DE3527972C2 - - Google Patents
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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- G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
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- G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Wirbelstrom-Prüfverfahren nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zum Prüfen von Rohren ist es beispielsweise aus der
Zeitschrift INTERNATIONAL ADVANCES IN NONDESTRUCTIVE
TESTING, Vol. 9 (1983), Seiten 248 bis 256 bekannt, Rohre
auf Oberflächenfehler zu untersuchen. Dazu werden um das
Rohr Spulen gelegt, deren Anschlüsse an eine Wechselspannungsquelle
angeschlossen sind, so daß in dem Rohr ein
vorzugsweise parallel zur Rohrachse gerichtetes Wechselfeld
erzeugt wird. In einer Empfängerspule, die in gleicher
Weise wie die das Feld erzeugende Spule um das Rohr
gewickelt ist, wird eine Spannung induziert, die von der
Beschaffenheit des Rohrstückes abhängt, das sich gerade
innerhalb der Spule befindet. Die induzierte Spannung hängt
zum einen davon ab, ob das Rohr magnetisch oder nicht
magnetisch ist, zum anderen davon, wie die Leitfähigkeit
des Rohrmaterials, die Wandstärke usw. ist. Risse im
Rohrmaterial oder Einschlüsse fremder Materialien verändern
das Magnetfeld und gegebenenfalls die von diesem Magnetfeld
erzeugten, im Rohr fließenden Wirbelströme und ändern daher
auch die in der gleichen Spule induzierte Spannung.
Verwendet man zwei axial zueinander versetzte Sender- und
Empfängerspulen, so lassen sich diese letzteren in einer
Brückenschaltung gegeneinander schalten und nur die durch
Fehler verursachten Unterschiede in den induzierten
Spannungen geben ein Signal ab.
Sind diese Spulen zylindrisch angeordnet, so lassen sich
vorwiegend nur Fehler bzw. Risse mit einer Komponente in
Richtung der Rohrachse erfassen, während Risse, die senk
recht zur Rohrachse verlaufen, den induzierten Wirbelstrom
kaum beeinflussen und daher auch kaum erkannt werden. Um
auch Querrisse erkennen zu können, ist es aus der genannten
Literatur weiterhin bekannt, die Sender- und Empfängerspu
len nicht senkrecht zur Rohrachse um das Rohr herumzuwickeln,
sondern in einem bestimmten Winkel dazu. Ordnet
man weiterhin zwei derartige Sender- und Empfängerspulen in
Achsrichtung des Rohres hintereinander an und verdreht sie
gegeneinander um ca. 90°, dann lassen sich an beliebigen
Stellen des Umfangs auch Risse senkrecht zur Rohrachse
durch die Prüfeinrichtung erfassen.
Aus der US-PS 28 77 406 ist eine Wirbelstrom-Prüfeinrichtung
bekannt, bei der die Windungen einer Senderspule so
geführt sind, daß sich ein den Prüfling senkrecht zu seiner
Mittelachse durchsetzendes alternierendes Magnetfeld
ergibt. Diese Prüfeinrichtung beinhaltet ferner eine
Empfängerspule, deren Signale verstärkt und angezeigt
werden. Weiterhin sind auch aus der US-PS 44 80 225, der
DE-OS 29 32 250, der DE-PS 30 50 497 und der FR-OS
25 38 116 Wirbelstrom-Prüfeinrichtungen bekannt, bei denen
ein alternierendes Magnetfeld erzeugt wird, das eine
Komponente senkrecht zur Mittelachse des Prüflings
aufweist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Wirbel
strom-Prüfeinrichtung anzugeben, die zusätzlich auch auf
Fehler im Bereich der Achse reagiert, so daß neben Rohren
auch Stäbe, Drähte oder Verbundwerkstoffe, wie Supraleiter,
geprüft werden können. Zusätzlich gestattet es die Einrichtung
nach der vorliegenden Erfindung, daß unterschiedliche
Fehlerarten voneinander unterschieden werden können, so daß
man zwischen tolerierbaren und nicht tolerierbaren Fehlern
unterscheiden kann.
Beispielsweise bei einem Supraleiter, der aus einem Matrix
material mit darin eingelagerten supraleitenden Filamenten
besteht, die nur in bestimmten Querschnittsbereichen vor
handen sind, kann man so bestimmen, ob sich ein Fehler in
dem Querschnittsbereich befindet, in dem die Filamente an
geordnet sind. So lassen sich kritische und unkritische
Fehler - wie z.B. Quetschungen eines Kupfermantels, Lack
einschlüsse oder dergleichen - unterscheiden.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Prüfeinrichtung
erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
Die Fig. 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung zwei
verschiedene Spulenformen, mit denen ein magnetisches
Wechselfeld senkrecht zur Achse eines Prüflings erzeugt
werden kann.
