CH660921A5 - Verfahren zum feststellen von oberflaechenfehlern von werkstuecken. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein solches Verfahren dient zur Kontrolle von Werkstücken. Es handelt sich dabei um das Feststellen von Fehlstellen oder Rissen in der Oberfläche von Werkstücken, so dass eine Fehlstelle vor dem weiteren Produktionsprozess eliminiert werden kann.

Mit dem Ausdruck Werkstück werden hier sowohl Metallstücke, die zum erstenmal gewalzt werden sollen, als auch Stücke, die einer weiteren Walz-Behandlung unterzogen werden sollen, weiter Endprodukte und sämtliche Barren, Röhren, Profile oder andere Formen, die einer Walz-Behandlung ausgesetzt werden sollen, bezeichnet.

Es ist bekannt, dass Fehlstellen und Oberflächenrisse in Werkstücken durch Aufheizen der Oberfläche des Werkstücks mit hochfrequentem Wechselstrom festgestellt werden können, indem das Werkstück der Länge nach durch eine Hochfrequenzinduktionsspule transportiert wird und währenddem das Werkstück die Spule passiert, derjenige Werkstückteil, der soben von der Spule überstrichen worden ist, sofort von einer die Temperaturverteilung über dem Werkstück aufzeichnenden Infrarotanlage abgetastet wird. Die Temperaturverteilung wird als streifenförmiges Muster aufgezeichnet und angezeigt. Bei einer solchen Aufzeichnung des Temperaturprofils während einer Abtastung des Werkstücks findet man im Temperaturprofil, angrenzend an die Fehlstellen, ein Ansteigen der Temperatur.

Die Temperatursteigerungen, die sich von Abtastung zu Abtastung wiederholen, formen, wenn sie kombiniert werden, entlang des Werkstücks einen Temperaturgrat, der eine Fehlstelle im Werkstück anzeigt.

Es wurde in Verbindung mit der beschriebenen Werkstückkontrollmethode gezeigt, dass die von Infrarotscannern angegebenen Temperaturen von den realen, auf der Werkstückoberfläche herrschenden Verhältnissen wegen dem Emissionskoeffizienten der Oberfläche abweichen. Der Emissionskoeffizient hängt von der Oberflächenbeschaffenheit ab und variiert zwischen 0 und 1. Gewalzte Werkstücke mit Walzenschlacke weisen einen Emissionskoeffizienten von 0,90-0,95 auf.

Um für die Untersuchung des Werkstücks beste Bedingungen zu erzeugen und so wenig als möglich Störungen im Temperaturbild zu erhalten, ist es wünschenswert, dass die Oberfläche so sauber als möglich ist. Dies kann z.B. durch Kugelstrahlen der Oberfläche erreicht werden, wobei dann der Grad der Reinigung beispielsweise nach dem schwedischen Standard SIS 055990/1967 klassifiziert werden kann. Bei diesen Kugelstrahlen tritt jedoch der unerwünschte sekundäre Effekt auf, dass die Oberfläche zu glänzen beginnt und ihr Emissionskoeffizient sich dadurch verändert.

Dies beeinflusst wiederum die durch das IR Emissionspyrometer aufgezeichnete Temperatur, so dass Messungen durch das IR Emissionspyrometer eine zu tiefe Oberflächentemperatur ergeben und somit am Ort der Fehlstellen eine zu tiefe Temperatur aufgezeichnet wird. Dies führt dazu, dass in kurz abgestrahlten Werkstücken im Verhältnis zu Werkstücken mit Walzenschlacke eine Reduktion der bei den Fehlstellene aufgezeichneten erhöhten Temperaturen erfolgt, dies wiederum führt zu verschiedenen Interpretationen für die Tiefe der Fehlstelle. Dies ist eine unerwünschte Bedingung, die die Anwendung des Verfahrens insofern erschwert, als dass die Messvorrichtung für jede neue Oberflächegeeicht werden muss. Der erforderliche Zeitaufwand und die Umständlichkeit stellen für die industrielle Anwendung ein Hindernis dar.

Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, auf die oben beschriebene Art sehr nahe an der Oberfläche gelegene Fehlstellen (weniger als 1 mm tief) festzustellen und für alle Oberflächenarten gleichförmige Abstrahlungsbedingungen zu schaffen, wodurch Störungen im Temperaturbild vermindert werden.

Dies wird beim Verfahren der eingangs genannten Art mittels der Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 erreicht.

Werden Werkstücke bei einer Temperatur unterhalb 0°C untersucht, können bei einer besonderen Ausführungsart den Gefrierpunkt herabsetzende Additive hinzugefügt werden. Versuche haben gezeigt, dass, bei solch einer Benetzung der Oberflächen von Werkstücken mit Wasser, welches die Oberflächenspannung herabsetzende Komponenten enthält, unabhängig von der Vorbehandlung alle Oberflächen annähernd denselben Emissionskoeffizienten aufweisen und dass dieser Koeffizient nur um einen kleinen Grad von demjenigen abweicht, den ein trockenes, mit Walzschlacke bedecktes Werkstück aufweist. Der Bereich, in dem der Emissionskoeffizient von benetzten Werkstücken variiert, ist so klein, dass ihm bei Anwendung der oben beschriebenen Methode keine praktische Bedeutung beizumessen ist. Zusätzlich entstehen bei benetzten Werkstücken weniger Störungen in derTemperaturanzeige, da die Unterschiede des Emissionskoeffizienten für verschiedene Bereiche der Werkstückoberfläche ausgeglichen werden; eine wichtige Verbesserung des Signal/Störungs-Verhältnisse der Signale des IR-Emissionspyrometers kann so erzielt werden. Bei kugelgestrahlten Werkstücken, die nicht benetzt wurden, ist das Signal/Störungs-Verhältnis so tief, dass bei gewissen Werk-stückoberflächen Probleme bei der Untersuchung der am nächsten bei der Oberfläche sitzenden Fehlstellen auftauchen.

Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Tabelle der Emissionsbedingungen bei verschiedenen Werkstückoberflächen und

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Messwerte der Tabelle von Figur 1.

Die Resultate von Temperaturmessungen mit Kontaktpyrometer und IR-Emissionspyrometern von verschiedenen, sowohl nassen als auch trockenen Werkstückoberflächenarten sind in der Tabelle von Fig. 1 zusammengestellt.

Beispiel A bezieht sich auf ein Werkstück mit Walzenschlacke. Beispiel B bezieht sich auf ein Werkstück mit kor5

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radierter (gerosteter) Oberfläche, während die mit CSA 1-2, CSA und CSA 2Vi bezeichneten Beispiele durch Kugelstrahlen gereinigt worden sind und die Oberflächen jeweils gemäss dem schwedischen Standard SIS 055900-1967 klassifiziert sind.

In derTabelle bedeutetT eine vom Kontaktpyrometer und 1R eine vom IR-Emissionspyrometer gemessene Temperatur. Wie erwähnt, wurden die Messungen bei trockener und bei nasser Oberfläche ausgeführt. Wie die Kolonnen «trocken» zeigen, besteht eine wichtige Temperaturabweichung zwischen den zwei Messungen. Diese Abweichung vergrössert sich mit dem Grad der Kugelstrahlung, der hier jeweils mit CSA 1-2, CSA 2 und CSA 2Vz bezeichnet ist. Es folgt, dass die Abweichung zwischen den unterschiedlichen Messprinzipien mit dem Grad des Glänzens des Werkstücks anwächst. Dies ist dadurch bedingt, dass bei den Messungen mit dem IR-Emissionspyrometer bei kugelgestrahlten Werkstücken eine zu tiefe Temperatur aufgezeichnet wird und dementsprechend ein geringes Anwachsen der Temperatur auf der Skala. Dadurch kann, wie erwähnt, um akzeptable Resultate zu erzielen, ein Eichen der Messapparatur je nach dem Emissionskoeffizienten der Oberfläche notwendig werden. Dies ist ein wichtiger Nachteil, da der Emissionskoeffizient von Werkstück zu Werkstück variieren kann.

