DE1648517C3

DE1648517C3 - Verfahren zum Auffinden von Oberflächenrissen in Stangen, Knüppeln, Rohren und ähnlichen Werkstücken mit Kanten aufweisendem Querschnitt

Info

Publication number: DE1648517C3
Application number: DE1648517A
Authority: DE
Inventors: Paul Dr. 4200 Oberhausen Hoeller; Paul Dipl.-Phys. 4300 Essen Scholten
Original assignee: HUETTENWERK OBERHAUSEN AG 4200 OBERHAUSEN
Current assignee: HUETTENWERK OBERHAUSEN AG 4200 OBERHAUSEN
Priority date: 1967-11-15
Filing date: 1967-11-15
Publication date: 1973-10-18
Also published as: SE333069B; BE722143A; DE1648517A1; FR1588660A; DE1648517B2; GB1194498A; NL6815174A; US3693074A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auffinden von Oberflävhenris en und zur Messung von deren Tiefe in Stangen, Knüppeln, Rohren und ähnlichen Werkstücken mit r. cht kreisförmigem. Kanten oder abgerundete Kanten aufweisendem Querschnitt, wobei die Werkstücke durch einen in Achsrichtung fließenden Strom magnetisiert und der an Rissen austretende Streufluß meßtechnisch erfaßt, z. B. auf einem auf der Werkstückoberfläche ablaufenden Band gespeichert sowie das Band einer Meßeinrichtung zugeführt wird, wobei ferner die Magietisierung des zu untersuchenden Werkstückes mit gepulstem Gleichstrom durchgeführt wird.

Bei bekannten Verfahren der beschriebenen Gattung (vergleiche deutsche Patentschrift 805 813 mit Zusatz 875 880) arbeitet man mit gepulstem Gleichstrom konstanter Frequenz, um die Erwärmung des zu untersuchenden Werkstückes kleinzuhalten, oder (vergleiche USA.-Patantschrift 2 136 375) um Kontaktierungsproblerr.e zwischen Werkstück und Stromzuführung zu meistern. Das alles mag gelingen, andert aber nichts daran, daß bei bekannten Verfahren der beschriebenen Gattung im Bereich der Kanten die Empfindlichkeit ebensowenig ausreicht wie bei klassischer Betriebsweise mit permanenter Gleichstromdurchflutung. Die Pulsfrequenz liegt bei den bekannten Maßnahmen im Bereich gleichgerichteter Netzfrequenz und wird konstant gehalten.

Im Rahmen der bekannten Maßnahmen wird ein Werkstück kreisförmigen Querschnittes zirkulär in einer Ebene senkrecht zur Längsachse magnetisiert. Die magnetischem Feldlinien verlaufen parallel zur Oberfläche und treten weder ein noch aus. An Rissen, die vorzugsweise als Längsrisse vorliegen, tritt ein magnetischer Streufluß aus, und der austretende Streufluß wird zumeist nicht unmittelbar gemessen, sondern zunächst auf einem endlosen und auf der Oberfläche ablaufenden Band gespeichert. Das Band wird dann durch eine Meßvoirichtung geführt, in der der gespeicherte Streufluß ermittelt wird. Sobald Abweichungen vom kreisförmigen Querschnitt des Werkstückes auftreten, wird eine homogene Magnetisierung entlang der Oberfläche nicht mehr erzielt. Außerdem weicht die Magnetisierungsrichtung als Funktion der Lage auf der Peripherie eines Querschnitts erheblich von der tangentialen Richtung ab. Für den häufig vorkommenden quadratischen Querschnitt mit abgerundeten Kanten sind die Verhaltnisse insbesondere im Bereich der abgerundeten Kanten stark gestört. Man beobachtet einen Abfall der Taneenlialkomponente der magnetischen Induktion von der Flächenmitt- bis zur Kante eines Werkstiikkes um etwa 70"n. In einem bestimmten Abstand von der Kante, der im einzelnen von der Kantenform abhängt, wird eine Nullstelle der Magnetisierung durchlaufen. Darüber hinaus treten magnetische Feldlinien ein und aus, wobei die Feldlinien praktisch senkrecht auf der Werkstückoberfläche aufsitzen. An dieser Stelle werden Risse im Werkstück vollständig übersehen. Auch wenn man bei Pulsbetrieb mit gleichgerichteten Netzfrequenzen die Magnetisierungsdauer ändert (vergleiche USA.-Patentschrift 3 324 354), erzielt man bei Werkstücken mit nicht kreisförmigem. Kanten oder abgerundete Kanten aufweisendem Querschnitt keine homogene oder auch nur hinreichend gleichmäßige Magnetisierung, die auch Fehler im Bereich der Kanten offenbart. Endlich führt auch die Maßnahme nicht zum Erfolg (vergleiche französische Patentschrift 834 256), mit leistungsstarken Entladungsimpulsen die Magnetisierung durchzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung se weiter auszubilden, daß eine möglichst homogene tangentiale Magnetisierung entlang des Umfanges für beliebige Querschnittsformen "on Werkstücken herbeigeführt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, die Frequenz des gepulsten Gleichstromes so einzustellen, daß auch im Bereich der Kanten liegende Oberflächenrisse erfaßt werden. Im allgemeinen wird man auch im Rahmen der Erfindung mit mittels Einweg-Gleichrichtung von sinusförmigem Wechselstrom erzeugtem gepulstem Gleichstrom arbeiten.