In Fig. 3 ist ein Prinzipschaltbild für die Empfänger- und
Senderspule dargestellt.
Die Fig. 4 und 5 zeigen in etwa die Ausbildung der Wirbelströme
bei unterschiedlichen Rissen und in Fig. 6 sind für
verschiedene Fehlerarten die gemessenen Signale für den
Fall dargestellt, daß zusätzlich zu der neuen Spulen
anordnung auch die bekannte Spulenanordnung mit den Prüf
ling zylinderförmig umgebenden Spulen vorgesehen ist.
Fig. 1 zeigt den Prüfling 1 mit seiner Mittelachse 2.
Als Prüfling 1 kann wahlweise ein Stab, ein Band, ein
Draht, ein Rohr oder irgend ein anderes langgestrecktes
Gebilde vorgesehen sein, das kontinuierlich durch die
Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gezogen und dabei geprüft
wird.
In Fig. 1 sind zwei im Winkel von 45° schräg zur Mittel
achse angeordnete sich kreuzende Spulensysteme 3 und 4
vorgesehen. Der Einfachheit halber ist jedes Spulensy
stem nur als einfache, in sich geschlossene Linie darge
stellt, wobei die Stromrichtung, wie sie beispielsweise
in einem bestimmten Augenblick vorliegt, durch Pfeile ge
kennzeichnet ist. Wie beim Bekannten besteht jedes Spulen
system aus einer Sender- und Empfängerspule mit entspre
chenden Zuleitungen. Die Windungen der Senderspule und
auch der Empfängerspule in den Spulensystemen 3 und 4
sind beispielsweise hintereinander geschaltet um sicher
zustellen, daß in beiden Spulensystemen der gleiche Strom
fließt und sich so ein Magnetfeld senkrecht zur Mittel
achse 2 des Prüflings 1 ausbildet.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung, wie ein Magnetfeld senkrecht
zur Mittelachse 2 des Prüflings 1 durch sattelförmig aus
gebildete Spulensysteme erzeugt werden kann. Um ein mög
lichst gleichmäßig den Prüfling 1 durchsetzendes Magnet
feld zu erzielen, sind Spulensysteme 5, 6, 7 und 8 vor
gesehen. Dabei umschließen die Spulensysteme 5 und 6 den
Umfang des Prüflings 1 um etwa nur ¼, während die Spu
lensysteme 7 und 8 fast den halben Umfang des Prüflings 1
abdecken.
Auch hier ergeben sich Ströme, die im wesentlichen pa
rallel zur Mittelachse 2 gerichtet sind und in einem be
stimmten Augenblick, beispielsweise im Vordergrund nach
rechts und im Hintergrund der Fig. 2 nach links fließen.
Auch hier besteht jedes Spulensystem sowohl aus einer
Sender- als auch Empfängerspule und die einzelnen Spu
lensysteme sind hintereinander geschaltet, so daß es sich,
elektrisch gesehen, um nur eine Sender- und nur eine
Empfänger-Spule handelt.
Die in den Spulensystemen 3 und 4 oder 5 bis 8 jeweils
enthaltene Senderspule 9 und Empfängerspule 10 sind im
Prinzipschaltbild in Fig. 3 dargestellt. Um einen Ver
gleichswert zu erzielen, ist an einer axial versetzten
Stelle des Prüflings eine weitere Anordnung mit Spulen
systemen entsprechend den Fig. 1 oder 2 vorgesehen.
Diese weitere Anordnung besitzt beispielsweise die Sender
spule 11 und die Empfängerspule 12. Die Senderspulen 9
und 11 sind über eine Abgleicheinheit 13, die aus einer
Brückenschaltung mit festen Widerständen 14 und 15 und
einstellbaren Widerständen 16 und 17 besteht, mit Aus
gleichsleitungen 18 und 19 eines Oszillators 20 verbunden.
Dieser liefert beispielsweise eine Wechselspannung mit
einer Frequenz von 100 kHz, die in den Senderspulen 9
und 11 einen entsprechenden Strom zur Folge hat. Die ein
stellbaren Widerstände 16 und 17 werden so justiert, daß
die Ströme in den Senderspulen 9 und 11 hinsichtlich
Amplitude und Phasenlage einander gleich sind. Die
Empfängerspulen 10 und 12 sind gegeneinander und in
Reihe geschaltet, so daß die in diesen Spulen induzier
ten Spannungen (U1 in der Empfängerspule 10 und Uref in
der Empfängerspule 12) einander entgegengerichtet sind.
