DE19726513A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Wirbelstromprüfung - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur WirbelstromprüfungInfo
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Description
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der zerstörungsfreien
Werkstoffprüfung mit elektromagnetischen Methoden und be
trifft sowohl eine Vorrichtung als auch ein Verfahren zur
Wirbelstromprüfung eines Prüfbereichs eines Werkstücks, ins
besondere einer Schweißnaht. Das Verfahren und die Vorrich
tung sind beispielsweise für die Prüfung einer innenliegenden
Schweißnaht in einem Rohr anwendbar.
Die Standardmethode der Wirbelstrom-Meß- und Prüftechnik be
steht darin, daß mittels einer mit einem Wechselstrom beauf
schlagten Magnetisierspule ein magnetisches Wechselfeld er
zeugt wird, welches in dem Prüfbereich des Werkstücks einen
Wirbelstrom induziert. In Abhängigkeit von der elektrischen
Leitfähigkeit des Werkstücks im Prüfbereich wird dadurch wie
derum ein magnetisches Gegenwechselfeld erzeugt. Dieses Ge
genwechselfeld wird entweder durch Rückwirkung auf die Magne
tisierspule selbst detektiert (parametrische Meßanordnung)
oder aber durch Wirkung auf eine gesonderte Meßspule (trans
formatorische Meßanordnung) Die Magnetisierspule ist dabei
in unmittelbarer Nähe zum prüfbereich angebracht, weshalb
diese Standardmethode der Wirbelstromprüftechnik auch als Di
rektfeld- oder Nahfeld-Wirbelstromprüfung bezeichnet wird.
Das Eindringvermögen des Direktfeldwirbelstromes in das Werk
stück ist stark begrenzt. Es ergibt sich eine - in Abhängig
keit von der Frequenz mehr oder weniger starke - inhomogene
Verteilung des Wirbelstromes, was mit dem Nachteil einher
geht, daß bei dieser Methode der überwiegende Meßeffekt von
oberflächennahen Teilen des Prüfbereichs verursacht wird.
Eine Zuordnung eines Anteils des Meßeffektes zu oberflächen
fernen Teilen des Prüfbereichs ist durch Auswertung der Pha
senlage des detektierten Meßsignals zwar prinzipiell möglich,
in der Praxis ergibt sich aber das Problem, daß der oberflä
chenferne Meßeffekt von dem oberflächennahen Meßeffekt bei
weitem übertroffen und damit überdeckt wird. So besteht bei
der gezielten Prüfung oberflächenferner Teile des Prüfbe
reichs das Problem, den dominierenden oberflächennahen Meßef
fekt meßtechnisch abzutrennen.
Speziell zur Prüfung von Metallrohren ist ein als Fernfeld-
Wirbelstromprüfung bezeichnetes Verfahren bekannt, welches
beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 195 28 003 A1 beschrieben ist. Die Abschwächung des Fern
feldwirbelstroms in der Metallrohrwand in Abhängigkeit von
der Leitfähigkeit der Wand ist - wie bei der oben beschriebe
nen Direktfeld-Wirbelstromprüfung - durch eine Meßspule meß
bar. Bei dieser Technik ist die Magnetisierspule in einem
größeren Abstand zur Meßspule als bei der Direktfeld-Wirbel
stromprüfung angeordnet. In der genannten Offenlegungsschrift
ist beschrieben, daß dieser größere Abstand in etwa das Dop
pelte des Rohrdurchmessers beträgt.
