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Prüfanordnung zur magnet-induktiven Werkstoff-Fehlerprüfung
Die Verfahren
zur magnet-induktiven Prüfung auf Werkstoffehler beruhen im allgemeinen darauf,
daß das magnetische Verhalten oder die Leitfähigkeit des zu prüfenden Halbzeuges
an zwei mehr oder weniger benachbarten Stellen miteinander verglichen wird. Befindet
sich an der einen der beiden Prüfstellen ein Werkstoffhkler, so wird das magnetische
Verhalten oder die Leitfähigkeit an dieser Stelle verandert, und der Unterschied
zwischen den beiden Prüfstellen wird zur Anzeige des Fehlers benutzt.
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Es liegt auf der Hand, daß bei einer derartigen Prüfung alle Unterschiede
im magnetischen Verhalten oder elektrischer Leitfähigkeit zur Anzeige gebracht werden,
unabhängig davon, ob es sich um einen tiefgehenden Werkstoffehler, z. B. einen Riß.
von beschränker Ausdehnung handelt oder ob es sich um eine für die Verwendung des
Werkstoffes geringfügige Änderung der magnetischen oder elektrischen Eigenschaften
handelt, die sich über einen größeren Bereich erstreckt. Es werden daher bei der
induktiven Prüfung Durchmesser- und Wanddickenunterschiede bei Stählen und Nichteisenmetallen
und Unterschiede im magnetischen NTerhalten vergüteter Stähle, die durch Wärmebehandlungseinflüsse
entstehen, in ähnlicher Weise wie Werkstoffehler angezeigt. Außerdem ist nach diesem
Verfahren eine magnet-induktive Prüfung von
Stangen und Rohren nicht
his zum Ende des Halbzeuges möglich, da in der Nähe des Stangenendes durch das Herauslaufen
der Kraftlinien eine Änderung im magnetischen Verhalten, vorgetäuscht wird.
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Es sind schon verschiedene Maßnahmen versucht worden, um diese Einflüsse,
die Werkstoffehler vortäuschen und die sich besonders stark l>emerkbar machen,
wenn die Empfindlichkeit der Meßverfahren zur Auffindung sehr feiner Werkstoffehler
(z. B.
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Schuppenbildung bei Leichtmetallrohren, meist Risse von wenigen Zehntelmillimeter
Länge und Tiefe) gesteigert wird, zu beseitigen. So wird man z. B. den Abstand der
heiden Prüfstellenl, deren Ergebnis verglichen wird, möglichst gering halten, uni
solche allmählich verlaufenden Werkstoffunterschiede schwächer zur Anzeige zu bringen.
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Eine bereits angewendete Maßnahme ist die, die Geräteanzeige elektrisch
so zu steuern, daß sie ähnlich wie beim Schwundausgleich bei Radiogeräten bei sprunghaften
Änderungen im elektrischen oder magnetischen Verhalten anspricht, sich langsam verlaufenden
Änderungen aber anpaßt und dieselben nicht oder schwächer zur Anzeige bringt. Die
letztgenannte Maßnahme hat aber den wesentlichen Nachteil. daß damit die Anzeigeempfindlichkeit
abhängig wird von der Prüfgeschwindigkeit bzw. von der Durchlaufgesch'vindigkeit
der Halbieuge durch das Prüfgerät, abgesehen davon, daß sie überhaupt nur bei Geräten
anwendbar ist, hei denen sich der Prüfling mit merklicher Geschwindigkeit oder durch
das Prüfgerät hindurchbewegt. Das ist deshalb nachteilig, weil eine gleichmäßige
Hindurchbewegung der Halbzeuge durch ein Prüfgerät nur mit erheblichem Aufwand möglich
ist, insbesondere wenn es sich um die Prüfung schwerer Halhzeuge handelt. zu deren
ikschleunigung und Verzögerung erhebliche Energien aufgebracht werden müssen.