In Versuchen wurde festgestellt, daß die Frequenz einer Impulsmagnetisierung so gewählt werden kann, daß auch an den Kanten von Werkstücken mit nicht kreisförmigem, Kanten oder abgerundete Kanten aufweisendem Querschnitt die Magnetisierung tangential zur Oberfläche verläuft, während gleichzeitig der Abfall zu den Kanten hin fast vollständig ausgeschaltet wird. Dafür tritt aber eine Abnahme der magnetischen Induktion in Richtung der normalen zur Oberfläche zum Inneren des Prüfgutes hin auf. Da in der Regel eine quantitative Bestimmung der Rißtiefe nur im Bereich bis 2 mm interessiert und darüber hinaus auch von den Magnetbändern und von dem durch Rauhigkeit der Oberfläche bedingten Störpegel her nur ein begrenzter Meßumfang ähnlicher Größenordnung zur Verfügung steht, genügt es, die erwünschte Art der Magnetisierung innerhalb einer oberflächennahen Schicht von einigen Millimetern Dicke zu erzielen. Hinzu kommt, daß durch den magnetischen Widerstand der Risse der Fluß nach innen zumindest teilweise umgeleitet wird. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß bereits bei Einweg-Gleichrichtung eines Wechselstromes der Frequenz zwischen 20 und

100 Hz eine sehr erhebliche Verbesserung der Magnetisierung im gewünschten Sinne (Ausrichtung parallel zur Oberfläche und Homogenisierung; entlang diT Oberfläche) erzielt wird.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Zeichnung ausführlicher erläutert. In der einzigen Figur sind als Ordinate die nach dem Magnetographie-Verfahren erhaltenen Anzeigen von Rissen gleicher Form und gleicher Tiefe, aber unterschiedlicher !.agc. ^für einen Stahlknüppel mit quadratischem Querschnitt angegeben. Die Abszisse gibt Punkte auf der Oberfläche der Knüppelbreite von 80 mm, 4kant, an. Unter der Abszisse ist die Lage der Risse angedeutet. Man erkennt, daß Rißanzeigen bei Magnetisierung mit stationärem GL-ichstrom zu den Kanten hin sehr stark abfallen. Ähnlich liegen die Verhältnisse, wenn ohne Anpassung mit gepulstem Gleichstrom konstanter Frequenz gearbeitet wird. Bei der Impulsmagnetisierung wird demgegenüber die Anzeige der Kantenrisse sehr stark angehoben. Dabei so erfolgt auf den Flächen noch keine Sättigung der Bänder; eine ausreichende Empfindlichkeit bleibt auch hier erhalten. Diese einfachste Form der Impulsmagnetisierung führt zwar noch nicht zu einer vollständig von der Lage unabhängigen Anzeige, je- as doch sind die Unterschiede zwischen Kante und Mitte bereits sehr erheblich verringert. Im einzelnen hängen die Eindringtiefe der Magnetisierung und die von der Querschnittsform unabhängige Verdrängung des magnetischen Flusses in eine oberflächennahe Schicht nach im Ansatz bekannten physikalischen Gesetzmäßigkeiten von der Frequenz, der elektrischen Leitfähigkeit und der magnetischen Permeabilität ab. Von diesen drei Größen sind Leitfähigkeit und Permeabilität vom Untersuchungsobjekt her \orgegeben. Als von außen einstellbare Variable verbleibt die Frequenz mit der unter Berücksichtigung der \orgenannten Werkstoffkenngrößen und der geometrischen Form des zu untersuchenden Werkstükkes. die jeweils erforderliche Eindringtiefe und FIuIiverdrängung in die Oberfläche eingestellt werden können. Da im vorgenannten Falle wegen der Kennlinien der magnetischen Bänder eine reine Wechselstrommagnetisierung entfällt, muß die »Frequenz durch die Flanken der Gleichstromimpulse eingestellt werden, was mit bekannten technischen Hilfsmitteln, wie Thyristoren, möglich ' \.

Das Verfahren ist nicht n-ir im Hinblick auf die Verbesserung der Meßtechnik vorteilhaft, sondern auch in wirtschaftlicher Hinsicht. Bei den erforderlichen relativ hohen Stromstärken von ca. 1000 A bis 2500 A führt die Leistungsverringerung durch die Impulsmagnetisierung sowohl zu erheblich geringeren Anlage- als auch Betriebskosten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 517 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Auffinden von Oberflächenrissen und zur Messung von deren Tiefe an Stan- Z gen. Knüppeln. Rohren und ähnlichen Werkstükken mit nicht kreisförmigem, Kanten oder abgerundete Kanten aufweisendem Querschnitt, wobei die Werkstücke durch einen in Achsrichtung fließenden Strom magnetisiert und der an Rissen to austretende Streufluß meßtechnisch erfaßt, z. B. auf einem auf der Werkstückoberfläche ablaufenden Band gespeichert sowie das Band einer Meßeinrichtung zugeführt wird, wobei ferner die Magnetisierung des zu untersuchenden Werkstückes mit gepulstem Gleichstrom durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des gepulsten Gleichstroms so eingestellt wird, dai luch im Bereich der Kanten liegende Oberflächenrisse erfaßt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit mittels Einweg-GIeiclini/ntung von sinusförmigem Wechselstrom erzeugtem, gepulstem Gleichstrom gearbeitet wird.

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