DE3802575C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung
zur Magnetpulverprüfung nach den Oberbegriffen der An
sprüche 1 und 6.
Das Magnetpulververfahren dient zum Nachweis von vorwiegend
spaltartigen Materialtrennungen an der Oberfläche von ferro
magnetischen Werkstoffen. Beispielsweise können beim Gieß
prozeß Blasen, nichtmetallische Einschlüsse und Spannungs
risse entstehen. Letztere sind mit der Magnetpulverprüfung
gut nachweisbar. Bei der Herstellung von Halbzeugen, z. B.
durch Walzen, Ziehen oder Schmieden entstehen ferner Über
walzungen, Schmiedefehler und Risse. Weiter können bei der
Wärmebehandlung mechanische Spannungen entstehen, die zu
Rissen führen können.
Durch Anwendung des Magnetpulververfahrens können derartige
oberflächennahe Fehler, deren Größenordnung im Bereich von
1 µm und deren Tiefe in der Größenordnung von unter 10 µm
liegen können, festgestellt werden, soweit sie über der
Rauhigkeitsgrenze der Oberfläche des Materials liegen. Die
Nachweisbarkeit ist ferner von der verwendeten magnetischen
Feldstärke und der örtlichen Feldstärkeänderung abhängig.
Zur Anwendung des Magnetpulververfahrens muß das Werkstück auf
geeignete Weise magnetisiert werden. Das auf das Werkstück
aufgebrachte Magnetpulver orientiert sich dann an den in
das Werkstück eintretenden Feldlinien des Magnetfeldes. An
Fehlstellen des Werkstücks treten dabei Diskontinuitäten
des aufgebrachten Magnetpulvers auf, die erkennbar sind.
Die Magnetisierung des Werkstücks kann auf verschiedene
Weise vorgenommen werden. Für verschiedene Einsatzzwecke
sind verschiedene Magnetisierungsmethoden entwickelt worden.
Bei der sogenannten Joch-Magnetisierung gelangt der magne
tische Fluß über ferromagnetische Joche in das Werkstück.
Die Hauptfeldrichtung ist die Verbindungslinie der beiden
Pole des Joches. Wenn die Joche als Einspannvorrichtung aus
gebildet sind, wird das gesamte Werkstück magnetisiert. Es
können aber auch Handmagnete auf das Werkstück aufgesetzt
werden, die den Bereich zwischen den Polen magnetisieren.
Um eine ausreichend kräftige Magnetisierung zu erreichen,
ist eine gute magnetische Ankopplung an das Werkstück er
forderlich. Bei stark strukturierten Werkstücken ist dies
in vielen Fällen nicht möglich. Ferner erfordert dieses
Verfahren die Anpassung der Magnetpole an das Werkstück,
so daß der Einsatz dieses Verfahrens umständlich und be
grenzt ist.
Aus der DE-AS 15 73 451 ist eine Spulenvorrichtung für die
zerstörungsfreie Werkstoffprüfung unter Verwendung eines
Magnetfeldes bekannt, bei dem zur gleichzeitigen Längs-
und Querfehlerfeststellung eine Längsmagnetisierung des
Prüflings mit Hilfe einer im Mittelbereich überkreuzten
Spule erfolgt und die Quermagnetisierung als Ringmagneti
sierung unter Verwendung der Stromdurchflutung des Prüf
lings ausgeführt ist.
Bei der Stromdurchflutung wird ein Stromfluß im Werkstück
um zwei aufgesetzte Pole erzeugt. Der Nachteil dieses Ver
fahrens liegt in der elektrischen Ankopplung an das Werk
stück, die eine gute Kontaktgabe erfordert, was bei stark
strukturierten Werkstücken nicht ohne weiteres möglich ist.
Diese Erfindung ist nicht für lange Werkstücke geeignet.
Sie ist außerdem aufwendig und nicht für einen kontinuier
lichen Betrieb einsetzbar.
Eine ähnliche Einrichtung ist aus der DE 29 49 449 C2 bekannt.
Diese verwendet eine etwas geänderte Spulengestaltung, die
eine Querdurchführung eines Werkstückes durch die Einrichtung
gestattet. Eine Prüfung langer Werkstücke ist auch hiermit
nicht möglich.
