WO2006048290A1 - Vorrichtung und verfahren zur elektromagnetischen akustische materialprünfung und/oder dickenmessung an einem wenigstens elektrisch leitende und ferromagnetische materialanteile aufweisenden prüfobjekt - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur elektromagnetischen akustische materialprünfung und/oder dickenmessung an einem wenigstens elektrisch leitende und ferromagnetische materialanteile aufweisenden prüfobjekt Download PDF

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WO2006048290A1
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test object
eddy current
magnetic
current coil
technical surface
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Michael KRÖNING
Jorj Nichiforenco
Andrei Boulavinov
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V
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    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/04—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism
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    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
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    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
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    • G01N2291/051—Perpendicular incidence, perpendicular propagation

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for material testing on an at least electrically conductive and ferromagnetic material having test object, which has at least one technical surface, with at least one electromagnetic ultrasonic transducer assembly (EMUS) having a permanent or electromagnet assembly with at least two of facing magnetic surface arranged magnetic poles of different magnetic polarity, as well as at least one in the projection on the technical surface between two magnetic poles medium or arranged directly relative to the technical surface eddy current coil provides.
  • EUS electromagnetic ultrasonic transducer assembly
  • Electromagnetic ultrasonic transducers are used in a manner known per se for purposes of non-destructive material testing and measurement of test specimens consisting of electrically conductive materials, which preferably also have ferromagnetic properties.
  • two types of electromagnetic ultrasonic transducers can be distinguished, on the one hand those with which the generation of so-called horizontally polarized shear waves is possible, which are able to propagate mainly parallel to the coupling surface within the specimen, and on the other hand US converter for generating so-called freely in the specimen propagating ultrasonic waves, which preferably propagate perpendicular to the coupling surface within the sample body.
  • the Excitation of ultrasound waves within a specimen attributable to the occurrence of magnetostriction and Lorenz adopted within the specimen material, which can be generated by the presence of a temporally largely constant magnetic field in superposition with a caused by an alternating electrical current electromagnetic alternating field.
  • FIG. 5 a, b A typical structure for exciting ultrasonic waves according to the so-called EMUS principle can be taken from FIG. 5 a, b.
  • Common EMUS converters 3 have a permanent magnet 1 and an eddy current coil 2, which are designed for common handling as a unit.
  • the eddy current coil 2 is formed as a rectangular or spiral flat coil and attached to a magnetic pole side of the permanent magnet 1, so that the coil 2 is penetrated vertically by a permanent magnetic field.
  • the normal to the test object surface propagating ultrasonic waves as well as the radially polarized shear waves along the Prüêtober Structure propagating ultrasonic waves are suitable according to the prior art for both error checking, such as crack testing within the test object and for Wand37n ⁇ or wall thickness measurement of the test object.
  • DE 35 11 076 A1 discloses a test pig for electromagnetic tests on pipe walls made of steel, with which, for example in the context of a non-destructive test, wall weakenings can be examined and detected by rusting on pipeline walls.
  • a pig member described in greater detail in the document is provided with uniformly distributed on the circumference of electromagnets, each having two axially aligned measuring heads, a yoke connecting the measuring heads and a magnetizing coil on these measuring heads.
  • the field of each electromagnet runs parallel to the pipe center axis.
  • an eddy current coil is arranged directly on at least one of the poles or magnetic heads, which is acted upon by strong and very steeply sloping current pulses.
  • the pipelines formed as pipelines round seams are provided at the seams of two adjacent pipe sections that exert a shock load on the electromagnetic transducer in a continuous inspection of a passing over the seams with the above-mentioned flirtmolch, which also prevail through the existing existing between the electromagnet and the pipe wall magnetic forces is significantly increased.
  • an electromagnetic ultrasonic transducer can be removed, which provides two separate eddy current coils for transmission and reception in or from an electrically conductive, ferromagnetic test specimen, which are preferably brought into coincidence with one another via an insulating layer.
  • an EMUS transducer can be removed, in which for generating a permanent magnetic field, a U-shaped permanent magnet is used, both of which one end magnetic poles facing a test body to be examined. Between the bridge area of the U-shaped permanent magnet projecting surface area of the test object are each serving for ultrasonic generation and ultrasonic reception eddy current coils, which are each designed as meander coils provided.
  • the invention is based on the object, an apparatus and a method for material testing on an at least electrically conductive and ferromagnetic Material-containing test objects based on electromagnetic ultrasonic excitation and using an electromagnetic ultrasonic transducer assembly (EMUS) to develop such that on the one hand ensures that the eddy current coil required for generating eddy current is subject to little or no fretting, on the other hand, the opportunity is offered to the test specimen in its entire depth or thickness and to carry out wall thickness measurements.
  • the measures to be taken should be suitable for examining and measuring tubular and disk-shaped test specimen geometries.
  • the proposed device allows one of the prevailing between the Permanent ⁇ or electromagnet assembly and the test object magnetic Attractively independent positioning of the at least one eddy current coil relative to the technical surface of the test object so that it is not subject to any Reibverschleiss that would result from a magnetkraftbeetzschlagte contact pressure of the eddy current coil on the technical surface of the test object to be examined.
  • the eddy current coil is arranged in a region relative to the technical surface of the test object, which is penetrated by a longitudinally of the technical surface spaced from each other arranged magnetic poles resulting tangential magnetic field, ie the initiated by the permanent or electromagnet assembly within the test object magnetic field lines are largely parallel to the technical surface on or relative to the eddy current coil is arranged.
  • the eddy current coil in which the eddy current coil is arranged directly to the magnetic pole face facing a test object, act in the inventive device no induced by external magnetic fields attractions between the eddy current coil and the test object to be examined.
  • the at least one eddy current coil it is possible to firmly connect the at least one eddy current coil by providing a suitable holder with the permanent or electromagnet assembly.
  • a suitable holder with the permanent or electromagnet assembly.
  • Such a spatially fixed association between the permanent magnet or electromagnet arrangement and the at least one eddy current coil enables a uniform and simple handling of the electromagnetic ultrasonic transducer arrangement designed in accordance with the solution.
  • an independent handling of permanent or electromagnet assembly and the at least one eddy current coil can offer advantageous applications, for example, in cases where the permanent or electromagnet assembly disposed on one side of a test object to be tested and the at least one eddy current coil on, the permanent or Electromagnet assembly facing away from the test object is positioned in a manner such that the at least one eddy current coil always comes to lie in projection on the technical surface between two magnetic poles of the permanent or electromagnet assembly.
  • eddy current coils are to be provided, which are to be oriented in a suitable manner relative to the tangential magnetic field.
  • the at least one eddy current coil within the test object in the area of the tangential magnetic field, it is necessary to create a spatial area in which an eddy current with an increased current density and with a uniform eddy current direction is formed.
  • the at least one eddy current coil it is necessary to form the at least one eddy current coil and to arrange it in relation to the test object penetrated by the tangential magnetic field, so that within the test object a spatially delimitable area is created by the vortex coil geometry, in which a resulting eddy current field with an eddy current density increased compared to the surrounding spatial regions and forms a uniform eddy current direction.
  • a preferred eddy current coil which satisfies the above requirements, provides an AC-supplyable electrical conductor arrangement, which has at least two or more sections, preferably a plurality of substantially parallel electrical conductors which are traversed in the same direction by the alternating current.
  • two preferred embodiments are described for such an eddy current coil arrangement, one of which represents a three-dimensional eddy current coil and the other provides a two-dimensional interconnect arrangement which has at least two interconnect sections designed in the manner of a rectangular coil each, wherein the interconnect sections are arranged adjacent to one another in this way, that both rectangular coils, each having a rectangular coil section are arranged directly next to each other, which is interspersed with alternating current of the same orientation.
  • the device according to the invention is capable of coupling free ultrasonic waves which propagate substantially perpendicularly to the technical surface, with respect to which the electromagnetic ultrasonic transducer is arranged.
  • the ultrasound coupling is based on the type of test object and its magnetic saturation on the magnetostrictive effect or on Lorenz forces. Both ultrasonic injection mechanisms will be described in detail below with reference to the figures.
  • the device according to the invention is based on a method for material testing on a test object having at least electrically conductive and ferromagnetic material components by way of electromagnetic ultrasonic wave generation within the test object having a technical surface, which itself distinguished by the following process steps in detail.
  • an alternating current eddy current coil is provided relative to the technical surface for purposes of inducing an alternating magnetic field in the test object, wherein the alternating field induced by the eddy current coil comes into superposition with the tangential magnetic field.
  • both magnetic fields it is necessary to make the orientation of both magnetic fields in such a way that their magnetic field lines are parallel to each other, but not necessarily rectified to each other.
  • a resulting magnetic field within the range in which both magnetic fields are superimposed results, which results either from the addition or subtraction of the two magnetic field strengths.
  • the AC excitation of the eddy current coil is preferably pulse-wise, it is possible to record wall thickness thicknesses of the test object in addition to the material test within the scope of transit time measurements. For this the transit times are detected, between ultrasonic wave generation and ultrasonic wave reception, wherein the generated ultrasonic waves are reflected at an interface or surface of the test object.
  • the device according to the invention is particularly suitable for measuring the thickness of tubular test objects, such as, for example, remote pipelines or pipelines as well as disc-shaped test objects, such as railway wheels.
  • the solution according to the device serves as an integral part of a scholarmolches, which is guided via a suitable drive in the interior along a pipeline, the pipeline checked for material defects and in particular their wall thickness is detected without having to take damage to the electromagnetic ultrasonic transducer.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of an eddy current coil formed according to the invention
  • FIG. Fig. 4a, b is a schematic representation of an alternative trained
  • FIG. 6a - c schematic representations for Faced-array control of a
  • FIGs 1a to f different arrangement and training options of the device according to the invention are shown.
