DE4329501C1 - Kontaktelement sowie Verwendung des Kontaktelementes zur Magnetpulverprüfung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement aus einem flexiblen Geflecht sowie eine Verwendung des Kontaktelements zur Magnetpulverprüfung eines metallischen Maschinenteils.

In der DE 28 38 774 B2 ist eine Elektrode für die Magnetpulverprüfung von Werkstücken nach dem Prinzip der Selbstdurchflutung beschrieben. Bei der Magnetpulverprüfung wird der physikalische Effekt, daß ein magnetisches Feld durch einen Riß an der Oberfläche eines stromdurchflossenen Werkstückes aus dem Werkstück heraus gelenkt wird, zum Nachweis des Risses ausgenutzt. Dieses herausgelenkte Feld kann durch ein magnetisches Pulver sichtbar gemacht werden. Dadurch gelingt der Nachweis des Risses. Bei dem Prinzip der Selbstdurchflutung wird über zwei Elektroden, zwischen denen eine elektrische Spannung angelegt wird, ein elektrischer Strom durch das Werkstück geleitet. Das für die Magnetpulverprüfung notwendige Magnetfeld wird durch diesen elektrischen Strom erzeugt.

Die Magnetpulverprüfung findet häufig Verwendung bei metallischen Werkstücken aus einem Strukturwerkstoff wie beispielsweise Stahl oder Eisen. Unter einem Strukturwerkstoff ist im folgenden ein Werkstoff gemeint, der mit einem zumutbaren Aufwand zur industriellen Herstellung von Körpern, insbesondere von großflächigen Körpern geeignet ist.

Die in der DE 28 38 774 B2 beschriebene Elektrode zur Magnetpulverprüfung besteht aus einer Legierung aus Zink, Aluminium und ggf. Kupfer. Als Eigenschaften der Elektrode werden eine gute Leitfähigkeit, eine hinreichende Weichheit, ein geringes Oxidationsbestreben, ein moderater Verschleiß sowie eine genügend niedrige Schmelztemperatur, so daß durch Ausbildung einer Schmelzschicht ein guter Kontakt gewährleistet wird, beschrieben. Durch diese Eigenschaften soll bei einer Anwendung der Elektrode zur Magnetpulverprüfung, bei der während weniger Sekunden ein Strom von bis zu 1,5 kA durch das Werkstück geführt wird, eine Beschädigung des Werkstücks an der Kontaktstelle mit der Elektrode vermieden werden. Durch den hohen elektrischen Strom findet eine Aufheizung der Kontaktstelle statt, so daß sich dort beispielsweise im Falle einer Funkenbildung Brandstellen, Brandmarken oder Einbrandkerben bilden können. Dabei kann Material aus der Elektrode in das Werkstück diffundieren, wodurch eine Versprödung des Werkstückes sowie Rißbildungen in dem Werkstück auftreten können. Auch mit der in der DE 28 38 774 B2 beschriebenen Elektrode lassen sich solche Beschädigungen des Werkstückes an der Kontaktstelle zwischen Elektrode und Werkstück nicht ausschließen, so daß in der Regel nach Durchführung der Magnetpulverprüfung die Kontaktstelle nachbehandelt, insbesondere beschliffen werden müssen. Weiterhin sind in der DE 28 38 774 B2 Elektroden genannt, die aus einer mit einem Kupfergeflecht überzogenen Kontaktstelle bestehen. Auch eine solche Elektrode hat den Nachteil, daß unter anderem bei einer Funkenbildung an einer Kontaktstelle Brandstellen entstehen. Dies führt zu einer Beschädigung des Werkstücks, insbesondere bei hochwertigen Kesselbau- oder Feinkornstählen zu einer Versprödung und zu einer Rißbildung.

In der US-PS 5,043,662 ist eine Elektrode zur Herstellung eines gleichförmigen magnetischen Feldes in einem Testkörper beschrieben, wobei um einen Elektrodenkopf eine Abdeckplatte mit Bolzen befestigt ist. Zwischen der Abdeckplatte und dem Elektrodenkopf ist eine metallische Litze vorgesehen. Die DE- PS 731 584 beschreibt eine ortsbewegliche Elektrode für nach dem Magnetpulververfahren arbeitende Prüfvorrichtungen, welche in einem mit einem Prüferteil in Kontakt zu bringenden Bereich von einem metallischen Gewebe umschlossen ist. Das metallische Gewebe ist über einen Ring mit einer Schale der Elektrode verbunden. Der Artikel "Materialprüfung mit Magnetpulvern" von E. A. W. Müller, Archiv für technisches Messen, Lieferung 257, Juni 1957, Seiten R57 bis R61, behandelt Magnetisierungsverfahren und Magnetisierungsgeräte für die Magnetpulverprüfung. Insbesondere wird darin der Einsatz der Magnetpulverprüfung zur Rißermittlung an metallischen Bauteilen wie einer Wagenachse, einer Turbinenschaufel, einer Antriebsscheibe, einer Doppelexzenterpresse sowie einer Peltonrades beschrieben.

