DE1648450A1

DE1648450A1 - Fehlerdetektor zur elektroinduktiven Materialpruefung

Info

Publication number: DE1648450A1
Application number: DE19671648450
Authority: DE
Inventors: Arnelo Anders Ingvar
Original assignee: ESSEM METOTEST AB
Current assignee: ESSEM METOTEST AB
Priority date: 1966-02-24
Filing date: 1967-02-14
Publication date: 1971-06-09
Also published as: US3437918A; NL6701375A; GB1161106A; SE301731B; AT276811B; CH456197A

Description

Essern Metotest AB
Skultuna/Schwed en

Fehlerdetektor zur elektroinduktiven Materialprüfung

Die Erfindung betrifft ein Fehlerdetektor zur elektroinduktiven Materialprüfung mit einer Anzahl Prüfspulen, die nur auf einer Seite des zu prüfenden Materials in einer solchen Anzahl und Anordnung vorgesehen sind, daß ihr Feld im wesentlichen den gesamten zu prüfenden Bereich des Materials erfaßt.

Bei der elektroinduktiven, d.h. zerstörungsfreien Werkstoffprüfung wird das zu prüfende Material an einer mit Wechselstrom gespeißten Spulenanordnung vorbei - oder durch diese hindurch geleitet. In der Spule bildet sich ein elektromagnetisches Feld, wobei, wenn die Kraftlinien den Prüfkörper schneiden, in diesem Wirbeletröme auftreten, welche die Spulenanordnung und deren elektrische Eigenschaften beeinflussen, ao daß sich diese als Funktion der im Prüfkörper auftretenden Wirbelströme ändern,

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die ihrerseits in Abhängigkeit von den verschiedenen Eigenschaften des zu prüfenden Materials variieren.

Durch Messen der elektrischen Daten der Spule ist ea demnach möglich, Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Prüfmaterials zu ziehen. Da jedoch die Veränderungen der Spulendaten in sich selbst sehr gering sind, muß die Spule in eine Brückenschaltung oder einen beliebigen Ausgleichsstromkreis gelegt und die der Brücke entnommene unsymmetrische Spannung um ein Vielfaches verstärkt werden, um die Veränderungen sichtbar zu machen. Derartige Brückenstromkreise sind an sich bekannt und daher nicht im einzelnen erläutert. Eine für den Zweck geeignete Brückenschaltung ist beispielsweise im schwedischen Patent 179 407 und auf den Seiten 92 und 93 des ersten Bandes des Buches "Fortschritte in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung" von E.G. Stanford und J. H. Fearon, Heywood and Company Limited, London, 1958, beschrieben. Noch ausführlicher ist die-elektromagnetische Werkstoffprüfung in dem Kapitel "Elektromagnetische Verfahren zum Prüf en von Metallen" auf den Seiten 59 bis 109 des gleichen Buches behandelt.

Stärke und Ausdehnung der Wirbelströme werden durch zahlreiche verschiedene Faktoren beeinflußt, u.a. durch die Kopplung zwischen Spule und Prüfkörper, die vom Abstand der Spulenwindungen von dem zu prüfenden Material abhängt. Andere Faktoren sind die Form des Prüfkörpers, seine Leitfähigkeit und seine magnetischen Eigenschaften. Beim Prüfen eines Werkstoffes auf Fehlt.er mit Hilfe des elektroinduktiven Verfahrens ist es daher wichtig, die Einwirkungen aller Faktoren auszuschalten, die nicht mit den Materialfehlern zusammenhängen. Zu diesem Zweck ist es u.a. notwendig, die Kopplungsfaktoren dem betreffenden Prüfkörper und den veränderlichen Größen anzupassen, die angezeigt werden sollen.

Bei Material mit kleinen Abmessungen, beispielsweise bei Stangen und Rohren, ist es zweckmäßig, das Prüfmaterial durch die

