WO2018010743A1 - Wirbelstromprüfung mit impulsmagnetisierung auf einem weiten prüffeld - Google Patents

Wirbelstromprüfung mit impulsmagnetisierung auf einem weiten prüffeld Download PDF

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Aschwin Gopalan
Mathias Rother
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    • G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
    • G01R33/14—Measuring or plotting hysteresis curves

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for nondestructive electromagnetic testing of a specimen of ferromagnetic material.
  • a single electromagnet which has a U-shaped or V-shaped yoke with yoke legs pointing towards the test specimen and at least one field winding, which is fed with a periodic bipolar electrical energizing signal, periodically passing the test specimen, its hysteresis curve umzumagnet ensue.
  • a single eddy current probe is arranged, which is adapted to generate a magnetic alternating field and to detect electromagnetic properties of the specimen.
  • a disadvantage of the method and the device according to DE 10 2014 1 14 226 A1 is that only a small test field is covered. To find even small hardenings, a higher test coverage and test resolution is needed.
  • the object of the invention is to spazuskalieren the method and apparatus according to DE 10 2014 1 14 226 A1 accordingly.
  • the solution to this problem consists in a method and a device for non-destructive electromagnetic testing of a specimen of ferromagnetic material with a plurality of identical electromagnets arranged in parallel and aligned in a row, which has a U-shaped or V-shaped yoke to the specimen pointing yoke legs and at least one field winding, which is fed with a periodic bipolar electrical exciter signal to periodically umzumagnet among the test specimen whose hysteresis curve passing through, and with arranged between the yoke legs eddy current probes, which generate an alternating magnetic field and electromagnetic properties of the Test body to detect are suitable, wherein the exciter signal of the electromagnets is pulsed, in that it consists of a periodic sequence of recurrent bipolar pulses whose pulse duration (ti) is small compared to the period (t r ) of the pulse train ge is preferably such that the duty cycle t / t r is less than 0.2, preferably less than 0.05
  • the arrangement of the electromagnets covers a larger test field. Since the staggered eddy current probes are no longer midway between the yoke legs of the solenoids, where the magnetic field is zero or nearly zero, shielding of the probes is required to minimize the direct impact of the magnetization pulse on the probes.
  • the electromagnets are lined up equidistant. The yokes can be arranged so that the magnetic field at the intermediate positions of the eddy current probes drops to less than 10%.
  • the electromagnets are immediately adjacent.
  • two or more eddy current probes are provided per solenoid.
  • temporal multiplexing of the eddy current probes takes place. It is possible to evaluate a first eddy current test probe in the case of a first excitation signal of the electromagnets, the next in the case of the next exciter signal, and so on - in the cycle.
  • Fig. 1 shows schematically a test setup in side view
  • FIG. 2 is a bottom plan view of the test setup looking toward II of FIG. 1;
  • Fig. 3 shows the staggered juxtaposition of three such test assemblies
  • Fig. 4 is a voltage-time diagram.
  • Fig. 1 and Fig. 2 show a test setup with a series of electromagnets having a U-shaped magnetic yoke 1, around the yoke back of a field winding 2 lies around.
  • the electromagnets are identical and lined up in an aligned arrangement immediately adjacent.
  • four electromagnets are provided.
  • Each eddy current probe 4 is provided with a shield 3 in the form of a sleeve made of aluminum or copper sheet, which surrounds the eddy current probe 4 in a coaxial arrangement.
  • Fig. 4 shows the simultaneous excitation signal of the electromagnets.

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Abstract

Zur zerstörungsfreien elektromagnetischen Prüfung eines Prüfkörpers aus ferromagnetischem Material werden mehrere baugleiche, parallel und fluchtend in einer Reihe angeordnete Elektromagnete, die ein U-förmiges oder V-förmiges Joch (1) mit zu dem Prüfkörper hin weisenden Jochschenkeln und wenigstens eine Feldwicklung (2) haben, mit einem periodischen bipolaren elektrischen Erregersignal gespeist, um den Prüfkörper, dessen Hysteresekurve durchfahrend, periodisch umzumagnetisieren. Zwischen den Jochschenkeln sind Wirbelstromprüfsonden (4) angeordnet, die ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen und elektromagnetische Eigenschaften des Prüfkörpers zu detektieren geeignet sind. Das Erregersignal der Elektromagnete ist gepulst, dahingehend dass es aus einer periodischen Folge wiederkehrender bipolarer Impulse besteht, deren Impulsdauer (ti) klein gegen die Periodendauer (tr) der Impulsfolge ist. Die Wirbelstromprüfsonden (4) sind gestaffelt in zwei parallelen Reihen zwischen den Jochschenkeln angeordnet und gegen das Erregersignal abgeschirmt (3).