In dem Artikel "Magnetpulver-Rißprüfung im internationalen Vergleich" von V. Deutsch, H. Cost und W. Schugk, in "Materialprüfung", Jahrgang 26, 1984, Nr. 9, Seite 304 bis 310, ist eine auswechselbare Kontaktplatte aus einer 4 mm dicken Kupferlitze beschrieben. Da die Kupferlitze an sich keine ausreichende Steifigkeit besitzt, um ein ebenes Prüfteil gut zu kontaktieren, wird die gesamte Kupferlitze mit Zinn getränkt, wodurch die einzelnen Drähte der Kupferlitze fest miteinander verbunden werden. Die getränkte Kupferlitze wird in einen verzinnten Stahlrahmen eingebettet. Gegenüber einer etwa 1 mm dicken Kontaktplatte aus Kupfer bewirkt eine Kontaktplatte aus einer mit Zinn getränkten Kupferlitze eine Abschwächung des magnetischen Feldes von nur etwa 25%. Darüber hinaus ist durch Drehung und/oder Verschiebung der Kupferlitze ein Verschleiß an lokalen Kontaktpunkten über die gesamte Fläche der Kupferlitze verteilbar, so daß eine längere Einsatzdauer der Kupferlitze erreicht wird. Die plattenförmige, versteifte Kupferlitze eignet sich zur Kontaktierung eines ebenen Prüfteils. Für die Kontaktierung von gekrümmten Oberflächen oder von Vertiefungen ist sie allenfalls bedingt geeignet, da nur ein Bruchteil der Fläche der Kupferlitze an einer Kontaktstelle anliegt, wodurch bei der Magnetpulverprüfung der fließende elektrische Strom zu einer starken Erwärmung der Kontaktstelle führen kann und somit eine Diffusion von Material aus der Kupferlitze heraus in das Prüfteil hinein begünstigt wird. Darüber hinaus können an der Kontaktstelle, insbesondere aufgrund der geometrischen Verhältnisse, hohe elektrische Feldgradienten entstehen. Dadurch können Funkenüberschläge auftreten, die zu Einbränden an der Oberfläche des Prüfteils und somit zu einer Beschädigung desselben führen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kontaktelement für die Magnetpulverprüfung eines metallischen Prüfteils anzugeben, mit dem eine Beschädigung des Prüfteils an einer Kontaktstelle, an der bei der Magnetpulverprüfung ein elektrischer Strom in das Prüfteil hinein geleitet wird, vermeidbar ist.

Gemäß der Erfindung erfolgt die Lösung der Aufgabe durch ein Kontaktelement aus einem flexiblen Geflecht zur Magnetpulverprüfung eines metallischen Prüfteils, wobei das Geflecht Fasern aufweist und einander benachbarte Fasern gegeneinander verschieblich sind und jede Faser an ihrer Oberfläche einen Kontaktwerkstoff hat, der elektrisch leitend und im wesentlichen oxidationsbeständig ist sowie im wesentlichen keine Diffusionsfähigkeit für die Diffusion in einen metallischen Strukturwerkstoff hinein besitzt.

Ein solches Kontaktelement hat den Vorteil, daß es sich flexibel an die Form des Prüfteils anpaßt, wodurch ein guter elektrischer Kontakt herstellbar ist. Darüber hinaus kann ein elektrischer Überschlag zwischen dem Kontaktelement und dem Prüfteil vermieden werden, wodurch eine Beschädigung des Prüfteils, insbesondere eine Versprödung oder Rißbildung infolge einer Diffusioin von Material des Kontaktelements in das Prüfteil hinein, nahezu ausgeschlossen ist. Zudem ist ein Kontaktelement aus einem Geflecht leicht und auch in verschiedenen Größen sowie für die Magnetpulverprüfung an verschiedenen metallischen Strukturwerkstoffen herstellbar.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist jede Faser mit einem Kontaktwerkstoff überzogen. Eine Faser kann einfach und kostengünstig, auch als Massenprodukt, mit einem Kontaktwerkstoff, beispielsweise in einem Metallbad, überzogen werden. Das Material der Faser kann sowohl elektrisch leitend als auch elektrisch isolierend sein. Mit dem Überzug aus einem Kontaktwerkstoff behält die Faser ihre Flexibilität bei, und zwei benachbarte Fasern bleiben gegeneinander verschieblich, so daß das Geflecht als Ganzes flexibel ist. Gegebenenfalls kann eine Faser aus dem Kontaktwerkstoff bestehen.