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Um eine wirtschaftliche Prüfung schwerer Hall>-zeuge durchzuführen.
wird daher im allgemeinen mit veränderlicher Durchlaufgeschwindigkeit gearbeitet
während des ersten Teiles des Durchlaufes werden die Halbzeuge beschleunigt, während
des zweiten Teiles wieder abgebremst. Die angegebene Maßnahme einer Schwundausgleichsschaltung
läßt sich daher nicht so weit durchführen, daß ein einigermaßen vollständliger Ausgleich
der allmähich verlaufenden Werkstoffänderungen geschaffen rvi rd.
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Die L'nterdrückung der Anzeige allmählicher Werkstoffunterschiede
gemäß der Erfindung gelingt nun dadurch, daß die beiden Prüfstellen, deren Anzeige
verglichen werden soll, in üblicher Weise in verhältnismäßig geringem Abstand voneinander
angeordnet werden und daß eine oder zwei weitere Prüfstellen angeordnet werden,
in deren Bereich sich die allmähliche Eigenschaftsänderung fortsetzt. Die zwischen
diesen weiteren Prüfstellen auftretenden @ Unterschiede in der Induktion, die also
nur von den allmählichen Änderungen herrühren, werden vom Unterschied zwischen den
beiden Priifstellen durch geeignete Schaltung abgezogen. Der Abstand der Vergleichsstellen
und die in diesen erzeugten elektrischen Spannungen werden so geregelt, daß beim
Auftreten eines gleichmäßigen, sich über einen größeren Teil des Halbzeuges erstreckenden
Werkstoff unte rsch iedes die zwischen den Vergleichsstellen auftretenden Spannungsdifferenzen
etwa ebenso groß werden wie die zwischen den leiden Prüfstellen auftretenden.
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In den folgenden Beispielen sind einige Durchführungsformen der Erfindung
dargestellt. Abb. @ zeigt eine bisher ülil iche Prüfanordnung für Stangen und Rohre.
Das @ Halbzeug H wird durch eine Magnetisierungsspule A magnetisiert, und die entstehende
Induktion wird an zwei benachbarten Stellen B1 und B2 durch zwei Meßspulen gemessen.
l)ie l>eitleii Nießspulen sind gegeneinandergeschaltet und an ein Meßgerät angeschlossen.
Eine Geräteanzeige erfolgt nur dann, wenn sich zwischen beiden Spulen ein Unterschied
in der Induktion einstellt.
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Abb. 2 zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf diese
Anordnung. Außer den beiden Meßspulen B1 und B2 sind zwei Hilfsspulen b1 und b2
angeordnet, die sich in etwas größerem Abstand voneinander befinden (in der Abbildung
im vierfachen Abstand der Meßspulen) und dementsprechend eine verringerte \\Tindungszahl
(im Beispiel den vierten Teil) besitzen. Diese Hilfsspulen sind den Meßspulen entgegengeschaltet.
Besitzt nun die Stange Unterschiede im magnetischen Verhalten. die z. P. daher rühren,
daß in der Nähe des einen Endes die Abkühlung etwas schroffer heim \'ergüten erfolgt
ist, so wird hierdurch zwischen den Meßspulen eine Spannungsdifferenz auftreten.
Da der Unterschied in den viermal so weit voneinander entfernten Hilfsspulen aller
annähernd viermal so groß ist und daher auch etwa die vierfache Spannung pro Windung
erzeugen wird, wird in den entsprechend kleineren Hilfsspulen eine der Meßspannung
entgegengerichtete Hilfsspannung erzeugt, so daß die allmählich verlaufende Eigenschaftsänderung
nicht angezeigt wird. Ein plötzlich einsetzender Eigenschaftsunterschied, z. lA.
ein Längriß. wird dagegen angezeigt, Nimmt man an, daß die Stange so weit in die
Spule hereingeschoben ist, daß der Längsriß sich vom einen Ende der Spule bis zur
Mitte der heiden Meßspulen erstreckt, so wird er zwar auch in der Hilfsspule eine
Gegenspannung erzeugen, die aber, da die Beeinflussung des magnetischen Verhaltens
an dieser nicht vergrößert ist. wesentlich kleiner ist als die in der Meßspule induzierte
Spannung. Der Fehler wird daher zur Anzeige gebracht.
