DE3240480A1

DE3240480A1 - Vorrichtung und verfahren zur zerstoerungsfreien materialpruefung mittels magnetischer streuflussmessung unter anwendung einer diagonal-quer-magnetisierung

Info

Publication number: DE3240480A1
Application number: DE19823240480
Authority: DE
Inventors: Edward Belle Harbor N.Y. Spierer
Original assignee: Magnetic Analysis Corp
Current assignee: Magnetic Analysis Corp
Priority date: 1981-11-02
Filing date: 1982-11-02
Publication date: 1983-05-19
Also published as: GB2111217A; US4477776A

Description

Vorrichtung und Verfahren zur zerstörungsfreien Materialprüfung mittels magnetischer Streuflußmessung unter Anwendung einer Diagonal-Quer-Magnetisierung

Die Erfindung betrifft das Gebiet der zerstörungsfreien Materialprüfung mittels magnetischer Streuflußmessung und bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung. auf sowohl längs- als auch quergerichtete Fehlerstellen.

Beim Magnetisieren eines Körpers aus Metall tritt an jeder Stelle, an der im Werkstoff eine Gefügeunterbrechung, ein Riß oder eine Fehlerstelle besteht, ein Streufluß auf. Die Größe des Streuflusses und daher die Empfindlichkeit, mit der Sensoren auf den Fehler ansprechen, ist von der Lagebeziehung zwischen dem Fehler und dem Magnetfeld abhängig. Wenn schmale Risse parallel zum Magnetfeld verlaufen, tritt praktisch kein Magnetfluß aus und der Fehler kann unentdeckt bleiben.

Die Feststellung aller Fehler, unabhängig von ihrer Ausrichtung, hat im allgemeinen eine mehr als einmalige Prüfung des Prüfstückes erforderlich gemacht (s. US-PS 3 287 632). Die in* dieser Patentschrift beschriebene Vorrichtung erzeugt Magnetflüsse in bezug auf ein rohrformiges Prüfstück in zwei

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Richtungen getrennt und im Abstand voneinander, um eine gegenseitige Störung auszuschließen und zu vermeiden, daß sich durch Vermengen und Vektoraddition der Magnetfelder ungenaue Daten ergeben (a.a.O., Spalte 1, Zeilen 66 bis 70).

Zum Feststellen von Fehlern mit verschiedenen Ausrichtungen sind verwickelt aufgebaute Vorrichtungen entwickelt worden. Aus der US-PS 3 994 911 ist eine Vorrichtung bekannt, die zum Erzeugen eines im Prüfstück wandernden, z.B. sich drehenden oder linear fortschreitenden Magnetfeldes einen Mehrphasen-Generator benutzt und Einrichtungen aufweist, die jede Asymmetrie im Magnetfeld erfassen, welche durch im Prüfstück induzierte Wirbelströme hervorgerufen wird. Ein in Stern geschalteter Mehrphasen-Generator beschickt eine erste Gruppe von in Stern geschalteten Meßspulen, wobei für jede Phase wenigstens eine Spule vorgesehen ist. Eine an den Mehrphasen-Generator angeschlossene zweite Gruppe von in Stern geschalteten Meßspulen induziert im Prüfstück ein Wanderfeld in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung des von der ersten Meßspulen-Gruppe erzeugten Wanderfeldes. Noch weitere Spulen sind erforderlich, um Veränderungen im elektrischen Feld festzustellen, die erzeugt werden, wenn im Prüfstück Fehler und Unregelmäßigkeiten angetroffen werden.

Aus der US-PS 3 855 530 ist eine ähnliche Vorrichtung zur Fehlerprüfung an Metallen bekannt, die eine kreuzförmige Magnetkern-Anordnung aufweist mit zwei Paaren magnetischer Polstücke, die zwei Paare sich rechtwinklig schneidender magnetischer Pole bilden, zwei Wicklungen um die beiden Paare magnetischer Polstücke und einer Stromquelle, welche die erste Spule mit der positiven Halbwelle und die zweite Spule mit der negativen Halbwelle eines einphasigen Wechselstroms beschickt und somit jeden der beiden Magnetflüsse abwechselnd in sich rechtwinklig schneidenden Richtungen erzeugt. Ein magnetischer Streufluß, der eine Vektorsumme der Magnetflüsse

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darstellt, tritt auf, wenn eine Fehlerstelle den einen oder den anderen der magnetischen Flüsse schiefwinklig schneidet (s. Spalte 3, Zeile 65 bis Spalte 4, Zeile 19). Diese Vorrichtung ist zur Verwendung zusammen mit Magnetpulvern bestimmt.