Bei der Prüfung von Rohren ist es auch bekannt, eine Mittel
leitermagnetisierung zu verwenden, bei der ein Schenkel einer
Spule durch das Rohr geführt wird, während der andere Schen
kel der Spule außen an dem Rohr entlanggeführt wird.
Diese Magnetisierungsart erfordert das Hindurchziehen eines
Leiters durch das Rohr, das bei langen Rohren nicht mehr
möglich ist.
Bei einer Magnetisierung mit Hilfe von Spulen, bei denen das
Werkstück durch zwei benachbarte ringförmige Spulen hindurch
geführt wird, erfolgt nur eine Längsmagnetisierung. Diese Art
der Magnetisierung ist auf stabförmige Werkstücke beschränkt.
Die Anzeigeempfindlichkeit ist daher ferner eingeschränkt. Bei
dieser Spulenmagnetisierung sind Risse nur in einer einzigen
Richtung feststellbar.
Allen angegebenen Verfahren ist gemeinsam, daß sie bis auf
das Verfahren der Spulenmagnetisierung eine Kontaktgabe
mit dem Werkstück erfordern, so daß die Anwendbarkeit stark
von der Struktur des Werkstücks abhängt. Ferner besteht eine
starke Abhängigkeit der Anwendung des Verfahrens von der Größe
des Werkstücks. Bei der Spulenmagnetisierung oder der Mittel
leitermagnetisierung sind nur Fehler in einer Richtung fest
stellbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine verbesserte Einrichtung zur berührungslosen Magnetspul
verprüfung von ferromagnetischen Werkstücken anzugeben, durch
die eine einfache, flexible, genaue Ermittlung von Fehlstellen,
insbesondere Oberflächenrissen, eines Werkstücks in beliebigen
Richtungen im kontinuierlichen Durchlauf möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch die in Ansprüchen 1 und 6 angege
bene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß das ver
wendete Verfahren berührungs- und kontaktlos arbeitet. Da
durch ist die Abhängigkeit von der Form und Größe eines
Werkstücks beträchtlich verringert. Es können nahezu be
liebig geformte Teile geprüft werden. Die Erfindung eignet
sich insbesondere für die Prüfung von Endlosrohren.
Da das Werkstück bei der Prüfung insgesamt durchflutet
wird, ist die Durchflutung im wesentlichen lageunabhängig.
Das Werkstück kann daher ohne weiteres gedreht werden, ohne
daß die Durchflutung verringert wird. Die Erfindung ermöglicht
einen kontinuierlichen Durchlauf von Werkstücken, insbe
sondere Rohren, so daß sich die Prüfzeit beträchtlich ver
ringern kann.
Die Erfindung ist sowohl für ein Trocken- als auch ein Naß
verfahren verwendbar. Vorzugsweise wird die Erfindung im
Trockenverfahren angewendet. Das Aufbringen des Pulvers ist
von oben, von den Seiten oder von unten aus einem Behälter
möglich. Wenn das Magnetpulver von unten aus dem Behälter
zugeführt wird, kann das Magnetpulver selbst die Stärke des
Magnetflusses beeinflussen, da sich die Pulverteilchen
entlang der Feldlinien ausrichten und damit aufgrund ihrer
magnetischen Eigenschaften den magnetischen Widerstand im
Feldraum verringern. Bei Verwendung eines magnetischen
Wechselfeldes läßt sich der Skineffekt der Durchflutung
ausnutzen, so daß das magnetische Feld an der Oberfläche
des Werkstücks konzentriert werden kann.
Aufgrund der besonderen Form der bei der Erfindung verwen
deten Luftspule können sowohl Längsfehler als auch Querfeh
ler des Werkstückes in einem Durchlauf festgestellt werden.
Durch die Erfindung läßt sich die Nachweisbarkeit von Fehlern
verbessern. Durch die Beobachtung der Diskontinuitäten an Fehl
stellen im Bereich desn Ein- oder Austritts von Feldlinien
am Werkstück, ergibt sich auch eine schärfere Anzeige der
Diskontinuität.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß das
Werkstück bei kontinuierlichem Durchlauf des Werkstücks
durch die Einrichtung nach der Erfindung beim Verlassen
der Einrichtung selbsttätig entmagnetisiert wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungs
beispiels näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäß
verwendeten Einrichtung,
Fig. 2 eine Aufsicht auf eine Ausführungsform der
Erfindung,
Fig. 3 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der
Erfindung,
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Prüfbehälters,
Fig. 5 eine Darstellung zur Verdeutlichung des Meßver
fahrens bei der Anwendung an einem Rohr.
Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsge
mäß verwendeten Spule. Die dargestellte Spulenwindung be
steht aus zwei Längsleiterabschnitten 1 und 2, die paral
lel zueinander liegen und zwei Endleiterabschnitten 3 und
4, die gegenüber den Längsleiterabschnitten 1 und 2
U-förmig nach unten abgekröpft sind. Die Spule ist daher
in etwa sattelförmig aufgebaut.
Die Spule wird von einem Strom I durchflossen, der entwe
der Gleichstrom oder Wechselstrom sein kann. Dadurch bildet
sich um die Leiterabschnitte ein magnetisches Feld aus,
dessen Richtung in jedem Leiterabschnitt senkrecht zur
Leiterrichtung liegt. Die gewählte Anordnung der Spule
erzeugt daher ein Magnetfeld, das an den Enden der ge
streckten Spule senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes
zwischen den beiden Längsleitern liegt. Die Hindurchfüh
rung eines Werkstücks von einem Ende zum anderen Ende der
Spule bewirkt daher, daß das Werkstück in verschiedenen
Richtungen magnetisch durchflossen wird.
Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf eine Ausführungsform der
Erfindung, bei der die Endleiterabschnitte 3 und 4 aus
vier Windungsabschnitten 5-8 gebildet sind, die in Axial
richtung 9 nebeneinander und im gleichen Abstand zur
Achse 9 angeordnet sind.
Fig. 3 zeigt die Anordnung nach Fig. 2 von der Seite ge
sehen. Die an die Leiterabschnitte 5-8 anschließenden
Längsleiterabschnitte 10-13 liegen parallel unterein
ander und bilden die Längsleiter 1 und 2 gem. Fig. 1.
Es sind insgesamt 4 Windungen vorgesehen. Deren Zahl kann
jedoch auch größer oder kleiner gemacht werden, ja nach
Erfordernis und Aufwand, der für die Anwendung der Er
findung am günstigsten erscheint.
Fig. 4 zeigt eine prinzipielle Darstellung einer ausge
führten Anordnung der Erfindung. Die in den Fig. 1-3
dargestellte Luftspule ist dabei in die Wand eines Behäl
ters eingesetzt, der aus zwei Seitenwänden 14 und 15,
zwei Endwänden 16 und 17 und einer Bodenwand gebildet ist.
Die Leiterabschnitte 5-8 und 10-13 der Luftspule gem.
Fig. 1 und 3 liegen dabei in den Wandbereichen des Behäl
ters nach Fig. 4. Die Leiterabschnitte 10-13 befinden sich
in den Seitenwänden 14 und 17, während die Leiterabschnitte
5-8 in der Nähe der Endwände 16 und 17 die Leiterab
schnitte 10-13 U-förmig entlang des Umfangs des Behälters
nach Fig. 4 verbinden.
Die Endwände 16 und 17 dienen im wesentlichen dazu, das in
den Behälter eingefüllte Magnetpulver 20 zu halten. Durch die
Ausschnitte 18 und 19 können Werkstücke durch die erfindungs
gemäße Einrichtung hindurchgeführt werden, wobei sie am
Rand der Ausschnitte 18 und 19 oder durch andere geeignete
Abstreifeinrichtungen von dem in der Einrichtung aufge
brachten Magnetpulver gereinigt werden. Dieser Vorteil
ergibt sich insbesondere bei der Prüfung von außen glat
ten Rohren.
Wenn ein magnetisches Wechselfeld verwendet wird, schwächt
sich die magnetische Durchflutung eines rohrförmigen
Werkstücks nach Verlassen der erfindungsgemäßen Einrich
tung kontinuierlich im Wechsel ab, so daß eine selbsttätige
Entmagnetisierung des Werkstücks erfolgen kann.
