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BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die zerstörungefreie Werkstoffprüfung
und betrifft insbesondere Defektoskope zur Prüfung von langgestreckten ferromagnetischen
Werkstücken und Schaltungsanordnungen zur Auswertung der Ausgangssignale solcher
Defektoskope.
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Besondere Vorteile bringt der Einsatz der vorliegenden Erfindung
in der metallurgischen Industrie, zum Beispiel bei der Qualitätsprüfung von Rohres
im Fertigungsfliiß der Rohrwalzbetriebe.
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Solche Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung weisen heute einen
besonders hohen technischen Stand auf und sind auge mein gebräuchlich, wie z.B.
/ die Ultraschall-, ELagnet- und induktive Prüfung. Diese Prüfungsverfahren helfen
solche Fehler in Werkstoffen wie bonlonten, slsse, Lunker, Einschläge Einschlüsse
u.a./ zu können.
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erkermen/ Außerdem ermöglichen diese Verfahren die Überwachung der
Güte der Wärmebehandlung, Erkennung verschiedenartiger Abweichungen von der nötigen
chemischen Zusammensetzung sowie Lokalisierung der Zonen mit inhomogener Struktur.
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Bei der Wahl und Einführung des Verfahrens der zerstörungsfreien
Prüfung sind mehrere Faktoren von Bedeutung.
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So ist zur Qualitätskontrolle von Werkstücken während deren Herstellung
folgendes zu berücksichtigen: Eigenart der Arbeitsgänge, Bearbeitungsgüte der Oberflächen,
Metallgefüge, Lage und Ausdehnung der Fehlstellen u.ä.
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Bei der Herstellung von langgestreckten ferromagneti schen Erzeugnissen,
beispielsweise von warmgewalzten Rohren, ist die Duzch£5hrung einer dera@rtigen
Prüfung nur im Magnetverfahren
möglich, da nur dieses Verfahren
die Möglichkeit gibt, bei der entsprechenden Bewegungsgeschwindigkeit der Werkzeuge
sowohl die inneren als auch die äußeren Fehler gleichzeitig zu erkennen und registrieren
zu können..
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Die Wirkungsweise der Defektoskope, die im Msgnetverfahren arbeiten,
beruht auf der Ablesung des Feldstärkegradienten der Lagnetstreufelder, die durch
Fehlstellen bei Abtastung des magnetisierten Abschnitts des zu prüfenden Werkstllckes
mit dem Abtastkopf induziert werden.
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Es ist zum Beispiel ein Defektoskop zur Prüfung von langgestreckten
ferromagnetischen Werkstücken (UdSSR-Urheberschein 410305) bekannt. Das bekannte
Defektoskop enthält einen u-förmigen Dauermagneten. in den Polschuhen dieses Magneten
sind Öffnungen zum Durchlaufen der zu prüfenden Werkstücke ausgeführt. Das bekannte
Defektoskop enthält ferner einen Abtastkopf mit einem Konzentrator, der in Form
zweier Ringe mit trapezförmigem Querschnitt ausgeführt ist. Die Ringe sind mit ihren
kleineren Basen aufeinander zu gerichtet. Zwischen den Ringen ist mindestens ein
Hall-Geber angeordnet, dessen Ausgangssignal die Information über die erkannten
Fehler trägt. Der Abtastkopf des bekannten Defektoskops ist in der Mitte des Polabstands,
d.h. in der magnetisch neutralen Zone des MagnetSeldes, angeordnet.
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Die Signal stärke und -form am Ausgang des Abtastkopfes hängen von
der Beschaffenheit der Fehlstellen, deren Größe, Lage und Lagerungstiefe von der
Oberfläche sowie von der Bewegungsgeschwindigkeit der Werkstücke bezüglich der Magnetisiervorrichtung
und der Magnetieierungsart ab.
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Der Einfluß der Bewegungsgeschwindigkeit der Werkstücke
die
auf/Erkennbarkeit der Fehler resultiert aus den isesonderheiten deren Magnetisierung
im Magnetfeld des unbeweglichen u-förmigen Magneten.
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Es ist zu betonen, daß während der Bewegung nur die oberflächennahen
Schichten der Werkstücke gleichmäßig stark und gleichmaßig intensiv auf der ganzen
Länge des Polabstands magnetisiert werden.
