 eine Schnittansicht der Vorrichtung längs der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 gezeigten linken Polstücks für die Streuflußmessung, gesehen in Richtung des Pfeils III in Fig. 1, sowie die in diesem Polstück angeordnete Ultraschallwandlereinrichtung in herausgezogener Lage,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsvariante, wobei die Ultraschallwandlereinrichtung und das Polstück in ihren Betriebsstellungen dargestellt sind,
Fig. 5 eine Vorderansicht der in Fig. 4 gezeigten Ultraschallwandlereinrichtung,
Fig. 6 eine auseinandergezogene Darstellung der in Fig. 4 gezeigten Ultraschallwandlereinrichtung mit ihren Schutz- und Distanzeinrichtungen, und
Fig. 7 eine Draufsicht auf die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung in Verbindung mit einem Prüfgegenstand in Form eines dünnwandigen Metallrohres, um das die Vorrichtung drehbar ist.
Fig. 1 und 2 zeigen einen Drehkopf, der für zu prüfende Rohre und Stabmaterialien besser geeignet ist, als eine feststehende Vorrichtung, da das Material 100 nur eine Längsbewegung durchführen muß, was mittels üblicher Förderer wie Rollen bewerkstelligt werden kann. Eine feste Stützplatte 102 trägt eine Nabe 104, in der ein Satz von Lagern 106 gelagert ist, auf denen sich die Vorrichtung 108 dreht. Die Vorrichtung kann von einem Motor über einen nicht dargestellten Riemen angetrieben werden, der in eine Nut 110 eingreift. Die Bauteile der Vorrichtung werden durch nicht dargestellte Schrauben zusammengehalten.
Ein Permanentmagnet ist an der Vorrichtung angebracht und weist zwei Halbzylinder 112 und 114 auf, zwischen denen Polstücke 112 und 118 durch Spannstücke 120, 122 gehalten werden, die einen Teil der Magnetbaugruppe bilden. Schwalbenschwanzverbindungen 124 und 126 zwischen den Polstücken und den Spannstücken, deren Nuten zur Drehachse geneigt sind, erlauben eine Einstellung der Polstücke gegenüber der Drehachse, um Werkstücke mit verschiedenen Durchmessern aufnehmen zu können. Die Spannstücke sind geschlitzt, so daß die Polstücke in den gewünschten Stellungen durch Festziehen der Muttern an den Schrauben 128 und 130 gehalten werden können. Die Schrauben erstrecken sich durch Augen am Magneten und durch die Spannstücke hindurch.
Ein Konusglied 132 ist an der Vorrichtung 108 befestigt und an diesem sind die Sondenträger 134 und 136 mittels Schwalbenschwanzverbindungen mit geneigten Nuten, ähnlich wie bei den Polstücken, gelagert, um eine Einstellung auf Werkstücke mit verschiedenen Durchmessern zu ermöglichen. Es sind Vorkehrungen zur Festlegung getroffen, wie beispielsweise ein gespaltener Schwalbenschwanz mit einer Spannschraube. Bei dieser Ausführungsform trägt jeder Sondenträger eine Sondenpatrone 138 und 140 mittels Hebelarmen 142 und 144 und die Patronen weisen Vorsprünge 146 und 148 auf, die als Hubrampen und Gleitschuhe dienen. Wenn der Abstand zwischen den Sondenpatronen kleiner ist als der Durchmesser des Gegenstandes 100, stößt dieser beim Einführen gegen die Rampen und bewegt die Patronen nach außen, um eine Beschädigung zu vermeiden. Danach wird die Patrone durch Druckfedern 150 in Berührung mit dem Gegenstand 100 gehalten und die Sonden können das Material über einen festen Luftspalt abtasten.
Ferner ist in dieser Vorrichtung eine Ultraschallwandlereinrichtung 152 vorgesehen. Wie Fig. 3 zeigt, ist eine Mittelbohrung 116 a im Magneten 116 vorgesehen, um die Ultraschallwandlereinrichtung 152 aufzunehmen, die ein Polstück 154 aufweist, einen Endkörper 156 und Abgabe- und Aufnahmespulen 158 und 160, die in einem Gehäuse 162 angeordnet sind. Federbelastete Lagerkugeln 164 sitzen im Polstück 154, um einen Luftspalt zwischen dem Polstück und dem Magneten 116 festzulegen und um das Einsetzen der Ultraschallwandlereinrichtung 152 zu erleichtern.
Es sei nunmehr auf die Fig. 4 bis 7 Bezug genommen. Die Ultraschallwandlereinrichtung 10 weist eine Einrichtung 12 zur Erzeugung eines stationären oder quasistationären Magnetfeldes auf, die Halbzylinder 14, 15, 16, 17 hat. Ein Magnetflußkoppler 18 überspannt die Bauteile 14 und 16 in senkrechter Richtung und ist in fester Lage mechanisch an diesen befestigt. Das Polstück 24 ist in lösbarer Weise am Magnetflußkoppler 18 befestigt. Schrauben 25 und 27 sind zur Befestigung des Polstückes 24 im Magnetflußkoppler 18einschraubbar und können zur Einstellung des Polstückes auf Prüfgegenstände unterschiedlicher Größe lösbar sein.
Das Polstück 24 weist einen rechts liegenden ausgesparten Abschnitt 24 a auf, der senkrechte Seitenwände 24 a -1 und 24 a -2 und eine verjüngte Stirnwand 24 a -3 hat. Die Ultraschallwandlereinrichtung 34 weist zwei konzentrisch angeordnete Spulen 34 a, 34 b auf, die in einem flachen Kunststoffgehäuse 34 c angeordnet sind. Das Gehäuse 34 c ist von einem kegelstumpfförmigen Endbauteil 36 aus Metall umgeben, welches mit Rillen, die im Umfangsabstand von 15° angeordnet sind, versehen ist.