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Spulen hindurchzuleiten; beim Prüfen vorgewalzter Blöcke und Rohlinge, breiter Streifen sowie Platten ist das Durchlaufververfahren jedoch ungeeignet, da die in der Prüfanordnung verwendeten Spulen unverhältnismäßig groß sein müßten, so daß die von den veränderlichen Größen auf die Spule ausgeübten Einwirkungen unzureichend wären. Um hier Abhilfe zu schaffen, wird ein Verfahren angewendet, bei dem das Material mit Hilfe eines sogenannten Oberflächendetektors abgetastet wird, der über die Breite des Material hinweg, d.h. quer zu dessen Durchlaufrichtung, bewegbar ist. Bei diesem Verfahren ändert sich die rela- ύ tive Geschwindigkeit zwischen der Spule und dem Prüfmaterial über dessen Breite hinweg in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung der Spule. Um diese Veränderung auszugleichen, bedarf es daher komplizierter Geräte, welche für die Praxis ungeeignet sind. Außerdam muß die Spule zum Abtasten des Prüfmaterials ausreichend schnell bewegt werden, wenn die Abtastung, die in einer Sinuslinie vor sich geht, mit wirtschaftlich vertretbarer Geschwindigkeit erfolgen soll. Darüber hinaus ergeben sich Schwierigkeiten, wenn die während des Prüfvorganges aus den Spulen abgeleiteten Signale auf die zuvor erwähnte Brückenschaltung oder den Ausgeleichsstromkreis übertragen werden. Schließlich ist es erwünscht, beim Prüfen des Materials die fehlerhaften Stellen zu markieren, was bei diesem Verfahren in " der Praxis schwierig durchzuführen ist.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, Prüfspulen in Reihen über die Breite des zu prüfenden Materikls hinweg ortsfest anzuordnen. Eine solche Anordnung kommt nur bei dünnem Material anfrage, wobei auf der einen Seite des Materials ein Satz Erregerspulen (Primärspulen) und auf der anderen Seite ein Satz unabhängig voneinander arbeitender Prüfspulen (Sekundärspulen) vorgesehen sind, so daß man eine Transformatorwirkung erzielt. Die veränderlichen Spannungen, welche die Prüfspulen in Abhängigkeit von den sich ändernden Eigenschaften des Prüfmaterials abgeben,werden einem Verstärker zugeleitet und miteinander verglichen. Dieses Verfahren ist nur bei Bändern und Blechen ge-

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ringer Stärke anwendbar und macht es außerdem notwendig, daß beide Seiten des Prüfmaterials gleichzeitig zugänglich sind.

Bei einer bekannten Vorrichtung zur elektrοinduktiven Materialprüfung (vergl. franz. Patentschrift Nr. 1 205 336) sind die Prüfspulen lediglich auf einer Seite des zu prüfenden Materials angeordnet, wobei die Spulen in Zick—Zack-Form oder in Linien und die Emp fangs spul en in einer Brücke angeordnet sind. Bei der bekannten Vorrichtung sind jedoch zwei Sätze von Spulen erforderlich, und zwar ein Satz zum Induzieren und ein zweiter Satz zum Peststellen bzw. Abtasten der Wirbelströme.

Andere bekannte Prüfgeräte (vergl. US-Patentschriften Nr. 3 161 824, 2 223 371, 2 531 413 und 2 594 332) arbeiten als Magnetfeldmesser zur magnetischen Streufeldmessung, d.h. es handelt sich nicht um Geräte zur el ek tr ο induktiven Materialprüfung, so daß diese bekannten Vorrichtungen für die weitere Betrachtung unberücksichtigt bleiben können. Bei diesen bekannten Vorrichtungen werden jedoch Brückenschaltungen und Differenzschaltungen benutzt, wobei die Anordnungen auch so getroffen sind, daß die Abtastorgane auf einer Seite des zu prüfenden Materials liegen.

Im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen ist der erfindungsgemäße Fehlerdetektor dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Prüfspulen zumindest einer Gruppe zusammengefaßt sind und jede Spule in einem Zweig eines aus der Sekundärwicklung eines Transformators mit Wechselstrom gespeißten Brückenstromkreises liegt, dessen eine Diagonale von der Sekundärwicklung gebildet wird, während der zweiten Diagonale die Messignale entnommen werden.

Ein derartiger elektroinduktiver Fehlerdetektor hat folgende Vorteile:

1. Er läßt sich verschiedenen Materialformen einfach anpassen, wobei er sich besonders einfach bei Prüflingen verwenden

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läßt, die praktisch nioht von Spulen umschlossen werden können; - '

2. sämtliche Spulen der Gruppe bzw. der Gruppen nehmen an der .Fehlerabtastung teil, d.h. es sind separate Erregerspulen mit großem Raumbedarf überflüssig, wodurch die Empfindlichkeit der Vorrichtung gegenüber Anordnungen verbessert wird, bei denen separate Erregerspulen oberhalb der Abtastspulen angeordnet werden müssen;

3. infolge der Brückenschaltung der Prüfspulen wird eine gute Unterdrückung von Stoßströmen erhalten, die von Veränderungen des Abstandes zwischen den Spulen und dem zu prüfenden Material, lemperaturschwankungen und dergleichen herrühren können. Dabei erhält man besonders gute Verhältnisse, wenn die Brücke in Ruhelage etwas mitbalanciert ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß jede Spule zum Einregeln der aus der Brücke austretenden Messignale eine Abgleichvorrichtung zugeordnet ist. Vorzugsweise können die einzelnen Spulen jeder Gruppe in Zick-Zaek-Porm versetzt zueinander angeordnet sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
J¹Ig. 1 einen Fehlerdetektor mit zugeordnetem Ausgleich- oder

Brückenstromkreis und
Pig. 2 einen fehlerdetektor mit Markierungsvorrichtungen.