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Es wurde festgestellt, daß die JGa;netisierung der inneren Schichten
nicht nur geringer ist, sondern auch eine zur Magnetisierung der oberflächennahen
Schichten umgekehrte Magnetisierungsrichtung aufweisen kann.
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Dieser komplizierte Verlauf des Magnetisierungsvorganges bei der
Bewegung der Werkstücke kann durch den Einfluß von Wirbel strömen und Hystereseeffekten
erklärt werden.
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Dadurch wird die Empfindlichkeit des bekannten Defektoskops bei Erkennung
der inneren Defekte während der Bewegung der zu prüfenden Werkstücke vermindert
und die Bewegungsgeschwindigkeit der Werkstücke eingeschränkt.
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Außerdem wirkt sich auf die Empfindlichkeit des bekannten Defektoskops
und somit auf die Genauigkeit der Fehlererkennung das Vorhandensein von ferromagnetischem
Staub und Zunder, die in der Regel bei der Fertigung entstehen, negativ aus.
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Diese Teilchen bewirken die Neuverteilung des im Bereich der Fehlerstelle
induzicrten Magnetfeldes, wodurch die Genauigkeit and Stabilität der Fehlererkennung
vermindert werden.
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Die Schaltungsanordnung zur Auswertung der Ausgangssignale des Hall-Gebers
enthält beim-bekannten Defektoskop
gewöhnlich einen Verstärker zur
Verstärkung des genannten Ausgangssignals und ein an den Verstärker angeschlossenes
Registriergerät, das ein Sohnellschrsiber ist Bekanntlich'setzt sich die Spannung
am Ausgang des Hall-Gebers aus zwei Spannungskomponenten zusammen: einer Komponente,
die durch den vom Fehler gebildeten Streudipol hervorgerufen ist (Nutzsignal), und
einer anderen Komponente, die durch das Durchlaufen des Kraftlinienstreuflußes von
der Magnetisiervorrichtung durch den Hall-Geber außerhalb des Querschnitts des zu
prüfenden Objektes hervorgerufen ist (Störsignal, Anfangsspannung), wobei das Störsignalhinsichtlic
seiner /Größenordnung mit dem polaren Signal vergleichbar ist.
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Bei der Prüfung von langgestreckten Werkstücken, beispielsweise von
Seilen, wird die Anfangsspamiung durch die gleichbleibende Kompensationsspannung
(Bezugsspaanung) kompensiert, da die Charakteristik des Streufeldes bei der Bewegung
eines solchen Werkstückes im wesentlichen unveränderlich bleibt. Dabei kommt das
Signal vom Abtastkopf unmittel bar am Verstärkereingang an.
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Die Kurve der Anfangsspannung bei der Prüfung von nicht gestreckten
Werkstücken hat aber eine komplizierte Form, dabei ändert sich der Verlauf der Amplitudenkurve.der
Signale am Ausgang des Abtastkopfes nicht gleichmaßig. Sie sinkt beim Durchl.nuSen
des Anfangs und des Rundes des zu prüfenden Werkstückes. Die Spannung ändert sich
dabei dynamisch, was die Spannungskompensation verhindert.
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Die bekannte Schaltungsanordnung sieht aber keine Unterdrückung der
dynamischen Signalkomponente vor, so daß die Störunempfind@ichkeit der Schaltungsanordnung
gering ist,
was seinerseits zur erheblichen Vergrößerung der Länge
des nichtkontrollierbaren Rohrabsohnltts führt, Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, ein Defektoskop zur Prüfung von langgestreckten ferromagnetischen Werkstücken
sowie eine Sohaltungsanordnung zur Auswertung des Ausgangssignals des Defektoskops
zu entwickeln, bei weichen durch Unterdruckung der Störeinflüsse eine hohe Genauigkeit
der Fehlererkennung gewahr leistet wird.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Defektoskop
zur Prüfung von langgestreckten ferromagnetischen Werkstücken, das eine U-förmige
Magnetisiervorrichtung, deren Polschuhe Öffnungen zum Durchlaufen der zu prüfenden
Werkstücke aufweisen, einen Abtastkopf mit einem Konzentrator, der in Form zweier
trapezförmiger Ringe ausgeführt ist, die mit ihren kleineren Basen aufeinander zu
gerichtet sind, sowie mindestens einen zwischen den Ringen angeordneten Hall-Geber
enthält, dessen Ausgangssignal die Information über den erkannten Fehler trägt,
der Abtastkopf erfindungsgemäB in einem aus nichtmagnetischem Stoff hergestellten
abgedichteten Gehäuse derart angeordnet ist, daß er bezüglich der magnetisch neutralen
Zone in zur Laufrichtung des zu prüfenden Werkstückes entgegengesetzter Richtung
versetzt ist.