Fig. 5 zeigt das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der verwendete Behälter ist im Querschnitt im wesentlichen
U-förmig ausgebildet. In den seitlichen Wänden sind Leiter
abschnitte 10-13 dargestellt, die bei aufgebrachtem Strom
fluß das dargestellte magnetische Feld zwischen den Leiter
abschnitten der auf beiden Seiten des Behälters in den Seiten
wänden angeordneten Leiter erzeugen. Es ist dargestellt, daß
die erzeugten Feldlinien sich annähernd vertikal vom Boden
des Behälters zum Werkstück erstrecken, das sich berührungs-
und kontaktlos zwischen den Behälterwänden befindet. Das Werk
stück taucht dabei zum Teil in das Magnetpulver 20 ein, das
sich im Behälter befindet. Das Magnetpulver 20 hat die
Eigenschaft, die magnetischen Feldlinien zum Werkstück
hin zu konzentrieren. Damit wird die Flußdichte im Werk
stück beträchtlich erhöht und damit die Anzeigeempfind
lichkeit erheblich verbessert.
Bei der Anordnung nach der Erfindung wird der gesamte
magnetische Fluß durch das Werkstück hindurchgeführt,
wobei dieser auch bei einer Drehung des Werkstücks voll
erhalten bleibt.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Anordnung, bei der sich
ein Rohr in der Einrichtung befindet, teilt sich der an
der Unterseite des Rohres eintretende magnetische Fluß
in die beiden Hälften des Rohres auf und tritt an der
Oberseite wieder als gemeinsamer Fluß aus dem Werkstück
aus. Wenn z. B. ein Riß an der Unterseite des Rohres vor
liegt, bildet sich dort eine Diskontinuität der anhaftenden
Magnetpulverteilchen aus, die bei Drehung des Rohres um 180°
zur Oberseite geführt wird. Infolge des dort aus- oder ein
tretenden Magnetflusses ist an dieser Stelle wieder eine
hohe Ansprechempfindlichkeit gegeben. Da die Spulenleiter
seitlich von dem Werkstück angeordnet sind, und an dieser
Stelle keine weiteren die Beobachtung behindernden Ein
richtungen vorhanden sind, kann die Oberfläche des Rohres
hier frei zugänglich beobachtet werden.
Vorzugsweise wird das Werkstück bei axialem Durchlauf
durch die erfindungsgemäße Einrichtung um die eigene
Achse gedreht, so daß jede Oberflächenstellle des Werk
stücks wenigstens einmal durch das Magnetpulver 20 hin
durchgeführt wird und an der Oberseite der Anordnung er
scheint. Auf diese Weise läßt sich ein kontinuierliches
Hindurchführen des Werkstücks durch die Einrichtung vor
nehmen, wobei eine kontinuierliche Prüfung der Oberflächen
eigenschaft des Werkstücks möglich ist.
Anstelle eines Trockenpulvers kann auch eine Suspension
verwendet werden, die von oben auf das Werkstück aufge
geben wird. Derartige Suspensionen enthalten einen etwa
1‰-Anteil von Magnetpulver und sind für die Magnet
pulverprüfung bekannt.
Das Magnetpulver kann im Prinzip von oben oder von unten
auf das Werkstück aufgebracht werden, wobei bei Verwen
dung eines Trockenverfahrens mit einer größeren Menge
eines in den Behälter eingefüllten Magnetpulvers keine
ständige Zufuhr von Magnetpulver erforderlich ist.
Die Verwendung von Trockenpulver weist auch noch den Vor
teil auf, daß die Höhe der Pulverablagerung ein Indiz
für die Fehlergröße darstellt.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht die Drehung des
Werkstücks im aktiven Magnetfeld, ohne daß sich der mag
netische Fluß ändert.
Aufgrund der Magnetfeldverteilung in der Anordnung können
im mittleren Bereich der Anordnung im wesentlichen Längs
fehler des Werkstücks festgestellt werden, während im
Endbereich durch das um 90° zum mittleren Bereich ge
drehte Magnetfeld im wesentlichen Querfehler des Werk
stücks feststellbar sind.
Bei kontinuierlichem Durchlauf des Werkstücks durch die
Anordnung sind daher in einem Durchgang alle Fehlerrich
tungen feststellbar.
Aufgrund der offenen Bauweise der Anordnung ist ein freier
Zugang zum Meßbereich, d. h. dem Bereich, in dem die Fest
stellung von Fehlern erfolgt, möglich. Anstelle einer vi
suellen Kontrolle können dort auch Bilderkennungs-Ein
richtungen eingesetzt werden, durch die ein automatisches
Erfassen des Fehlerbildes möglich ist. Damit läßt sich eine
automatische Protokollierung oder Steuerung des Fertigungs
prozesses durchführen.
