DE3927499A1 - Verfahren zur zerstoerungsfreien materialpruefung mit wirbelstrom und messverstaerker zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Material oder Werkstoffen mit Wirbelstrom, die ferromagnetische oder metallische Verunreinigungen und einen Meßverstärker zur Durchführung des Verfahrens.

Bei derartigen Verfahren soll eine zuverlässige Aussage über die Beschaffenheit einer größeren Anzahl von Prüflingen ge­ macht werden.

Es ist bekannt, daß bei metallischen Prüflingen Materialein­ schlüsse, Materialfehler wie Risse oder Löcher die Ausbildung von Wirbelströmen, hervorgerufen durch zeitlich sich ändernde Magnetfelder, stark beeinflussen. Im Gegensatz zum elektri­ schen Maschinenbau, wo im allgemeinen das Auftreten von Wir­ belströmen weitestgehend unterdrückt wird, ist gerade in der Prüf- und Meßtechnik das Auftreten der Wirbelströme im Prüfling ein wesentliches Aussagekriterium.

Gängig ist, den Prüfling durch das magnetische Wechselfeld zweier elektrischer Spulen zu führen, die auf einer Achse nahe beieinander liegen. Die Spulen sind an eine Wechselspannungs­ quelle einstellbarer Frequenz angeschlossen. Die Ausbildung von Wirbelströmen bzw. ihre Unterbindung in dem Teil des Prüf­ lings, der sich gerade in dem Magnetfeld befindet, drückt sich in der Induktivität der Spulen aus. Somit ist die Messung des Spannungsabfalls an einer Spule bzw. der Strom durch sie ein qualitativer Hinweis auf die Beschaffenheit des Prüflings an diesem Ort.

Eine weitergehende Aussage über die Struktur, wie Löcher, Risse oder Art der Fremdeinschlüsse, ist nur sehr schwer oder mit großer Unsicherheit möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verarbeitung und Darstellung von zwei sich bei einer Wirbel­ stromprüfung ändernden, elektrischen Größen zusammen mit einer sich nur ortsabhängig ändernden, elektrischen Größe, nämlich der Lage des Prüflings im Magnetfeld von Prüfspulen, so zu entwickeln, daß über Art, Lage und Struktur von Anomalien im Prüfling ohne zeitraubende, aufwendige Signalauswertung eine zuverlässige Aussage gemacht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Verfahrensschritte des Anspruchs 1 gelöst. Die Durchführung des Verfahrens erfordert einen Meßverstärker mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Die übrigen Unteransprüche geben vorteilhafte Meßverfahren wieder.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 schematischer Aufbau der Wirbelstromprüfeinrichtung,

Fig. 2 Wirbelstromprüfdiagramm zu einem vorbereiteten Prüf­ ling.

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau der Wirbelstromprüfein­ richtung mit dem erfindungsgemäßen Meßverstärker 1 zur Durch­ führung des Verfahrens. Die beiden elektrischen Spulen 2, 3 bilden, an die veränderlichen Eingangswiderstände 4, 5 ange­ schlossen, eine abgleichbare Brücke. Diese Brücke wird von ei­ ner Spannungsquelle 7 mit einstellbarer Amplitude und Fre­ quenz gespeist. Ist der Prüfling 8 mit einem fehlerfreien bzw. homogenen Bereich in den Magnetfeldern der erregten Spulen 2, 3, so wird der Abgleich über die Widerstände 4, 5 einge­ stellt, nämlich Brückenspannung gleich null.

In der konventionellen Meßbrücke 6 wird aus den abgegriffenen Spannungen je ein Signal gebildet, das zu den Amplituden des Spannungsabfalls, z. B. an der Spule 2 bzw. 3, proportional ist. Diese Signale 10, 11 werden in aufbereiteter Form dem Meßverstärker 1 zugeführt.

In dem Meßverstärker 1 steht ein Signal 12 aus einem Sägezahn­ generator 13 zur Verfügung, das in seiner Höhe der durch die Spulen gefahrenen Prüflingslänge proportional ist.

Im Mischer 14 des Meßverstärkers 1 wird in Addierern 15 die Summenspannung 16 aus dem Signal 10 und der Sägezahnspannung 12 gebildet. Beide Summensignale werden in aufbereiteter Form dem x/y-Schreiber zugeführt, je auf den x- bzw. y-Eingang, wo dann ein Diagramm der Wirbelstromprüfung in Abhängigkeit des Prüfortes gezeichnet wird.

Fig. 2 zeigt das Diagramm einer Wirbelstromprüfung, bei der das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wurde. Bei dem Prüf­ ling handelt es sich um ein Test-Rohr mit Durchmesser d = 7,6 mm, der lichten Weite w = 5 mm und der Rohrlänge l₀ = 1400 mm. Es handelt sich um das Testrohr T 186 A/B mit der Werkstoff-Nr.: 1.4970. Es ist ein Schnellbrüterhüllrohr mit künstlichen Fehl­ stellen.

