-
Vorrichtung zum Feststellen von Fehlstellen in Werkstücken, insbesondere
in Schweißnähten Gegenstand des Hauptpatents ist ein Verfahren und eine Vorrichtung.zum
Feststellen von Fehlstellen in Werkstücken,. insbesondere in Schweißnähten unter
Durchflutung des Werkstückes mit an der Prüfstelle parallelen Stromfäden, wobei
solche aus dem Werkstück austretenden magnetischen Kraftlinien zur Messung dienen,
die von .seitlich einer Fehlstelle ausweichenden Stromfäden erzeugt werden.
-
Gegenstand der Zusatzerfindung ist eine Vorrichtung, die es ermöglicht,
nicht nur störende Fremdfelder in bezug auf ihren Finfluß auf die Messung ganz auszuschalten,
sondern auch die Abmessungen des Fehlers und seine Größe mit in der Praxis ausreichender
Genauigkeit festzustellen.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung ist in den Fig. i bis 7 ihrem Prinzip
nach und in besonderen Ausführungsformen schematisch dargestellt.
-
In Fig. i ist in Grundriß (unten), Aufriß (Schnitt C-D) und Längsriß
(Schnitt A-B) der Strom- und Kraftlinienverlauf beispielsweise in einem geschweißten
Werkstück an einer Fehlstelle bei Durchflutung des Werkstückes mit parallelen Stromfäden
dargestellt. Man sieht, wie die Stromfäden um den Fehler herum bogenförmig ausweichen
und infolgedessen auf beiden Seiten des Fehlers in der Hauptstromrichtung entgegengesetzte
Stromrichtung haben. Auch senkrecht zur Hauptstromrichtung haben die ausbrechenden
Stromfäden von der Mitte des Fehlers aus betrachtet nach rechts und links hin entgegengesetzte
Richtung. In Schnitt C-D ist die mittlere Stromlinie als eine solche um den Fehler
F herum ausbrechende Linie dargestellt. Es ist zu ersehen, daß die von diesen ausbrechenden
Stromfäden erzeugten magnetischen Kraftlinien in Luft auf beiden Seiten, des Fehlers
entgegengesetzt verlaufen.
-
Ordnet man, wie in Fig. i angedeutet, zwei in Reihe geschaltete, mit
gemeinsamer zur Hauptstromrichtung der parallelen Stromfäden parallelen Achse, gleicher
Windungszahl und entgegengesetztem Wicklungssinn an sich bekannte Prüfspulen Si,
S2 an, so durchsetzen die von den an den. Fehlstellen ausbrechenden Strömen herrührenden
magnetischen Kraftlinien die beiden Spulen in entgegengesetzter Richtung. Verbindet
man
die beiden freien Enden der Spulen mit einem ballistischen Galvanometer;
so erhält man bei einer @ Änderung des das Werkstück durch-,.
| setzenden Stromes in; Bekannter Weise eino: |
| Ausschlag des Galvanometers. Ein solcA |
| ballistischer Galvanometerausschlag erf41 |
| nur, wenn sich die Spulen in der beschriebe-_; |
'nen Lage befinden. Irgendwelche äußeren magnetischen Felder, die von dem Fehler
herrühren, müssen beide Spulen gemeinsam durchsetzen. Sie können in den Spulen daher
keine Spannungen induzieren. ' Diese Anordnung stellt demnach eine an sich bekannte
Kompensation gegen magnetische Störungsfelder dar.
-
Bringt man dieses Spulenpaar über gesunde Teile des Werkstückes, so
können in ihm keine Spannungen induziert werden, auch dann nicht, wenn das Werkstück
eine 'rauhe oder buckelige Oberfläche hat (Schweißraupe). Man kann die Messung auch
so durchführen, daß man beispielsweise das Werkstück in bekannter Weise mit Wechselstrom
durchflutet.
-
Bewegt man ein solches Spulenpaar langsam so über einen langgestreckten
Fehler hinweg, daß die Spulenachsen ungefähr senkrecht zur Fehlerachse stehen, wie
in Fig.i angedeutet, und durchflutet das Werkstück mit parallelen Stromfäden so;
- däß diese Stromfäden ebenfalls senkrecht zur Fehlerachse stehen, also parallel
zur Spulenachse, so wird in der Nähe des Fehlerrandes eine Spannung angezeigt, die
nach der Mitte des Fehlers zu verschwindet und nach dem anderen Fehlerrande zu wieder-.
ansteigt: Das Galvanometer zeigt bei Stellung der Spulen über Mitte des Fehlers
keine Spannung, weil die ausbrechenden Stromfäden magnetische Felder hervorrufen,
die, von der Fehlermitte aus betrachtet, nach beiden Seiten entgegengesetzt verlaufen
und die Summe der magnetischen Flüsse in einer Spule daher gleich Null ist. Auch
poröse Stellen werden durch schwache Ausschläge angedeutet, # weil auch an ihnen
ein Ausbrechen-vonStromfäden eintritt. Ein solches Spulenpaax ermöglicht es also,
.die Randabmessungen des Fehlers und seine Größe zu bestimmen. .