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In noch erhöhtem Maße würde selbstverständlich ein Fehler von geringer
Längserstreckung zur Anzeige gebracht, weil dieser heim Durchlauf durch die Magnetisierungsspule
in Lagen kommt. in denen er nur die eine der Meßspulen beeinflußt.
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Eine andere bisher übliche Äleßanordnung ist in Abb. 3 dargestellt.
Hier sind um das zu prüfende Halbzeug herum nebeneinander zwei Spulen B1 und B2
angeordnet, die in Reihe geschaltet und von einem Wechselstrom durchflossen werden.
Diese heiden Spulen bilden mit den Widerständen W1 und W., zusammen eine Meßbrückenanordnung.
Ein Unterschied in der Selbstinduktion der heiden Spulen wird daher von dem Galvanometer
(; angezeigt. Die
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf
diese Meßanordnung ist in Abb. 4 gezeigt. Es sind außer den beiden Induktionsspulen
B1 und B2 wieder zwei Hifsspulen b1 und b2 angeordnet, die entsprechend in die Meßbrücke
eingeschaltet sind, so daß sie beim Auftreten einer allmählichen Eingenschaftsänderung
in einem größeren Bereich den Nullpunkt des zwei ten Brückenzweiges entsprechend
verschieben.
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Abb.5 zeigt schließlich eine weitere bekannte Meßanordnnung in bischeriger
Ausführung. Hier bestehen alle vier Brückenzweige aus Induktionsspulen, von denen
je zwei konzentrisch um den Prüfliiig herum angeordnet sind. Benutzt man das eine
Paar als Meßspule über eine bestimmte Prüflings-1?iige und ordnet mali das zweite
Paar getrennt davon über einen benachbarten Abschnitt des Prüflings an (Abb. 6),
so wird ebenfalls eine Ausschaltung allmählich verlaufender Werkstoffunterschiede
erzielt. Die bei dieser Schaltung auftretende, etwas geringere Empfindlichkeit läßt
sich durch Erhöhung der Windungszahl der Spulen oder durch elektrische Verstärkung
leicht ausgleichen.
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Eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung besteht in der Anwendung
von drei Meß-bzw.
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Induktionsspulen, von denen die beiden äußeren in Reihe geschaltet
sind und angenähert die halbe Windungszahl haben als die mittlere. Die Induktivität
in den beiden äußeren Spulen wird mit der Induktivität der mittleren Spule verglichen.
Abb. 7 und 8 zeigen die Anwendung dieser Anordnung mit drei Spulen als Abwandlung
der Schaltungen in Abb. 1 und 3.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich unabhängig von der verwendeten
Schaltung für alle induktiven Fehlerprüfeinrichtungen anwenden, bei denen die Prüfung
auf dem Vergleich zweier benachbarter Halbzeugstellen beruht. Seine Anwendung ist
insbesondere unabhängig davon, ob der Vergleich der beiden Prüfstellen dadurch erfolgt.
daß die beiden Prüfspulen gegeneinandergeschaltet sind oder daß eine einfache oder
doppelte Brückenanordnung verwendet wird. Die Anwendung des Verfahrens ist auch
unabhängig davon. ob die Magnetisierung mit einer besonderen Magnetisierungsspule
erfolgt und die Induktion an Meßspulen gemessen wird oder ob die Selbstinduktion
von Magnetisierungsspulen zur Fehlanzeige verwendet wird. Die Anordnung läßt sich
auch bei solchen Prüfgeräten anwenden, bei denen ein Hindurchbewegen des Prüflinge
nicht angewendet wird z. B. iei Schweißnahtprüfern und ähnlichen Geräten.