ES2396829B1 - Sistema de detección de defectos internos profundos en piezas metálicas fabricadas mediante procesos continuos o intermitentes de laminación, trefilado y forja, y método correspondiente - Google Patents

Sistema de detección de defectos internos profundos en piezas metálicas fabricadas mediante procesos continuos o intermitentes de laminación, trefilado y forja, y método correspondiente Download PDF

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Abstract

Sistema de detección de defectos internos profundos en piezas metálicas fabricadas mediante procesos continuos o intermitentes de laminación, trefilado y forja, que comprende un generador de suministro de corriente eléctrica alterna, al menos dos bobinas eléctricas, y unos medios de medición, estando las bobinas eléctricas posicionadas coaxialmente y de modo separado a lo largo de un eje axial.

Description

Sistema de detección de defectos internos profundos en piezas metálicas fabricadas mediante procesos continuos o intermitentes de laminación, trefilado y forja, y método correspondiente
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente solicitud tiene por objeto el registro de un sistema, que incorpora notables innovaciones y ventajas frente a las técnicas utilizadas hasta el momento.
Más concretamente, la invención propone el desarrollo de un sistema, que permite que la comprobación del grado de perfección de un elemento metálico de configuración alargada, en lo que respecta a la presencia de impurezas y/u oquedades en su interior.
La presente invención también se refiere a un método que permite que la comprobación del grado de perfección de un elemento metálico de configuración alargada, en lo que respecta a la presencia de impurezas y/u oquedades en su interior.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los procesos de fabricación de elementos metálicos alargados, son susceptibles en ocasiones de producir imperfecciones, las cuales pueden comportar la presencia de algún tipo de impurezas en su interior, o bien también de oquedades.
Tales impurezas y/u oquedades, pueden suponer una merma considerable en las prestaciones habitualmente requeridas y solicitadas, como por ejemplo resistencia, elasticidad, plasticidad, tenacidad, etc.
Como consecuencia de ello, su comportamiento y respuesta ante diferentes solicitaciones, puede no coincidir con el esperado teóricamente, con la evidente problemática que ello comporta.
Es por todo ello necesario y deseable la consecución de un sistema que permita la detección en un elemento metálico alargado de las imperfecciones hechas notar anteriormente, y sobre todo también, que tal sistema sea lo más adaptable posible a su proceso de fabricación, de modo que los controles de calidad relacionados a tal efecto puedan llevarse a cabo del modo más continuista posible con su fabricación.
La presente invención contribuye a solucionar y solventar la presente problemática, pues permite la realización de un sistema, que faculta la comprobación de la presencia en el interior de un elemento metálico alargado de impurezas u oquedades, y de modo compatible y continuista con su proceso de fabricación.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se ha desarrollado con el fin de proporcionar un sistema de detección de defectos internos profundos en piezas metálicas fabricadas mediante procesos continuos o intermitentes de laminación, trefilado y forja, que resuelva los inconvenientes anteriormente mencionados, aportando, además, otras ventajas adicionales que serán evidentes a partir de la descripción que se acompaña a continuación.
De acuerdo con el objeto de la invención, el sistema se caracteriza esencialmente por el hecho que comprende un generador de suministro de corriente eléctrica alterna, al menos dos bobinas eléctricas, y unos medios de medición, estando las bobinas eléctricas posicionadas coaxialmente y de modo separado a lo largo de un eje axial.
Igualmente, cada una de las bobinas están vinculadas simultáneamente al generador y a los medios de medición, de modo que en una condición de uso, el generador suministra una corriente eléctrica alterna a cada una de las bobinas, las cuales a su vez generan un campo magnético inductor variable con el tiempo, que induce una corriente eléctrica en el elemento metálico a medir que está pasando y circulando por su interior, creando dicha corriente del elemento metálico un campo magnético de reacción opuesto al campo magnético inductor inicial, en el que dicho campo magnético de reacción altera la impedancia de las bobinas, lo que produce una variación del voltaje en cada una de las bobinas y siendo la diferencia del voltaje existente entre las dos bobinas medible por los medios de medición al que están vinculadas las bobinas.
Además de ello, los medios de medición están conectados a unos medios de control habilitados para la indicar el valor de la señal medida y transmitida desde los medios de medición.
Como ventaja añadida, los medios de medición están realizados por un amplificador electrónico, y los medios de control comprenden una pantalla de visualización.
