DE4126810A1

DE4126810A1 - Verfahren und anordnung zur bestimmung der remanenz eines aus einem ferromagnetischen werkstoff bestehenden bauteils fuer eine zerstoerungsfreie werkstoffpruefung

Info

Publication number: DE4126810A1
Application number: DE19914126810
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Ing Koppe; Konrad Dipl Phys Maul; Christian Dipl Phys Kuehne
Original assignee: VEAG Vereinigte Energiewerke AG
Current assignee: VEAG Vereinigte Energiewerke AG
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1993-04-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der Remanenz eines aus einem ferromagne tischen Werkstoff bestehenden Bauteils für eine zerstö rungsfreie Werkstoffprüfung.

Anlagen zur Messung der magnetischen Restfeldstärke für eine zerstörungsfreie Werkstoffprüfung weisen grundsätzlich eine Magnetisierungs- und eine Meßspule auf, wobei die Magnetisierungsspule mit einem Impulsstromgenerator sowie einer Steuereinheit und die Meßspule mit einer Meß- sowie einer Auswerteeinheit verbunden ist (DE-OS 38 43 100, DD-PS 2 43 409).

Da bisher nur eine relative magnetische Sättigung des Werk stoffs durch die Magnetisierungsspule erreicht wurde, waren die erzielten Meßwerte jeweils geräteabhängig, außerdem fanden unterschiedliche Werkstoffe, Oberflächenbeläge, Wand dicken, Bauteiltemperaturen und Vormagnetisierungen keine Berücksichtigung. Außerdem waren die bisher verwendeten Meßgeräte vorzugsweise für den stationären Einsatz aus gelegt.

Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung der Remanenz für eine mobile zerstörungsfreie Werkstoffprüfung zu entwickeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine magnetische Sättigung zu erreichen, wobei die erzielten Meßwerte un abhängig vom verwendeten Gerätesystem aber unter Berück sichtigung der äußeren Randbedingungen des Bauteils er zielbar sein sollen.

Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß das Bau teil mit einem durch eine gekühlte Magnetisierungsspule erzeugten Magnetfeld bis zur Sättigung magnetisiert sowie die Remanenz gemessen wird oder die Remanenz über eine Extrapolation der Folge von Festfeldstärkemeßwerten ober halb des linearen Bereichs der Magnetisierungskurve er mittelt wird, wobei der Betrag der Vormagnetisierung des Bauteils gemessen und entsprechend der Polarität der Vor magnetisierung des Bauteils addiert oder subtrahiert wird. Zur Realisierung weist der Prüfkopf mit der Magnetisierungs spule, Entmagnetisierungsspule und Meßspule eine Kühlein richtung auf. Die Meßspule ist mit der Auswerteeinheit, der Rechen- und Speichereinheit sowie der Anzeigeeinheit und das Steuergerät über die Umschalteinheit und den Impuls stromgenerator mit der Magnetisierungsspule bzw. der Ent magnetisierungsspule und ebenfalls mit der Auswerteeinheit verbunden.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläu tert.

Die Zeichnung zeigt das Blockschaltbild insbesondere für das mobile Prüfgerät.

Der Prüfkopf 1 mit der Magnetisierungsspule 2 und Ent magnetisierungsspule 3 weist die Kühleinrichtung 4, die Meßspule 5 und die Thermoelemente 6; 7 auf. Die Meßspule 5, das Thermoelement 7, das Wanddickenmeßgerät 8 und die Wirbelstromprüfeinrichtung 9 sind mit der Auswerteeinheit 10, der Rechen- und Speichereinheit 11 und der Anzeigeein heit 12 verbunden.

Das Thermoelement 6 schützt die Magnetisierungsspule 2 und Entmagnetisierungsspule 3 vor thermischer Überlastung und ist mit dem Steinergerät 13 verbunden. Das Steuer gerät 13 setzt über die Umschalteinheit 14 den Impuls stromgenerator 15, die Magnetisierungsspule 2 bzw. die Entmagnetisierungsspule 3 in Betrieb.

Die Wirkungsweise ist folgende:

Der Prüfkopf 1 wird auf das Beuteil 16 aus ferromagnetischem Werkstoff aufgesetzt. Schon vorhandenes Restfeld wird mit der Meßspule 5 registriert und mit der Entmagnetisierungs spule 3 beseitigt.

Über die Magnetisierungsspule 2 wird das Bauteil 16 impuls artig lokal bis zur magnetischen Sättigung gebracht. Nach Abschluß dieses Vorganges wird die Remanenz des Bauteils 16 mit der Meßspule 6 gemessen und der Rechen- und Speicher einheit 11 zugeführt und zusammen mit der Bauteiltemperatur, vom Thermoelement 7 gemessen, ein Werkstoffkennwert ermit telt.

Wird die magnetische Sättigung nicht erreicht, muß die Re manenz über Extrapolation ermittelt werden, wobei die Extra polation als Folge von Restfeldstärke-Meßwerten oberhalb des lineraren Bereiches der Magnetisierungskurve erfolgt. Der Betrag der Vormagnetisierung wird gemessen und ent sprechend der Polarität addiert oder subtrahiert. In diesem Fall wird zur Ermittlung des Werkstoffkennwertes zusätzlich die Wanddicke des Bauteils 16, gemessen mit Wanddickenmaß gerät 8, der Auswerteeinheit 10 zugeführt. In beiden Fällen werden der Auswerteeinheit 10 über die Wirbelstromprüfein richtung 9 eventuell vorhandene Ungänzen des betrachteten Volumens des Bauteils 16 signalisiert und für den Werkstoff kennwert herangezogen. Der so ermittelte Werkstoffkennwert charakterisiert zerstörungsfrei den Zustand des Bauteils. Zur Erzeugung unterschiedlicher Magnetisierungsfelder wird die Magnetisierungsspule stickstoff- oder wasserstoffgekühlt betrieben. Das Bauteil wird mit der Entmagnetisierungsspule definiert entmagnetisiert und somit die Koerzitivfeldstärke als eine weitere Werkstoffkenngröße ermittelt.