Verschiedene, zueinander rechtwinklige Magnetfelder benutzende Anordnungen sind auf dem Gebiet der Wirbelstromprüfung angewendet worden. Beispielsweise sind aus der US-FS 3 495 166 Wirbelstrom-Rißprüfsysteme bekannt, die gekreuzte Spulen mit Feldern benutzen, welche zueinander rechtwinklig und zur Oberfläche eines Prüfstückes parallel sind. Veränderungen der elektrischen Leitfähigkeit, der Permeabilität, des Meßab-„Standes und der Oberfrächenzustände bewirken im wesentlichen keine Anzeige durch die Brückendetektorschaltung, jedoch werden durch Fehlerstellen große Ausgänge erzeugt.

In der US-PS 4 134 062 ist eine andere Wirbelstrom-Prüfvorrichtung beschrieben, die hauptsächlich zum raschen Abtasten der Innenwände von Rohren oder Löchern in metallischen Prüfstücken ausgelegt ist, um Sprünge, Risse oder andere Fehler nachzuweisen. Diese Vorrichtung weist in der Sonde in einer Differenzschaltung miteinander verbundene Abtastübertrager auf, um die Auswirkungen von Fehlanzeigen, hervorgerufen durch Übergangsstellungen der Sonde, z.B. beim Einführen und Zurückziehen der Sonde aus dem Prüfstück, aufzuheben und ihren Eingang in die Abtastschaltung zu verhindern (siehe Spalte 1, Zeilen 43 bis 50).

Zwar kann die Feststellung dieser Fehler, die im Prüfstück verschieden ausgerichtet sind, mittels der vorstehend angegebenen und möglicherweise mittels anderer herkömmlicher Vorrichtungen durchgeführt werden, aber es werden im allgemeinen keine Ausgangssignale erzeugt, welche die Art, Ausrichtung und Größe des Fehlers anzeigen, wenn nicht mehr als

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ein Prüfvorgang ausgeführt wird. Außerdem ist es schwierig, zwischen fehlerbedingten Signalen und solchen zu unterscheiden, die durch normale Veränderungen des Prüfstückprofils, z.B. durch Durchmesserveränderungen an Schultern hervorgerufen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum gleichzeitigen magnetischen Feststellen von längs- und quergerichteten Material fehlern in Prüfstücken zu schaffen, die von kreisrunder, insbesondere zylindrischer Querschni ttsgestalt sind und sich in bezug auf die Prüfvorrichtung drehen und in Längsrichtung bewegen.

Diese Aufgabe ist mit einer Vorrichtung und einem Verfahren gelöst, die mit ihren Ausgestaltungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet sind.

Das Vorhandensein eines Streuflusses aus dem Prüfbereich wird durch eine magnetische Abtasteinrichtung festgestellt, auf deren Ausgangssignale eine Schaltungsanordnung anspricht und das Vorhandensein von Fehlerstellen im Prüfstück anzeigt. Durch das Bestehen sowohl eines quer- als auch eines längsgerichteten Feldes wird im Prüfstück ein diagonal abgelenktes Feld bzw. ein diagonales Summenfeld erzeugt. Es sind Einrichtungen vorhanden, welche die Stärke oder die Polarität des längsgerichteten Magnetfeldes kontinuierlich und rasch ändern, und es kommt zu einem Magnetflußaustritt sowohl bei längs- als auch bei quergerichteten Fehlstellen.

Die Abtasteinrichtung kann jedoch von dem aus der US-PS 3 940 690 bekannten Typ sein, der eine ausgeprägte Vorzugsempfindlichkeit für den Magnetfluß entlang dem Verlauf des Einsatzstückes aus Metall besitzt, um welches die Abtastspule gewickelt 1st. Die richtige Ausrichtung eines solchen Sensors, der in der Nähe des Bereiches angeordnet ist, in dem sich die

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Magnetfelder kreuzen, macht diesen Sensor nur für quergerichtete Fehlstellen empfindlich.

Zum Feststellen eines aufgrund von längsgerichteten Fehlstellen austretenden Magnetflusses kann cjin zusätzlicher Sensor vorgesehen sein, der vorteilhafterweise in der Nähe eines Bereiches des Prüfstückes angeordnet ist, welcher nur dem quergerichteten Magnetfeld ausgesetzt ist. Auf Ausgangssignale dieses zweiten Sensors spricht eine zweite Schaltungsanordnung an, die längsgeriehtete Fehlstellen im Prüfstück anzeigt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Stärke des quergerichteten Magnetfeldes gerade etwas kleiner als die Stärke gewählt, die zur magnetischen Sättigung des Prüfstückes notwendig ist. Das Längs- oder Ablenkfeld braucht jedoch nicht annähernd so stark zu sein; eine mittlere Feldstärke ist im allgemeinen ausreichend.