  • a U-shaped permanent magnet assembly 1 is provided, the yoke-like spans the test object 4 and the front side with their magnetic poles N, S directly on the technical Surface of the test object 4 rests.
  • the permanent magnet 1 feeds a tangential magnetic field in the region between the magnetic poles N, S within the test object 4, which is constant in time in the case of a permanent magnet 1.
  • the permanent magnet 1 shown in Figures 1 it is also possible, instead of the permanent magnet 1 shown in Figures 1 to use an electromagnet in the same or similar configuration, which is able to feed a time-variable tangential magnetic field in the test object 4. In this case, care must be taken to ensure that the AC frequency required to form the tangential magnetic field is much lower than the AC frequency with which the at least one eddy current coil 2 is fed, which is on the technical surface 5 of the test object 4 in the region of the acting tangential magnetic field is arranged. In addition, it is assumed for the sake of simplicity that the magnet arrangement 1, as already explained above, is designed as a permanent magnet.
  • the eddy current coil 2 is located on a surface of the test object 4 opposite the permanent magnet 1. In this case, it must be ensured that the tangential magnetic field coupled into the test object 4 by the permanent magnet 1 is present in the entire thickness of the test object 4 Test object 4 acts.
  • the test object 4 is located between the two magnetic poles N 1 S, so that the tangential magnetic field is formed along the entire longitudinal extent of the test object 4.
  • FIG. 1f shows a schematized plan view of the electromagnetic ultrasonic transducer arrangement, for example according to FIG. 1a, again, and makes it clear that the eddy current coil 2 is independent of the magnet arrangement along or transversely to the tangential magnetic field lines which are from the north pole to the south pole run, be moved. If necessary, an air gap between the eddy current coil 2 and the test object 4 can be adjusted or varied accordingly, if there are surface curvatures or unevenness, for example, due to weld overshoots, protruding over-rolling, corrosion, dirt or other unevenness.
  • a U-shaped permanent magnet 1 for feeding in a temporally constant tangential magnetic field B t within the test object 4 is arranged in each case.
  • the eddy current coil 2 is composed of a plurality of mutually parallel electrical conductors 7, which are traversed by an alternating current, each with the same current direction.
  • Lorenz forces FL are generated perpendicularly to the technical surface 5. It is evident that the alternating Lorenz forces FL in each opposite effective direction depending on the AC direction longitudinal ultrasonic waves with a propagation direction perpendicular to the technical surface are able to generate.
  • FIG. 3 shows a two-dimensional eddy current coil which provides a printed conductor arrangement simulated by a butterfly wing. It consists of two identical conductor track sections 8, 9, which are arranged side by side so that both arranged as rectangular coils conductor track sections are arranged directly adjacent to each other with a rectangular coil section, which is interspersed with alternating current of the same orientation (see the dashed bordered area and the arrow displays each indicating the direction of current flow).
  • the dashed border area 10 is the so-called working zone, in which the electrical currents of the current-carrying electrical conductor track sections are always the same orientation.
  • the eddy current density in the test object under the working zone 10 is thus significantly higher than in other areas, so that the ultrasound waves are best generated by this gradient at this point or at this area.
  • FIGS. 4 a and b show another alternative three-dimensional eddy current coil 2 for exciting free ultrasonic waves.
  • FIG. 4 a shows that the electrical conductor composing the eddy current coil 2 is wound around a cube-shaped coil holder 11.
  • FIG. 4b shows a cross section through an electromagnetic ultrasonic transducer designed in this respect, in which the cube-shaped eddy current coil 2 is surmounted by the U-shaped permanent magnet 1.
  • the individual eddy current coils 2 are to be controlled in a linearly delayed manner.
  • test devices according to FIGS. 7 and 8 are to be combined with a corresponding movement kinematics, for example with a so-called test pig, in order to allow a forward movement along the tube.
  • a plurality of individual eddy current coils 2 are arranged between two magnetic poles N, S, preferably in the form of a checkerboard pattern arrangement.
  • the magnetic poles N, S can either be arranged side by side in the axial direction of the tube 12 or in a circular arrangement around the tube axis (see cross-sectional illustration in FIG. 7).
  • the magnetic poles N, S are each annular and connected to each other via a common axis A.
  • the annular or disc-like design of the magnetic poles N, S is adapted in each case to the internal geometry of the tube 12 to be examined.
  • S brushes Preferably located at the peripheral edges of the magnetic poles N, S brushes, on the one hand to avoid jamming between the magnet assembly and the pipe inner wall and on the other hand to provide a cleaning purpose.
  • a plurality of eddy current coils 2 along the peripheral edge of a disc assembly 14 is provided between both ring-shaped magnetic poles N, S.
  • the disk assembly 14 is fixedly connected to the common magnetic axis A, which connects both magnetic poles N, S.
  • the transducer assembly shown in Figure 8 is capable of detecting the entire inner circumference of a pipe section in the axial direction.
  • the conventional design of the EMUS converter with a magnetization in the immediate area of the eddy current coil is, according to the solution, replaced by an arrangement in which a substantially larger area of the test object is magnetized with a tangentially extending magnetic field.
  • the distance between the magnetic poles is significantly larger than the dimensions of the eddy current coils.
  • One or more eddy current coils can be used.
  • the eddy current coils can be positioned in any position over the magnetized area of the test object in any desired arrangement.
  • the use of multiple eddy current coils, the so-called coil arrays, is preferred for testing large objects. In this way, a high test speed can be performed without time-consuming scanning of the test object.
  • phased excitation of several eddy current coils can be sounded at selectable angles, which the detection of crack-like errors on the basis of appropriate regulations is possible.
  • the stress of the eddy current coil due to magnetic attraction forces which are based on a force interaction between the magnet and the test object, is completely eliminated. This reduces the wear on the probe surface and reduces the life of the EMUS sensor.
  • a fixed mechanical connection of the magnet and the eddy current coil can be omitted.
  • the eddy current coil can move arbitrarily over the surface of the test object within the magnetized area. In particular, it is possible to move the eddy current coil independently of the surface profile of the test object and to unevenness, such as Curvatures, welds, etc. adapt.

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Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung sowie ein Verfahren Materialprüfung an einem wenigstens elektrisch leitende und ferromagnetische Materialanteile aufweisenden Prüfobjekt (4), das über wenigstens eine technische Oberfläche (5) verfügt, mit wenigstens einer elektromagnetischen Ultraschallwandleranordnung (EMUS), die eine Permanent- oder Elektromagnetanordnung (1) mit wenigstens zwei der technischen Oberfläche (5) zugewandt angeordneten Magnetpolen (N, S) unterschiedlicher magnetischer Polarität aufweist, sowie wenigstens eine in Projektion auf die technische Oberfläche (5) zwischen beiden Magnetpolen (N, S) mittel- oder unmittelbar relativ zur technischen Oberfläche (5) angeordnete Wirbelstromspule (2) vorsieht. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die wenigstens eine Wirbelstromspule (2) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass durch Versorgen der Wirbelstromspule (2) mit Wechselstrom freie, sich im Wesentlichen senkrecht zur technischen Oberfläche (5) innerhalb des Prüfobjektes (4) ausbreitende Ultraschallwellen (2) entstehen.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR ELEKTROMAGNETISCHEN AKUSTISCHE MATERIALPRÜFUNG UND/ODER DICKENMESSUNG AN EINEM WENIGSTENS ELEKTRISCH LEITENDE UND FERROMAGNETISCHE MATERIALANTEILE AUFWEISENDEN PRÜFOBJEKT
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Materialprüfung an einem wenigstens elektrisch leitende und ferromagnetische Materialanteile aufweisenden Prüfobjekt, das über wenigstens eine technische Oberfläche verfügt, mit wenigstens einer elektromagnetischen Ultraschallwandleranordnung (EMUS), die eine Permanent- oder Elektromagnetanordnung mit wenigstens zwei der technischen Oberfläche zugewandt angeordneten Magnetpolen unterschiedlicher magnetischer Polarität aufweist, sowie wenigstens eine in Projektion auf die technische Oberfläche zwischen beiden Magnetpolen mittel- oder unmittelbar relativ zur technischen Oberfläche angeordnete Wirbelstromspule vorsieht.
Stand der Technik
Elektromagnetische Ultraschallwandler werden in an sich bekannter Weise zu Zwecken der zerstörungsfreien Materialprüfung und Vermessung von aus elektrisch leitenden Materialien bestehenden Prüfkörpern, die vorzugsweise zudem über ferromagnetische Eigenschaften verfügen, herangezogen.
Grundsätzlich können zwei Typen von elektromagnetischen Ultraschallwandler unterschieden werden, einerseits jene, mit denen die Erzeugung so genannter horizontal polarisierter Scherwellen möglich ist, die sich vorwiegend parallel zur Einkoppeloberfläche innerhalb des Prüfkörpers auszubreiten vermögen, und andererseits US-Wandler zur Erzeugung so genannter sich frei im Probenkörper ausbreitenden Ultraschallwellen, die sich vorzugsweise senkrecht zur Einkoppelfläche innerhalb des Probenkörpers ausbreiten. In beiden Fällen ist die Anregung von Ultraschallwellen innerhalb eines Prüfkörpers auf das Auftreten von Magnetostriktion sowie von Lorenzkräften innerhalb des Prüfkörpermaterials zurückzuführen, die durch die Präsenz eines zeitlich weitgehend konstanten Magnetfeldes in Überlagerung mit einem durch einen elektrischen Wechselstrom hervorgerufenen elektromagnetischen Wechselfeld erzeugbar sind.