Das Rohr ist hinsichtlich seiner Länge in zwei Bereiche unter­ teilt. Im ersten Bereich sind gezielt Fehler wie Bohrungen, Längs- und Querrisse angebracht. Diese Fehlerart ist in der darunterstehenden Tabelle mit F1 bis F9 charakterisiert. Im zweiten Bereich sind gezielt Substanzen im Rohrinneren unter­ gebracht, die unter F10 bis F17 beschrieben sind.

Das Diagramm der Wirbelstromprüfung an diesem vorbereiteten Rohr zeigt für die reinen Rohrverletzungen eine gleiche Schräglage für diese Fehler F1-F9, jedoch einen markanten Unterschied in der Auslenkung für die einzelnen Rohrverletzun­ gen, abhängig von Art und Größe.

Im weiteren Verlauf des Diagramms ist der Einfluß der ins Rohrinnere eingebrachten Fehlersubstanzen hinsichtlich Auslen­ kung und Schräglage der Auslenkung am Ort der jeweiligen Feh­ lersubstanzen sehr unterschiedlich. So hat das Volumen der ge­ zielt zugesetzten Fehlersubstanz einen maßgebenden Einfluß auf die Stärke der Auslenkung des zusammengesetzten Signalverlaufs am zugeordneten Ort, wohingegen die elektromagnetischen Eigen­ schaften der Fehlersubstanz sich auffällig in der Schräglage des zusammengesetzten Signalverlaufs am zugeordneten Ort nie­ derschlagen. Das zeigt sich z. B. deutlich an der Fehlerstelle F10 (Cu-Einfluß) und F12 (Fe-Einfluß) in Fig. 2. Eine Iden­ tifikation von eingeschlossenen Substanzen läßt sich so ohne weiteres durchführen.

In laufenden Versuchsserien werden die obigen Ergebnisse ein­ deutig bestätigt.

Den Meßverstärker in digitaler Technik auszuführen, ist eine Alternative zum vorgestellten Analogaufbau und letztlich eine kommerzielle Frage.

Grundsätzlich lassen sich mit einer geeigneten Meßsignalerfas­ sung mit dem Verfahren unter Verwendung des Meßverstärkers zweidimensionale vektorielle Meßprobleme in Abhängigkeit der Längenausdehnung nach Betrag und Richtung darstellen. Dabei kann das Verfahren sowohl für punktförmige Wirbelstromsonden als auch für jedwede zeit- bzw. ortsabhängige vektorielle Auf­ zeichnung von Meßwerten (z. B. Weg, Geschwindigkeit, Beschleu­ nigung etc.) eingesetzt werden, sofern die Meßwertaufnahme entsprechend modifiziert wird.

Bezugszeichenliste

1 Meßverstärker
2 elektrische Spule, Prüfspule
3 elektrische Spule, Prüfspule
4 veränderlicher Abgleichwiderstand
5 veränderlicher Abgleichwiderstand
6 Meßbrücke
7 Speisespannung, Spannungsquelle
8 Prüfling
9 Brückenspannung
10 U_x, Signal der Komponente x
11 U_y, Signal der Komponente y
12 Signal, Sägezahnspannung
13 Sägezahngenerator
14 Mischer
15 Addierer
16 Summenspannung
17 Summenspannung
18 x/y-Schreiber

Claims (4)

1. Verfahren zur zerstörungsfreien Materialprüfung mit Wirbel­ strom, wobei ein Prüfling durch zwei auf einer Achse lie­ gende, ringförmige Prüfspulen geführt wird, die an eine Wechselspannungsquelle einstellbarer Frequenz und Amplitude angeschlossen sind und Signale erzeugt werden, die propor­ tional zu den Amplituden und Phasenlagen der Spannungsab­ fälle an den Prüfspulen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zu diesen Signalen eine Spannung addiert wird, die propor­ tional zu der durch die Prüfspulen geführten Prüf­ lingslänge ist, diese so erzeugten Summensignale je auf den Eingang eines x/y-Schreibgerätes gegeben werden, auf dem dann das induktive Verhalten der beiden Prüfspulen zueinan­ der nach Betrag und Phase in Abhängigkeit des sich gerade im Spulenraum befindlichen Prüflingsbereichs mit seinen Fehlstellen dargestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Prüfspulen zueinander in Reihe geschaltet werden und zusammen mit Widerstandspotentiometern eine abstimmbare Meßbrücke gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Prüfspule an einem Prüflingsort fest gehalten wird und eine Prüfspule an einem Prüflingsort fest gehalten wird und der Prüfling durch die andere Prüfspule geführt wird.

4. Meßverstärker zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sich in dem Meßverstärker ein Sägezahngenerator befindet, dessen Sägezahnspannung proportional zu der schon durch die Prüfspulen geführten Prüflingslänge ist;
sich in dem Meßverstärker ein zweikanaliger Addierer befin­ det, der die zu den Amplituden der Spannungsabfälle an den Prüfspulen proportionalen Signale und die Sägezahnspannung jeweils summiert und dann die beiden vom Prüflingsort in den Prüfspulen abhängigen Signale für das x/y-Schreibgerät bildet.