Die Fernfeld-Wirbelstromprüfung bringt den Vorteil einer über
die gesamte Wanddicke des Rohres in etwa homogenen Verteilung
des Wirbelstromes und somit einer annähernd konstanten Prüf
empfindlichkeit mit sich. Das bedeutet einerseits, daß sowohl
oberflächennahe als auch oberflächenferne Teile des Prüfbe
reichs in etwa gleicher Stärke zum Meßsignal beitragen, d. h.
untersuchbar sind. Dies gilt sowohl für niedrige als auch für
höhere Prüffrequenzen, wobei höhere Prüffrequenzen aber stär
ker geschwächt werden. Andererseits folgt aber aus der annä
hernd konstanten Prüfempfindlichkeit, daß in der Praxis eine
Zuordnung des Prüfergebnisses zu einem oberflächennahen oder
zu einem oberflächenfernen Teil des Prüfbereichs nicht mög
lich ist. Auch die Auswertung der Phasenlage des detektierten
Meßsignals erlaubt eine Unterscheidung des Prüfergebnisses in
oberflächennahe und oberflächenferne Meßeffekte nicht, da die
Phasenlage für solche Meßeffekte annähernd gleich ist. Bei
Anwendung der Fernfeld-Wirbelstromprüfung auf Metallrohre be
deutet dies, daß das Prüfergebnis nicht eindeutig der Rohr
wandinnenseite oder der Rohrwandaußenseite zugeordnet werden
kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
und ein Verfahren für die Wirbelstromprüfung anzugeben, mit
denen je ein Prüfergebnis gesondert für einen oberflächenna
hen und für einen oberflächenfernen Teilbereich des Prüfbe
reichs erzielbar ist. Insbesondere soll eine Prüfaussage mög
lich sein, die ausschließlich für einen Bereich im Werkstück
spezifisch ist, der tiefer als die üblicherweise für die Di
rektfeld-Wirbelstrommessung angegebene Eindringtiefe in dem
Werkstück liegt. Anders formuliert bedeutet dies, daß eine
Vorrichtung und ein Verfahren entwickelt werden sollen, mit
Hilfe derer nicht nur eine Aussage über Vorhandensein und
Größe einer Inhomogenität in einem Werkstück erzielbar sein
soll. Die Vorrichtung und das Verfahren sollen es vielmehr
erlauben, das Vorhandensein und die Größe der Inhomogenität
spezifisch, d. h. ausschließlich, in einem oberflächenfernen
räumlichen Tiefenbereich zu untersuchen.
Die auf die Vorrichtung bezogene Aufgabe wird gemäß der Er
findung gelöst durch eine Vorrichtung mit einer Fernfeld-Wir
belstromprüfanordnung, die eine Fernfeld-Magnetisierspule
aufweist, in deren Fernfeld in dem Prüfbereich ein erster
Wirbelstrom induzierbar ist, und mit einer Direktfeld-Wirbel
stromprüfanordnung, die eine Direktfeld-Magnetisierspule auf
weist, in deren Nahfeld in dem Prüfbereich ein zweiter Wir
belstrom induzierbar ist.
Mit dieser Kombination einer Fernfeld-Wirbelstromprüfanord
nung und einer Direktfeld-Wirbelstromprüfanordnung läßt sich
in ganz besonders vorteilhafter Weise ein Prüfergebnis nicht
nur bezüglich eines oberflächennahen Teiles, sondern auch
ausschließlich bezüglich eines oberflächenfernen Teiles des
Prüfbereichs ermitteln. Während bei der Prüfung eines Metall
rohres das Meßsignal der Fernfeld-Wirbelstromprüfanordnung im
wesentlichen die Rohrwand nur über die gesamte Wanddicke zu
untersuchen gestattet, liefert die Direktfeld-Wirbelstrom
prüfanordnung ein Meßsignal lediglich bis zu einer geringen
Eindringtiefe unterhalb der Oberfläche der Rohrwandung. Durch
Vergleich der beiden Meßsignale ist, beispielsweise bei An
wendung nichtlinearer Verknüpfungen, eine Meß- bzw. Prüfaus
sage ausschließlich für einen oberflächenfernen Teil der
Rohrwandung möglich. Falls die Direktfeld- und die Fernfeld-
Wirbelstromprüfanordnung im Inneren des Rohres geführt wer
den, ist der oberflächenferne Teil der Rohrwandung gleichbe
deutend mit einem radial weiter außen gelegenen Bereich.