Ein typischer Aufbau zur Anregung von Ultraschallwellen nach dem so genannten EMUS-Prinzip ist aus der Figur 5 a, b zu entnehmen. Gängige EMUS-Wandler 3 weisen einen Permanentmagnet 1 sowie eine Wirbelstromspule 2 auf, die zur gemeinsamen Handhabung als Einheit ausgebildet sind. Typischerweise ist die Wirbelstromspule 2 als Rechteck- oder Spiralflachspule ausgebildet und an einer Magnetpolseite des Permanentmagneten 1 angebracht, so dass die Spule 2 senkrecht von einem Permanentmagnetfeld durchsetzt wird. Wird der vorbezeichnete EMUS-Wandler 3 auf ein elektrisch leitendes, ferromagnetisches Prüfobjekt 4 aufgesetzt, so überlagern sich das Permanentmagnetfeld mit einem durch die Wirbelstromspule hervorgerufenen Wirbelstromfeld innerhalb des Prüferkörpers, wodurch sich einerseits aufgrund der Überlagerung der Magnetfeld komponenten des Wirbelstromfeldes mit dem senkrecht durch die Oberfläche des Prüfobjektes eintretenden Permanentmagnetfeldes magnetostriktive Effekte hervorgerufen werden, andererseits durch die in das Prüfobjekt induzierten Wirbelströme Lorenzkräfte generiert werden, wodurch letztlich normal zur Prüfobjektoberfläche auftretende Druckwellen als auch radial polarisierte Scherwellen erzeugt werden, die sich in Form von Ultraschallwellen innerhalb des Prüfobjektes auszubreiten vermögen. Beide Wellenarten, d.h. die normal zur Prüfobjektoberfläche sich ausbreitenden Ultraschallwellen sowie auch die durch die radial polarisierten Scherwellen sich längs zur Prüfobjektoberfläche ausbreitenden Ultraschallwellen eignen sich nach dem Stand der Technik sowohl zur Fehlerprüfung, wie beispielsweise Rissprüfung innerhalb des Prüfobjektes als auch zur Wandstärken¬ bzw. Wanddickenmessung des Prüfobjektes.
Da die im Einsatz befindlichen Wirbelstromspulen sehr empfindlich hinsichtlich äußerer mechanischer Einwirkungen sind, gilt es derartige Spulen prinzipiell vor mechanischem Verschleiss zu schützen. Dies ist vor allem dadurch erschwert, zumal bei ferromagnetischen Prüfobjekten die zwischen dem Permanentmagnet und dem Prüfobjekt befindliche Wirbelstromspule aufgrund der anziehend wirkenden Magnetkräfte auf die Oberfläche des Prüfobjektes regelrecht gepresst wird und daher einen hohen Reibverschleiss erfährt.
In diesem Zusammenhang geht aus der DE 35 11 076 A1 ein Prüfmolch für elektromagnetische Prüfungen an Rohrleitungswandungen aus Stahl hervor, mit dem beispielsweise im Rahmen einer zerstörungsfreien Prüfung Wandschwächungen durch Rostfraß an Rohrleitungswandungen untersucht und detektiert werden kann. Ein in der Druckschrift näher beschriebenes Molchglied ist mit gleichförmig am Umfang verteilten Elektromagneten versehen, die jeweils zwei in axialer Flucht zueinander liegenden Messköpfe, ein die Messköpfe verbindendes Joch und eine Magnetisierungsspule auf diesen Messköpfen aufweisen. Das Feld eines jeden Elektromagneten verläuft dabei parallel zur Rohrmittelachse. Zur Ultraschallmessung ist direkt an zumindest einem der Pole bzw. Magnetköpfe eine Wirbelstromspule angeordnet, die mit starken und sehr steilflankigen Stromimpulsen beaufschlagt wird. Die als Pipelines ausgebildeten Rohrleitungen sind an den Nahtstellen zweier benachbarter Rohrleitungsstücke Rundnähte vorgesehen, die bei einem Überfahren der Nähte mit dem vorstehend skizzierten Prüfmolch bei einer kontinuierlichen Inspektion eine Schlagbelastung auf den elektromagnetischen Wandler ausüben, die zudem durch die vorhandenen zwischen dem Elektromagneten und der Rohrleitungswand herrschenden magnetischen Kräften deutlich verstärkt wird. Sowohl der vorstehend beschriebene Reibverschleiss als auch die zusätzliche Stossbelastung auf den elektromagnetischen Ultraschallwandler, insbesondere auf die Wirbelstromspule, führen zu geringen Lebensdauern des EMUS-Wandlers, die es zu verbessern gilt.
Zwar ist es möglich, den Reibverschleiss durch Verringern der zwischen dem EMUS- Wandler und den zu untersuchenden Prüfobjekt herrschenden magnetischen Anziehungskräften zu reduzieren, beispielsweise durch Verringern der Magnetfeldinduktion, doch würde diese Massnahme zugleich auch zu einer deutlichen Effizienzminderung des EMUS-Wandlers führen, d.h. die zur Ultraschallgenerierung innerhalb des Prüfobjektes induzierte Kraftdichte reduziert sich im gleichem Maße, wodurch die Nachweisempfindlichkeit beim Empfang gestreuter oder reflektierter Ultraschallwellen gleichsam abnimmt.
Auch aus der EP 0 781 994 A2 ist ein elektromagnetischer Ultraschallwandler entnehmbar, der zur Aussendung und zum Empfang in einem bzw. aus einem elektrisch leitenden, ferromagnetischen Prüfkörper zwei getrennte Wirbelstromspulen vorsieht, die vorzugsweise über eine Isolationsschicht miteinander in Deckung gebracht sind. Aus dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 17 der zitierten Druckschrift ist ein EMUS-Wandler entnehmbar, bei dem zur Erzeugung eines Permanentmagnetfeldes ein U-förmig geformter Permanentmagnet eingesetzt wird, dessen beide einseitig endenden Magnetpole einen zu untersuchenden Prüfkörper zugewandt sind. Zwischen dem brückenartig vom U-förmig ausgebildeten Permanentmagnet überragenden Oberflächenbereich des Prüfobjektes sind jeweils die zur Ultraschallgenerierung sowie zum Ultraschallempfang dienenden Wirbelstromspulen, die jeweils als Mäanderspulen ausgebildet sind, vorgesehen. Aufgrund des mäanderförmigen Leiterbahnverlaufes sind die Stromrichtungen zweier unmittelbar benachbart verlaufender Leiterbahnabschnitte entgegengesetzt zueinander orientiert. Dies führt innerhalb des Prüfkörpers zu unmittelbar benachbart liegenden Wirbelstrombereichen, die in Überlagerung mit einem Oberflächen-nahen, parallel zur Prüfobjekt gerichteten Permanentmagnetfeld Lorzenzkräfte mit diametral unterschiedlichen Kraftrichtungen hervorrufen, die wiederum Druckwellen unter Ausbildung horizontal polarisierter Scherwellen erzeugen, die sich in Form von Ultraschallwellen längs der Oberfläche des Prüfkörpers ausbreiten. Derartige, sich parallel zur Prüfkörperoberfläche ausbreitende Ultraschallwellen eignen sich durchaus zur Oberflächen-nahen Materialprüfung, sind jedoch für Tiefen- oder Dickenmessungen an Prüfkörpern nicht geeignet.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Materialprüfung an einem wenigstens elektrisch leitende und ferromagnetische Materialanteile aufweisenden Prüfobjekte auf Basis elektromagnetischer Ultraschallanregung und unter Einsatz einer elektromagnetischen Ultraschallwandleranordnung (EMUS), derart weiterzubilden, dass einerseits dafür Sorge getragen wird, dass die zur Erzeugung von Wirbelströmen erforderliche Wirbelstromspule keinen oder nur geringfügigen Reibverschleiss unterliegt, andererseits die Möglichkeit geboten wird, den Prüfkörper in seiner gesamten Tiefe bzw. Dicke zu untersuchen und Wanddickenmessungen durchzuführen. Insbesondere sollen die zu treffenden Massnahmen geeignet sein, rohrförmige sowie scheibenförmige Prüfkörpergeometrien zu untersuchen sowie zu vermessen.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Materialprüfung ist Gegenstand des Anspruches 16. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung, insbesondere unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Materialprüfung an einem wenigstens elektrisch leitende und ferromagnetische Materialanteile aufweisenden Prüfobjekt, das über wenigstens eine technische Oberfläche verfügt, mit wenigstens einer elektromagnetischen Ultraschallwandleranordnung, die eine Permanent- oder Elektromagnetanordnung mit wenigstens zwei der technischen Oberfläche zugewandt angeordneten Magnetpolen unterschiedlicher magnetischer Polarität aufweist, sowie wenigstens eine in Projektion auf die technische Oberfläche zwischen beiden Magnetpolen mittel- oder unmittelbare relativ zur technischen Oberfläche angeordnete Wirbelstromspule vorsieht, derart ausgebildet, dass die wenigstens eine Wirbelstromspule derart ausgebildet und angeordnet ist, dass durch Versorgen der Wirbelstromspule mit Wechselstrom freie, sich im wesentlichen senkrecht zur technischen Oberfläche innerhalb des Prüfobjektes ausbreitende Ultraschallwellen entstehen.
Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht eine von den zwischen der Permanent¬ oder Elektromagnetanordnung und dem Prüfobjekt herrschenden magnetischen Anziehungskräften unabhängige Positionierung der wenigstens einen Wirbelstromspule relativ zur technischen Oberfläche des Prüfobjektes, so dass sie keinerlei Reibverschleiss unterliegt, der durch eine magnetkraftbeaufschlagte Anpressung der Wirbelstromspule auf die technische Oberfläche des zu untersuchenden Prüfobjektes herrühren würde. Vielmehr ist die Wirbelstromspule in einem Bereich relativ zur technischen Oberfläche des Prüfobjektes angeordnet, der von einem durch die längs der technischen Oberfläche beabstandet zueinander angeordneten Magnetpole herrührenden tangential Magnetfeld durchsetzt wird, d.h. die durch die Permanent- oder Elektromagnetanordnung innerhalb des Prüfobjektes eingeleiteten magnetischen Feldlinien verlaufen weitgehend parallel zur technischen Oberfläche an der oder relativ zu der die Wirbelstromspule angeordnet ist. Im Gegensatz zu bisher bekannten EMUS-Wandlern, bei denen die Wirbelstromspule unmittelbar an der Magnetpolfläche einem Prüfobjekt zugewandt angeordnet ist, wirken bei der lösungsgemäßen Vorrichtung keinerlei durch äußere Magnetfelder induzierte Anziehungskräfte zwischen der Wirbelstromspule und dem zu untersuchenden Prüfobjekt. Je nach Ausführungsvariante ist es möglich, die wenigstens eine Wirbelstromspule durch Vorsehen einer geeigneten Halterung mit der Permanent- oder Elektromagnetanordnung fest zu verbinden. Eine derartige räumlich feste Zuordnung zwischen Permanent- oder Elektromagnetanordnung und der wenigstens einen Wirbelstromspule ermöglicht eine einheitliche und einfache Handhabung der lösungsgemäß ausgebildeten elektromagnetischen Ultraschallwandleranordnung. Gleichfalls kann eine unabhängige Handhabung von Permanent- oder Elektromagnetanordnung und der wenigstens einen Wirbelstromspule vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten bieten, beispielsweise in Fällen, in denen die Permanent- oder Elektromagnetanordnung auf einer Seite eines zu prüfenden Prüfobjektes angeordnet und die wenigstens eine Wirbelstromspule auf der, der Permanent- oder Elektromagnetanordnung abgewandten Seite des Prüfobjektes in einer Weise positioniert wird, so dass die wenigstens eine Wirbelstromspule in Projektion auf die technische Oberfläche stets zwischen beiden Magnetpolen der Permanent- oder Elektromagnetanordnung zu liegen kommt. In allen möglichen Ausführungsvarianten gilt es darauf zu achten, dass das längs zur technischen Oberfläche innerhalb des Prüfobjektes durch die Permanent- oder Elektromagnetanordnung eingeleitete Tangentialmagnetfeld in Überlagerung bzw. in Wechselwirkung mit dem innerhalb des Prüfobjektes durch die mit Wechselstrom beaufschlagte Wirbelstromspule induzierten Wirbelstromfeld tritt. Insbesondere im Falle der vorstehend skizzierten Anordnung der Permanent- oder Elektromagnetanordnung sowie der wenigstens einen Wirbelstromspule auf jeweils dem Prüfobjekt gegenüberliegenden Oberflächen ist zu gewährleisten, dass das in das Prüfobjekt induzierte Tangentialmagnetfeld tief genug hineinreicht, also auch in jenem Prüfobjektbereich vorherrscht, in dem das von der Wirbelstromspule induzierte Wirbelstromfeld wirksam ist.
Zur Erzeugung freier, sich im Wesentlichen senkrecht zur technischen Oberfläche innerhalb des Prüfobjektesausbreitenden Ultraschallwellen sind spezielle Wirbelstromspulen vorzusehen, die in geeigneter Weise relativ zum Tangentialmagnetfeld zu orientieren sind. So gilt es mit Hilfe der wenigstens einen Wirbelstromspule innerhalb des Prüfobjektes im Bereich des Tangentialmagnetfeldes einen Raumbereich zu schaffen, in dem ein Wirbelstrom mit einer erhöhten Stromdichte sowie mit einer einheitlichen Wirbelstromrichtung ausgebildet wird. Genauer gesagt gilt es, die wenigstens eine Wirbelstromspule derart auszubilden und gegenüber dem von dem Tangentialmagnetfeld durchdrungenen Prüfobjekt anzuordnen, so dass innerhalb des Prüfobjektes ein durch die Wirbelspulengeometrie räumlich abgrenzbarer Bereich geschaffen wird, in dem sich ein resultierendes Wirbelstromfeld mit einer gegenüber den umliegenden Raumbereichen erhöhten Wirbelstromdichte sowie einer einheitlichen Wirbelstromrichtung ausbildet. Zugleich gilt es, die in das Prüfobjekt induzierte Wirbelstromrichtung im Bereich der erhöhten Wirbelstromdichte senkrecht zum Verlauf der Magnetfeldlinien des Tangentialmagnetfeldes zu orientieren.
Eine bevorzugte Wirbelstromspule, die die vorstehenden Forderungen erfüllt, sieht eine mit Wechselstrom versorgbare elektrische Leiteranordnung vor, die zumindest bereichs- oder abschnittsweise wenigstens zwei, vorzugsweise eine Vielzahl im wesentlichen parallel zueinander verlaufende elektrische Leiter aufweist, die in gleicher Richtung vom Wechselstrom durchflössen werden. Um zu verhindern, dass wie im Falle einer Rechtecksspule, deren sich gegenüberliegende Spulenseiten, die jeweils in entgegen gesetzten Richtungen vom Strom durchflössen werden und aufgrund einer zumeist kompakten Umwicklung räumlich eng zusammenliegen, die durch Magnetostriktion erzeugten Ultraschallwellen unter den jeweils gegenüberliegenden Spulenseiten aufgrund ihrer Phasenverschiebung von 180° destruktiv überlagern, gilt es jene Wirbelspulenanordnungen für die erfindungsgemäße Vorrichtung auszuwählen, in denen sich gegenseitig innerhalb eines Prüfobjektes kompensierende Druckwellenerscheinungen ausbilden, gezielt zu meiden.
In den nachfolgenden Ausführungsbeispiele werden zwei bevorzugte Ausführungsformen für eine derartige Wirbelstromspulenanordnung beschrieben, von denen eine eine dreidimensionale Wirbelstromspule darstellt und die andere eine zweidimensionale Leiterbahnanordnung vorsieht, die wenigstens zwei in Art jeweils einer Rechtecksspule ausgebildete Leiterbahnsektionen aufweist, wobei die Leiterbahnsektionen derart nebeneinander liegend angeordnet sind, dass beide Rechtecksspulen mit jeweils einem Rechtecksspulenabschnitt unmittelbar nebeneinanderliegend angeordnet sind, der jeweils mit Wechselstrom gleicher Orientierung durchsetzt wird.
Die lösungsgemäße Vorrichtung vermag freie, sich im Wesentlichen senkrecht zur technischen Oberfläche, gegenüber der der elektromagnetische Ultraschallwandler angeordnet ist, sich ausbreitende Ultraschallwellen einzukuppeln. Die Ultraschalleinkopplung basiert je nach Art des Prüfobjektes sowie dessen magnetischer Sättigung auf dem magnetostriktiven Effekt oder auf Lorenzkräften. Beide Ultraschalleinkopplungsmechanismen werden im Weiteren unter Bezugnahme auf die Figuren im Einzelnen beschrieben.
Der lösungsgemäßen Vorrichtung liegt ein Verfahren zur Materialprüfung an einem wenigstens elektrisch leitende und ferromagnetische Materialanteile aufweisenden Prüfobjekt im Wege einer elektromagnetischen Ultraschallwellenerzeugung innerhalb des über eine technische Oberfläche verfügenden Prüfobjektes zugrunde, das sich durch die nachfolgenden Verfahrensschritte im einzelnen auszeichnet. Zunächst gilt es, ein Magnetfeld innerhalb des Prüfobjektes zu erzeugen, bei dem die Magnetfeldlinien zumindest bereichsweise parallel zur technischen Oberfläche orientiert sind und ein so genanntes Tangentialmagnetfeld bilden. Des Weiteren wird eine mit Wechselstrom beaufschlagte Wirbelstromspule relativ zur technischen Oberfläche zu Zwecken der Induzierung eines magnetischen Wechselfeldes in das Prüfobjekt vorgesehen, wobei das durch die Wirbelstromspule induzierte Wechselfeld in Überlagerung mit dem Tangentialmagnetfeld tritt. Hierbei gilt es, die Orientierung beider Magnetfelder jeweils derart vorzunehmen, dass ihre Magnetfeldlinien parallel zueinander, jedoch nicht notwendigerweise gleichgerichtet zueinander sind. Dies führt dazu, dass je nach Orientierung der sich periodisch wechselnden Magnetfeldlinienrichtung des Wechselfeldes ein resultierendes Magnetfeld innerhalb des Bereiches, in dem sich beide Magnetfelder überlagern, ergibt, das sich entweder aus der Addition oder Subtraktion beider Magnetfeldstärken ergibt. Durch den magnetostriktiven Effekt des sich periodisch ändernden resultierenden Magnetfeldes innerhalb des Prüfobjektes werden Druckwellen induziert, durch die freie Ultraschallwellen freigesetzt werden, die sich senkrecht zur technischen Oberfläche innerhalb des Prüfkörpers ausbreiten. Gleichsam treten durch die im Prüfobjekt induzierten Wirbelströme, die sich im Bereich des Tangentialmagnetfeldes wirken, Lorenzkräfte auf, die ebenso Druckwellen zur Ausbildung freier Ultraschallwellen erzeugen, deren Ausbreitungsrichtung senkrecht zur technischen Oberfläche orientiert ist. Beide Effekte tragen in der vorstehend beschriebenen Konstellation zwischen dem durch die Permanent- oder Elektromagnetanordnung hervorgerufenen Tangentialmagnetfeld und den durch die Wirbelstromspule erzeugbaren Wirbelströmen zur Generierung freier Ultraschallwellen bei, mit denen ein Prüfobjekt längs seiner gesamten Tiefenerstreckung erfasst und entsprechend überprüft werden kann.