Bei der Magnetisierung und Entmagnetisierung werden einzelne Restfeldstärke-Meßwerte einschließlich der Remanenzen gemes sen, eine Hystereseschleife reproduziert und die sich er gebende Fläche als eine weitere Werkstoffkenngröße verwendet.

Die Kühlung der Magnetisierungsspule ist auch ohne weiteres durch eine supraleitende Magnetisierungsspule erreichbar. Zur Justierung der Magnetisierung- sowie Entmagnetisierungs spule ist die Meßwerteicheinrichtung innerhalb der Anordnung einzuordnen. Die Rechen- und Speichereinheit sind mit an sich bekannten werkstoffspezifischen Korrelationen, Grenz werten, Gradienten sowie Wanddicken- und temperaturunab hängigen Werten zu versehen, damit weitere magnetische Kenn größen ermittelbar sind.

Die Vorteile der Anordnung und des Verfahrens sind:

- mobiler Einsatz des Gerätesystems möglich,
- geräteunabhängige, zerstörungsfreie Ermittlung eines Werk stoffkennwertes,
- Werkstoffkennwert ist von der Geometrie des Bauteils un abhängig,
- Einsparung von aufwendigen zerstörenden Werkstoffprüfungen,
- Bestimmung weiterer magnetischer Kenngrößen, wie der Koerzitivfeldstärke sowie Form und Fläche der Hysterese schleife.

Claims

1. Verfahren zur Messung der Remanenz eines aus einem ferromagnetischen Werkstoff bestehenden Bauteils für eine zerstörungsfreie Werkstoffprüfung, wobei das Bauteil über eine Magnetisierungsspule magnetisiert und die Remanenz gemessen wird, gekennzeichnet dadurch, daß das Bauteil mit einem durch eine gekühlte Magnetisie rungsspule erzeugten Magnetfeld bis zur Sättigung magneti siert sowie die Remanenz gemessen wird oder die Remanenz über eine Extrapolation der Folge von Restfeldstärkemeß werten oberhalb des linearen Bereichs der Magnetisierungskurve ermittelt wird, wobei der Betrag der Vormagnetisie rung des Bauteils gemessen und entsprechend der Polarität der Vormagnetisierung des Bauteils addiert oder subtrahiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die unterschiedlichen Magnetisierungsfelder durch eine stick stoff- oder wasserstoffgekühlte Magnetisierungsspule er zeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das zu prüfende Volumen des Bauteils zerstörungsfrei auf Ungänzen, z. B. mittels Wirbelstrom, geprüft wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Bauteil mit Hilfe der Entmagnetisierungsspule de finiert entmagnetisiert und somit die Koerzitivfeldstärke als eine weitere Werkstoffkenngröße gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß bei der Magnetisierung und Entmagnetisierung einzelne Restfeldstärkemeßwerte (einschließlich der Remanenzen) zu sammen mit den Spulenfeldstärken gemessen, eine Hysterese schleife reproduziert und die sich ergebende Fläche als eine Werkstoffkenngröße verwendet wird.

6. Anordnung zur Messung der Remanenz eines aus einem ferromagnetischen Werkstoff bestehenden Bauteils für eine zerstörungsfreie Werkstoffprüfung, wobei eine Magnetisie rungsspule und eine Entmagnetisierungsspule mit einem Impulsstromgenerator sowie einer Umschalteinheit und Steuereinheit und eine Meßspule mit einer Auswerteeinheit, Rechen- und Speichereinheit sowie Anzeigeeinheit verbunden ist, gekennzeichnet dadurch, daß der Prüfkopf mit der Magne tisierungsspule. Entmagnetisierungsspule und Meßspule eine Kühleinrichtung aufweist, die Meßspule mit der Auswerte einheit, der Rechen- und Speichereinheit sowie der Anzeige einheit und das Steuergerät über die Umschalteinheit und den Impulsstromgenerator mit der Magnetisierungsspule bzw. der Entmagnetisierungsspule und ebenfalls mit der Auswerte einheit verbunden ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß mit der Auswerteeinheit ein Wanddickenmeßgerät gekoppelt ist.

8. Anordnung nach Anspruch 6 und 7, gekennzeichnet dadurch, daß im Prüfkopf ein Thermoelement zur Bestimmung der Ober flächentemperatur des Bauteils angeordnet und dieses mit der Auswerteeinheit gekoppelt ist.

9. Anordnung nach Anspruch 6 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß im Prüfkopf ein Thermoelement zur Bestimmung der Spu lentemperatur angeordnet und dieses mit dem Steuergerät ver bunden ist.

10. Anordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß die gekühlte Magnetisierungsspule eine supraleitende Magnetisierungsspule ist.

11. Anordnung nach Anspruch 6 bis 10, gekennzeichnet da durch, daß zur Justierung der Magnetisierungs- und der Ent magnetisierungs- sowie der Meßspule eine Meßwerteichein richtung angeordnet ist.

12. Anordnung nach Anspruch 6 bis 11, gekennzeichnet da durch, daß die Rechen- und Speichereinheit mit an sich bekannten werkstoffspezifischen Korrelationen, Grenzwerten, Gradienten und Wanddicken- sowie temperaturunabhängigen Werten versehen ist.