Als Eindringtiefe δ des induzierten (zweiten) Direktfeldwir
belstromes wird gewöhnlich diejenige Tiefe bezeichnet, bei
der der Wirbelstrom auf den 1/e-ten Teil (e=2,7183) des Be
trages an der Oberfläche des Werkstückes abgeklungen ist. Zur
näherungsweisen Berechnung ist in dem Buch von Heptner und
Stroppe, "Magnetische und magnetinduktive Werkstoffprüfung",
VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig (1973),
auf S. 250 folgende Formel angegeben:
Hierin ist die Prüffrequenz f in Hz und die (spezifische)
elektrische Leitfähigkeit des Werkstückes σ in m/(Ωmm2) ein
zusetzen. µr bezeichnet die (dimensionslose) relative Permea
bilität des Werkstückes.
Unter einer Spule wird in diesem Zusammenhang allgemein eine
Reihenschaltung mehrerer benachbarter koaxialer Leiterschlei
fen oder nur eine einzige Leiterschleife verstanden. Die Spu
len können sowohl als Zylinderspule als auch als Flachspule
ausgebildet sein.
Der erste Wirbelstrom kann beispielsweise durch die Direkt
feld-Magnetisierspule meßbar sein. In diesem Fall dient die
Direktfeld-Magnetisierspule sowohl als Sendespule (Magneti
sierspule für Nahfeld) als auch als Meßspule (Empfangspule
für Fernfeld), wodurch die Vorrichtung besonders einfach mit
lediglich mindestens zwei Spulen aufbaubar ist.
Die Fernfeld-Wirbelstromprüfanordnung umfaßt zum Beispiel
auch eine erste Meßspule, wodurch die Vorrichtung flexibler
an neue Prüfaufgaben anpaßbar ist. Die erste Meßspule dient
zumindest der Messung des ersten Wirbelstromes.
Die Direktfeld-Wirbelstromprüfanordnung kann derart aufgebaut
sein, daß der induzierte zweite Wirbelstrom durch die Direkt
feld-Magnetisierspule meßbar ist (parametrischer Aufbau) oder
aber derart, daß zur Messung des zweiten Wirbelstromes eine
andere Spule als die Direktfeld-Magnetisierspule vorgesehen
ist (transformatorischer Aufbau) . Beispielsweise kann der Di
rektfeld-Wirbelstromprüfanordnung eine zweite Meßspule zuge
ordnet sein.
Die erste und/oder zweite Meßspule sind bevorzugt als Topf
spule ausgebildet, deren Achse insbesondere senkrecht auf den
Achsen der Magnetisierspulen steht. Dadurch ist es möglich,
eine ortsaufgelöste Messung entlang eines Rohr(innen)umfanges
vorzunehmen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erste
Meßspule der Direktfeld-Wirbelstromprüfanordnung und der
Fernfeld-Wirbelstromprüfanordnung gemeinsam zugeordnet. Dies
bedeutet insbesondere, daß durch die erste Meßspule sowohl
der erste als auch der zweite Wirbelstrom meßbar ist. Der
Vorteil einer solchen Zuordnung besteht darin, daß Fehler bei
der Auswertung von zu dem ersten bzw. dem zweiten Wirbelstrom
proportionalen Meßsignalen minimiert werden, weil die Zuord
nung der beiden Meßsignale zu einem Ort innerhalb des Werk
stückes durch dieselbe Meßspule vornehmbar ist.
Die erste Meßspule ist zur Steigerung der Meßempfindlichkeit
bevorzugt in unmittelbarer Nähe zum Prüfbereich positionier
bar angeordnet.