Alternativamente, las bobinas presentan un número de espiras comprendido en un rango de 50 a 150 espiras, y un diámetro comprendido entre 5 y 50 milímetros.
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Preferentemente, la frecuencia de la corriente alterna suministrada por el generador está sensiblemente comprendida en un rango de entre 25 y 1000 Hz.
Es también objeto de la invención proporcionar un método de detección de defectos internos profundos en piezas metálicas fabricadas mediante procesos continuos o intermitentes de laminación, trefilado y forja, que se caracteriza por comprender las etapas de:
hacer pasar un elemento metálico por el interior de unas bobinas, siendo el eje longitudinal del elemento metálico coincidente con el eje axial de las bobinas,
medir y amplificar la diferencia de voltaje provocada por la diferencia de impedancia entre las bobinas, tal que cuando se detecta valores de voltaje diferentes entre las bobinas, es un indicador de la presencia de al menos un defecto interior en el elemento metálico.
El método descrito anteriormente puede llevarse a cabo de manera continua en un proceso de fabricación de elementos metálicos.
Gracias a todas estas características descritas, la presente invención proporciona la posibilidad de un sistema que permite la fiable y efectiva comprobación de la presencia de posibles impurezas u oquedades en el interior de un elemento metálico alargado, y además de modo muy adaptable, compatible y continuista con su proceso de fabricación, facilitando por ello todos los controles de calidad efectuados a tal efecto.
Otras características y ventajas del accesorio objeto de la presente invención resultarán evidentes a partir de la descripción de una realización preferida, pero no exclusiva, que se ilustra a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos que se acompañan, en los cuales:
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Figura 1.- Es una representación esquemática del sistema de la invención.
Figura 2.- Es una representación esquemática del sistema de la invención, y ya en funcionamiento con el movimiento del elemento metálico.
Figura 3.- Es un diagrama de bloques que muestra el método de acuerdo con la invención.
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE
Tal y como se muestra en las figuras, el sistema de detección de defectos internos profundos en piezas metálicas fabricadas mediante procesos continuos o intermitentes de laminación, trefilado y forja, se caracteriza esencialmente por el hecho de que comprende un generador 1 de suministro de corriente eléctrica alterna, al menos dos bobinas 21, 22 eléctricas, y unos medios de medición. Las bobinas 21, 22 eléctricas están posicionadas coaxialmente a continuación una de la otra a lo largo de un eje axial 5.
Tal y como se aprecia esquemáticamente en la figura 1, el sistema comprende un generador 1 de corriente eléctrica, dos bobinas eléctricas 21, 22 y unos medios de medición.
El generador 1 eléctrico está habilitado para suministrar una corriente eléctrica alterna de frecuencia ajustable, entre los 25 y 1000 Hz, y está conectado simultáneamente y en paralelo a las dos bobinas 21, 22.
Dispuestas en serie con cada bobina 21, 22, entre el generador 1 y cada una de éstas, están unas resistencias 41, 42 iguales para cada bobina 21, 22. Las bobinas 21, 22 comparten la misma conexión a tierra.
Las citadas bobinas 21, 22 están entre ellas en una posición coaxial, y posicionadas una a continuación de la otra, a lo largo del mismo eje axial 5.
Los medios de medición están conectados directa y simultáneamente con cada una de las dos bobinas 21, 22, de modo que pueden medir la diferencia de voltaje que eventualmente exista entre ellas dos.
En esta modalidad de realización preferida, los medios de medición están constituidos por un amplificador electrónico 3, que además de medir, amplifica la señal consecuente de la diferencia de voltaje entre las dos bobinas 21, 22.
Para llevar a cabo el sistema de la invención, y efectuar la medición de defectos internos, es necesario que un elemento metálico 6 sobre el que se desea realizar la medición pase y circule axialmente por el interior de las dos bobinas 21, 22.
En esta modalidad de realización preferente descrita el elemento metálico 6 a medir está realizado por una barra metálica alargada, aunque pudiera presentar otras realizaciones, tales como perfiles, pletinas de metal, etc., e incluso cables.
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Se entenderá por defectos internos profundos aquellos que no sean visibles en la superficie del elemento metálico 6 a medir.
El generador 1 suministra entonces la corriente eléctrica alterna a cada una de las dos bobinas 21, 22, que deben estar sometidas en principio al mismo voltaje.