Die Pig. 1 zeigt schematisch das zu prüfende Material 1, das in Richtung des Pfeiles 2 an der aus den Spulen 3_f 4, 5 und 6 bestehenden Prüfvorrichtung vorbeibewegt wird. Die Spulen liegen in einem Brüokenstromkreis, der über einen aus der Primärwicklung 8 und der Sekundärwicklung 9 bestehenden Transformator von der Stromquelle 7 mit Wechselstrom versorgt wird. Wie aus Pig. 1 hervorgeht, liegt jede Spule in einem Zweig der B rücke, in welchem außerdem die Sekundärwicklung 9 die •ine Diagonale der Brücke bildet. Die Messignale werden der

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zweiten Diagonale der Brücke entnommen und über die Klemmen 10 einem nicht dargestellten Verstärker sowie einer Anzeige- und Markierungsvorrichtung zugeleitet.

Die Brücke ist so aufgebaut und abgeglichen, daß sie bei gleichen Eigenschaften des betreffenden Prüfmaterials innerhalb des von den Spulen 3 bis 6 erfaßten Prüfbereiches einen bestimmten Ausgleichstrom abgibt, d.h., die Brücke ist nicht auf Null abgeglichen, weil dies eine Anzahl Nachteile mit sich bringt, beispielsweise eine sich in Abhängigkeit von der Temperatur und der Lage ändernde Empfindlichkeit usw.. Jede der Spulen 3 bis 6 ist gemäß Fig. 1 mit einer Abgleichvorrichtung 11 bis 14 versehen, damit der aus der Brücke austretende ausgeglichene Strom eingeregelt werden kann.

Die Pig.2 zeigt zwei Prüfspulen-Gruppen 15a, 15b. Das Gehäuse für die Gruppe 15a ist teilweise weggeschnitten. Die Spulen 3 und 5 liegen nebeneinander, ebenso die Spulen 4 und6, die «jedoch hinter den Spulen 3 und 5 und jeweils versetzt zu diesen angeordnet sind. Das Prüfmaterial 1 bewegt sich wie im zuvor erwähnten Fall in Richtung des Pfeiles 2.

Die Spulengruppen 15a, 15b sind nebeneinander angeordnet. Jede Spule tastet eine bestimmte Breite des Prüfmaterials 1 ab, so daß dieses in Längsrichtung in zwei einzelne Prüfkanäle 17a, 17b aufgeteilt ist. Jede Spulengruppe 15a, 15b wirkt über nicht dargestellte Vorrichtungen, u.a. den weiter oben erwähnten Verstärker, auf die Anzeige- bzw. Markierungsvorrichtung 16a bzw. 16b in der Weise ein, daß beim Feststellen durch die jeweilige Markierungsvorrichtungen 16a oder 16b beispielsweise durch Einfärben, sichtbar gemacht wird.

Neben den besonderen Vorteilen, die mit der Erfindung erzielt werden, liegt ein Vorteil auch darin, daß die Prüfspulen orts-

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fest angeordnet sind und daher keiner Antriebsmittel und beweglicher Teile bedürfen, die beim Betrieb der Vorrichtung empfind-lieh gegen Beschädigungen sind.

Die Oberfläche des Prüfmaterials braucht nicht gereinigt zu werden; sie kann auch erwärmt sein, ohne daß die Prüfspulen dadurch beschädigt werden oder falsche Meßergebnisse liefern.

Schließlich wird sowohl eine genaue, von der Bewegungsgeschwindigkeit des Materials im wesentlichen unabhängige Abtastung der gesamten Oberfläche des Prüfmaterials als auch eine automatische Kennzieichnung der fehlerhaften Stellen innerhalb des betreffenden Prüfkanals erreicht.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Vorrichtungen zum Prüfen von nicht magnetischem Material beschränkt, sondern kann auch bei magnetischem Material zur Anwendung kommen, vorausgesetzt, daß dieses in an sich bekannter Weise magnetisiert ist.

Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, die Prüfspulen nach einem vorbestimmten Zeitplan intermittierend zu speisen.

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Claims

1&4845Q ύ Betr.: Patentanmeldung Patentansprüche

1. Fehlerdetektor zur elektroinduktiven Materialprüfung mit einer Anzahl Prüfspulen, die nur auf einer Seite des zu prüfenden Materials in einer solchen Anzahl und Anordnung vorgesehen sind, daß ihr Feld im wesentlichen den gesamten zu prüfenden Bereich des Materials erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Prüfspulen ( 3 bis 6) zu mindestens einer Gruppe (15a, 15b) zusammengefaßt sind und Jede Spule in einem Zweig eines aus der Sekundärwicklung (9) eines Transformators mit Wechselstrom gespeisten Brückenstromkreises liegt, dessen eine Diagonale von der Sekundärwicklung (9) gebildet wird, während der zweiten Diagonale die Meßsignale entnommen werden.

2. Fehlerdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spule (3 bis 6) zum Einregeln der aus der Brücke austretenden Meßsignale eine Abgleichvorrichtung (11 bis H) zugeordnet ist.

3. Fehlerdetektor nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Spulen jeder Gruppe (15a, 15b) in Zick-Zack-Form versetzt zueinander angeordnet sind.

Neue Unterlagen tArt/§1Ab_S.2^fr.1s*3cta.ftκtou«g«v.4s.1s' 109824/0229