Die Reihenschaltung der Empfängerspulen 10 und 12 ist an
die Eingangsleitungen 21 und 22 einer Analysatorschaltung
23 angeschlossen. Die Analysatorschaltung 23 ist so aufge
baut, daß an deren Ausgangsleitungen 24 und 25 der Wirkan
teil und an deren Ausgangsleitungen 26 und 27 der Blindan
teil des in den Eingangsleitungen 21 und 22 fließenden
Stromes, bezogen auf die zwischen den Eingangsleitungen
auftretende Spannung delta U, anliegt. Hierbei ist der
Wirkanteil mit delta Ur und der Blindanteil mit delta Ui
bezeichnet. Die Ausgangsleitungen 24 bis 27 sind an ein
Hochpaßfilter 28 geführt, das die hier interessierende ho
he Frequenz aussiebt. Die so gefilterten Signale gehen zur
Zwischenspeicherung der Signaldauer an einen Zwischen
speicher 29 und beeinflussen ein mehrkanaliges Schreib
gerät 30, das die Empfängersignale fortlaufend aufzeich
net.
Hochpaßfilter 28, Zwischenspeicher 29 und Schreibgerät 30
können außerdem Signale von weiteren Spulensystemen
empfangen, so daß auch eine Kombination mit dem bekannten
zylinderförmigen Spulensystem vorgenommen werden kann, um
Fehler in allen Richtungen sowohl am Umfang als auch im
Innern des Prüflings erfassen zu können.
Durch das von den Spulensystemen nach Fig. 1 oder 2
oder von ähnlichen Spulensystemen erzeugte Magnetfeld
senkrecht zur Mittelachse 2 bildet sich bei einem Fehler
in der Mittelachse ein Wirbelstromverlauf aus, wie er bei
spielsweise in Fig. 4 dargestellt ist. Nach einer Drehung
des Prüflings relativ zum Spulensystem um 90° - wie in Fig. 5
dargestellt - wird der Wirbelstromverlauf nur im
Innern beeinflußt, so daß gegenüber der Anordnung entspre
chend Fig. 4 ein schwächeres Signal auftritt.
Durch kombinierte Anwendung eines oder mehrerer im Winkel
gegeneinander versetzter erfindungsgemäßen Spulensysteme
mit senkrecht zur Mittelachse 2 ausgerichteten Magnet
feldern und gegebenenfalls bekannten Spulensystemen mit
Magnetfeldern parallel oder schräg zur Mittelachse lassen
sich so - abhängig von der Art des Prüflings - auch unter
schiedliche Fehler unterscheiden.
In Fig. 6 ist hierzu das vom Schreibgerät 30 aufgezeich
nete Signal für das erfindungsgemäße Spulensystem mit x2
(Wirkanteil) und y2 (Blindanteil) bezeichnet worden. Es
wurden hier Sattelspulen entsprechend Fig. 2 verwendet,
und durch die Senderspule ein Strom mit einer Frequenz von
100 kHz geschickt. Signale von zusätzlich um den Prüfling
angeordneten Zylinderspulen, die mit einer Frequenz von
10 kHz beaufschlagt wurden, sind entsprechend mit x1 und
y1 bezeichnet. Die senkrechten Linien in Fig. 6 stellen
jedoch jeweils die Nullinie der vom Schreibgerät 30 erfaß
ten Spannung dar. Die waagerechten Striche kennzeichnen
die aufgezeichnete Signalhöhe.
Bei einer Messung entsprechend Fig. 6a mit großem Signal
x2 und kleinem Signal y2 und keinem Signal x1 und y1 liegt
ein Fehler im Kern des Prüflings vor. Dies kann beispiels
weise eine Materialbeschädigung sein, eine Schweißstelle
oder ein nichtmagnetisches Fremdteil. Wenn sich die Schweiß
stelle nicht nur in der Mitte befindet, sondern auch radial
nach außen erstreckt, erhält man beispielsweise ein Signal
bild nach Fig. 6b. Hier mißt auch die Zylinderspule einen
relativ großen Wirkanteil, jedoch keinen Blindanteil der
Signalspannung.
Fig. 6c zeigt eine Signalverteilung, wie sie durch magne
tische Fremdteilchen in der Nähe der Oberfläche beobachtet
werden konnte, und Fig. 6d ein Meßergebnis, das durch ma
gnetische Fremdteilchen in Achsnähe verursacht wurde.