Günstigerweise besteht jede Faser des Kontaktelements weitgehend aus Kupfer. Kupfer verfügt über eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit, wodurch auch ein hoher Strom über das Kontaktelement in ein Prüfteil leitbar ist. Mit einem Kontaktelement mit Fasern aus Kupfer kann ein elektrischer Überschlag zwischen dem Kontaktelement und dem Prüfteil weitgehend vermieden werden, wodurch ebenfalls eine Beschädigung des Prüfteils weitgehend vermieden ist. Zudem hat Kupfer eine hohe termische Leitfähigkeit. Dadurch ist die bei einem hohen elektrischen Strom entstehende Wärmeenergie leicht abführbar. Eine lokale Aufheizung an der Kontaktstelle wird dadurch vermindert.

Vorteilhafterweise ist der Kontaktwerkstoff Zinn. Zinn besitzt eine gute elektrische Leitfähigkeit sowie einen relativ niedrigen Schmelzpunkt, so daß zwischen dem Prüfteil und dem Kontaktelement ein guter elektrischer Kontakt sowie in guter mechanischer Kontakt herstellbar ist. Zudem diffundiert Zinn bei einer Magnetpulverprüfung, bei der während einer Prüfdauer ein hoher elektrischer Strom durch das Prüfteil fließt, beispielsweise von 1,5 kA während einer Prüfdauer von 30 s, im wesentlichen nicht in das Prüfteil hinein. Das Zinn neigt zudem allenfalls nur in geringem Maße zur Oxidation, so daß eine Verringerung der Leitfähigkeit aufgrund entstehender Oxidationsschichten weitgehend ausgeschlosen werden kann. Dadurch ist eine lokale Aufheizung, welche für ungewollte Diffusionsprozesse begünstigend ist, vermieden.

In einer weiteren Ausgestaltung umschließt das Kontaktelement zumindest teilweise einen Formkörper. Dadurch ist eine Formgebung des Kontaktelementes möglich, welche der Form des Prüfteils an einer Kontaktstelle angepaßt ist. Durch die Flexibilität und die Deformierbarkeit des Kontaktelementes ist eine große Kontaktfläche mit dem Prüfteil erreichbar. Der Formkörper kann sowohl elektrisch leitend als auch elektrisch isolierend sein.

Besonders vorteilhaft ist es, das Kontaktelement lösbar mit dem Formkörper zu verbinden. Dadurch ist ein Austausch eines gegebenfalls verbrauchten Kontaktelement leicht möglich. Ein Kontaktelement kann darüber hinaus für verschiedene Formkörper verwendet werden und umgekehrt können je nach Anwendungsfall für einen Formkörper verschiedene Kontaktelemente verwendet werden.

Vorteilhafterweise ist der Formkörper gut elektrisch leitend, so daß über ihn ein großer elektrischer Strom fließen kann, beispielsweise von einigen kA. Der Formkörper berührt das Kontaktelement an einer Vielzahl von Berührungsflächen, an denen der Strom gut und unter geringer Wärmeentwicklung in das Kontaktelement leitbar ist. Der Strom fließt somit über sehr kurze Wege durch das Kontaktelement hindurch, wodurch ebenfalls nur eine geringe Erwärmung des Kontaktelementes auftritt und eine moderate elektrische Leitfähigkeit des Kontaktelementes für eine beschädigungsfreie Magnetpulverprüfung ausreichend ist. Das Kontaktelement mit Formkörper und elektrischen Verbindungen ist somit eine flexible, elektrisch gut leitende Elektrode für die Magnetpulverprüfung.

In einer weiteren Ausgestaltung besteht der Formkörper aus Aluminium. Aluminium besitzt eine gute elektrische Leitfähigkeit und einen hohen Schmelzpunkt. Dadurch ist sowohl ein Verschleiß des Formkörpers gering als auch eine Diffusion von Material des Formkörpers in das Prüfteil hinein weitgehend vermieden. Die Möglichkeit einer Beschädigung des Prüfteils an einer Kontaktstelle ist somit weiter deutlich verringert.