-
Um in einem größeren Werkstück an der Prüfstelle parallele Stromfäden-zu
erzielen, erscheint es zweckmäßig, das Werkstück in bekannter Weise transformatorisch
zu durchfluten. In Fig_ z ist beispielsweise der Aufbau eines solchen Transformators
T angedeutet, der das,- Prüfspulenpaar S, S2 trägt. Der Transformatorkern ist in
bekannter Weise gegen das- Werkstück zu nicht eisengeschlossen, soweit das Werkstück
nicht selbst aus Eisen besteht. Untersucht man! Schweißnähte, so spart span die
Kerne für die Schweißraupe in bekannter Weise aus. In bekannter Weise trägt der
Transformator T die Primärwick-
| ä,uig 1, während die Sekundärwicklung dieses |
| 'T:ransformators vom Werkstück selbst gebil- |
| _i4it wird. Bewegt man diesen Transformator |
| über das Werkstück hinweg parallel zu den |
Ebenen der Prüfspulen, also beispielsweise so, daß die Nuten in den Kernen über
die Schweißraupe weggleiten, so werden in den Prüfspulen S1 S2 Spannungen induziert,
wenn span an Fehlstellen kommt.
-
Es kann zweckmäßig sein, das Prüfspulenpaar nicht mit einer gemeinsämen
-Achse auszuführen, sondern die Achsen des Prüfspulenpaares in eine Ebene zu bringen,
die senkrecht steht auf der Oberfläche des Werkstückes an der Prüfstelle und' parallel
zur Hauptstromrichtung der das! Werkstück durchflutenden parallelen Stromfäden.
Man erreicht damit, daß man die von den ausbrechenden Strömen herrührenden magnetischen
Felder besser umfassen kann, wenn man auch andererseits den Nachteil mit in Kauf
nehmen muß, daß äußere magnetische Felder ganz wenig stören können. Eine größere
Störung durch äußere magnetische Felder kann nicht stattfinden, weil die beiden
Spulen des Spulenpaares entgegengesetzten Wicklungssinn haben, so daß nur die Differenz
der Feldstärke eines solchen Störungsfeldes zur Wirkung kommen kann. In Fig. 3 ist
eine derartige Anordnung beispielsweise dargestellt. Hierbei ist das Spulenpaar
Si, S. wiedzr zwischen die Schenkel eines Transformators T eingesetzt und mit diesem
fest verbunden.
-
Man kann, wie beispielsweise in Fig. 3 angedeutet, die Kerne des Transformators
in der Nähe der Oberfläche_ des Werkstückes polschuhxrtig verbreitern, wodurch man
einerseits mehr Wickelraum für die Primärwicklung erreicht, andererseits die Streuung
des Transformators verringern kann.
-
Es kann als Nachteil empfunden werden, daß ein Prüfspulenpaar bei
langausgedehnten Fehlern nur an den Rändern Spannung anzeigt, während es über! der
Fehlermitte keine solche Spannung anzeigen kann. Man kann diesen Nachteil dadurch
beheben, daß, man zwei koaxiale, mit parallelen Achsen nebeneinanderliegende und
in Reihe geschaltete, an sich bekannte Spulenpaare anordnet. Dabei ist zu - bedenken,.
daß die ausweichenden Ströme an der Fehlermitte ihre Richtung ändern.
-
In Fig. 4 ist der Stromverlauf an einem sehr langgestreckten Fehler
angedeutet. Die Stromfäden, im Werkstück schließen sich um die Kerne des Transformators
T herum, d: h:, der Transformator verhält sieh. so, .als wenn
er
aus zwei unabhängigen Transformatoren mit gleichem Wicklungssinn bestehen würde.
Die Stromfäden müssen sich, wies man sieht, gar nicht um den Fehler herum schließen.
Daraus folgt, daß bei Fehlern, deren Ausdehnung quer zu den parallelen Stromfäden
der Hauptstromrichtung bedeutend größer ist als der Abstand der beiden Transformatorkerne
voneinander, die Änderung der Richtung der am Fehler ausbrechenden Ströme nicht
an der Fehlermitte, sondern genau in der Mitte der beiden Transformatorkerne erfolgt.
Die nach links ausweichenden Stromfäden induzieren im Spulenpaar S1 S2, das, wie
früher beschrieben, entgegengesetzt gewickelt und in Reihe geschaltet ist, eine
Spannung, während die nach rechts ausweichenden Stromfäden in dem ebenfalls entgegengesetzt
gewickelten und in Reihe geschalteten Spulenpaar Si S2 eine entgegengesetzt gerichtete
Spannung induzieren. Schaltet man die beiden Spulengruppen so in Reihe, daß der
Wicklungssinn der Spulen S, und Sl gleich und entgegengesetzt dem Wicklungssinn
der Spulen S2 und S2 ist, so wird in dieser Spulengruppe an jeder Stelle des Fehlers
eine Spannung induziert. Bewegt man das ganze Prüfgerät, Transformator mit Spulengruppe,
längs über den Fehler hinweg; gemäß Fig. q. also in seitlicher Richtung, so wird
an den Fehlerrändern nur die halbe Spannung induziert wie über den übrigen Teilen
des Fehlers. Man erhält also jetzt über die ganze Länge des Fehlers hinweg Ausschläge.