De acuerdo con los principios conocidos del electromagnetismo, el voltaje al que se ven entonces sometidas las bobinas 21, 22, induce un campo magnético variable con el tiempo en el interior de ellas, que al contener también la barra en su interior, induce una corriente eléctrica por el interior de la citada barra, la cual induce a su vez otro campo magnético opuesto al campo magnético inducido inicialmente en las bobinas 21, 22, y que al oponerse, altera su impedancia, lo que comporta que también se altere el voltaje resultante en el que inicialmente se encontraban las bobinas 21, 22 al actuar sobre ellas el generador 1.
Tal y como se ha citado anteriormente, la barra metálica es pasante por el interior de las bobinas 21, 22, y de modo coaxial en cada una de ellas con su eje axial coincidiendo con el eje axial 5 de las bobinas, y va circulando linealmente por el interior de ellas.
Al tratarse de la misma barra y manteniendo sus mismas dimensiones, cuando pasa por cada una de las bobinas 21, 22, y al ser éstas también iguales, y según el principio electromagnético explicado anteriormente, el voltaje resultante en cada una de las bobinas 21, 22 tras recibir la corriente desde el generador 1 e interaccionar electromagnéticamente con la barra, debe de ser el mismo.
El amplificador electrónico 3 conectado a cada una de las dos bobinas 21, 22, mide la diferencia de voltaje entre éstas, que debería de ser sensiblemente igual a cero.
Según lo explicado, al estar la barra circulando por el interior de las bobinas 21, 22, y si la barra no presenta ni impurezas ni oquedades, el voltaje resultante al que se encuentran las bobinas 21, 22 debería ser el mismo, y por lo tanto su diferencia igual a cero, y así sería medido en su continuidad por el amplificador electrónico 3.
Si a medida que la barra va avanzando y circulando por el interior de las bobinas 21, 22, el amplificador electrónico 3 no registra ninguna diferencia de voltaje entre las bobinas 21, 22, querrá decir que el tramo de barra ya pasante no ha presentado ninguna imperfección.
Sin embargo, tal y como se aprecia en las figuras 2 y 3, cuando la barra presenta alguna impureza u oquedad 7 en su interior, al pasar 10 la barra en el sentido indicado por la flecha, al presentar ésta tal impureza u oquedad 7, al llegar a la primera bobina 21, ésta resultará con un voltaje diferente a la segunda bobina 22 a la que aún no le ha llegado la impureza u oquedad 7 de la misma barra, por lo que ya no presentarán exactamente el mismo voltaje y su diferencia ya no será igual a cero. El amplificador electrónico 3 puede entonces medir 20 y amplificar 30 tal diferencia de voltaje entre las dos bobinas 21, 22.
El amplificador electrónico 3 está conectado a unos medios de control, los cuales pueden indicar si la señal medida y transmitida desde el amplificador electrónico 3 es diferente un valor igual a cero ya prefijado e introducido con anterioridad.
En esta modalidad de realización preferida, los medios de control comprenden una pantalla de visualización 8, la cual recibe la medición efectuada por el amplificador electrónico 3, y en la cual se pueden visualizar en una gráfica el valor medido por el amplificador electrónico 3 según la barra va circulando, y lo compara con el valor igual a cero introducido previamente, y puede indicar si es diferente.
Tal y como aparece representado en la figura 2, la pantalla de visualización 8 muestra la diferencia de voltaje entre las dos bobinas 21, 22 medida por el amplificador electrónico 3 como consecuencia del paso de la impureza u oquedad 7 por la bobina 21.
Al ser extremadamente difícil que se repita exactamente la misma impureza u oquedad 7 en la misma barra y en la misma posición, el sistema explicado es sumamente adecuado para la comprobación de la existencia de impurezas en el interior de un elemento metálico 6 alargado.
La figura 3 representa un método que comprende una serie de etapas ya citadas en la explicación precedente, para la comprobación de las posibles impurezas e imperfecciones presentes en un elemento metálico 6.
Aunque la descripción de esta modalidad de realización preferente está referida a un elemento metálico 6 en forma de barra alargada, es también aplicable con todas sus prestaciones y ventajas en otros elementos metálicos 6 alargados, tales como perfiles, pletinas de metal, etc., e incluso cables.
Así, mediante la presente realización preferida, es posible la detección de defectos internos en profundidades superiores a los 0,5 mm de la superficie del elemento metálico 6 a comprobar, hasta aproximadamente los 25 mm, y con un grosor de elemento metálico 6 de hasta aproximadamente los 50 mm.