Da die Wechselstromanregung der Wirbelstromspule vorzugsweise pulsweise erfolgt, ist es möglich, im Rahmen von Laufzeitmessungen, neben der Materialprüfung auch Wanddickenstärken des Prüfobjektes zu erfassen. Hierzu werden die Laufzeiten erfasst, zwischen Ultraschallwellenerzeugung sowie Ultraschallwellenempfang, wobei die erzeugten Ultraschallwellen an einer Grenzfläche bzw. Oberfläche des Prüfobjektes reflektiert werden.
Somit eignet sich die lösungsgemäße Vorrichtung in besonders vorteilhafter weise zur Dickenmessung an rohrförmig ausgebildeten Prüfobjekten, wie beispielsweise Fernrohrleitungen oder Pipelines sowie auch an scheibenförmig ausgebildeten Prüfobjekten, wie beispielsweise Eisenbahnrädern.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die lösungsgemäße Vorrichtung als integraler Bestandteil eines Prüfmolches, der über einen geeigneten Antrieb im Inneren längs einer Rohrleitung geführt wird, wobei die Rohrleitung auf Materialfehler überprüft und insbesondere deren Wanddicke erfasst wird, ohne dabei Schaden am elektromagnetischen Ultraschallwandler nehmen zu müssen. Auf weitere Einzelheiten wird auf die Beschreibung unter Bezugnahme auf die weiteren Ausführungsbeispiele verwiesen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 a - f unterschiedliche Anordnungen eines lösungsgemäß ausgebildeten EMUS-Wandlers relativ zu einem Prüfobjekt,
Fig. 2a, b Darstellung des Anregungsprinzips des Ultraschalls im
Wege des magnetostriktiven Effektes sowie durch Lorenz¬ kraft,
Fig. 3 eine schematisierte Draufsicht auf eine lösungsgemäß aus¬ gebildete Wirbelstromspule, Fig. 4a, b schematisierte Darstellung einer alternativ ausgebildeten
Wirbelstromspule,
Fig. 5a, b EMUS-Wandler gemäß Stand der Technik, sowie
Fig. 6a - c Prinzipdarstellungen zur Faced-Array-Ansteuerung einer
Vielzahl von Wirbelstromspulen,
Fig. 7 und 8 alternative Ausführungsbeispiele zur Anwendung eines
EMUS-Wandlers zur Prüfung einer Rohrleitung.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
In den Figuren 1a bis f sind unterschiedliche Anordnungs- und Ausbildungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Zur Materialuntersuchung aber insbesondere zur Dickenmessung eines Prüfobjektes 4, das aus einem elektrisch leitenden und ferromagnetischem Material besteht, ist eine U-förmig ausgebildete Permanentmagnetanordnung 1 vorgesehen, die Joch-artig das Prüfobjekt 4 überspannt und stirnseitig mit ihren Magnetpolen N, S unmittelbar auf der technischen Oberfläche des Prüfobjektes 4 aufliegt. Wie insbesondere im Weiteren unter Bezugnahme auf die Figur 2 hervorgeht, speist der Permanentmagnet 1 im Bereich zwischen den Magnetpolen N, S innerhalb des Prüfobjektes 4 ein Tangentialmagnetfeld ein, das im Falle eines Permanentmagneten 1 zeitlich konstant ist. Ebenso ist es möglich, anstelle des in den Figuren 1 dargestellten Permanentmagnetes 1 einen Elektromagnet in gleicher oder ähnlicher Konfiguration einzusetzen, der ein zeitlich variables Tangentialmagnetfeld in das Prüfobjekt 4 einzuspeisen vermag. In diesem Falle ist dafür Sorge zu tragen, dass die zur Ausbildung des Tangentialmagnetfeldes erforderliche Wechselstromfrequenz sehr viel niedriger ist, als die Wechselstromfrequenz, mit der die wenigstens eine Wirbelstromspule 2 gespeist wird, die auf der technischen Oberfläche 5 des Prüfobjektes 4 im Bereich des wirkenden Tangentialmagnetfeldes angeordnet ist. Im Weiteren sei der Einfachheit halber angenommen, dass die Magnetanordnung 1 , wie bereits vorstehend erläutert, als Permanentmagnet ausgebildet ist. Durch die Wechselstrombeaufschlagung der Wirbelstromspule 2 wird ein Wirbelstromfeld in den Bereich des Prüfobjektes 4 induziert, in dem das durch die Permanentmagnetanordnung 1 eingespeiste Tangentialmagnetfeld vorherrscht. Durch die Überlagerung beider Felder werden auf der Grundlage magnetostriktiver Effekte sowie die Erzeugung von Lorenzkräften, wie dies insbesondere aus der Bilddarstellung gemäß Figur 2 noch im einzelnen erläutert wird, freie Ultraschallwellen 6 generiert, die senkrecht zur technischen Oberfläche 5 in das Innere des Prüfobjektes 4 eingeschaltet werden. Im Wege einer an sich bekannten Puls-Echo-Laufzeitmessung der an der technischen Oberfläche 5 im Wege des elektromagnetischen Ultraschallwandlerwirkprinzip eingekoppelten Ultraschallwellen kann unter anderem die Wandstärke- bzw. dicke des Prüfobjektes 4 ermittelt werden. Die alternativen Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 1a bis c verdeutlichen die Variabilität, mit der die wenigstens eine Wirbelstromspule 2 relativ zum Permanentmagnet 1 am Prüfobjekt angeordnet werden kann. Im Falle der Anordnung gemäß Figur 1 b befindet sich die Wirbelstromspule 2 auf einer dem Permanentmagnet 1 gegenüberliegenden Oberfläche des Prüfobjektes 4. In diesem Fall gilt es sicher zu stellen, dass das durch den Permanentmagnet 1 in das Prüfobjekt 4 eingekoppelte Tangentialmagnetfeld in der gesamten Dicke des Prüfobjektes 4 wirkt. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1c befindet sich das Prüfobjekt 4 zwischen beiden Magnetpolen N1 S, so dass sich das Tangentialmagnetfeld längs der gesamten Längserstreckung des Prüfobjektes 4 ausbildet.
Um großflächige Prüfobjekte 4 zu erfassen bzw. zu vermessen, bietet es sich an, gemäß den Ausführungsbeispielen der Figur 1d und e mehrere Wirbelstromspulen 2 in entsprechender weise einzusetzen.
Figur 1f gibt eine schematisierte Draufsicht auf die elektromagnetische Ultraschallwandleranordnung, beispielsweise gemäß Figur 1a, wieder und verdeutlicht, dass die Wirbelstromspule 2 unabhängig von der Magnetanordnung längs oder quer zu den Tangentialmagnetfeldlinien, die vom Nordpol zum Südpol verlaufen, bewegt werden. Bei Bedarf kann ein Luftspalt zwischen der Wirbelstromspule 2 und dem Prüfobjekt 4 entsprechend eingestellt bzw. variiert werden, falls Oberflächenkrümmungen oder Unebenheiten, beispielsweise bedingt durch Schweißnahtüberhöhungen, hervorstehende Überwalzung, Korrosion, Schmutz oder andere Unebenheiten vorhanden sind.
Um freie Ultraschallwellen im Inneren des Prüfobjektes 4 zu generieren, deren Ausbreitungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur technischen Oberfläche orientiert ist, bedarf es bestimmter Vorkehrungen, die unter Bezugnahme auf Figur 2 geschildert sind. In den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 2a und b ist jeweils ein U-förmiger Permanentmagnet 1 zur Einspeisung eines zeitlich konstanten Tangentialmagnetfeld Bt innerhalb des Prüfobjektes 4 angeordnet. Ferner sei angenommen, dass die Wirbelstromspule 2 aus einer Vielzahl parallel zueinander verlaufender elektrischer Leiter 7 zusammengesetzt ist, die von einem Wechselstrom mit jeweils gleicher Stromrichtung durchflössen werden.
Bezüglich der in Figur 2a oberen Darstellung gezeigten Situation sei angenommen, dass die elektrischen Leiter 7 der Wirbelstromspule 2 einheitlich vom elektrischen Strom durchflössen werden, der aus der Zeichenebene herausgerichtet ist. Im Wege des Stromflusses wird ein Wechselmagnetfeld Bws generiert, das im Bereich des Prüfobjektes konstruktiv mit dem Tangentialmagnetfeld BT überlagert. In diesem Falle herrscht zumindest im Bereich des von der Wirbelstromspule 2 innerhalb des Prüfobjektes 4 induzierten Wechselmagnetfeldes Bws ein resultierendes Magnetfeld B, für das gilt B = Bt + Bws.
In der in Figur 2a unteren Fallsituation werden die elektrischen Leiter 7 der Wirbelstromspule 2 einheitlich von einem Strom durchflössen, der in die Zeichenebene hineingerichtet ist. In Folge dessen kommt es, unter Berücksichtigung der vorstehenden Überlegungen, zu einer Subtraktion des Wechselmagnetfeldes Bws von dem zeitlich konstanten Tangentialmagnetfeld Bt. Das resultierende Magnetfeld im Bereich des von der Wirbelstromspule 2 generierten Wechselmagnetfeldes Bws ergibt sich somit wie folgt: B = Bt - Bws. Durch das sich zeitlich ändernde resultierende Magnetfeld B ergeben sich auf Grundlage des magnetostriktiven Effektes Ultraschallwellen, die als Transversalwellen senkrecht zur technischen Oberfläche 5 in das Prüfobjekt 4 abgeschallt werden.
