-
Mit einem Normalkörper arbeitendes Verfahren zur vorzugsweise laufenden,
zerstörungsfreien Prüfung von Stahl und Vorrichtung zu dessen Ausführung Für die
zerstörtingsfreie Prüfung von Stahl ist die Änderung der magnetischen und elektrischen
Eigenschaften des Prüfiings mit seiner chemischen Beschaffenheit, Härte usw. maßgebend.
Die charakteristischen Konstanten eines magnetisierbaren Körpers werden angezeigt
durch Wechsel in der Phase, Amplitude und Wellenform einer Wechselspannung, welche
bei wechselnder Magnetisierung eines Prüflings mittels einer wechseltstromgespeisten
Erregerspule in einer Sekundärspule erzeugt wird.
-
Es sind zur magnetischen Prüfung verschiedene Verfahren üblich, bei
denen die Wellenform der Induktionsdifferenzen zwischen einem magnetisierbaren Prüfling
und einem Normalkörper bekannter magnetischer und metallurgischer Eigenschaften
zur Beurteilung der Abweichung des Prüflings vom Normal benutzt wird. Hierzu können
Oszillographen benutzt werden. welche die Wellenform der Induktionsdifferenz zwischen
dem Prüfling und dem Normalkörper direkt sichtbar machen. Diese Arbeitsweisen haben
jedoch den Nachteil, daß 1. Oszillographen wohl eine sehr empfindliche Anzeige besitzen,
aber für industrielle Zwecke nicht derb genug sind, und 2. treten bei Prüfungen
größerer Mengen durch die Unübersichtlichkeit des Schaubildes starke Ermüdungserscheinungen
bei den Bedienenden auf, welche besonders bei Messungen mit hohen Prüfgeschwindigkeiten
sehr störend wirken.
-
Eine andere bekannte Methode besteht darin, die in je einer um den
Prüfling und den Normalkörper gelegten Sekundärspule induzierten Wechselspannungen
gegeneinander zu schalten und direkt mittels eines Wechselstromanzeigeinstrumentes
zu messen. t'Js
wird also hierbei ein Integralwert der Induktionsdifferenzen
zwischen dem magnetisierl)aren Prüfling und dem Normalkörper gemessen. Dabei Iiann
der Umstand eintreten, daß sich Effekte, welche von verschiedenen Ursachen herrühren,
gegenseitig aufheben und dadurch nicht zur Anzeige kommen, oder daß Effekte, welche
vollkommen verschieden Veränderungen der Wellenform der Induk tionsspannung bewirken,
eine gleiche Anzeige ergeben. Diese Methoden sind also nur für ganz spezielle Zwecke,
bei denen man vor einer solchen Überschneidung der Effekte sicher ist, zu verwenden.
-
Es hat ah sich nun gezeigt, daß vorzugsweise zur lau iden, zerstörungsfreien
Prüfung von Stahl einheitlichen Ouerschnitts auf Unterschiede - in den chemischen,
metallurgischen oder mechanisschen Werkstoffeigenschaften mit Hilfe eines Normalkörpers
und einer wechselstromgespeisten Erregerspule und einer damit durch das Prüfstück-
magnetisch gekuppelten Sekundärspule für industrielle Zwecke in den meisten Fällen
erfindungsgemäß die Messung der Augenblickswerte der durch Werkstoffunterschiee
bedingten Veränderung der bei periodisch wechselnder Magnetisierung des Prüflings
in der Sekundärspule induzierten Wechselsapnnung an einem oder verschiedenen Phasenpunnkten
der Wechselstromperiode genügt. Bestimmte Eigenschaften, wie z. B. die Härte, können
durch eine Veränderung des Augenblickswertes der Wechsespannung l)ei einer bestimmten
Phase jeder Periode angezeigt werden. Es ist also nach der Erfindung möglich, die
komplizierten Schaubilder, welche man durch Oszillographen erhält, durch ein oder
mehrere gewöhnliche elektrische Anzeigegeräte zu ersetzen, deren jedes den Augenblickswert
der inchizierten Wechselspannung bei einer für bestimmte $igenschaften des Werkstoffes
charakteristischen Phasenlage anzeigt, und so eine umfangreichere und eindeutigere
Analyse bei einfancherer Ablesung zu ermöglichen, ohne eine Mißdeutung der Meßergebnisse
infolge sich gegenseitig aufhebender Effekte befürchten zu müssen. Der in einem
Prüfverfallrell und in einer r Prüfvorrichtung l>e- -stehende Erfindungsgegenstand
sei an Hand der Abbildungen als ein Ausführungsbeispiel nilier erläutert.