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Las bobinas 21, 22 utilizadas que mejor se adaptan al sistema explicado en la presente invención, presentan un diámetro variable de entre aproximadamente 5 y 50 mm, y disponen de un número adecuado de espiras, tal como por ejemplo un rango de entre aproximadamente 50 y 150 espiras, pues así se consigue generar la intensidad adecuada de corriente eléctrica inducida en los elementos metálicos 6 a inspeccionar, estando dichos elementos metálicos 6 de
5 acuerdo con las proporciones anteriormente mencionadas, y efectuar la comprobación de la presencia en el interior de los elementos metálicos 6 de impurezas u oquedades 7.
La velocidad de desplazamiento de los elementos metálicos 6 por el interior de las bobinas 21, 22 debería de ser lenta, tal como por ejemplo inferior a aproximadamente 0,75 m/s, para conseguir resultados óptimos utilizando la frecuencia de la corriente eléctrica alterna suministrada desde el generador 1, y cuyas características han sido definidas
10 anteriormente.
El sistema de la presente invención es aplicable sobre cualquier metal, incluidos también los metales ferromagnéticos.
El sistema y método aquí explicado, presenta además la ventaja de ser muy fácilmente compatible por su disposición y concepción con un proceso de fabricación habitual de un elemento metálico 6 alargado, al ser fácilmente incorporable en el proceso de fabricado, y poder ser llevado a cabo de modo continuo en un proceso de fabricación.
15 Los detalles, las formas, las dimensiones y demás elementos accesorios, así como los materiales empleados en la aplicación del sistema de la invención podrán ser convenientemente sustituidos por otros que sean técnicamente equivalentes y no se aparten de la esencialidad de la invención ni del ámbito definido por las reivindicaciones que se incluyen a continuación.
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Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Sistema de detección de defectos internos profundos en piezas metálicas fabricadas mediante procesos continuos
    o intermitentes de laminación, trefilado y forja, caracterizado por el hecho de que comprende un generador (1) de suministro de corriente eléctrica alterna, al menos dos bobinas (21, 22) eléctricas, y unos medios de medición, estando las bobinas (21, 22) eléctricas posicionadas coaxialmente y de modo separado a lo largo de un eje axial (5),
    estando cada una de las bobinas (21, 22) vinculadas simultáneamente al generador (1) y a los medios de medición, de modo que en una condición de uso, el generador (1) suministra una corriente eléctrica alterna a cada una de las bobinas (21, 22), las cuales a su vez generan un campo magnético inductor variable con el tiempo, que induce una corriente eléctrica en el elemento metálico (6) a medir que está pasando y circulando por su interior, creando dicha corriente del elemento metálico (6) un campo magnético de reacción opuesto al campo magnético inductor inicial, en el que dicho campo magnético de reacción altera la impedancia de las bobinas (21, 22), lo que produce una variación del voltaje en cada una de las bobinas (21, 22) y siendo la diferencia del voltaje existente entre las dos bobinas (21, 22) medible por los medios de medición al que están vinculadas las bobinas (21, 22),
    estando los medios de medición conectados a unos medios de control habilitados para indicar el valor de la señal medida y transmitida desde los medios de medición.
  2. 2. Sistema de detección de defectos internos profundos en piezas metálicas fabricadas mediante procesos continuos
    o intermitentes de laminación, trefilado y forja según la reivindicación anterior, caracterizado por el hecho de que los medios de medición están constituidos por un amplificador electrónico (3).
  3. 3. Sistema de detección de defectos internos profundos en piezas metálicas fabricadas mediante procesos continuos
    o intermitentes de laminación, trefilado y forja según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho que los medios de control comprenden una pantalla de visualización (8).
  4. 4. Sistema de detección de defectos internos profundos en piezas metálicas fabricadas mediante procesos continuos
    o intermitentes de laminación, trefilado y forja según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que las bobinas (21, 22) presentan un número de espiras comprendido en un rango de 50 a 150 espiras.
  5. 5. Sistema de detección de defectos internos profundos en piezas metálicas fabricadas mediante procesos continuos
    o intermitentes de laminación, trefilado y forja según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que las bobinas (21, 22) presentan un diámetro comprendido entre 5 y 50 milímetros.