In Überlagerung bzw. alternativ zur Ultraschallwellenerzeugung auf der Grundlage des magnetostriktiven Effektes werden freie Ultraschallwellen auch durch innerhalb des Prüfobjektes wirkende Lorenzkräfte generiert, obgleich dieser Effekt bei ferromagnetischen Materialien wesentlich schwächer ausgebildet ist als jener auf der Magnetostriktion beruhend. Insbesondere eignet sich die auf Lorenzkräften beruhende Ultraschallwellenerzeugung in Form longitudinaler Wellen in nicht ferromagnetischen Werkstoffen. Ein diesbezüglicher Anregungsmechanismus ist in Figur 2b dargestellt. In der Figur 2b oberen Darstellung ist angenommen, dass die elektrischen Leiter 7 der Wirbelstromspule 2 einheitlich von einem Ström durchsetzt werden, der in die Zeichenebene hineingerichtet ist. Durch diesen Stromfluss werden innerhalb des Prüfobjektes Wirbelströme generiert, die unter Ausbildung von Lorenzkräften FL in Überlagerung mit dem Tangentialmagnetfeld B1 treten und im geschilderten Fallbeispiel senkrecht in das Prüfobjekt 4 hineingerichtet sind. Ist die Stromflussrichtung durch die elektrischen Leiter 7 umgekehrt orientiert, wie im Fallbeispiel der Figur 2b unteren Bilddarstellung, so generieren sich Lorenzkräfte FL senkrecht auf die technische Oberfläche 5 zugewandt. Es ist evident, dass die alternierenden Lorenzkräfte FL in jeweils entgegengesetzter Wirkrichtung in Abhängigkeit der Wechselstromrichtung longitudinale Ultraschallwellen mit einer Ausbreitungsrichtung senkrecht zur technischen Oberfläche zu erzeugen vermögen.
Die vorstehenden Anregungsmechanismen zur Freisetzung freier Ultraschallwellen innerhalb des Prüfobjektes 4 machen deutlich, dass spezielle Wirbelstromspulenanordnungen einzusetzen sind, die in einem begrenzten Raumbereich innerhalb des Prüfobjektes eine erhöhte Stromdichte mit einer bevorzugten Stromrichtung, die im wesentlichen senkrecht zum Tangentialmagnetfeld orientiert ist, erzeugen sollen. In den Figuren 3 und 4 sind entsprechende alternative Ausführungsformen derartiger Wirbelstromspulen dargestellt.
Figur 3 zeigt eine zweidimensionale Wirbelstromspule, die eine Schmetterlingsflügel nachgebildete Leiterbahnanordnung vorsieht. Sie besteht aus zwei gleichen Leiterbahnsektionen 8, 9, die derart nebeneinander liegend angeordnet sind, dass beide als Rechtecksspulen ausgebildete Leiterbahnsektionen mit jeweils einem Rechtecksspulenabschnitt unmittelbar nebeneinander liegend angeordnet sind, der jeweils mit Wechselstrom gleicher Orientierung durchsetzt wird (siehe den strichliert umrandeten Bereich sowie die Pfeildarstellungen, die jeweils die Stromflussrichtung angeben). Der durch die strichlierte Umrandung einbeschriebene Bereich 10 ist die so genannte Arbeitszone, in der die elektrischen Ströme der stromdurchflossenen elektrischen Leiterbahnabschnitte stets gleich orientiert sind. Die Wirbelstromdichte im Prüfobjekt unter der Arbeitszone 10 ist somit bedeutend höher als in anderen Bereichen, so dass durch diesen Gradienten die Ultraschallwellen an dieser Stelle bzw. an diesem Bereich am besten erzeugt werden.
In Figur 4a und b ist eine weitere alternative dreidimensional ausgebildete Wirbelstromspule 2 zur Anregung freier Ultraschallwellen dargestellt. In Figur 4a ist gezeigt, dass der die Wirbelstromspule 2 zusammensetzende elektrische Leiter um eine würfelförmige Spulenhalterung 11 gewickelt ist. Figur 4b gibt einen Querschnitt durch einen diesbezüglich ausgebildeten elektromagnetischen Ultraschallwandler, bei dem die würfelförmig gewickelte Wirbelstromspule 2 von dem U-förmig geformten Permanentmagnet 1 überragt wird. Es sei angenommen, dass die elektrischen Leiterbahnen 7 der Wirbelstromspule, die unmittelbar auf der technischen Oberfläche 5 des Prüfobjektes 4 aufliegen einheitlich von einem Strom durchflössen werden, der im Falle der Figur 4b aus der Zeichenebene herausgerichtet ist. Es liegt auf der Hand, dass eine derartige Spulengeometrie nur mit einer Spulenseite der ansonsten dreidimensional ausgebildeten Wirbelstromspule Wirbelströme im Prüfgegenstand anregt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel können keine entgegengesetzt orientierten Wirbelströme innerhalb des Prüfgegenstandes entstehen, die sich gegenseitig aufheben können, wie beispielsweise im Falle einer an sich bekannten Rechtecksspulengeometrie.
Bezüglich der Bilddarstellung in Figur 5, die einen an sich bekannten elektromagnetischen Ultraschallwandler darstellt, sei auf die vorstehend beschriebene Beschreibungseinleitung verwiesen.
Bezugnehmend auf die Bilddarstellungen in Figur 6a, b und c sei auf die Möglichkeit verwiesen, eine Vielzahl von Wirbelstromspulen 2 relativ zu einer technischen Oberfläche 5 eines Prüfobjektes 4 anzuordnen und phasengesteuert, im Wege einer so genannten Phased-Array-Ansteuerung, anzuregen. Auf die bildliche Darstellung der eingangs erwähnten Magnetanordnung 1 ist aus Gründen einer vereinfachten Darstellung verzichtet worden. Das Prinzip eines Phased-Arrays basiert auf der phasengesteuerten Anregung des aus mehreren Elementen bestehenden Ultraschall-Wandlers. So lässt sich durch eine Schallfeldsteuerung das Schallbündel, das von der Gesamtheit der Wirbelstromspulen 2 abgeschallt wird, schwenken bzw. fokussieren. Im Falle der geschwenkten Abschallung eines Ultraschallwellenfeldes gemäß Figur 6a sind die einzelnen Wirbelstromspulen 2 zeitlich linear verzögert anzusteuern. Im Falle einer Fokussierung gemäß Bilddarstellung in Figur 6b gilt es die einzelnen Wirbelstromspulen gemäß des parabolischen Verzögerungsgesetzes anzuregen. Beide vorstehend genannten Anregungsprinzipien folgen dem Schallfeld nach dem Huygens'schen Prinzip gemäß Bilddarstellung in Figur 6c.
In den Figuren 7 und 8 sind praktische Anwendungsfälle der lösungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zur Materialprüfung insbesondere zur Materialwanddickenmessung dargestellt. In beiden Fällen gilt es, Rohre, beispielsweise in Form von Fernrohrleitungen zu untersuchen. Hierzu sind die Prüfvorrichtungen gemäß Figur 7 und 8 mit einer entsprechenden Bewegungskinematik, beispielsweise mit einem so genannten Prüfmolch zu kombinieren, um eine Vorwärtsbewegung längs des Rohres zu ermöglichen. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 sind zu Zwecken einer möglichst großflächigen Erfassung der Rohrwand eine Vielzahl einzelner Wirbelstromspulen 2 zwischen zwei Magnetpolen N, S, vorzugsweise in Form einer Schachbrettmusteranordnung angeordnet. Die Magnetpole N, S können entweder nebeneinander in Achsrichtung des Rohres 12 oder in zirkulärer Anordnung um die Rohrachse (siehe Querschnittsdarstellung in Figur 7) angeordnet werden.
In Figur 8 sind die Magnetpole N, S jeweils ringförmig ausgebildet und über eine gemeinsame Achse A miteinander verbunden. Die ring- oder scheibenartige Ausbildung der Magnetpole N, S ist jeweils an die Innengeometrie des zu untersuchenden Rohres 12 angepasst. Vorzugsweise befinden sich an den Umfangsrändern der Magnetpole N, S Bürsten, um einerseits Verklemmungen zwischen der Magnetanordnung und der Rohrinnenwand zu vermeiden und andererseits für einen Reinigungszweck zu sorgen. Zwischen beiden ringförmig angeordneten Magnetpolen N, S ist eine Vielzahl von Wirbelstromspulen 2 längs des Umfangsrandes einer Scheibenanordnung 14 vorgesehen. Die Scheibenanordnung 14 ist fest mit der gemeinsamen Magnetachse A, die beide Magnetpole N, S verbindet, verbunden. Die in Figur 8 dargestellte Wandleranordnung vermag den vollständigen Innenumfang eines Rohrabschnittes in axialer Richtung zu erfassen.
Die vorstehend geschilderte lösungsgemäße elektromagnetische Ultraschallwandleranordnung vermag somit folgende Vorteile auf sich zu vereinen:
- Die konventionelle Konstruktion des EMUS-Wandlers mit einer Magnetisierung im unmittelbaren Bereich der Wirbelstromspule wird lösungsgemäß durch eine Anordnung ersetzt, bei der ein wesentlich größerer Bereich des Prüfobjektes mit einem tangential verlaufenden Magnetfeld magnetisiert wird. Der Abstand zwischen den Magnetpolen ist bedeutend größer als die Abmessungen der Wirbelstromspulen.
- Im Falle einer derartigen globalen Magnetisierung werden bei der Bewegung des Magnetsystems auf dem Prüfobjekt nur die unmittelbar unter den Polen liegenden Bereiche des Prüfgegenstandes ummagnetisiert. Die zwischen den Polen liegenden Bereiche werden nahezu gleich bzw. homogen in Form eines sich tangential ausbildenden Magnetfeldes magnetisiert. So registrieren die Wirbelstromspulen keine durch Barkhausen-Rauschen bedingten Störsignale.