Andere vorteilhafte Ausgestaltungen sehen beispielsweise vor,
daß der Abstand der Fernfeld-Magnetisierspule von der zur
Messung des ersten Wirbelstromes vorgesehenen Spule größer
als der Durchmesser, speziell größer als der doppelte Durch
messer, der Fernfeld-Magnetisierspule ist, und/oder daß der
Abstand der Direktfeld-Magnetisierspule von der der Direkt
feld-Wirbel Stromprüfanordnung zugeordneten Meßspule kleiner
als der Durchmesser der Direktfeld-Magnetisierspule ist.
Durch derartige Dimensionierungen der Vorrichtung wird eine
besonders gute Trennung der Fernfeld- von der Direktfeld-Wir
belstromprüfanordnung erreicht und die Auswertung der zugehö
rigen Meßsignale präzisiert und vereinfacht.
Eine Steigerung der Prüfgeschwindigkeit wird dadurch er
reicht, daß die Direktfeld-Magnetisierspule und die Fernfeld-
Magnetisierspule mit Wechsel strömen unterschiedlicher Fre
quenz betreibbar sind (Frequenzmultiplex). Auch bei der Aus
führungsform, bei der der Direktfeld-Wirbelstromprüfanordnung
und der Fernfeld-Wirbelstromprüfanordnung genau eine (erste)
Meßspule gemeinsam zugeordnet ist, ist es möglich, die beiden
Magnetisierspulen gleichzeitig zu betreiben. Im Ausgangssig
nal der Meßspule sind die beiden zum Nahfeld bzw. zum Fern
feld gehörigen Meßsignale zwar überlagert, doch ist eine
Trennung anhand der unterschiedlichen Frequenzen möglich.
Die Direktfeld- und die Fernfeld-Magnetisierspule können auch
zeitlich abwechselnd betreibbar sein (Zeitmultiplex). In die
sem Falle können die beiden Magnetisierspulen auch mit einer
gleichen oder einer ähnlichen Frequenz betreibbar sein, da zu
einem bestimmten Zeitpunkt in der zugeordneten Meßspule nur
eines der beiden zum Nahfeld bzw. Fernfeld gehörigen Meßsi
gnale detektierbar ist.
Sofern die Vorrichtung zur Prüfung eines rohrartigen Werk
stückes von der (häufig ausschließlich zugänglichen) Innen
seite aus benutzt wird, ist es zweckmäßig, daß die Direkt
feld- und die Fernfeld-Magnetisierspule mit ihren Spulenach
sen parallel zueinander angeordnet und gemeinsam in das rohr
artige Werkstück einführbar sind. Hierdurch wird ein der Geo
metrie des Werkstückes angepaßter Aufbau der Vorrichtung er
möglicht. Eine derart ausgestaltete Vorrichtung ist im Inne
ren eines rohrartigen Werkstückes auf einfache Weise fort zu
bewegen. Der Durchmesser der Spulen ist kleiner als der Rohr
innendurchmesser und dem Letztgenannten möglichst angenähert
zu wählen. Zur Zentrierung der Vorrichtung innerhalb des
rohrartigen Werkstückes können beispielsweise Bürsten oder
Führungsrollen vorgesehen sein. Bevorzugt ist in diesem Zu
sammenhang auch eine parallele Ausrichtung der genannten Spu
lenachsen zur Rohrachse.
Wenngleich eine Ausführung der Magnetisierspulen und der er
sten sowie der optionalen zweiten Meßspule als in ein rohrar
tiges Werkstück einführbare Innenspulen bevorzugt ist, können
die Spulen oder ein Teil der Spulen der Vorrichtung prinzipi
ell auch als Durchlaufspule ausgebildet sein, bei der das
Werkstück den Spulenkern bildet.
Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird gemäß der Erfin
dung gelöst durch ein Verfahren, das sich dadurch auszeich
net, daß der Prüfbereich sowohl in ein Nahfeld eines magneti
schen Wechselfeldes als auch in ein Fernfeld eines magneti
schen Wechselfeldes gebracht wird, und daß im Prüfbereich ein
von dem Fernfeld induzierter erster Wirbelstrom und ein von
dem Nahfeld induzierter zweiter Wirbelstrom gemessen werden.