Description

WIRBELSTROMPRÜFUNG MIT IMPULSMAGNETISIERUNG AUF
EINEM WEITEN PRÜFFELD
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien elektromagnetischen Prüfung eines Prüfkörpers aus ferromagnetischem Material.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art sind aus der DE 10 2014 1 14 226 A1 bekannt. Es ist hier ein einziger Elektromagnet vorgesehen, der ein U-förmiges oder V-förmiges Joch mit zu dem Prüfkörper hin weisenden Jochschenkeln und wenigstens eine Feldwicklung hat, die mit einem periodischen bipolaren elektrischen Erregersignal gespeist ist, um den Prüfkörper, dessen Hysteresekurve durchfahrend, periodisch umzumagnetisieren. Zwischen den Jochschenkeln ist eine einzelne Wirbelstromprüfsonde angeordnet, die ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen und elektromagnetische Eigenschaften des Prüfkörpers zu detektieren geeignet ist. Das Erregersignal des Elektromagneten ist gepulst, dahingehend dass es aus einer periodischen Folge wiederkehrender bipolarer Impulse besteht, deren Impulsdauer (t,) klein gegen die Periodendauer (tr) der Impulsfolge ist, so dass der Tastgrad / tr weniger als 0,2, vorzugsweise weniger als 0,05, weiter vorzugsweise 0,02 ± 0,005, beträgt.
Ein Elektromagnet mit einem U-förmigen oder V-förmigen Joch wird verwendet, damit sich das Magnetfeld an den Jochschenkeln konzentriert und die Wirbel- ström prüfsonde in einem annähernd magnetfeldfreien Bereich mittig zwischen den Jochschenkeln positioniert werden kann. Eine Justierung kann mit dem Leerlaufsignal der Wirbelstromprüfsonde erfolgen.
Von Nachteil bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der DE 10 2014 1 14 226 A1 ist, dass nur ein kleines Prüffeld abgedeckt wird. Um auch kleine Aufhärtungen zu finden, wird eine höhere Prüfabdeckung und Prüfauflösung benötigt. Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren und die Vorrichtung nach der DE 10 2014 1 14 226 A1 entsprechend hochzuskalieren. Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren und einer Vorrichtung zur zerstörungsfreien elektromagnetischen Prüfung eines Prüfkörpers aus ferro- magnetischem Material mit mehreren baugleichen, parallel und fluchtend in einer Reihe angeordneten Elektromagneten, die ein U-förmiges oder V-förmiges Joch mit zu dem Prüfkörper hin weisenden Jochschenkeln und wenigstens eine Feldwicklung haben, die mit einem periodischen bipolaren elektrischen Erregersignal gespeist ist, um den Prüfkörper, dessen Hysteresekurve durchfahrend, periodisch umzumagnetisieren, und mit zwischen den Jochschenkeln angeordneten Wirbelstrom prüfsonden, die ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen und elektro- magnetische Eigenschaften des Prüfkörpers zu detektieren geeignet sind, wobei das Erregersignal der Elektromagnete gepulst ist, dahingehend dass es aus einer periodischen Folge wiederkehrender bipolarer Impulse besteht, deren Impulsdauer (ti) klein gegen die Periodendauer (tr) der Impulsfolge ist, vorzugsweise derart, dass der Tastgrad t / tr weniger als 0,2, vorzugsweise weniger als 0,05, weiter vorzugsweise 0,02 ± 0,005, beträgt, und wobei die Wirbelstromprüfsonden gestaffelt in zwei parallelen Reihen zwischen den Jochschenkeln angeordnet und gegen das Erregersignal abgeschirmt sind.
Durch die Aufreihung der Elektromagnete wird ein größeres Prüffeld abgedeckt. Da sich die gestaffelten Wirbelstromprüfsonden nicht mehr in der Mitte zwischen den Jochschenkeln der Elektromagnete befinden, wo das Magnetfeld Null oder annähernd Null ist, bedarf es einer Abschirmung der Sonden, um den direkten Einfluss des Magnetisierungsimpulses auf die Sonden zu minimieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Elektromagnete äquidistant aufgereiht. Die Joche können so angeordnet werden, dass das Magnetfeld an den Zwischenpositionen der Wirbelstromprüfsonden auf weniger als 10% abfällt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Elektromagnete unmittelbar be- nachbart.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind pro Elektromagnet zwei oder mehr Wirbelstromprüfsonden vorgesehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Wirbelstromprüfsonden mit je einer Hülse aus elektrisch gut leitfahigem Material, insbesondere Aluminium- oder Kupfer, abgeschirmt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Erregersignale der Elektro- magnete zeitgleich.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform findet ein zeitlicher Multiplexbetrieb der Wirbelstromprüfsonden statt. Es kann bei einem ersten Erregersignal der Elektro- magnete eine erste Wirbelstromprüfsonde ausgewertet werden, bei dem nächsten Erregersignal die nächste, und so weiter - im Zyklus.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Prüfaufbau in Seitenansicht;
Fig. 2 eine Draufsicht von unten auf den Prüfaufbau mit Blick in Richtung II von Fig. 1 ;
Fig. 3 die gestaffelte Nebeneinanderanordnung von drei solchen Prüfaufbauten; und
Fig. 4 ein Spannungs-Zeit-Diagramm.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen einen Prüfaufbau mit einer Reihe Elektromagnete, die ein U-förmiges Magnetjoch 1 haben, um deren Jochrücken eine Feldwicklung 2 herumliegt. Die Elektromagnete sind baugleich und in fluchtender Anordnung unmittelbar benachbart aufgereiht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Elektromagnete vorgesehen. Zwischen den Jochschenkeln der Elektromagnete befindet sich eine Doppelreihe gestaffelt angeordneter Wirbelstromprüfsonden 4. Es sind vier Sonden pro Reihe vorgesehen; insgesamt sind es also acht. Eine jede Wirbelstromprüfsonde 4 ist mit einer Abschirmung 3 in Form einer Hülse aus Aluminium- oder Kupferblech versehen, die die Wirbelstromsonde 4 in koaxialer Anordnung umgibt.
Fig. 4 zeigt das zeitgleiche Erregersignal der Elektromagnete.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lehre wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen. Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lehre lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.
Bezu gsze ich en l iste
1 Magnetjoch
2 Feldwicklung
3 Abschirmung
4 Wirbelstromprüfsonde