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Durch den Einsatz des aus nichtmagnetischem Stoff hergestellten Gehäuses
läßt sich die Einwirkung der NeuverteS-lung der Magnetfelder an Fehlstellen vermeiden,
die durch das Vorhandensein von ferromagnetischem Staub und Zunder verursacht wird.
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Durch die genannte Anordnung des Abtastkopfes lassen
sich
die inneren Fehler mit einer hohen Genauigkeit erkennen, da hier der Pegel der Längskomponente
des Induktionsvektors am höchsten: ist. Außerdem hat hier der Induktionsvektor der
Innenschichten dieselbe Richtung wie der Induktionsvektor der oberflächennahen Schichten.
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Die gestellte Aufgabe wird ferner dadurch gelöst, daß die Schaltungsanordnung
zur Auswertung des Ausgangssignals des erfindungsgemäßen Gebers, welche einen an
ein Registrier gerät angeschlossenen Verstärker enthält, erfindungsgemäß aine Kondensatorkette,
deren Eingang an den Ausgang des Hall--Gebers und deren Ausgang an den Eingang des
Verstärkers angeschlossen ist, sowie einen einstellbaren Spannungsteiler aufweist,
der in den Spei9estromkreis des Verstärkers geschaltet ist, dessen invertierender
Eingang an den Ausgang des genannten Teilers angeschlossen ist.
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Durch diese Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
wird die zweifache Filterung des vom Ausgang des Hall-Gebers ankommenden Signals
ermöglicht, wodurch die Störunempfindlichkeit der ,Schaltungsanordnung und somit
die Genauigkeit der Fehlererkennung erhöht werden. Erstens wird aus dem Signal mit
Hilfe der Kondensatorkette die Stör--Glelchkomponente ausgefiltert. Zweitens wird
durch den Einsatz des einstellbaren Spannungsteilers der Pegel der dynamischen Komponente
des ankommenden Signals herabgesetzt, was die Verkleinerung der Länge des nichtkontrollierbaren
Abschnitts des langgestreckten ferromagnetischen Werkstückes ermöglicht.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es
zeigen: Fig. 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Defektoskop
und Fig. 2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Auswertung des Ausgangssignals
des Defektoskops.
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Das Defektoskop (Fig .1) zur Prüfung von langgestreckten ferromagnetischen
Werkstücken enthält eine Magnetisiervorrichtung, wobei der Elektromagnet einen U-förmigen
Magnetkörper 1 aufweist. Der Magnetkörper 1 weist Polschuhe 2 auf die mit Offnungen
37zum Durchlaufen des zu prüfenden Werkstückes 4, beispielEweise eines Rohres, dienen.
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Durch diese Ausführung der Magnetisiervorrichtung wird die Länsmagnetis1erung
des zu prüfenden Abschnitts des Werkstückes gesichert.
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Die Pol schuhe 2 können abnehmbar ausgeführt sein, wie es in Fig.
1 gezeigt ist. Dadurch wird die Prüfung von Werkstücken unterschiedlichen Typengrößen
ermöglicht.
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Die Änderung des Ma6netisierungsfeldes wird durch einen Magnetisierungsstrom-Regler
5 ausgeführt, der einen Transformator 6 mit einstellbßrer Ausgangsspannung und einen
Gleichrichter 7 enthält, der in den Stromkreis der Sekundarwicklung des Transformators
6 geschaltet ist.
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Somit wird dank dieser Ausführung der Magnetisiervorrichtung ein
starkes regelbares Ixagnetfeld erzeugt, wodurch mehrere Erzeugnise unterschiedlicher
Typengrößen geprüft werden können.