Das Verfahren ist bevorzugt mit einer Vorrichtung nach einem
der Ansprüche 1 bis 9 durchführbar.
Der Vorteil der geschilderten Vorgehensweise liegt darin, daß
von dem ersten bzw. zweiten Wirbelstrom verursachte Meßsi
gnale von Teilbereichen unterschiedlicher Tiefenausdehnung
innerhalb des Prüfbereichs dominiert werden. Der von dem Nah
feld induzierte zweite Wirbelstrom fließt nur in einer ober
flächennahen Schicht einer Dicke von etwa der Eindringtiefe
des Wechselfeldes, insbesondere einer Eindringtiefe gemäß
[Gl. 1], so daß das Direktfeldmeßsignal im wesentlichen nur
von dieser Oberflächenschicht beeinflußt wird. Dagegen fließt
der von dem Fernfeld induzierte erste Wirbelstrom quasi homo
gen in einem Bereich größerer Tiefe innerhalb des Prüfbe
reichs, weshalb das Fernfeldmeßsignal sowohl oberflächennahe
als auch oberflächenferne Werkstückeigenschaften mißt. Durch
geeignete Verknüpfung der Fernfeld- und Direktfeldmeßsignale
ist eine Aussage über Werkstückeigenschaften getrennt nach
einem oberflächennahen und einem oberflächenfernen Teilbe
reich des Prüfbereichs möglich.
Deshalb wird bevorzugt aus dem gemessenen ersten und zweiten
Wirbelstrom ein Prüfergebnis bezüglich eines oberflächenfer
nen Teiles des Prüfbereichs ermittelt. Ein derartiges Prüfer
gebnis ist weder bei alleiniger Anwendung in einer Fernfeld-
Wirbelstromprüfung noch bei alleiniger Anwendung der Direkt
feld-Wirbelstromprüftechnik möglich.
Beispielsweise kann der Prüfbereich in ein Nahfeld eines
zweiten magnetischen Wechselfeldes und in ein Fernfeld eines
ersten magnetischen Wechselfeldes gebracht werden.
Zur Unterscheidung des Direktfeldmeßsignals von dem Fernfeld
meßsignal ist es zweckmäßig, daß das Nah- bzw. Fernfeld zeit
lich abwechselnd erzeugt werden. Nach einem anderen Beispiel
werden das Nahfeld und das Fernfeld mit unterschiedlichen
Frequenzen erzeugt. Dadurch wird auch bei gleichzeitiger Er
zeugung des Nahfeldes und des Fernfeldes eine Unterscheidung
des Direktfeldmeßsignals vom Fernfeldmeßsignal möglich, und
somit die Prüfgeschwindigkeit gesteigert.
Ein wesentliches Problem besteht in vielen Fällen darin, ei
nen in einem bestimmten, je nach Anwendung unterschiedlichen
Abstand von der Oberfläche gelegenen oberflächenfernen Teil
des Prüfbereichs zu prüfen. Hierzu wird gemäß einer besonders
vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens eine Frequenz des
Nahfeldes eingestellt, bei der die Eindringtiefe des von dem
Nahfeld induzierten Wirbelstromes höchstens so groß wie der
genannte Abstand ist. Dadurch läßt sich ein Teilbereich des
Prüfbereichs in der gewünschten Tiefe unterhalb der Oberflä
che definiert untersuchen.