Besonders vorteilhaft ist eine Verwendung des Kontaktelementes, insbesondere als Elektrode, zur Magnetpulverprüfung eines metallischen Maschinenteils, da durch das Kontaktelement eine Beschädigung des metallischen Maschinenteils während der Magnetpulverprüfung weitgehend vermieden ist. Zudem ist das Kontaktelement so flexibel, daß es an einer beliebigen Stelle des Maschinenteils angesetzt werden und über eine große Kontaktfläche ein für die Magnetpulverprüfung verwendeter elektrischer Strom in das Maschinenteil hineingeleitet werden kann.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das metallische Maschinenteil eine Maschinenwelle. Da Maschinenwellen häufig hohen mechanischen und/oder thermischen Belastungen ausgesetzt sind, ist eine Magnetpulverprüfung mittels des Kontaktelementes von besonderem Vorteil, da eine Magnetpulverprüfung einer Maschinenwelle schnell und einfach und ohne eine aufwendige Nachbehandlung durchführbar ist. Dadurch können Stillstandszeiten der Maschinenwelle reduziert werden und eine Beschädigung der Maschinenwelle weitgehend ausgeschlossen werden.

Von Vorteil ist eine Verwendung des Kontaktelementes zur Magnetpulverprüfung an einem Turbinen- oder Generatorteil. Eine Überprüfung der Materialbeständigkeit eines Turbinen- oder Generatorteils, insbesondere einr Turbinenschaufel oder Turbinenwelle, ist für die Betriebssicherheit der Turbine bzw. des Generators von hoher Bedeutung. Durch eine Magnetpulverprüfung mittels des Kontaktelementes wird eine Beschädigung des Turbinen- oder Generatorteils vermieden, wodurch die Betriebssicherheit durch die Magnetpulverprüfung unbeeinflußt bleibt.

Besonders eignet sich das Kontaktelement zur Verwendung in einer Bohrung, insbesondere einer Axialbohrung, des Maschinenteils, da das Kontaktelement flexibel an die Bohrung anpaßbar und für jede beliebige Bohrung ein passendes Kontaktelement einfach formbar ist.

Bei Bohrungen, insbesondere Axialbohrungen in dem Maschinenteil, wird das Kontaktelement an einer Oberfläche innerhalb der Bohrung mit dem Maschinenteil in Kontakt gebracht. Das Kontaktelement ist dabei den geometrischen Verhältnissen der Bohrung angepaßt, so daß der Strom über eine große Kontaktfläche in das Maschinenteil eingeführt wird. Eine Nachbehandlung an einer Kontaktstelle zwischen dem Maschinenteil und dem Kontaktelement ist somit überflüssig, da durch die obengenannten Eigenschaften des Kontaktelementes eine Diffusion von Material der Elektrode bzw. des Kontaktelementes in das Material des Maschinenteils weitgehend vermieden ist. Eine Rißbildung sowie eine Versprödung des Maschinenteils, insbesondere infolge einer Diffusion von Material des Kontaktelementes und/oder des Formkörpers in das Maschinenteil hinein, ist somit im wesentlichen ausgeschlossen.

Vorteilhaft ist eine Verwendung des Kontaktelementes zur Magnetpulverprüfung eines metallischen Maschinenteils, welches aus einem Stahl besteht.

Anhand der Zeichnung wird eine Ausführungsform eines Kontaktelementes erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Kontaktelement mit einem Formkörper und einem Prüfteil in einem Längsschnitt;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Faser;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt des Geflechtes des Kontaktelements.