Es sei nunmehr auf die auseinandergezogene Darstellung in Fig. 6 Bezug genommen. Die dort gezeigten Bauteile sind in den Fig. 4 und 5 zusammengebaut dargestellt. Ein Einstellblock 38 trägt Justierschrauben 38 a -1 und 38 a -2 zur Einstellung der Lage des Schutzträgers 48 und weist eine Bohrung 38 b auf, die mit einer Gewindebohrung 40 im Polstück in eine fluchtende Lage bringbar ist. Ein Füllstück 42 sitzt hinter dem Endbauteil 36 und liegt gegen den Block 38 an und weist Bohrungen 42 a und 42 b auf, die mit Gewindebohrungen 44 und 46 im Polstück in eine fluchtende Lage bringbar sind.
Der Schutzträger 48 weist Bohrungen 48 a und 48 b auf, die mit den Bohrungen 42 a und 42 b des Füllstückes 42 fluchten können und hat einen ausgesparten Abschnitt 48 c, der einen Seitenschutz 50 aufnimmt, welcher nicht dargestellte Bohrungen im Schenkel 50 a hat, die mit Gewindebohrungen 48 c und 48 d des Trägers 48 fluchten können. Der Endschutz 52, der zweckmäßigerweise aus einem Karbid besteht, weist Bohrungen 52 a und 52 b auf, die mit Gewindebohrungen 48 e und 48 f des Trägers 48 fluchten können. Mittels Schrauben sind die Bauteile, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, zusammengebaut, in denen auch die auf der anderen Seite liegenden Bauteile 38&min;, 42&min;, 48&min;, 50&min; und 52&min; dargestellt sind.
Zusammengebaut berühren im Betrieb die Endschutzteile 52 und 52&min; einen Prüfgegenstand 54 (Fig. 7) und halten die Ultraschallwandlereinrichtung 34 von diesem in Abstand D und dies ist der Übertragungsluftspalt, der zweckmäßigerweise etwa ein bis eineinhalb Millimeter breit ist. Zusammen mit den Seitenschutzteilen 50 und 50&min; wird somit die Ultraschallwandlereinrichtung gegen eine Beschädigung durch den Prüfgegenstand bei dessen Einführung in die Betriebsstellung geschützt.
Wie die Draufsicht in Fig. 7 zeigt, sind die oberen Magnete 14 und 15 und die nicht dargestellten Magnete 16 und 17 an der Kopfplatte 56 befestigt, die zweckmäßigerweise mittels einer Drehvorrichtung, wie in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 beschrieben, um den Durchgang P drehbar gelagert ist. Fig. 7 zeigt auch das andere zur Streuflußmessung dienende Polstück 20 a , die Magnetfeldsonde 57 und eine zweite Ultraschallwandlereinrichtung 58, die der in Fig. 4 gezeigten entspricht. Elektrische Anschlüsse erfolgen über Leiterpaare 60 und 62 zum Einspeisen einer H-F-Erregung in die Wandlerspule 34 a (Fig. 1) der Ultraschallwandlereinrichtung 34 und zur Verarbeitung der Ausgangssignale der Spule 34 b. Die eine Spule weist fünfzehn Windungen auf und die Aufnahmespule 34 b kann üblicherweise eine bis dreihundert Windungen haben. Die Erregungsspannung beträgt etwa 300 V und ist eine HF-Spannung und diese Parameter werden gemäß der Magnetfeldstärke und der Flußdichte am und im Prüfgegenstand und dessen Eigenschaften gewählt.

Claims

1. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Materialprüfung mittels elektrodynamisch erzeugter Ultraschallwellen und mittels magnetischer Streuflußmessung, mit einem Durchgang, in dem ein sich bewegender metallischer Prüfgegenstand anordenbar ist, mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetflusses mit Polstücken, die mit dieser Einrichtung verbunden sind und einen magnetischen Fluß in den Prüfgegenstand einkoppeln, mit einer elektrodynamischen Ultraschallwandlereinrichtung, die an den dem Prüfgegenstand zugewandten Ende der Polstücke angeordnet ist und mit Magnetfeldsonden zur Streuflußmessung, die entlang des Umfangs des Prüfgegenstands angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Streuflußmessung weitere den Magnetfeldsonden (57) räumlich zugeordnete und mit diesen zusammenwirkende Polstücke (20, 20 a, 116) vorgesehen sind, welche zur Magnetflußkopplung in den Prüfgegenstand mit der Einrichtung (12; 14 bis 17) zur Erzeugung eines Magnetflusses verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldsonden (57) im Abstand vom weiteren Polstück (20, 20 a, 116) zur Streuflußmessung und nahe des Prüfgegenstands angeordnet sind, und daß die Ultraschallwandlereinrichtung (34) nahe des mit der Einrichtung (12) zur Erzeugung eines Magnetflusses verbundenen Polstückes (24) und nahe des Prüfgegenstands angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Ultraschallwandlereinrichtung zugeordneten Polstücke (116) und die weiteren Polstücke (154) bezüglich des Durchgangs für den sich bewegenden metallischen Prüfgegenstand paarweise ineinander angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke (20, 24) bezüglich des Durchgangs für den sich bewegenden metallischen Prüfgegenstand zueinander versetzt angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke von Polstückgruppen aus mehreren Polstückteilen gebildet werden.