-
Die den Prüfling A umschließende Primärspule 1 wird durch die Wechselstromquelle
5 über den Schevewiderstand 4 und das Amperemeter 6 gespeist. Die Sekundärspule
bestcht aus zwei gleichen IIälften 2 und 3. welche an das Vollweggleichrichterrohr
14 angeschlossen sind. Zwischen dem Mittelabgriff der Sekundärspule und der Kathode
des an dem also eine der Sekundärspannung entsprechende vollweggleichgerichtete
Wechselspannung liegt.
-
Über einen Phasenschieber 7, welcher ebenfalls an die Hauptstromquelle
5 angeschlossen ist, ist gegebenenfalls über einen Isondensator S und einen Widerstand
9 ein Transformator 10 angeschlossen, dessen Sekundärwicklung geteilt und mit dem
Vollweggleichrichterrohr 12 verbunden ist. Der Mittelabgriff des Transformators
ist über einen Widerstand II mit der Kathode des Gleichrichterrohres I2 verbunden,
so daß an dem RViderstand I I eine vollweggleichgerichtete Wechselspannung liegt,
deren Amplitude jedoch ein Vielfaches der Amplitude der gleichgerichteten Wechselspannung
am Widerstand I3 sein soll.
-
Die gleichgerichtete Wechselspannung am Widerstand 11 wird als negative
Vorspannung an ein System des Doppelrohres 19 gelegt. Bei Schließung des Schalters
18 nach rec'nts liegt am zweiten System des Rohres 19 ebenfalls die gleiche vollweggleichgerichtete
Wechselspannung als Gittervorspannung.
-
Beide Systeme des Rohres 19 werden nur in den Augenblicken stromführend,
in denen die gleichgerichtete Wechselspannung nahezu Null wird, d. h. da es sich
um eine vollweggleichgerichtete Wechselspannung handelt, wird das Rohr l)ei bestimmten
einander entsprechenden Phasenpunkten jeder Halbperiode für kurze Zeit stromführend.
-
Die Anodenströme des Rohres 19, welches selbstverständlich auch durch
zwei getrennte Rohre ersetzt werden kann, werden über die Widerstände 20, 21 und
das Potentiometer 2S der Anodenbatterie 29 entnommen. An den Widerständen 20 und
21, denen die Kondensatoren 22 und 23 parallel liegen, treten also zu gleichen Zeitpunkten
einander gleiche durch die Kondensatoren 22, 23 verlängerte Spannungsstöße auf.
Diese werden durch <las Rohr 24 vorzugsweise noch einmal verstärkt und durch
das Potentiometer 25, ülier dessen Mittelabgriff die Röhre 24 ihren Anodenstrom
erhält, gegeneinander kompensiert. Es tritt dann bei richtiger Einstellung des Potentiometers
25 an dem über das Potentiometer 26 angeschlossenen Anzeigegerät 17 keine Anzeige
auf. Wird jetzt der Schalter 18 nach links geschlossen, so liegt an dem linken Gitter
des Rohers 19 eine aus der gleichgerichteten, am Widerstand 11 abgegriffenen Spannung
und der am Widerstand 13 abgegriffenen, ebenfalls gleichgerichteten Induktionsspannung
zusammengesetzte pulsierende Gittervorspannung.