Das Wandmaterial des Behälters, in das die Windungen der
Luftspule eingesetzt sind, ist vorzugsweise aus Kunststoff
gebildet, so daß ohne Verwendung ferromagnetischer Teile
ein ungehinderter Magnetfluß erzeugt werden kann, der al
lein durch das in die Einrichtung eingebrachte Werkstück
gerichtet wird.
Bezugszeichenliste
1 Längsleiter
2 Längsleiter
3 Endleiter
4 Endleiter
5-8 Windungsabschnitte
9 Achse
10-13 Windungsabschnitte
14 Seitenwand
15 Seitenwand
16 Endwand
17 Endwand
18 Ausschnitt
19 Ausschnitt
20 Magnetpulver
21 Werkstück
2 Längsleiter
3 Endleiter
4 Endleiter
5-8 Windungsabschnitte
9 Achse
10-13 Windungsabschnitte
14 Seitenwand
15 Seitenwand
16 Endwand
17 Endwand
18 Ausschnitt
19 Ausschnitt
20 Magnetpulver
21 Werkstück
Claims (10)
1. Verfahren zur Magnetpulverprüfung an ferromagnetischen
Werkstoffen, insbesondere zur Rißprüfung, bei dem ein
Werkstück (21) in das magnetische Feld einer Spule ge
bracht und Fehlstellen des Werkstücks durch Feststellung
der im Magnetfeld resultierenden Ausrichtung von auf das
Werkstück aufgebrachtem ferromagnetischen Pulver im Be
reich des Feldlinienaus- oder -eintritts ermittelt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück zur gleichzeiti
gen oder aufeinanderfolgenden Längs- und Querfehlerfest
stellung im kontinuierlichen Durchlauf berührungslos in
Achsialrichtung zweier Längsschenkel (1, 2) einer gestreck
ten Spule mit an ihren Schmalseiten abgekröpften Enden (3,
4) in Längsrichtung der Spule durch diese hindurchgeführt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Werkstück durch eine Spule hindurchgeführt wird, deren
abgekröpften Enden (3, 4) nach unten gerichtet sind, und
die Spule einen Teil eines schalenförmigen Behälters mit
wenigstens teilweisem wandförmigem Abschluß (16, 17) an
den Enden des Behälters bildet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
trockenes Magnetpulver (20) in den Behälter eingefüllt
wird, daß das Werkstück (21) unter teilweisem Eintauchen
in das Magnetpulver durch die Spule geführt wird, daß die
Feststellung von Fehlstellen des Werkstücks nach einer
Drehung des Werkstücks um wenigstens 180° in bezug auf
die Längsachse (9) des Behälters erfolgt und daß die Fehl
stellen im wesentlichen in einer Normalebene festgestellt
werden, die senkrecht auf einer die Längsseiten (1, 2)
der Spule schneidenden Ebene steht, und die sich parallel
zu den Längsseiten der Spule erstreckt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkstück in Längsrichtung der Spule unter konti
nuierlicher axialer Drehung durch den Behälter geführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Magnetpulver in einer Suspension auf die Oberseite
des Werkstücks gegeben wird.
6. Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch
1 mit einer sattelförmig gebogenen Luftspule mit an den
Schmalseiten U-förmig abgekröpften Enden, dadurch gekenn
zeichnet, daß die abgekröpften Enden der Spule nach unten
gerichtet sind, und daß die Längsleiter der Spule über
ihre gesamte Länge parallel zueinander geführt sind, wo
bei das Werkstück in Längsrichtung der Spule und durch
die abgekröpften Enden der Spule hindurchführbar ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Luftspule in den Wandbereich (14-17) eines schalen
förmig geformten Behälters eingesetzt ist, wobei die Längs
seiten (1, 2) der Spule in den seitlichen Wänden (14, 17)
des Behälters und die abgekröpften Schmalseiten (3, 4) der
Spule an den U-förmigen Endkanten (16, 17) des Behälters
angeordnet sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Endseiten (16, 17) des Behälters einen den Behälter
wenigstens teilweise abschließenden Wandbereich bilden.
9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Spule aus mehreren parallel zur Behälterkante verlau
fenden Windungen (5-8, 10-13) besteht.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Wandmaterial des Behälters aus
Kunststoff besteht.
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