Beispielsweise wird bei der Prüfung einer aus einem Einsteck
rohr in einem Mutterrohr bestehenden Rohrleitung eine Fre
quenz des Nahfeldes eingestellt, bei der die Eindringtiefe
des von dem Nahfeld induzierten Wirbelstromes kleiner als die
Wanddicke des Einsteckrohres ist. Wird die Erzeugung und Mes
sung der Wirbelströme aus dem Inneren der Rohrleitung heraus
vorgenommen, so läßt sich bei dieser Vorgehensweise ein Prüf
ergebnis bezüglich des radial weiter außen gelegenen und da
mit bezüglich der Leitungsinnenseite oberflächenfernen Mut
terrohres gewinnen.
Zur weiteren Erläuterung der Vorrichtung nach der Erfindung
anhand von Ausführungsbeispielen wird auf die Zeichnungen 1
bis 4 Bezug genommen. Dabei zeigt
Fig. 1 in schematischer Weise eine drei Spulen umfassende
Vorrichtung 5 nach der Erfindung zur Wirbelstrom
prüfung,
Fig.2 in schematischer Weise eine zwei Spulen umfassende
Vorrichtung 5 nach der Erfindung zur Wirbelstrom
prüfung,
Fig. 3 in schematischer Weise eine vier Spulen umfassende
Vorrichtung 5 nach der Erfindung zur Wirbelstrom
prüfung,
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine beispielhaft zu prü
fende Rohrleitung 1, und
Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Wand dieser
Rohrleitung 1.
Fig. 1 zeigt zunächst eine Rohrleitung 1, in der ein be
stimmter Ausschnitt der Rohrwandung, der Prüfbereich 3, un
tersucht werden soll. Der Prüfbereich 3 enthält eine zu un
tersuchende Schweißnaht 4 (Fig. 3). Eine als Sonde ausge
führte Vorrichtung 5 nach der Erfindung zur Wirbelstromprü
fung ist in die Rohrleitung 1 eingeführt. Die Vorrichtung 5
ist über eine Kabelzuführung/mit dem Rohraußenbereich ver
bunden.
Die Sonde 5 trägt sowohl eine Direktfeld-Wirbelstromprüfan
ordnung 10 als auch eine Fernfeld-Wirbelstromprüfanord
nung 20. Die Direktfeld-Wirbelstromprüfanordnung 10 weist
eine Direktfeld-Magnetisierspule 11 auf, die Fernfeld-Wirbel
stromprüfanordnung 20 eine Fernfeld-Magnetisierspule 21. Bei
den Wirbelstromprüfanordnungen 10, 20 zugeordnet ist eine er
ste Meßspule 30, mit der sowohl die Induktionswirkung der
Fernfeld-Magnetisierspule 21 (erster Wirbelstrom) als auch
die der Direktfeld-Magnetisierspule 11 (zweiter Wirbelstrom)
empfangen werden. Beide Wirbelstromprüfanordnungen 10, 20 sind
somit transformatorisch aufgebaut.
Die Achse 11A der Direktfeld-Magnetisierspule 11 und die
Achse 21A der Fernfeld-Magnetisierspule 21 sind parallel zur
Achse 1C der Rohrleitung 1 ausgerichtet. Die erste Meßspule
ist als Topfspule ausgebildet, deren Achse 30A senkrecht auf
der Achse 1C der Rohrleitung 1 steht.
Die Durchmesser ∅N bzw. ∅F der Direktfeld-Magnetisierspule
11 bzw. der Fernfeld-Magnetisierspule 21 sind dem Rohrinnen
durchmesser angenähert. Bei einem typischen Rohrinnendurch
messer von 17 mm beträgt der Abstand d der Direktfeld-Magne
tisierspule 11 von der ersten Meßspule 30 weniger als 5 mm,
und der Abstand dF der Fernfeld-Magnetisierspule 21 von der
ersten Meßspule 30 in etwa 40 mm bis 50 mm.