Um eine Zuordnung des Signalbildes zu bestimmten Fehler
arten vornehmen zu können, wird man bei jedem unterschied
lichen Signalbild den Prüfling untersuchen. Anschließend
kann aus dem Signalbild auf den Fehler geschlossen werden.
Claims (6)
1. Wirbelstrom-Prüfeinrichtung für Stäbe, Drähte oder Rohre
zum Erfassen von Materialfehlern mit mindestens einer ein
alternierendes Magnetfeld im Prüfling erzeugenden Senderspule
(9), deren Windungen so geführt sind, daß das Magnetfeld
den Prüfling senkrecht zu seiner Mittelachse (2)
durchsetzt, und mindestens einer von dem Magnetfeld beeinflußten
Empfängerspule (10) sowie einer Auswerteeinheit,
die die empfangenen Signale anzeigt bzw. aufzeichnet,
dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine weitere Prüfeinrichtung
mit mindestens einem Spulensystem aus Sender-
und Empfängerspule vorgesehen ist, dessen Magnetfeld im
wesentlichen parallel zur Mittelachse (2) gerichtet ist,
daß die Prüfeinrichtungen mit unterschiedlich gericheten
Magnetfeldern an Oszillatorspannungen mit unterschiedlichen
Frequenzen angeschlossen sind und daß die Signale der
Empfängerspulen in einer der Auswerteeinheit vorgeschalteten
Analysatorschaltung jeweils in einen Wirk- und einen
Blindanteil zerlegt werden.
2. Wirbelstrom-Prüfeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei sich kreuzende, im Winkel zur Mittelachse (2) angeordnete
Spulensysteme (3 und 4) mit je einer Senderspule und
einer Empfängerspule angeordnet sind.
3. Wirbelstrom-Prüfeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein sattelartig geformtes und den Umfang des
Prüflings (1) mindestens teilweise umgebendes Spulensystem
(5, 6 und/oder 7, 8) vorgesehen ist.
4. Wirbelstrom-Prüfeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Spulensystem (3 bis 8) sowohl eine Senderspule als
auch eine Empfängerspule enthält und
daß die Sender- und/oder Empfängerspulen aller ein Magnetfeld
erzeugenden Spulensysteme hintereinander geschaltet sind.
5. Wirbelstrom-Prüfeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß gegenüber dem Prüfling (1) achsial versetzt zwei gleichartige
Spulensysteme vorgesehen sind, deren Empfängerspulen
(10, 12) gegensinnig hintereinander geschaltet sind, so daß
sich die darin induzierten Spannungen (U1, Uref)
bei fehlerfreiem Prüfling gegenseitig aufheben, und
daß die an der Reihenschaltung abgreifbare Differenzspannung
und der darin fließende Strom in der Analysatorschaltung
(23) in einen Wirk- (Ur) und einen Blindanteil
(Ui) zerlegt und angezeigt bzw. aufgezeichnet werden.
6. Wirbelstrom-Prüfeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spulensysteme mehrerer Prüfeinrichtungen mit Magnetfeldern
senkrecht zur Mittelachse (2) axial versetzt angeordnet
und
daß die von diesen Prüfeinrichtungen erzeugten Magnetfelder
gegenüber der Mittelachse (2) des Prüflings (1) gegeneinander
verdreht ausgerichtet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853527972 DE3527972A1 (de) | 1985-08-03 | 1985-08-03 | Wirbelstrom-pruefverfahren fuer staebe, draehte oder rohre |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853527972 DE3527972A1 (de) | 1985-08-03 | 1985-08-03 | Wirbelstrom-pruefverfahren fuer staebe, draehte oder rohre |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3527972A1 DE3527972A1 (de) | 1987-02-12 |
DE3527972C2 true DE3527972C2 (de) | 1991-03-07 |
Family
ID=6277672
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19853527972 Granted DE3527972A1 (de) | 1985-08-03 | 1985-08-03 | Wirbelstrom-pruefverfahren fuer staebe, draehte oder rohre |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3527972A1 (de) |
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DE4328712A1 (de) * | 1993-08-26 | 1995-03-02 | Foerster Inst Dr Friedrich | Verfahren und Einrichtung zum Prüfen von langgestreckten Gegenständen ggf. mit von der Kreisform abweichendem Querschnitt |
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-
1985
- 1985-08-03 DE DE19853527972 patent/DE3527972A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3527972A1 (de) | 1987-02-12 |
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Legal Events
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