Es können eine oder mehrere Wirbelstromspulen verwendet werden. Die Wirbelstromspulen können an beliebigen Stellen über dem magnetisierten Bereich des Prüfobjektes in einer beliebigen Anordnung positioniert werden. Der Einsatz von mehreren Wirbelstromspulen, den so genannten Spulen-Arrays, wird bei der Prüfung von großen Objekten bevorzugt eingesetzt. Auf diese Weise kann eine hohe Prüfgeschwindigkeit ohne zeitaufwendiges Abtasten des Prüfobjektes durchgeführt werden.
Durch den Einsatz einer Magnetisierungseinheit für mehrere Wirbelstromspulen werden eine wesentliche Einsparung von Permanentmagneten sowie eine Vereinfachung der Konstruktion des EMUS-Sensors erreicht.
Durch phasengesteuerte Anregung mehrerer Wirbelstromspulen kann unter wählbaren Winkeln eingeschallt werden, womit der Nachweis von rissartigen Fehlern auf der Grundlage entsprechender Regelwerke möglich wird.
Die Belastung der Wirbelstromspule durch magnetische Anziehungskräfte, die auf der Grundlage einer Kraftwechselwirkung zwischen den Magneten und dem Prüfobjekt beruhen, entfällt vollständig. Dadurch wird der Verschleiß der Prüfkopfarbeitsfläche geringer und die Lebensdauer des EMUS-Sensors länger.
Eine feste mechanische Verbindung des Magnetes und der Wirbelstromspule kann entfallen. Die Wirbelstromspule kann sich beliebig über der Oberfläche des Prüfobjektes innerhalb des magnetisierten Bereiches bewegen. Insbesondere ist es möglich, die Wirbelstromspule unabhängig vom Oberflächenprofil des Prüfobjektes zu bewegen und an Unebenheiten, wie beispielsweise Krümmungen, Schweißnähte etc. anzupassen.
Bezugszeichenliste
Magnet Wirbelstromspule EMUS-Wandler Prüfobjekt technische Oberfläche Freie Ultraschallwellen elektrischer Leiter Leiterbahnsektion Arbeitszone Würfelgeometrie Rohr Bürsten Scheibenanordnung

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Materialprüfung an einem wenigstens elektrisch leitende und ferromagnetische Materialanteile aufweisenden Prüfobjekt (4), das über wenigstens eine technische Oberfläche (5) verfügt, mit wenigstens einer elektromagnetischen Ultraschallwandleranordnung (EMUS), die eine Permanent- oder Elektromagnetanordnung (1 ) mit wenigstens zwei der technischen Oberfläche (5) zugewandt angeordneten Magnetpolen (N, S) unterschiedlicher magnetischer Polarität aufweist, sowie wenigstens eine in Projektion auf die technische Oberfläche (5) zwischen beiden Magnetpolen (N, S) mittel- oder unmittelbar relativ zur technischen Oberfläche (5) angeordnete Wirbelstromspule (2) vorsieht, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wirbelstromspule (2) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass durch Versorgen der Wirbelstromspule (2) mit Wechselstrom freie, sich im Wesentlichen senkrecht zur technischen Oberfläche (5) innerhalb des Prüfobjektes (4) ausbreitende Ultraschallwellen (2) entstehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wirbelstromspule (2) eine mit Wechselstrom beaufschlagbare elektrische Leiteranordnung vorsieht, die zumindest bereichs- oder abschnittsweise wenigstens zwei, vorzugsweise eine Vielzahl im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende elektrische Leiter (7) aufweist, die in gleicher Richtung vom Wechselstrom durchflössen werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanent- oder Elektromagnetanordnung (1 ) zwischen den Magnetpolen (N, S) innerhalb des Prüfobjektes (4) ein im Wesentlichen parallel zur technischen Oberfläche (5) orientiertes magnetisches Tangentialfeld Bt erzeugt, dass die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Leiter (7) senkrecht zum magnetischen Tangentialfeld Bt angeordnet sind und bei einer Wechselstrombeaufschlagung innerhalb des Prüfobjektes (4) ein Wechselmagnetfeld Bws induzieren, so dass sich innerhalb des Prüfobjektes (4) ein Magnetfeld B in folgender Weise ergibt: B = Bt ± Bws-
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanent- oder Elektromagnetanordnung (1 ) zwischen den Magnetpolen (N, S) innerhalb des Prüfobjektes (4) ein im Wesentlichen parallel zur technischen Oberfläche (5) orientiertes magnetisches Tangentialfeld Bt erzeugt, dass die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Leiter (7) senkrecht zum magnetischen Tangentialfeld Bt angeordnet sind und bei einer Wechselstrombeaufschlagung innerhalb des Prüfobjektes (4) Wirbelströme induzieren, durch die im Prüfobjekt (4) im Bereich der Wirbelströme orthogonal zur technischen Oberfläche (5) orientierte Lorentz-Kräfte (FL)erzeugbar sind werden, durch die longitudinale Ultraschallwellen mit einer senkrecht zur technischen Oberfläche (5) gerichteten Abstrahlcharakteristik entstehen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelstromspule (2) als dreidimensionaler Körper ausgebildet ist, mit einem reellen oder virtuellen Körperkern, auf dessen reeller oder virtueller Körperkernoberfläche ein elektrischer Leiter (7) mit einem einheitlichen Wicklungssinn aufgewickelt ist, und dass der dreidimensionale Körper (11 ) einen an die technische Oberfläche (5) angepassten Bereich der Körperkernoberfläche aufweist, in dem der Leiter (7) eine Vielzahl parallel nebeneinander liegende Leiterabschnitte vorsieht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelstromspule (2) einer zweidimensionalen Leiterbahnanordnung nachgebildet ist, die wenigstens zwei in Art jeweils einer Rechtecksspule ausgebildete Leiterbahnsektionen (8, 9) aufweist, und dass die Leiterbahnsektionen (8, 9) derart nebeneinander liegend angeordnet sind, dass beide Rechtecksspulen mit jeweils einem Rechtecksspulenabschnitt (10) unmittelbar nebeneinander liegend angeordnet sind, der jeweils mit Wechselstrom gleicher Orientierung durchsetzt wird.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wirbelstromspule (2) mit der Permanent- oder Elektromagnetanordnung (1 ) derart in mechanischer Wirkverbindung steht, dass die Wirbelstromspule (2) berühungslos über der technischen Oberfläche (5) angeordnet ist oder nahezu kraftfrei auf der technischen Oberfläche (5) aufliegt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wirbelstromspule (2), vorzugsweise als manuell bedienbare Einheit unabhängig von der Permanent- oder Elektromagnetanordnung (1 ) relativ zur technischen Obertfläche (5) anordenbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet. dass die Permanent- oder Elektromagnetanordnung (1 ) einen U-förmigen Magnetkörper aufweist, dessen Magnetpole (N1S) flächig an der technischen Oberfläche (5) aufliegen und der einen Bereich der technische Oberfläche (5) brückenartig überspannt, in dem die wenigstens eine Wirbelstromspule (2) oder an dessen dem Prüfobjekt (4) abgewandten Oberfläche die wenigstens eine Wirbelstromspule (2) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanent- oder Elektromagnetanordnung (1 ) zwei längs einer Achse (A) beabstandete, ringförmig ausgebildete Magnetkörper jeweils mit einer Ringebene aufweist, deren Ringebenen die Achse (A) senkrecht schneiden und deren Umfangsrand jeweils einen Magnetpol mit unterschiedlicher Magnetpolung entsprechen, und dass sich zwischen beiden Magnetkörpern wenigstens eine Wirbelstromspule vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkörper längs der Achse (A) einstückig miteinander verbunden sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Wirbelstromspulen (2) längs des Umfangsrandes einer Ring- oder Scheibenanordnung (14) vorgesehen ist, deren Umfangsrand mit gleichem oder kleinerem Abstand zur Achse (A) ausgebildet ist als der Umfangsrand der ringförmigen Magnetkörper.
13. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Dickenmessung an einem Prüfobjekt.
14. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickenmessung im Wege eines Puls-Echo- Verfahrens durchgeführt wird, indem Ultraschallwellen senkrecht zur technischen Oberfläche in Pulsform in das Prüfobjekt (4) eingeschallt werden und die an einer gegenüberliegenden Oberfläche reflektiert werden, wobei eine Laufzeitmessung durchgeführt wird, bei der der Aussende- und Empfangszeitpunkt der Ultraschallwellen erfasst werden.
15. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Materialprüfung und/oder Dickenmessung an Fernrohrleitungen oder Eisenbahnrädern.
16. Verfahren zur Materialprüfung an einem wenigstens elektrisch leitende und ferromagnetische Materialanteile aufweisenden Prüfobjekt (4) im Wege einer elektromagnetischen Ultraschallwellenerzeugung innerhalb des über eine technische Oberfläche (5) verfügenden Prüfobjektes (4), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Erzeugen eines Magnetfeldes Bt innerhalb des Prüfobjektes (4), bei dem die Magnetfeldlinien zumindest Bereichweise parallel zur technischen Oberfläche (5) orientiert sind und ein Tangentialmagnetfeld B1 darstellen,
Vorsehen einer mit Wechselstrom beaufschlagten Wirbelstromspule (2) relativ zur technischen Oberfläche (5) zu Zwecken einer Induzierung eines magnetischen Wechselfeldes Bws in das Prüfobjekt (4), das in Überlagerung mit dem Tangentialmagnetfeld Bt tritt, so dass gilt:
B — Bt i Bws
Ausbilden von im Wege der Magnetostriktion und/oder innerhalb des Prüfobjektes (4) sich ausbildenden Lorentzkräften hervorgerufenen freien Ultraschallwellen (6), die sich senkrecht zur technischen Oberfläche (5) innerhalb des Prüfobjektes (4) ausbreiten,
Erfassen von Laufzeiten der sich innerhalb des Prüfobjektes (4) frei ausbreitenden Ultraschallwellen (6), die einem Reflexionsereignis innerhalb des Prüfobjektes (4) unterliegen und an den Ort Ihrer Ausbildung zurückkehren, und
Analysieren der erfassten Laufzeiten als Grundlage der Materialprüfung.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldlinien des magnetischen Wechselfeldes Bws mit gleicher oder entgegengesetzter Orientierung zum Tangentialmagnetfeld Bt ausgerichtet werden.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine mit Wechselstrom beaufschlagte Wirbelstromspule (2) relativ zur technischen Oberfläche (5) zu Zwecken einer Induzierung von Wirbelströmen in das Prüfobjekt derart angeordnet wird, dass die induzierten Wirbelströme in Überlagerung mit dem Tangentialmagnetfeld Bt Lorentz- Kräfte FL innerhalb des Prüfobjektes (4) generieren, durch die freie longitudinale Ultraschallwellen (6) mit einer senkrecht zur technischen Oberfläche (5) in das Prüfobjekt (4) orientierte Ausbreitungscharakteristik angeregt werden.