Es gibt keine Nullanzeige über Fehlermitte mehr.
-
Man kann das beschriebene Meßverfahren zur Lunckerbestimmung in beliebig
gestalteten, aus leitenden Baustoffen bestehenden Werkstücken verwenden. Das Verfahren
ist insbesondere auch zur Fehlerbestimmung in Schweißnähten geeignet. Um auch in
Kehlschweißnähten Fehler bestimmen zu können, kann es zweckmäßig sein, gemäß Abb.
5 die Kerne des Transformators nach dem Werkstück zu abzuschrägen oder abzurunden,
wobei zu.besnerken ist, daß Fig. 5 nur den einen Kern des Transformators darstellt,
während der andere unsichtbar ist. Die parallelen Stromfäden fließen also senkrecht
zur Achse der Schweißnaht durch dieselbe hindurch. Eine Abrundung der Kernränder
hat den Vorteil, daß man ein und dasselbe Prüfgerät zur Untersuchung von Werkstücken
verwenden kann, die in verschiedenen Winkeln zusammengeschweißt sind. Man kann dabei
als Prüfspule ein Spulenpaar oder auch ein Doppelspulenpaar verwenden. Es kann zweckmäßig
sein, diese- Spulenpaare nicht koaxial, sondern, wie in Fig. 6 angedeutet, mit zueinander
geneigten Achsen anzuordnen, deren Ebene senkrecht steht zur Schweißnaht und somit
parallel zu der Hauptstromrichtung der parallelen Stromfäden. Auch, bei.dieser Anordnung
kann man zwei Spulenpaare mit geneigten Achsen verwenden, wobei die Achsen der Spulen
S, und S2 und die Achsen der Spulen S2 und Si' jeweils zueinander parallel sind.
Damit erreicht man, daß die Spulen sich der Kehlnaht besser anschmiegen und empfindlicher
anzeigen.
-
Man kann, wie beispielsweise in Fig. 5 und 6 angedeutet, die Untersuchung
der Kehlnaht von der Außenseite her vornehmen; man kann aber ebenso ein Gerät bauen,
mit dem man an die Innenseite der Kehlnaht herangeht. In letzterem Falle müssen
die Prüfspulen in die Kehlnaht vorgeschoben werden, was etwas kompliziertere Ausführungsformen
bedingt.
-
Man kann, wie in Fig.6 angedeutet, an Stelle des einen Transformators
deren zwei verwenden, deren Primärwicklungen beide denselben Wicklungssinn haben.
Dabei ist es möglich, das Prüfgerät ebenfalls wieder verschiedenen Kehlwinkeln anzupassen.
-
Man kann dasselbe Verfahren auch zur Untersuchung von Fehlern in langgestreckten
Körpern, _ wie Trägern, Eisenbahnschienen, Röhren u. dgl., anwenden. In Fig. 7 ist
beispielsweise eine Ausführung angedeutet, die zur Untersuchung von Eisenbahnschienen
auf Querrisse, Luncker u. dgl. dient. Um bei irgendeiner beliebigen Lage des( Fehlers
Ausschläge zu erzielen, sind hier wieder zwei Spulenpaare S, S2, S1' S2' in der
bereits beschriebenen Anordnungl angebracht. Ist also z. B. die Spule S, rechtsgängig
gewickelt, dann ist S2 linksgängig, Sl' wieder rechtsgängig und S2 wieder linksgängig
gewickelt. Alle vier Spulen sind in Reihe geschaltet.
-
Es ist nicht unbedingt notwendig, daß die Spulenpaare, wie in Fig.
7 angedeutet, nebeneinander angeordnet sind; sie können auch gestaffelt angeordnet
werden in der Weise, daß bei Längsbewegung des Prüfgerätes zuerst das Spulenpaar
S, S2 und dann erst das Spulenpaar S,' S2 über den Fehler hinweg streicht. Liegt
ein Fehler symmetrisch zur Mitte, so wird der Ausschlag größer als wenn der Fehler
seitlich liegt. Man kann dabei den Strom für die Durchflutung des Werkstückes in
bekannter Weise über Kontaktbürsten zuführen; man kann ihn auch, wie früher schon
beschrieben( wurde und wie in Fig. 7 beispielsweise angedeutet, auf das Werkstück
transformatorisch übertragen. Bewegt sich das Prüfgerät relativ zum Werlrstück mit
nahezu konstanter, nicht zu kleiner Geschwindigkeit, so braucht man der Primärwicklung
des Transformators T keinen Wechselstrom zuzuführen. Es genügt Gleichstrom, der
im Werkstück durch die Relativbewegung zum Wechselstrom wird; der Transformator
wird
dann zu einem Feldmagneten. Die Energie der sekundären Ströme wird der Bewegung
entnommen.
-
Man kann das beschriebene Verfahren und die beschriebenen Einrichtungen
auch z. B. zur Untersuchung der Schweißstellen größerer Kettenglieder, z. B. von
Schiffsketten u: dgl., verwenden.