  6. 6. Sistema de detección de defectos internos profundos en piezas metálicas fabricadas mediante procesos continuos
    o intermitentes de laminación, trefilado y forja según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho que la frecuencia de la corriente alterna suministrada por el generador (1) está sensiblemente comprendida en un rango de entre 25 y 1000 Hz.
  7. 7. Método de detección de defectos internos profundos en piezas metálicas fabricadas mediante procesos continuos o intermitentes de laminación, trefilado y forja, caracterizado por el hecho de que comprende las etapas de:
    hacer pasar (10) un elemento metálico (6) por el interior de unas bobinas (21, 22), siendo el eje longitudinal del elemento metálico (6) coincidente con el eje axial (5) de las bobinas (21, 22),
    medir (20) y amplificar (30) la diferencia de voltaje provocada por la diferencia de impedancia entre las bobinas (21, 22), tal que cuando se detecta valores de voltaje diferentes entre las bobinas (21, 22), es un indicador de la presencia de al menos un defecto interior en el elemento metálico (6).
  8. 8. Método de detección de defectos internos profundos en piezas metálicas fabricadas mediante procesos continuos
    o intermitentes de laminación, trefilado y forja según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que se lleva a cabo de manera continua en un proceso de fabricación de elementos metálicos (6).
    ES 2 396 829 Al
    ES 2 396 829 Al
    ES 2 396 829 Al
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201231691
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 06.11.2012
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : G01N27/90 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    X
    US 3518533 A (ANDERS) 30.06.1970, 1-8
    columna 1, línea 66 – columna 2, línea 21; figuras 1,2,6-10.
    X
    US 2878447 A (PRICE et al.) 17.03.1959, 1-8
    columna 4, línea 11 – columna 5, línea 73; figura 6.
    X
    ES 2075733 T3 (CEDA) 01.10.1995, 1-8
    columna 1, líneas 37-67; columna 5, líneas 18-56; figura 1.
    X
    US 5311127 A (BISIAUX) 10.05.1994, 1-8
    columna 4, línea 45 – columna 5, línea 32; columna 5, líneas 59-65; figuras 1,3.
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 04.02.2013
    Examinador F. J. Olalde Sánchez Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201231691
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) G01N27 Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201231691
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 04.02.2013
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-8 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-8 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201231691
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    US 3518533 A (ANDERS) 30.06.1970
    D02
    US 2878447 A (PRICE et al.) 17.03.1959
    D03
    ES 2075733 T3 (CEDA) 01.10.1995
    D04
    US 5311127 A (BISIAUX) 10.05.1994
  9. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    De acuerdo con el artículo 29.6 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/86 de Patentes se considera, preliminarmente y sin compromiso, que los objetos definidos por las reivindicaciones 1-8 no cumplen aparentemente los requisitos de novedad en el sentido del artículo 6.1 de la Ley 11/86 de Patentes (LP), y/o de actividad inventiva en el sentido del artículo 8.1 LP, en relación con el estado de la técnica establecido por el artículo 6.2 de dicha Ley. En concreto,
    Todos los documentos citados divulgan explícitamente las características técnicas de las reivindicaciones principales de sistema (reivindicación 1) y procedimiento (reivindicación 7) por lo que aparentemente carecen de novedad frente a todos ellos.
    Las características técnicas de las reivindicaciones dependientes han sido divulgadas explícitamente en alguno de los documentos citados (D01: R4, R5 y R8; D02: R2, R3; D03: R2; D04: R6), Por lo que por lo que aparentemente también carecen de novedad. Por propia definición, la carencia de novedad implica carencia de actividad inventiva.
    Adicionalmente, las características técnicas no expresamente divulgadas en los documentos no definirían objetos que, en combinación con las características de aquellas de las que dependen impliquen actividad inventiva, por ser de uso común en la técnica para resolver los mismos problemas que los objetos de la invención (R2: amplificador; R3: pantalla de visualización; R8: método aplicado a un proceso de fabricación) o por ser particularizaciones obvias de diseño o que se resuelven mediante mera experimentación (R4: número de espiras de las bovinas; R5: diámetro de las bobinas; R6: frecuencia de excitación de las bobinas).
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
ES201231691A 2012-11-06 2012-11-06 Sistema de detección de defectos internos profundos en piezas metálicas fabricadas mediante procesos continuos o intermitentes de laminación, trefilado y forja, y método correspondiente Expired - Fee Related ES2396829B1 (es)

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