Claims

A n s p r ü c h e
1. Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien elektromagnetischen Prüfung eines Prüfkörpers aus ferromagnetischem Material mit mehreren bau- gleichen, parallel und fluchtend in einer Reihe angeordneten Elektromagneten, die ein U-förmiges oder V-förmiges Joch (1 ) mit zu dem Prüfkörper hin weisenden Jochschenkeln und wenigstens eine Feldwicklung (2) haben, die mit einem periodischen bipolaren elektrischen Erregersignal gespeist ist, um den Prüfkörper, dessen Hysteresekurve durchfahrend, periodisch umzumagnetisieren, und mit zwischen den Jochschenkeln angeordneten Wirbelstromprüfsonden (4), die ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen und elektromagnetische Eigenschaften des Prüfkörpers zu detektieren geeignet sind, wobei das Erregersignal der Elektromagnete gepulst ist, dahingehend dass es aus einer periodischen Folge wiederkehrender bipolarer Impulse besteht, deren Impulsdauer (t) klein gegen die Periodendauer (tr) der Impulsfolge ist, vorzugsweise derart, dass der Tastgrad t, / tr weniger als 0,2, vorzugsweise weniger als 0,05, weiter vorzugsweise 0,02 ± 0,005, beträgt, und wobei die Wirbelstromprüfsonden (4) gestaffelt in zwei parallelen Reihen zwischen den Jochschenkeln angeordnet und gegen das Erregersignal abgeschirmt (3) sind.
2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnete äquidistant aufgereiht sind.
3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Elektromagnete unmittelbar benachbart sind.
4. Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass pro Elektromagnet zwei oder mehr Wirbelstromprüfsonden (4) vorgesehen sind.
5. Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelstromprüfsonden (4) mit je einer Hülse aus elektrisch gut leitfähigem Material, insbesondere Alunniniunn- oder Kupfer, abgeschirmt (3) sind.
6. Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Erregersignale der Elektromagnete zeitgleich sind.
7. Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen zeitlichen Multiplexbetrieb der Wirbelstrom- prüfsonden.
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