Fig. 2 zeigt in einem anderen Beispiel, wie die Vorrichtung
5 mit lediglich zwei Spulen aufbaubar ist. Die Figur ist
weitgehend identisch zu Fig. 1, nur daß in dem dargestellten
Beispiel keine gesonderte Meßspule vorgesehen ist. Die Di
rektfeld-Magnetisierspule 11 dient gleichzeitig als Meßspule
für die Fernfeld-Wirbelstromprüfanordnung 20, welche Letztge
nannte also transformatorisch aufgebaut ist. Die Messung des
mit dem Nahfeld verknüpften zweiten Wirbelstromes geschieht
mittels der Direktfeld-Magnetisierspule 11 (parametrischer
Aufbau).
Das in Fig. 3 dargestellte Beispiel entspricht dem in Fig.
1 gezeigten Beispiel mit dem Unterschied, daß die erste Meß
spule 30 allein der Fernfeld-Wirbelstromprüfanordnung 20 zur
Messung des ersten Wirbelstromes zugeordnet ist. Die Direkt
feld-Wirbelstromprüfanordnung 10 weist eine gesonderte zweite
Meßspule 40 zur Messung des zweiten Wirbelstromes auf.
In Fig. 4 ist eine Rohrleitung 1 dargestellt, die aus einem
Einsteckrohr (Sleeve-Rohr) 1A und einem Mutterrohr 1B aufge
baut ist. Derartige Rohrleitungen werden beispielsweise bei
der Reparatur von Wärmetauscherrohren in thermischen Kraft
werken gebildet. An einer schadhaften Stelle des Wärmetau
schermutterrohres 1B wird zur Verstärkung ein Einsteckrohr 1A
in das Mutterrohr 1B eingeführt und mit diesem verschweißt.
Bei der Prüfung der Schweißnaht 4 (Prüfbereich 3) ist es ins
besondere von Bedeutung, wie gut die Schweißverbindung in dem
von der Rohrleitungsinnenseite aus gesehenen tiefer liegenden
Mutterrohr 1B ist.
Die Schweißnaht 4 aus Fig. 4 ist in Fig. 5 genauer darge
stellt. Sie besteht aus einem oberflächennahen Teil 4A und
einem oberflächenfernen, wulstförmigen Teil 43. Zur Beurtei
lung der Güte der Schweißnaht ist die Kenntnis der Schweiß
nahtbreite a im oberflächenfernen Teil 43 nötig. Bei Anwen
dung des Verfahrens nach der Erfindung wird in der Schweiß
naht 4 von einem Fernfeld ein erster Wirbelstrom induziert
und gemessen. Das Meßsignal wird zwar von dem oberflächenna
hen und volumenreichen Teil 4A der Schweißnaht 4 dominiert,
enthält aber gleichfalls Beiträge des oberflächenfernen, in
teressierenden Teils 43. Bei gleichzeitiger oder alternieren
der Erzeugung eines Nahfeldes im Bereich der Schweißnaht 4
wird in einem von der Rohrinnenseite aus gesehenen oberflä
chennahen Teil 4A der Schweißnaht 4 ein zweiter Wirbelstrom
erzeugt. Die Frequenz f dieses Nahfeldes wird derart gewählt,
daß die Eindringtiefe δ des zweiten Wirbelstromes in etwa
gleich der Wanddicke e des Einsteckrohres 1A ist. Infolgedes
sen wird ein bei Messung des zweiten Wirbelstromes erzeugtes
zweites Meßsignal im wesentlichen von dem oberflächennahen
Teil 4A der Schweißnaht 4 dominiert. Durch Vergleich oder
Verknüpfung der beiden Meßsignale wird die Güte der Schweiß
naht 4, insbesondere die Breite a der Schweißnaht 4, im ober
flächenfernen Teil 4B bestimmt.