Eine Reduktion der Temperaturspitzen bei den Fehlstellen von kugelgestrahlten Werkstücken zieht nach sich, dass mit geringeren Unterschieden zwischen den Temperaturspitzen bei Rissen und den Temperaturen von rissfreien Oberflächen gearbeitet wird, ein unvorteilhaft reduziertes Signal/Störungs-Verhältnis ist die Folge.

Versuche haben, wie oben bereits erwähnt, gezeigt, dass die Emissionskoeffizienten von verschiedenen Werkstückoberflächen veränderbar sind und bei Benetzung der Oberflächen einander angeglichen werden können. Bei der Verwendung des Ausdrucks «angeglichen» soll ausgesagt werden, dass sich die Emissionskoeffizienten der Werkstückoberflächen 5 im Bereich bewegen, der für Resultate der Untersuchungsmethode akzeptiert werden kann. Das Werkstück kann benetzt werden, bevor es durch die Induktionsspule geführt wird, die Benetzungsflüssigkeit wird so gleichförmig wie möglich auf der Oberfläche aufgebracht, dies entweder mit Hilfe einer Düse, eines Ausgusses oder einer ähnlichen derartigen Einrichtung, ein der Oberfläche Entlang-fliessen-Lassen der Flüssigkeit ist ebenfalls möglich. Der Effekt des Benetzens wird in derTabelle in der Kolonne «nass» gezeigt.

Die in derTabelle angegebenen Resultate der Messungen «nass» und «trocken» der Oberflächen sind in Fig. 2 auch graphisch dargestellt. In diesem Diagramm ist zu sehen, dass der Emissionskoeffizient für alle benetzten Oberflächen sich auf demselben Niveau befindet wie derjenige von trockenen, mit Walzschlacke bedeckten Werkstücken, hier entsprechend Werkstück A (A A7B). Weiter ist zu sehen, dass bei Benetzung alle Oberflächen nahezu denselben Emissionskoeffizienten aufweisen, wobei dessen Betrag dann relativ nahe bei dem theoretisch maximalen Wert 1 liegt.

Wie erwähnt, wird bei der Benetzung der Werkstücke ein weiterer Vorteil erzielt, der darin besteht, dass der Störungspegel bei risslosen Oberflächen, der durch die Temperaturvariationen über der Oberfläche definiert ist, vermindert wird, während gleichzeitig die Supertemperatur, die durch das Ansteigen der Temperatur aufgrund eines Risses definiert ist, ansteigt, es folgt, dass das Signal/Störungs-Verhältnis verbessert ist.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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1. Verfahren zum Feststellen von Oberflächenfehlern von Werkstücken, bei welchem ein Werkstück der Länge nach durch eine Hochfrequenzspule geführt, seine Oberfläche dadurch mit Hilfe von hochfrequentem Wechselstrom aufgeheizt und der von der Spule überstrichene Werkstückteil sofort durch eine die Temperaturverteilung über der Werkstückoberfläche aufzeichnenden Infrarotanlage abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückoberfläche mit Additiven zur Reduktion der Oberflächenspannung enthaltendem Wasser benetzt wird, wodurch die Emissionskoeffizienten der verschiedenen Werkstücke angehoben und einander angeglichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die benetzende Flüssigkeit mit weiteren Additiven versehen ist, die deren Gefrierpunkt herabsetzen.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückoberfläche durch das Aufsprühen der Flüssigkeit oder durch das Überfliessen-lassen mit der Flüssigkeit benetzt wird.