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Das erfindungsgemäße Defekt8skop enthält ferner einen Abtastkopf
8, der zur Fehlstellensuche im Werkstück 4 dient.
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Der Abtastkopf 8 enthält einen Konzentrator, der in Form
zweierRinge
9 und 10 mit trapezförmigem Querschnitt ausgeführt ist, die mit ihren kleineren
Basen aufeinander zu gerichtet sind. Außerdem enthält der Abtastkopf 8 mindestens
einen Hall-Geber 11, der zwischen den genannten Ringen 9 und 10 angeordnet ist.
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Mittels des Konzentrators werden die Wiagnetkraftlinien der von den
Streudipolen an Fehlstellen erzeugten W;agnetflüsse konzentriert und diese Flüsse
auf den Geber 11 gerichtet.
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Zur Erhöhung der Defektoskopempfindlichkeit sind die spitzen Winkel
der Ringe 9 und 10 (außer den inneren Kanten) abgerundet. Dadurch wird der Nebenschluß
des durch die Fehler außerhalb des Gebers 11 erzeugten Feldes verhindert.
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Zur Senkung des Magnetwiderstands am Aufstellungsort des Gebers 11
sind in die Paige 9 und io KnacJaen ;$eingepreBt. Gleichzeitig wird eine Vergrößerung
des spaltes zwischen den Ringen 9 und 10 ermöglicht, wodurch der Nebenschluß des
durch die Fehler außerhalb des Gebers 11 erzeugten Feldes ebenfalls verhindert wird.
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Der Abtastkopf 8 ist erfindungsgemäß in einem aus nichtmagnetischem
Stoff hergestellten abgedichteten Gehäuse 13 angeordnet. Nach einer der möglichen
Ausführungen enthält das Gehäuse 13 eine Hülse 14, die an einem der Stirnenden einen
abgedichteten Deckel 15 aufweist.
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Der Abtastkopf 8 ist derart angeordnet, daß er bezüglich der magnetisch
neutralen Zone des Magnetfeldes in zur Laufrichtung des zu prüfenden Werkstückes
4 entgegengesetzter Richtung versetzt ist. Dabei ist das andere Stirnende der Hülse
14 am Poleohuh 2 befestigt.
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Pie Größe der Hall-EMS am Angang des Gebers 11 hangt vom Verhältnis
der Spiele zwischen den Ringen 9 und 10 am Aufstellungsort des Gebers 11 sowie von
hier vorhandenen Zwischenraum und vom Winkel der Abschrägung der inneren Kanten
der Ringe 9 und 10 ab. Durch Vorhandensein beliebiger Einschlüsse in Form von ferromagnetischem
Staub oder Zunder werden die Ge-
nauigkeit und Stabilität der Fehlzerkennung erheblich vermindert. Der Einfluß dieser
Störfaktoren wird durch das abgedichtete Gehäuse 13 ausgeschaltet. Durch die Versetzung
des Abtastkopfes 8 bezüglich der Jaagnetisch neutralen Zone des Magnetfeldes in
zur Laufrichtung des Werkstückes 4 entgegengesetzter Richtung wird die gleichzeitige
Erkennung der inneren und der äußeren Fehler für unterschiedliche Bewegungsgeschwindigkeiten
des Werkstückes 4 gesichert, da hier der Pegel der Längskomponente des Induktionsvektors
am höchstens ist. Außerdem hat hier der Induktionsvektor der inneren Schichten dieselbe
Richtung wie der Induktionsvektor der oberflächennahen Schichten.
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Somit besitzt das erfindungsgemäße Defektoskop eine ho-~ bqzüglich
- -- - -ne Empfindlichkeit / der inneren und äußeren fehler bei groB-en Abstanden
der Innenfläche der Polschuhe 2 von der Oberfläche der zu prüfenden Werkstücke 4.
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In Fig. 2 ist eine ßchaltungsanordnung zur Auswertung der Ausgangssignale
des Hall-Gebers des erfindungsgemäßen Defektoskops dargestellt. Die erfindungsgemäße
Schaltungsanqrdnung enthält einen Verstärker 16 zur Verstärkung der vom Geber 11
ankommenden Signale.