In den Fig. 1 bis 3 sind schematisch nur die für die Erläuterung des Kontaktelementes wesentlichen Teile dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Kontaktelement 3, welches einen zylinderförmigen, elektrisch leitfähigen Formkörper 7 umschließt, der an seinem unteren Ende abgerundet ist. Das Kontaktelement 3 liegt an dem unteren Ende des Formkörpers 7 dicht an und ist in einem oberen Bereich des Formkörpers 7 mit einer ringförmigen, lösbaren Befestigung 6 verbunden. Zwischen dem unteren Bereich des Formkörpers 7 und einem Prüfteil 1, insbesondere einem Maschinenteil, liegen Faserstränge 10 des Kontaktelementes 3 sowohl mit dem Formkörper 7 als auch mit dem Prüfteil 1 in direktem Kontakt. Bei der Magnetpulverprüfung fließt durch hier nicht gezeigte Verbindungsleitungen ein elektrischer Strom in den Formkörper 7 ein. Der elektrische Strom fließt in das Kontaktelement 3 einerseits über die Befestigung 6 sowie andererseits an dem unteren Bereich des Formkörpers 7 ein. Da das Kontaktelement 3 zwischen dem Formkörper 7 und dem Prüfteil 1 an dem unteren Ende des Formkörpers 7 einen guten elektrischen Kontakt herstellt, gelangt der elektrische Strom in das Prüfteil 1 hinein. Er fließt über eine weitere, hier nicht gezeigte Elektrode weider aus dem Prüfteil 1 heraus. Durch die Flexibilität des Kontaktelementes 3 paßt sich dieses sowohl der Geometrie des Prüfteils 1 als auch der Geometrie des Formkörpers 7 gut an, so daß eine große Kontaktfläche zwischen Formkörper 7 und Prüfteil 1 hergestellt wird. Der Stromfluß findet somit über eine große Fläche hinweg statt, so daß lokale Aufheizungen sowie lokal stark ausgeprägte elektrische Feldgradienten weitgehend vermieden sind.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt einer Faser 9 dargestellt, die mit einem Kontaktwerkstoff 8 an ihrer Oberfläche 4 überzogen ist, so daß eine Kontaktierung des Prüfteils ausschließlich über den Kontaktwerkstoff 8 stattfindet. Der Kontaktwerkstoff 8 ist hierbei Zinn und der Werkstoff der Faser 9 ist Kupfer.

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt eines Geflechtes 5 des Kontaktelementes 3 dargestellt. Einzelne Fasern 9 sind hierbei zu Fasersträngen 10 zusammengefaßt, die untereinander verflochten sind. Das so entstandene Geflecht 5 ist flexibel, da die einzelnen Faserrn 9 gegeneinander verschieblich sind. Der Durchmesser eines Faserstranges 10 beträgt einige Millimeter; der Durchmesser einer einzelnen Faser 9 ist demgegenüber deutlich geringer. Die Fasern 9 eines Faserstranges 10 können ebenfalls untereinander verflochten sein.

Ein erfindungsgemäßes Kontaktelement aus einem flexiblen Geflecht zur Magnetpulverprüfung eines metallischen Prüfteils zeichnet sich dadurch aus, daß das Geflecht Fasern aufweist, die jeweils an ihrer Oberfläche einen Kontaktwerkstoff haben, der sowohl elektrisch leitend als auch im wesentlihcen oxidationsbeständig ist und im wesentlichen keine Diffusionsfähigkeit für die Diffusion in einen metallischen Strukturwerkstoff hinein besitzt. Durch die Eigenschaften des Kontaktwerkstoffs ist gewährleistet, daß während der Magnetpulverprüfung eine Beschädigung des Prüfteils an einer Kontaktstelle, insbesondere ein Einbrand sowie eine Rißbildung, weitgehend vermieden wird. Die Magnetpulverprüfung ist somit schnell und einfach, insbesondere ohne eine aufwendige Nachbehandlung des Prüfteils durchführbar.

Claims (13)

1. Kontaktelement (3) aus einem flexiblen Geflecht (5) zur Magnetpulverprüfung eines metallischen Prüfteils (1), wobei das Geflecht (5) Fasern (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß einander benachbarte Fasern (9) gegeneinander verschieblich sind und jede Faser (9) an ihrer Oberfläche (4) einen Kontaktwerkstoff (8) hat, der elektrisch leitend und im wesentlichen oxidationsbeständig ist sowie im wesentlichen keine Diffusionsfähigkeit für die Diffusion in einen metallischen Strukturwerkstoff hinein besitzt.

2. Kontaktelement (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Faser (9) mit einem Kontaktwerkstoff (8) überzogen ist.

3. Kontaktelement (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktwerkstoff (8) Zinn ist.

4. Kontaktelement (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Faser (9) aus Kupfer besteht.

5. Kontaktelement (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches einen Formkörper (7) zumindest teilweise umschließt.

6. Kontaktelement (3) nach Anspruch 5, welches mit dem Formkörper (7) lösbar verbunden ist.

7. Kontaktelement (3) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (7) gut elektrisch leitend ist.

8. Kontaktelement (3) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (7) aus Aluminium besteht.

9. Verwendung des Kontaktelementes (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Magnetpulverprüfung eines metallischen Maschinenteils (1).

10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Maschinenteil (1) eine Maschinenwelle ist.

11. Verwendung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Maschinenteil (1) ein Turbinen- oder Generatorteil ist.

12. Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 in einer Bohrung insbesondere einer Axialbohrung des Maschinenteils (1).

13. Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Maschinenteil (1) aus Stahl besteht.