Um die Größe und daher die Bedeutung von Fehlern richtig beurteilen zu können, ist es notwendig, daß die Stärke des quergerichteten Magnetfeldes im Werkstoff zumindest annähernd konstant bleibt, wenn sich die Wanddicke mit der Stellung am Prüfstück ändert. Wenn die Wanddickenänderung durch eine Änderung des Außendurchmessers bedingt ist, führt die Veränderung des Abstandes zwischen magnetischen Polstücken und dem Prüfstück bis zu einem Grade zu einem automatischen Ausgleich der Wanddickenänderung. Jedoch lassen sich bestmögliche Ergebnisse erzielen, wenn die Vorrichtung erfindungsgemäß mit einer Einrichtung zum Programmieren der Stärke des quergerichteten Magnetfeldes ausgestattet ist, um während der Prüfdauer ein zumindest annähernd konstantes Feld im Prüfstück zu erzeugen. Zur Unterstützung der Programmierung ist eine Einrichtung vorgesehen, welche die Stärke des Querfeldes im Prüfstück ermittelt. Um sicherzustellen, daß die sich aus der Programmierung ergebenden Feldstärkekorrekturen angemessen

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sind, kann eine Einrichtung vorgesehen sein, die anzeigt, wenn die Feldstärke außerhalb eines im voraus festgelegten Wertebereiches liegt.

Unter normalen Prüfbedingungen wird das Prüfstück in bezug auf die Prüfvorrichtung gedreht und in Längsrichtung bewegt. Wenn sich der Außendurchmesser des Prüfstückes wegen einer Schulter verändert, wird eine Änderung der Flußstreuung bzw. des Flußaustritts hervorgerufen, durch die ein Signal erzeugt wird, das als Anzeige des Vorhandenseins einer Fehlstelle gedeutet werden kann. Solche Signale lassen sich ohne weiteres von gültigen Fehlstellenanzeigen unterscheiden, wenn die Fortsetzung der Drehbewegung des Prüfstückes ermöglicht, seine Längsbewegung jedoch gestoppt wird. Unter diesen Bedingungen erzeugen Fehlstellen weiterhin Ausgangssignale, eine einwandfrei bearbeitete gleichmäßige Schulter jedoch nicht. Eine vorteilhafte Ausführungsform weist daher eine Einrichtung auf, welche die Längsbewegung des Prüfstückes in bezug auf die Prüfvorrichtung zu stoppen vermag.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher berschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,

eine Seitenansicht derselben Vorrichtung, eine Endansicht derselben Vorrichtung, die Anordnung von Bauteilen zum Erzeugen eines normalerweise diagonalen Feldes, den Schnitt 5-5 in Fig. 4,

die Anordnung von Bauteilen bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

die Anordnung von Bauteilen bei einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung, den Schnitt 8-8 in Fig. 7,

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Fig. 9 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, Fig. 10 eine noch andere Ausführungsform der Erfindung und Fig. 11 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß der Erfindung insbesondere zum Feststellen von Fehlstellen in Prüfstücken mit veränderlichen Wanddicken.

Die Umlaufprüfung mit magnetischer Streuflußmessung ist in höchstem Maße zweckdienlich bei Prüfstücken von kreisrunder Querschnittsgestalt, insbesondere bei zylindrischen Prüflingen, die sich in bezug auf die Prüfvorrichtung oder, genauer, in bezug auf deren an der Prüfung aktiv beteiligten Bauteile drehen und in Längsrichtung bewegen.

Gemäß Fig. 1 ist ein mit gestrichelten Linien gezeichnetes Prüfstück 10 rechts durch eine Außenspannvorrichtung 12 abgestützt, die mehrere Spannbacken des Typs aufweisen kann, der gewöhnlich in einer Drehbank verwendet wird. Das Prüfstück 10 ist links von einer drehbaren Innenabstützung 14 abgestützt, die mit einer Welle 16 verbunden ist, welche in einem einem herkömmlichen Drehbank-Reitstock ähnlichen Vorrichtungsteil 18 drehbar gelagert ist. Die Grobposi tiörii erunj¹, des Vorrichtungsteils 18 in der Längsrichtung des Prüf stücket·. 10 geschieht durch Lösen von einer oder mehreren Schrauben 20, wonach ein Verschieben in Schlitzen 22 möglich ist. Die Feinpositionierung geschieht durch Drehen eines Handrades 24.

Die Außenspannvorrichtung 12 ist mit einer Welle 26 verbunden, die in einem Radiallager in einem Vorrichtungsteil 28 drehbar gelagert ist. Die Welle 26 trägt auf ihrem aus dem Vorrichtungsteil 28 herausragenden Abschnitt eine Umlenkscheibe 30, die über einen Antriebsriemen 32 mit einer Umlenkseheibe 34 auf der umlaufenden Welle eines Motors 36 verbunden ist. Durch Einschalten des Motors 36 werden daher die Außenspannvorrichtung 12 und das Prüfstück 10 gedreht.