Claims (15)
1. Vorrichtung zur Wirbelstromprüfung (5) eines Prüfbe
reichs (3) eines Werkstückes (1), insbesondere einer Schweiß
naht (4), mit
- a) einer Fernfeld-Wirbelstromprüfanordnung (20), die
- - eine Fernfeld-Magnetisierspule (21) aufweist, in deren Fernfeld in dem Prüfbereich (3) ein erster Wirbelstrom induzierbar ist, und mit
- b) einer Direktfeld-Wirbelstromprüfanordnung (10), die
- - eine Direktfeld-Magnetisierspule (11) aufweist, in deren Nahfeld in dem Prüfbereich (3) ein zweiter Wirbelstrom induzierbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste
Wirbelstrom durch die Direktfeld-Magnetisierspule (11) meßbar
ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fern
feld-Wirbelstromprüfanordnung (20) eine erste Meßspule (30)
umfaßt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste
Meßspule (30) der Direktfeld-Wirbelstromprüfanordnung (10)
und der Fernfeld-Wirbelstromprüfanordnung (20) gemeinsam zu
geordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
gekennzeichnet durch eine der Direktfeld-
Wirbelstromprüfanordnung (10) zugeordnete zweite Meß
spule (40)
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ab
stand (d) der Fernfeld-Magnetisierspule (21) von der zur
Messung des ersten Wirbelstromes vorgesehenen Spule (11 bzw.
30) größer als der Durchmesser (∅F) der Fernfeld-Magnetisier
spule (21) ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ab
stand (d) der Direktfeld-Magnetisierspule (11) von der der
Direktfeld-Wirbelstromprüfanordnung (10) zugeordneten Meß
spule (30 bzw. 40) kleiner als der Durchmesser (∅N) der Di
rektfeld-Magnetisierspule (11) ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Direkt
feld-Magnetisierspule (11) und die Fernfeld-Magnetisierspule
(21) mit Wechselströmen unterschiedlicher Frequenz betreibbar
sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Prüfung
der Innenseite eines rohrartigen Werkstückes (1) die Direkt
feld-Magnetisierspule (11) und die Fernfeld-Magnetisierspule
(21) mit ihren Spulenachsen (11A bzw. 21A) parallel zueinan
der angeordnet und gemeinsam in das rohrartige Werkstück (1)
einführbar sind.
10. Verfahren zur Wirbelstromprüfung eines Prüfbereichs (3)
eines Werkstückes (1), insbesondere einer Schweißnaht (4),
dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfbe
reich (3) sowohl in ein Nahfeld eines magnetischen Wechsel
feldes als auch in ein Fernfeld eines magnetischen Wechsel
feldes gebracht wird,
und daß im Prüfbereich (3) ein von dem Fernfeld induzierter
erster Wirbelstrom und ein von dem Nahfeld induzierter zwei
ter Wirbelstrom gemessen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß aus dem ge
messenen ersten und zweiten Wirbelstrom ein Prüfergebnis be
züglich eines oberflächenfernen Teiles des Prüfbereichs (3)
ermittelt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das Nahfeld
und das Fernfeld zeitlich abwechselnd erzeugt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß das Nahfeld
und das Fernfeld mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugt
werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Prüfung
eines oberflächenfernen Teiles des Prüfbereichs (3) eine Fre
quenz (f) des Nahfeldes eingestellt wird, bei der die Ein
dringtiefe (δ) des von dem Nahfeld induzierten Wirbelstromes
höchstens so groß wie der Abstand des oberflächenfernen Tei
les von der Oberfläche ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß bei der Prü
fung einer aus einem Einsteckrohr (1A) in einem Mutter
rohr (13) bestehenden Rohrleitung (1) eine Frequenz (f) des
Nahfeldes eingestellt wird, bei der die Eindringtiefe (δ) des
von dem Nahfeld induzierten Wirbelstromes kleiner als die
Wanddicke (e) des Einsteckrohres (1A) ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997126513 DE19726513C2 (de) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | Vorrichtung und Verfahren zur Wirbelstromprüfung |
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DE1997126513 DE19726513C2 (de) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | Vorrichtung und Verfahren zur Wirbelstromprüfung |
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