-
Die am Widerstand 13 liegende Spannung erhöht also entsprechend dem
Augenblicksblick,
wo das Rohr 19 stromführend wird, die Spannungsimpulse
der Gittervorspannung. Das mit dem Widerstand 13 verbundene System des Rohres 19
wird also am Widerstand 20 einen höheren Spannungsimpuls hervorrufen und damit über
das Rohr 24 und das Potentiometer 25 einen Ausschlag am Instrument 27 bewirken.
Dieser läßt sich durch Regelung einer zusätzlichen Gittervorspannung am linken System
des Rohres 19 (Spannungsquelle 15 und Potentiometer I6) rückgängig machen. l)ie
Größe der hierzu nötigen Vorspannung kann am Instrument 17 abgelesen werden.
-
Der Ausschlag des Instrumentes 27 ist also ein Maß für die Größe
des Augenblickswertes der Inducktionsspannung an einem durch die Phasenlage der
pulsierenden Gittervorspannung gegen die Induktionsspannung bestimmteil Phasenpunkt.
Jedoch wird je nach den Kennlinien der verwendeten Röhren der Zusammenhang zwischen
der Induktionsspanilung und dem Ausschlag am Instrument 27 meistens nicht geradlinig
sein.
-
Ein vollständiger Verlauf der Induktionswechselspannung liißt sich
erhalten. wenn nian bei verschiedenen Stellungen des Phasenschiebers 7 die zur Kompensation
der Ausschläge am Instrument 27 nötigen Gittervorspannungeg am Instrument 17 abliest
und gegen die Phasenlage aufträgt. Diese meßmethode hat den Vorteil, daß sie als
Nullmethode unabhängig ist von Nichtlinearitäten der Röhrenkennlinien. Nach Kenntnis
der Wellenform der Inducktionsspannung lassen sich dann auch die Ausschäge am Instrument
27 ill einen nur noch von der am Potentiometer 16 einzustellenden Gittervorspannung
abhängigen Zusammenhang bringen.
-
Die hier als Ausführungsbeispiel beschriebene Vorrichtung benutzt
zur Messung des Augenblickswertes der induzierten Wechselspannung die Amplitude
an entsprechenden Phasenpunkten aufeinanderfolgender halbperioden, d.h. es wird
in jeder halbperiode eine Messung vorgenommen. Dies ist jedoch nur dann vorteilhaft,
wenn die aufeinanderfolgenden Halbperioden gleichen Kurvenverlauf bei umgekehrten
Vorzeichen haben. Ist die Wechselspannungskurve nicht symmetrisch, so läßt sich
ohne weiteres die Vorrichtung dahin abändern, daß eine messung immer nach Ablauf
einer vollen Periode vorgenommen wird. Die in der Sekundärspule induzierte Wechselspannung
wird dann nicht gleichgerichtet und als Sperrspannung an das Gitter des Rohres 19
eine pulsierende vorspannung angelegt, deren Spannungsimpulse sich nach einer vollen
Periode wiederholen.
-
Das Grundsätzliche des Verfahrens besteht nun darin, für die laufende
Prüfung größerer Mengen von Stahl einheitlichen Querschnittes die Vorrichtung so
einzustellen, daß, wenn ein Norinalstück sich an Stelle des Prüffings A in der Prüfspule
befindet, das Instrument 27 bei Messung des Augenblickswertes der Induktionsspannung
an einem bestimmten, festen -Phasempunkt keinen Ausschlag zeigt. Je nach der Phasenlage
wird dann bei Vertauschen des Normalstückes mit einem Prüfling an dem Instrument
27 sich ein Ausschlag zeigen, welcher ein Maß für die Abweichung des Augenblickswertes
der Induktionsspannung an diesem Phasenpunkt vom normalen Wert ist.