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Gemäß Fig. 2 und 3 sind die am Prüfvorgang beteiligten Hauptbauteile der in Fig. 1 dargestellten Prüfvorrichtung auf einer Basis 38 angeordnet, die durch Drehen von Gewindespindeln 40 in der Längsrichtung des Prüfstückes 10 verstellbar ist. Solcjie L.ängsverstel!mittel sind von Drehbänken her bekannt.

Zum Erzeugen des erforderlichen quergerichteten Magnetfeldes wird anntolle eines möglichen Dauermagneten ein Elektromagnet 42 bevorzugt. Unter einem "quergerichteten Magnetfeld" wird ein Feld verstanden, das zur Längsachse des Prüfstückes 10 rechtwinklig ist. Die Richtung der magnetischen Kraftlinien dieses quergerichteten Feldes ist in Fig. 3 durch magnetische Feldlinien 44 dargestellt. Der Elektromagnet 42 hat eine Wicklung bzw. Spule 46, Kernverlängerungsstücke 48 und Polstücke 50. Letztere sind mit Schlitzen 52 versehen, die von Schrauben 54 durchdrungen sind (s. Fig. l). Nach Abschalten des Versorgungsstromes der Spule 46 lassen sich durch Lösen der Schrauben 54 der Zwischenabstand und die Stellung der Polstücke 50 zum Zwecke der Aufnahme von Prüflingen verschiedener Durchmesser einstellen.

Auf der Basis 38 ist mittels Gewindespindeln 56 zur Höheneinstellung, welche auf Stützen 57 angeordnet sind, ein Elektromagnet 58 angeordnet, der im Prüfstück 10 ein Feld in der Längsrichtung erzeugt. Die allgemeine Richtung der zum längsgerichteten Feld gehörenden magnetischen Kraftlinien ist durch eine Feldlinie 60 dargestellt.

Der Elektromagnet 42 ist vorzugsweise ein kräftiger Magnet von etwa 40 000 Amperewindungen· Er soll ein quergerichtetes Feld erzeugen, welches das Prüfstück 10 im Prüfbereich nahezu völlig magnetisch sättigt, damit eine genügende Empfindlichkeit für längsgerichtete Fehler besteht, also mehr für längsgerichtete Fehler als für Fehler, die sich in Umfangs-

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richtung erstrecken. Der Elektromagnet 58 kann ein Feld von mittlerer Stärke erzeugen, wobei eine Stärke von 5000 bis 10 000 Amperewindungen gewöhnlich ausreichend ist.

Wenn das Prüfstück 10 sowohl vom quer- als auch vom längsgerichteten Feld durchsetzt ist, wird das quergerichtete Magnetfeld im Prüfstück 10 diagonal, d.h. etwas in die Längsrichtung des Prüfstückes 10 abgelenkt. Unter diesen Bedingungen wird ein Streufluß aus dem Prüfberoich erzeugt, d.h. aus dem Bereich, in dem sich die längs- und quorgerichteten Felder für sowohl in Längs- als auch in Umfangsrichtung verlaufende Fehler kreuzen. Es ist jedoch nach wie vor möglich, daß Fehler mit bestimmten Ausrichtungen oder bestimmte, selten auftretende wendeiförmige Fehler nicht erfaßt werden, wenn das. Feld diagonal in eine Richtung abgelenkt wird, die zur Richtung des Fehlers parallel ist. Es ist daher wünschenswert, daß der zum Erregen des Elektromagneten 58 zugeführte Strom in der Zeit nicht konstant ist. Vorzugsweise wird der Elektromagnet 58 mit einem Wechselstrom von gewöhnlich 60 Hz beschickt. Dies dient dazu, die Richtung bzw. Polarität des Magnetfeldes im Kreuzungsbereich der quer- und längsgerichteten Felder ständig zu ändern, was bewirkt, daß das Feld in bezug auf die normale Querrichtung, die, wie in Fig. 1 durch die Feldlinien 44 dargestellt, direkt zwischen den Polstücken 50 des Elektromagneten 42 verläuft, entsprechend Fig. 1 etwas nach rechts und nach links abwechselnd abweicht.

Auf dem Elektromagneten 58 ist eine waagerechte Platte 62 angeordnet, die sich vom Elektromagneten 58 waagerecht nach rechts erstreckt. An ihr und an einer Tragplatte 66 ist eine senkrechte Stützplatte 64 mittels Maschinenschrauben 68 befestigt. Der untere Abschnitt der Stützplatte 64 weist Löcher auf, die von zwei Tragstangen 70 und 72 durchdrungen werden, welche durch Verbindungsstücke 73 zu einer starren Baugruppe miteinander verbunden sind, die die Tragstangen 70 und 72 in