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Naoh einer möglichen Ausführung stellt der Verstärker 16 einen Operationsverstärker
dar.
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Die Schaltungsanordnung weist erfindungsgemäß eine Kondensatorkette
17, die zwischen dem Ausgang des Gebers 11 und dem Verstärker 16 geschaltet ist,
sowie einen einstellbaren Spannungsteiler 18 auf, der in den SpeisestromEreis des
Verstärkers 16 geschaltet ist, dessen invertierender Eingang an den Ausgang des
Spannungsteilers 18 angeschlossen ist.
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Der Ausgang des Verstärkers 16 ist über einen Ausgangsimpulsformer
19 an ein Registriergerät 20 angeschlossen.
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Unter Betriebsbedingungen stellt das Registriergerät 20 in der Regel
einen Farbenschreiber dar. In diesem Fall soll der Ausgangsimpulsformer die Diskontinuität
der Fehlererkennung sicherstellen.
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Nach einer möglichen Ausführung enthält der Former zur Sicherung
des stabilen Betriebs des Geräts 20 einen Halbleiter-Spitzengleichrichter 21, der
die negative Halbwelle des Impulses abschneidet, und einen Relaisverstärker 22,
die in Reihe geschaltet sind.
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Bei der erfindungsgemäßenSchaltungsanordnung kann die Einstellung
des optimalen Verstärkungsfaktors des Verstärkers vorqenatrnen werden, 16 mittels
des Reglers 23 / der im Gegenkoppelkreis des Verstärker2 16 geschaltet ist. Dadurch
wird die Prüfung der Werkstücke unterschiedlicher Typengrößen ermöglicht. Nutzunqssiqnals
Zur Trennung des / von den Störungen, die hauptsächlich durch Auftreten der Wechselkomponente
der Anfangsspannung infolge der Neuverteilung des ?agnetisierun5sfeldes beim Durchlaufen
der Enden des zu prüfenden Werkstückes 4 durch die Polschuhe 2 des Elektromagneten
hervorgerufen werden, wird aus dem vom Ausgang des Gebers 11 ankommenden
Signal
mit Hilfe der Kondensatorkette 17 dessen Gleichkomponente ausgefiltert.
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Darnach wird der Pegel der durch Streufeldverzerrung beim Durohlaufe
zu es Rohranfangs durch die Polschuhe 2 des Elektromagneten hervorgerufenen dynamischen
Signalkomponente durch Kompression des Signals mit Hilfe des einstellbaren Spannungsteilers
18 herabgesetzt der mit den Widerständen 24,25,26,27 aufgebaut ist, wobei der Widerstand
25 ein variabler Widerstand ist und an den invertierenden Eingang des VerstärkerE
16 über den Widerstand 27 angeschlossen ist.
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Durch die zweifache Filtrierung des vom Ausgang des Hall-Gebers ankommenden
Signals wird die Störsicherheit der Schaltungsanordnung und somit die Genauigkeit
der Fehler erkennung erhöht.
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Demzufolge besitzen das erfindungsgemäße Defektoskop zur Prüfung
von langgestreckten ferromagnetischen Werkstücken und die Schaltungsanordnung zur
Auswertung der Ausgangssignale des Defektoskops eine hohe Genauigkeit der Fehlererkennung.
Sie weisen ein hohes Auflösungsvermögen auf, so daß die wichtigsten Fertigungsfehler
(Schichten, Längs- und Querkratzer, Risse, Lunker u.ä.) zuverlässig erkennbar sind.
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Bei der ununterbrochenen Rohrzuführung überschreitet der nichtkontrollierbare
Abschnitt des Rohres 100 mm nicht.
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Die Fertigung des Defektoskops ist unkompliziert, da hier keine drehbaren
Abtastvorrichtungen vorhanden sind.
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Außerdem ist der Metallaufwand für die Herstellung des Defektoskops
gering. Der Abstand der Innenflächen der Polschuhe von der Oberfläche der zu prüfenden
Werkstücke kann verhältnismäßig groß sein, ohne daß die Empfindlichkeit
des
Defektoskops bedeutend sinkt.
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Durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung läßt sich die Qualität
der hergestellten Werkstücke durch operative Beeinflussung des Fertigungsprozesses
erhöhen.