-
Es hat sich nun herausgestellt, daß verschiedene Eigenschaften des
Stahles, wie Härte, chemische Zusammensetzung u. dgl., sich vorzugswiese durch Veränderung
des Augenblickswertes der Induktionsspannung an ganz bestimmten Phasenpunkten bemerkbar
machen.
-
So lassen sich Veränderungen der Maximalamplitude am sichersten an
dem Phasenpunkt feststellen wo die Induktionskurve des Normalstückes ihr Maximum
hat (s. Abb.2), während Phasenverschiebungen sich hauptsächlich and der Stelle bemerkbar
machen, wo die Kurve der Induktionswechselspannung durch Null geht. Zum Unterschied
ron Verfahren, bei denen ein Integralwert der Induktionsdifferenzen zwischen dem
magnetisierbaren Prüfling und dem Normalkörper gemesseii wird, können hierbei 1
bei genügender Anzahl von Meßpunkten verschiedener Phasenlage alle Verschiedenheiten
in der Wellenform dre Induktionsspannung erkannt werden. Dies sei an tlem Beispiel
der Abb. 2 erläutert. -Die ausgezogene Kurve £Y sei die Induktionskurve des Normalstückes.
Die strichpunktierte Kurve P1 und die gestrichelte Kurve P2 seien Induktionskurven
von zwei verschiedenen Prüflingen. Als Differenz kurven zwischen den Kurven P1 und
P2 und der Kurve N ergeben sich die Kurven D1 und D2. Die Kurven P1 und P2 sind
in der Abbildung so gewählt, daß die Differenzkurven D1 und D2 gleiche Integralwerte
über eine halbe Periode besitzen, d.h. Verfahren, bei denen der Integralwert der
Induktionsdifferenzen gemessen wird, würden bei den zu den Kurven P1 und P2 bzw
D1, D2 gehörenden Prüflingen die gleiche Anzeighe ergeben, obwohl die Prüflinge
vollkommne verschiedene Induktionskurven aufweisen. Mißt man dagegen den Augenblickswert
der Induktionsdifferenz an einem geeigneten Phasenpunkt (in Abb. 2 beispielsweise
am Phasenpunkt der Maximalamplitude), so erhält man die Meßwerte M1 und M2 als Differenzen
zwischen den Amplituden der Prüflinge und des Normalkörpers. Es ist aus Abb. 2 ersichtlich,
daß diese Meßwerte M1 und M2 entsprechend der Verschiedenheit der Induktionskurven
P1 und
P2 verschiedene Anzeige ergeben. Ebenfalls geht aus der Abb.
2 hervor, daß sich bei Änderung der Wellenform der Induktionskurve für jeden speziellen
Fall eine bestimmte Phasenlage findet läßt, bei tier die Veränderung sich besonders
deutlich in einer Ändcrung der Amplitude bemerkbar macht.
-
Es hat sich nun gezeigt, daß für die industrielle Prüfung von Stahl
die Messung der Induktionswechselspannung an zwei Phasenpunkten in den meisten Fällen
genügt. Es können jedoch für besondere Fälle gleicherweise Messungen an mehr als
zwei Phasenpunkten gleichzeitig vorgenommen werden.
-
Für die Prüfung an zwei verschiedenen Phasenpunkten würde die in Abb.
I gezeigte Meßanordnung durch eine zweite, er gezeigten gleiche Anordnung ergänzt
werden. Der Unterschied in der Wirkungsweise der beiden an die gleiche Sekundärspule
angeschlossenen Meßanordnungen wäre dann lediglich durch die Einstellung des Phasenscchiebers
7 bendingt, welcher jeweils auf den Phasenpunkt eingestellt wird, an dem Veränderungen
der zu untersuchenden Eigenschaften des NVerkstoffes besonders deutlich hervortreten.
Diese Phasenpunkte sind je nach der Beschaffenheit und den Abmessungen des Werkstoffes
vor der Messung von Fall zu Fall zu bestimmen.