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Hirer richtigen Stellung hinreichend sicher hält. Die Tragstangen 70 und 72 durchdringen die innen hohle Welle 26 und reichen bis in den Bereich der Quermagnetisierung. Sie sollen aus unmagnetischem Werkstoff sein, z.B. aus einem unmagnetischen Stahl oder möglicherweise aus einem starren nichtmetallischen Werkstoff. Gemäß Fig. 2 ist die Tragstange 70 an ihrem linken Endabschnitt nach oben gebogen und trägt dort einen Sensor 74 zum Erfassen von austretendem Magnetfluß. Der Sensor 74 ist vorzugsweise von dem in der US-PS 3 940 beschriebenen Typ und ist so ausgerichtet, daß er auf einen austretenden Magnetfluß bzw. einen magnetischen Streufluß anspricht, der durch in Quer- oder in Umfangsrichtung verlaufende Fehlstellen hervorgerufen wird, jedoch auf einen Streufluß, der durch längsgerichtete Fehler bedingt ist, nur minimal anspricht, trotzdem ein solcher Streufluß gelegentlich während der Periode des dem Elektromagneten 58 zugeführten Wechselstroms auftreten kann.

Die Tragstange 72 dient dazu, einen Sensor 76 an einer Stelle in Stellung zu bringen, die dem Bereich, in dem sich die längs- und quergerichteten Magnetfelder kreuzen, diametral gegenüberliegt. In dem sich am Sensor 76 vorbeidrehenden Bereich des Prüfstückes 10 besteht somit keine Ablenkung des quergerichteten Feldes. Der Sensor 76 hat die gleichen Eigenschaften wie der Sensor 74, ist jedoch so ausgerichtet, daß er auf magnetischen Streufluß anspricht, der durch längsgerichtete Fehlstellen hervorgerufen wird. Somit erzeugt der Sensor 74 Ausgangssignale in Abhängigkeit von aus dem ersten Prüfbereich austretendem Magnetfluß, wogegen der Sensor 76 Ausgangssignale erzeugt, welche das Vorhandensein von Fehlstellen im zweiten Prüfbereich anzeigen. Diese Ausgangssignale werden getrennten Schaltungsanordnungen zugeführt, die auf solche Signale ansprechen und der Fachwelt bekannt sind. Sie liefern Anzeigen für das Vorhandensein von quer- bzw. längsgerichteten Fehlstellen.

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Die Arbeitsweise ist folgende: Das Prüfstück 10 wird in der Prüfvorrichtung aufgenommen und durch Einschalten des Motors 36 drehangetrieben. Die Drehgeschwindigkeit des Motors 36 wird sorgfältig so eingestellt, daß Fehlstellen einer bestimmten Größe oder eines bestimmten magnetischen Streuflusses die Abgabe von Signalen von entsprechender Amplitude durch die Sensoren 74 und 76 hervorrufen. Außerdem ist es von Vorteil, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors 36 nicht völlig in Beziehung zur Frequenz des dem Elektromagneten 58 zugeführten Wechselstromes steht, so daß die Wahrscheinlichkeit einer Nichterfassung von Fehlern beträchtlich verringert wird.

Fig. 4 zeigt eine andere Möglichkeit zur Erzeugung einer Diagonal-Quer-Magnetisierung. Auf diametral entgegengesetzten Seiten eines Prüfstückes 80 sind in Längsrichtung gegeneinander versetzte Polstücke 82 und 84 angeordnet. Aufgrund der Längsversetzung der Polstücke 82 und 84 hat das bei dieser Anordnung erzeugte Magnetfeld eine diagonale Komponente. Das Magnetfeld läßt sich durch die Verwendung eines Elektromagneten 86 ablenken, dem auf ähnliche Weise wie dem Elektromagneten 58 ein Wechselstrom zugeführt werden kann.

Das Prüfstück 80 weist eine Schulter 88 auf. Aufgrund einer Verkleinerung seines Außendurchmessers hat das Prüfstück 80 daher rechts von der Schulter 88 eine verringerte W^anddicke. Man würde erwarten, daß die Feldstärke im Prüfstück 80 an dieser Stelle zunimmt, weil dasselbe Feld durch eine kleinere Querschnittsfläche hindurchgeht. Dies ist jedoch nicht der Fall, weil der Abstand zwischen dem Prüfstück 80 und den Polflächen bzw. -stücken 82 und 84 größer wird und somit für eine zusätzliche magnetische Reluktanz sorgt, welche die Verkleinerung der Querschnittsfläche ausgleicht. Es kann jedoch sein, daß dieser Ausgleich nicht immer völlig ausreichend ist. Es ist daher eine nachstehend näher beschriebene Einri'chtung vorhanden, die nach Maßgabe der Veränderungen des

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Außendurchmessers für ein zumindest annähernd gleichmäßiges Feld sorgt.

Gemäß Fig. 5 sind im Innern des Prüfstückes 80 Sensoren 94 und 96 zum Erfassen von austretendem Magnetfluß bzw. von magnetischem Streufluß angeordnet. Im allgemeinen müssen die bei der Prüfvorrichtung gemäß der Erfindung verwendeten Streuflußsensoren in äußerst geringem Abstand von einem Prüfling angeordnet sein. Sie sind daher bei konstantem Innendurchmesser innen, bei konstantem Außendurchmesser dagegen außen angeordnet.