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CA2585823A CA2585823C (en) 2004-11-05 2005-11-03 Device and method for the electromagnetic, acoustic material testing and/or thickness measurement of a test object that contains at least electrically conductive and ferromagneticmaterial fractions
NO20072305A NO20072305L (no) 2004-11-05 2007-05-04 Anordning og fremgangsmate for testing av materiale og/eller maling av tykkelse av et testobjekt som inneholder elektrisk ledende og ferromagnetisk materiale

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2470054A (en) * 2009-05-07 2010-11-10 Pll Ltd Magnetising assembly
NL2004962A (en) * 2009-06-26 2010-12-30 Tdw Delaware Pipeline inspection tool with double spiral emat sensor array.
US8319494B2 (en) 2009-06-26 2012-11-27 Tdw Delaware Inc. Pipeline inspection tool with double spiral EMAT sensor array
CN103207239A (zh) * 2013-03-29 2013-07-17 浙江大学 一种一体化可调节磁致伸缩纵向导波探头
US8653811B2 (en) 2009-06-26 2014-02-18 Tdw Delaware Inc. Pipeline inspection tool with oblique magnetizer

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2084524B1 (de) * 2006-11-01 2016-11-30 Industry-academic Cooperation Foundation, Chosun University Magnetsensorvorrichtung zum nachweis von defekten
US20080315462A1 (en) * 2007-06-25 2008-12-25 General Electric Company Systems and methods for monitoring a composite cure cycle
DE102011018954B4 (de) 2011-04-29 2017-12-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Ultraschallprüfkopf und Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines flächig ausgebildeten Prüfkörpers
JP5851783B2 (ja) * 2011-09-27 2016-02-03 三菱重工業株式会社 渦電流探傷用プローブ
CN103217481A (zh) * 2013-04-02 2013-07-24 厦门大学 一种应用磁致伸缩的磁声成像探头
DE102013010824A1 (de) 2013-06-28 2014-12-31 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zum Erzeugen und/oder Nachweisen von Ultraschallwellen in Form von longitudinal polarisierten Volumenwellen
FR3008187A1 (fr) * 2013-07-05 2015-01-09 Kontrolltechnik Dispositif pour controler des tubes
DE102014101368A1 (de) * 2014-02-04 2015-08-06 Rosen Swiss Ag Inspektionsgerät zur Messung der Dicke einer Wand einer Rohrleitung
GB201419219D0 (en) * 2014-10-29 2014-12-10 Imp Innovations Ltd Electromagnetic accoustic transducer
US10209223B2 (en) * 2015-05-26 2019-02-19 The Boeing Company Real-time fusion of ultrasound and eddy current data during non-destructive examination
US11009484B1 (en) 2016-03-11 2021-05-18 The University Of Tulsa Velocity independent two-component magnetic flux leakage detective system
CN107084692A (zh) * 2017-06-30 2017-08-22 沈阳工业大学 电磁超声横波测厚换能器
CN107271572B (zh) * 2017-07-31 2023-09-26 沈阳工业大学 电磁超声金属板材探伤换能器
JP7048028B2 (ja) * 2017-09-27 2022-04-05 日立造船株式会社 渦電流探傷システムおよび渦電流探傷方法
CN108917805B (zh) * 2018-08-08 2019-11-26 苏州博昇科技有限公司 电磁超声波双波换能器
DE102019206993B4 (de) 2019-05-14 2021-03-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung an über den Umfang von Bauteilen umlaufenden Wandungen
DE102020108963A1 (de) * 2020-03-31 2021-09-30 Rosen Swiss Ag Inspektionsvorrichtung zur Inspektion von sich flächig erstreckenden metallischen Gegenständen
RU207258U1 (ru) * 2021-04-09 2021-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Внутритрубный магнитный локатор дефектов и повреждений труб
CN113109430B (zh) * 2021-04-14 2023-04-25 湖南大学 柔性差分涡流传感器、检测系统及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3697867A (en) * 1969-06-19 1972-10-10 Cavitron Corp Vibration sensor utilizing eddy currents induced in member vibrating in the field of a magnet
US4312231A (en) * 1979-07-06 1982-01-26 Nippon Steel Corporation Apparatus for generating and detecting an electromagnetic ultrasonic wave
US4450725A (en) * 1981-06-10 1984-05-29 Hitachi, Ltd. Electromagnetic-acoustic measuring apparatus
DE3511076A1 (de) * 1985-03-27 1986-10-09 Kopp AG International Pipeline Services, 4450 Lingen Molch fuer elektromagnetische pruefungen an rohrleitungswandungen aus stahl sowie verfahren hierzu
DE3904440A1 (de) * 1989-02-10 1990-08-23 Mannesmann Ag Elektrodynamischer wandlerkopf
US6176132B1 (en) * 1995-07-27 2001-01-23 Bwx Technologies, Inc. Method for determining liquid level in a container using an electromagnetic acoustic transducer (EMAT)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60207018A (ja) * 1984-03-30 1985-10-18 Shimadzu Corp モノクロメ−タ
US5619423A (en) * 1994-01-21 1997-04-08 Scrantz; Leonard System, method and apparatus for the ultrasonic inspection of liquid filled tubulars and vessels
DE19543481C2 (de) * 1995-11-22 1997-10-23 Pipetronix Gmbh Vorrichtung zur Prüfung von ferromagnetischen Materialien
US5811682A (en) * 1995-12-13 1998-09-22 Ebara Corporation Electromagnetic acoustic transducer EMAT and inspection system with EMAR
DE19628028A1 (de) * 1996-07-11 1998-01-22 Siemens Ag Prüfvorrichtung und Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung
GB2385229B (en) * 2002-02-05 2005-04-20 Pii Ltd Electromagnetic acoustic transducers
ATE327073T1 (de) * 2002-07-17 2006-06-15 Shell Int Research Schweissnahtinspektion durch elektromagnetisch- akustischen wandler (emat)
US7426867B2 (en) * 2005-09-30 2008-09-23 General Electric Company Electromagnetic acoustic transducers for use in ultrasound inspection systems

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3697867A (en) * 1969-06-19 1972-10-10 Cavitron Corp Vibration sensor utilizing eddy currents induced in member vibrating in the field of a magnet
US4312231A (en) * 1979-07-06 1982-01-26 Nippon Steel Corporation Apparatus for generating and detecting an electromagnetic ultrasonic wave
US4450725A (en) * 1981-06-10 1984-05-29 Hitachi, Ltd. Electromagnetic-acoustic measuring apparatus
DE3511076A1 (de) * 1985-03-27 1986-10-09 Kopp AG International Pipeline Services, 4450 Lingen Molch fuer elektromagnetische pruefungen an rohrleitungswandungen aus stahl sowie verfahren hierzu
DE3904440A1 (de) * 1989-02-10 1990-08-23 Mannesmann Ag Elektrodynamischer wandlerkopf
US6176132B1 (en) * 1995-07-27 2001-01-23 Bwx Technologies, Inc. Method for determining liquid level in a container using an electromagnetic acoustic transducer (EMAT)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KRAUTKRÄMER J ET AL: "8. Andere Verfahren zum Senden und Empfangen von Ultraschall", WERKSTOFFPRUEFUNG MIT ULTRASCHALL, SPRINGER VERLAG, BERLIN, DE, 1980, pages 146 - 170, XP002363502 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2470054A (en) * 2009-05-07 2010-11-10 Pll Ltd Magnetising assembly
US8487610B2 (en) 2009-05-07 2013-07-16 Pii Limited Magnetising assembly
GB2470054B (en) * 2009-05-07 2013-08-07 Pii Ltd Magnetising assembly
AU2010201831B2 (en) * 2009-05-07 2014-08-21 Pii Limited Magnetising assembly
NL2004962A (en) * 2009-06-26 2010-12-30 Tdw Delaware Pipeline inspection tool with double spiral emat sensor array.
US8319494B2 (en) 2009-06-26 2012-11-27 Tdw Delaware Inc. Pipeline inspection tool with double spiral EMAT sensor array
US8653811B2 (en) 2009-06-26 2014-02-18 Tdw Delaware Inc. Pipeline inspection tool with oblique magnetizer
DE102010025064B4 (de) * 2009-06-26 2021-02-11 Tdw Delaware, Inc. Pipeline-Inspektionsgerät mit einem Doppelspiral-EMUS-Sensorarray
CN103207239A (zh) * 2013-03-29 2013-07-17 浙江大学 一种一体化可调节磁致伸缩纵向导波探头
CN103207239B (zh) * 2013-03-29 2015-11-04 浙江大学 一种一体化可调节磁致伸缩纵向导波探头

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