Wenn die Schulter 88 an den Magneten bzw. Polstücken 82 und 84 und an den Sensoren 94 und 96 vorbeiwandert, wird ein Streuflußsignal erzeugt. Es kann somit unter bestimmten Umständen schwierig sein, festzustellen, ob eine Fehleranzeige durch die Schulter 88 oder eine ihr nahe Fehlstelle hervorgerufen wird. Bei der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß der Erfindung ist es zur Bestimmung, ob das Fehlersignal auf die Präsenz der Schulter 88 oder auf einen ihr nahen Fehler zurückgeht, lediglich erforderlich, die längsgerichtete Relativbewegung zu stoppen. Wenn die Relativbewegung in Längsrichtung unterbrochen ist, erzeugt ein längsgerichteter Fehler ein sich jede volle Umdrehung des Prüfstückes 80 wiederholendes Signal. Ein quergerichteter Fehler erzeugt ebenfalls ein Signal derselben Art, ausgenommen in dem sehr unwahrscheinlichen Fall, daß er sich, ohne in der Längsrichtung auszuwandern, über den ganzen Umfang des Prüfstückes 80 erstreckt. Die Schulter 88 dagegen - außer wenn sie nicht einwandfrei ausgebildet ist oder in Umfangsriehtung des Prüfstückes 80 ihre Stellung in Längsrichtung ändert - erzeugt während der Unterbrechung der Relativbewegung in Längsrichtung keine Fehleranzeige. .

Gemäß Fig. 6 läßt sich in einem Prüfstück 100 durch elektro-

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magnetische Polstücke 102 und 104 ein quergerichtetes magnetisches Feld auf eine Weise induzieren, die von dem weiter. oben beschriebenen Verfahren nicht abweicht. Dagegen wird das Längs- oder Ablenkfeld von einem Paar Spulen 106 und 1OR erzeugt, die in ihrer Konf igura t. i chi Hc 1 mliol tx.:;chen Normal·- feldspulen sehr ähnlich sind. Die Spulen 106 und 108 können mit einem Wechselstrom gespeist sein und müssen seibstverständlich die richtige Phase haben, so daß das von jeder erzeugte Magnetfeld nicht durch das andere aufgehoben wird. Aus Gründen der Vereinfachung sind keine Sensoren dargestellt.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform wird das Längs- oder Ablenkfeld in ein Prüfstück 110 mittels Spulen 112 und 114 auf die gleiche Weise wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 eingeleitet. Zum Erzeugen des quorgerichteten Magnetfeldes wird jedoch ein Strom vor! hoher Stromstärke durch einen zentralen Leiter 116 hindürchgeschjckt, der nich entlang der Längsachse des Prüfstückes 110 erstreckt. Das auf diese Weise erzeugte Querfeld erstreckt sich gemäß Fig. B kontinuierlich um den Umfang des Prüfstückes 110, also im oberen Abschnitt des Prüfstückes 11Ό von rechts nach links, durch den unteren Prüfstückabschnitt von links nach rechts. Dieser Unterschied bleibt ohne Auswirkung und dient nur zu Testzwecken. Die in Fig. 1 bis 3 dargestellte Prüfvorrichtung läßt sich so abändern, daß ein in der Längsachse des Prüflings angeordneter zentraler Leiter verwendet werden kann. Es kann dann von Vorteil sein, wenn die Sensoren außerhalb des Prüfstückes angeordnet sind, vorausgesetzt, daß dessen Außendurchmesser konstant ist.

Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform wird das Längs- oder Ablenkfeld in einem Prüfstück 120 auf die gleiche Weise wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 mittels Spulen 122 und 124 erzeugt. Statt der Hilfs-Durchflutung mittels eines in der Längsachse des Prüflings angeordneten zentralen

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Loiüirr. wird ciie ΰ<; 1 bstdurchflutung des Prüfstückes 120 angewandt, wobei eine gute elektrische Verbindung mit dem Prüfstück 120 durch Kontaktringe 126 und 128 hergestellt ist. Bei Bedarf kann die Einspeisung von elektrischem Strom in die Kontaktringe 3.26 und 3.28 wie bei Schleifringen erfolgen. Das Prüfstück 120 wird in der weiter oben beschriebenen Prüfvorrichtung gemäß der Erfindung aufgenommen; dabei ist es notwendig, daß entweder die Außenspannvorrichtung 12 oder die Tnnonabstützung 14 elektrisch isoliert ist, um eine Auf-Lc; i 1 unp; de:', κυμ,ο fUhrt.cn Stromes zwischen dem Prüfstück 120 und dem elektrisch leitenden Vorrichtungsteil zu verhindern.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 sind zwei Sensoren 130 und 132 so angeordnet, daß sie unabhängig von ihrer Stellung entlang dem Umfang des Prüfstückes 120 einem Bereich nahe sind, in dem ein abgelenktes Magnetfeld besteht. Jedoch kann der Sensor 130 auf einen magnetischen Streufluß ansprechen, der von in Umfangsrichtung verlaufenden Fehlern hervorgerufen wird, der Sensor 132 dagegen auf einen durch längsgerichtete Fehler verursachten Streufluß, wie weiter oben schon angegeben.

Bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform wird das quergerichtete Magnetfeld auf die im Zusammenhang mit Fig. 9 beschriebene Weise erzeugt, das Ablenkfeld jedoch mittels eines Elektromagneten 136. In Umfangs- und in Längsrichtung des PrüfStückes 134 verlaufende Fehlstellen lassen sich mit einem Sensor 138 bzw. 140 erfassen.

Wenngleich die vorstehend beschriebene Prüfvorrichtung und ihre möglichen Ausgestaltungen durch unterschiedliche Anordnungen der beschriebenen Bauteile und Magnetfelderzeuger in vielen Anwendungsfällen für eine praktische Prüfvorrichtung völlig ausreichend sind, ist es häufig, insbesondere in den Fällen, in denen sich der Durchmesser des Prüflings ändert und sich eine Änderung der Wanddicke ergibt, notwendig, eine

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Einrichtung vorzusehen, mit der sich die Stärke den Querfelder, korrigieren läßt, um bei Fehlstellen von relativ ähnlicher Bedeutung an verschiedenen Stellen innerhalb der. Prüf 1 i rigs gleichmäßige Anzeigeausgänge zu erzeugen. In Fiß. 11 ist eine Endansicht eines Prüfstückes 142 mit verschiedenen Schultern dargestellt. Das Querfeld wird von einem Elektromagneten erzeugt, ein längsgerichtetes Magnetfeld von einem nicht dargestellten weiteren Elektromagneten. Magnetische Streuflüsse lassen sich mit Sensoren 146 und 148 erfassen, welche entsprechende Ausgangssignale an zwei Fehleranzeigeschaltungen 150 und 152 abgeben. Ein die Magnetflußstärke erfassender Sensor 154 ist so angeordnet, daß er in Verbindung mit einer zweckdienlichen Detektorschaltung 156 eine indirekte Messung der Flußstärke im Prüfstück 142 liefert. Sein Ausgang wird einer programmierbaren Stromquelle zugeführt, die zur Beschickung der zum Elektromagneten 144 gehörenden Spule dient.

Es ist somit möglich, den Elektromagneten 144 zu erregen und durch schrittweises Verändern der Steliungsbeziehung zwischen dem Prüfstück 142 und der Prüfvorrichtung in Längsrichtung Informationen an die programmierbare Stromquelle 157 abzugeben, die durch Anpassen des der Spule 145 des Elektromagneten 144 zugeführten Stromes die Stärke des Magnetfeldes im Prüfstück 142 so korrigiert, daß sie über dem gesamten Längsweg des Prüfstückes 142 in der Prüfvorrichtung zumindest annähernd gleichmäßig ist. Aufgrund von Veränderungen im Werkstoff oder möglicherweise der Prüfbedingungen kann jedoch gelegentlich auch diese Korrektur nicht ausreichen, um das Magnetfeld innerhalb im voraus festgelegter Grenzen zu halten. Somit ist der Ausgang der Detektorschaltung 156 an eine Warnschaltung 158 angeschlossen, die eine Anzeige liefert, wenn die Stärke des Magnetflusses im Prüfstück 142 außerhalb eines im voraus festgelegten Bereiches liegt und Fehleranzeigen von zweifelhafter Gültigkeit erzeugt.

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2.0

Aus nicht völlig erklärlichen Gründen wird durch die Ablenkung des in einem Prüfling bestehenden Querfeldes durch ein längsgerichtetes Magnetfeld die Größe der Streuflußsignale verringert, die mit einer Schweißzone im Prüfling verbunden sind.

Zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Prüfling und der Prüfvorrichtung können andere Anordnungen als die in Fig. 1 bis 3 dargestellten benutzt werden. Bei der Ausführungsform gernäß Fig. 1 bis 3 ist der Prüfling ortsfest, wogegen die Prüfvorrichtung bei sich drehendem Prüfling in Längsrichtung verstellt wird und so den Prüfling abtastet. Es ist auch möglich, und bei längeren Prüflingen, bei denen die Sensorentragstangen, wenn innen angeordnet, eine unpraktische Länge besäßen, besonders wünschenswert, den Elektromagneten und die Sensoren ortsfest zu halten und den Prüfling an einer feststehenden Prüfstation vorbeizubewegen. Unter solchen Bedingungen ist es nicht ungewöhnlich, wenn die Elektromagnete und die Sensoren umlaufen, wogegen sich der Prüfling nicht dreht. Es ist auch eine Ausgestaltung möglich, bei der sich der Prüfling mit einer translatorischen und einer Drehbewegung an einer feststehenden Prüfstation vorbeibewegt.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche :

Cl ^) Vorrichtung zur Fehlerprüfung durch magnetische Streuflußmessung an einem sich in bezug auf die Vorrichtung in Längsrichtung bewegenden und sich drehenden Prüfstück, ge kennzeichnet durch

a) eine Einrichtung (42; 82,84; 102,104; 116; 126,128; 144) zum Erzeugen eines quergerichteten Magnetfeldes im Prüfstück (10; 80; 100; 110; 120; 134; 142),

b) eine Einrichtung (58; 86; 106,108; 112,114; 122,124; 136) zum Erzeugen eines mit dem quergerichteten Magnetfeld gekreuzten längsgerichteten Magnetfeldes in einem ersten Prüfbereich des Prüfstückes (10; 80; 100; 110; 120; 134; 142),

c) einen magnetischen Sensor (z.B. 74) zum Erzeugen von Ausgangssignalen in Abhängigkeit vorn Bestehen eines Streuflusses aus dem ersten Prüfbereich, und

d) eine erste Schaltungsanordnung (150), die auf diese Ausgangssignale anspricht und Risse im Prüfstück (10; 80; 100; 110; 120; 134; 142) anzeigt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der magnetische Sensor (74) innerhalb des Prüfstückes (10) quergerichtete Fehlstellen im Prüfstück (10) festzustellen vermag.
3.. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeich net durch

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a) einen weiteren magnetischen Sensor (z.B. 76), der Ausgangssignale in Abhängigkeit vom Bestehen eines Streuflusses aus einem zweiten Prüfbereich des Prüfstückes (10) zu erzeugen vermag, und

b) eine zweite Schaltungsanordnung (152), die auf Ausgangssignale des weiteren Sensors (76) anspricht und Risse im Prüfstück (10) anzuzeigen vermag, wodurch längsgerichtete Fehlstellen im Prüfstück (10) feststellbar sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das quergerichtete Magnetfeld von gerade etwas kleinerer Stärke ist als der, die zur magnetischen Sättigung des Prüfstückes (10; 80; 100; 110; 120; 134; 142) notwendig ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (154,156,157) zum Programmieren des quergerichteten Magnetfeldes, um im Prüfstück (142) ein zumindest annähernd konstantes Magnetfeld zu erzeugen, wenn sich die Wanddicke des Prüfstückes (142) je nach Stellung in seiner Längsrichtung ändert.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (154,156) zum Ermitteln der Stärke des quergerichteten Magnetfeldes im Prüfstück (142).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeich net durch eine Einrichtung (158), die eine Anzeige liefert, wenn diese Feldstärke außerhalb eines im voraus festgelegten Wertebereiches liegt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Polarität des längsgerichteten Magnetfeldes abwechselnd ändert.

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9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Unterbrechen der Relativbewegung in Längsrichtung.
10. Verfahren zur Fehlerprüfung an einem sich in Längsrichtung bewegenden und sich drehenden Prüfstück, dadurch ge kennzeichnet , daß

a) im Prüfstück (10; 80; 100; 110; 120; 134; 142) ein quergerichtetes Magnetfeld erzeugt wird,

b) in einem Prüfbereich des Prüfstückes (10; 80; 100; 110; 120; 134; 142) ein mit dem quergerichteten Magnetfeld gekreuztes längsgerichtetes Magnetfeld erzeugt wird,

c) in Abhängigkeit vom Bestehen eines magnetischen Streuflusses aus dem Prüfbereich Ausgangssignale erzeugt werden, und

d) diese Ausgangssignale verarbeitet werden, um eine Fehleranzeige abzuleiten.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η zeichnet , daß

a) in Abhängigkeit vom Bestehen eines magnetischen Streuflusses aus innerhalb des quergerichteten Magnetfeldes, jedoch außerhalb des Prüfbereiches gelegenen Prüfstückabschnitten ein Ausgangssignal erzeugt wird, und

b) dieses Ausgangssignal verarbeitet wird, um eine Fehleranzeige abzuleiten, wodurch längsgerichtete Fehlstellen im Prüfstück festgestellt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge kennzeichnet , daß das quergerichtete Magnetfeld so programmiert wird, daß es von zumindest annähernd konstanter Stärke ist, wenn sich die Wanddicke des Prüfstückes je nach Stellung in seiner Längsrichtung ändert.

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13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge kennzeichnet , daß ein Warnsignal erzeugt wird, wenn diese Feldstärke außerhalb eines im voraus festgelegten Wertebereiches liegt.
14. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch g e kennzeichnet , daß die Polarität des längsgerichteten Magnetfeldes abwechselnd geändert wird.