DE2817574B2 - Wirbelstrompriifsonde zur Untersuchung metallischer Werkstoffe auf Materialtrennungen und fehlerhafte Einschlüsse - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wirbelstromprüfsonde zur Untersuchung metallischer Werkstoffe auf Materialtrennungen und fehlerhafte Einschlüsse, bestehend aus zwei nebeneinander angeordneten, von hochfrequenten Wechselstrom durchflossenen Spulen, die mit ihren Querschnittsebenen zueinander flächenparallel und derart senkrecht zur zu prüfenden Werkstückoberfläche angeordnet sind, daß das magnetische Feld der Spulen im gemeinsam erfaßten Werkstückbereich parallel zu dessen Oberfläche verläuft. Unter Materialtrennungen werden dabei ganz allgemein Risse, Löcher und dergleichen verstanden. Es handelt sich hierbei also um ein Verfahren der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, wie es beispielsweise Gegenstand der Patentanmeldung gemäß DE-OS 27 46 568 ist.

Die Spulen der Sonde sind üblicherweise in einen Kunststoffkörper eingebettet und werden mit einer der Werkstückoberfläche angepaßten Führungseinrichtung auf derselben entlang bewegt. Dabei wird die Impedanzveränderung der Spulen im Auswertegerät gemessen und sichtbar gemacht. Üblich ist z. B. die Darstellung dieser Widerstandswerte auf dem Speicherschirm einer Elektronenstrahlröhre in der X-V-Schreibweise, wobei die Ablenkung auf der X-Achse dem imaginären Anteil und jene auf der V-Achse dem reellen Anteil der Widerstandsrückwirkung des Werkstückes auf die Sondenspulenentspricht. Dieses Anzeigeverfahren ermöglicht nach entsprechender Eichung an mit bekannten Fehlern versehenen Probestücken auch Rückschlüsse auf Störanzeieen und Fehlanzeigen — dabei Unterscheidung zwischen Innen- und Außenfehlern mit Tiefenangabe — z. B. bei der Prüfung von Wärmetauscherrohren. Über die Grundlagen dieses Verfahrens wird in Aufsätzen der Zeitschrift »Materialprüfung«, Band 18, 1976, Nr. 10 auf den Seiten 376-379, Materialprüfung 20, 1978, Nr. 2, Februar, Seiten 57-62 sowie »VGB-Kraftwerkstechnik« 57, Heft 8, i977 auf den Seiten 540—545, berichtet, so daß weitere Ausführungen hierzu unterbleiben können.

ίο In diesem Zusammenhang sei auch die DE-OS 25 35 537 genannt, in welcher ein Wirbelstromprüfer für den Einsatz in zumindest teilweise gekrümmten Rohren beschrieben ist Die Spulen derselben sind dort koaxial zum Rohr angeordnet' und erfassen stets einen geschlossenen Bezirk der inneren Rohroberfläche. Eine andere Spulenanordnung wird in der DE-OS 26 26 060 vorgeschlagen. Dort ist jedes Spulenpaar symmetrisch zur Achse des rohrförmigen Prüflings angeordnet, d. h. je Spule ist mit einem anderen gegenüberliegenden Rohrabschnitt magnetisch gekoppelt.

Diese Sonde ist daher insbesondere zur Feststellung von symmetrischen Diskondinuitäten geeignet, jedoch nicht in gleichem Maße für beliebig mögliche Fehlerstellen.

Diese bisher vorgeschlagenen Wirbelstromprüfsonden, mit und ohne Vormagnetisierung eignen sich somit in unterschiedlichem Maße zur Überprüfung, insbesondere rohrförmiger austenitischer als auch ferritischer Stähle, wie sie insbesondere auch in der Kernkraft-

JO werkstechnik Verwendung finden. Obwohl die bisherigen Prüfergebnisse durchaus zufriedenstellend waren, zwang der Wunsch nach möglichst vollkommener Sicherheit der verwendeten Materialien die Anwendung dieser Prüfmethoden noch weiter zu vervollkommnen

>5 und insbesondere neben Innenrohroberflächen, ebenen Flächen auch genutete Oberflächen oder Oberflächen mit Gewinden, bei denen Anrisse am Grunde zu sehr schwerwiegenden Spätfolgen führen können, zu erfassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Meßsonde gelöst, daß die Anordnung der Spulen weiterhin derart ist, daß nur ein Teil des magnetischen Feldes der Spulen im Bereich der genannten Feldrichtung in unmittelbarer Nähe des gemeinsam erfaßten Werkstückbereiches verläuft.

Dieses Aufbauprinzip der Meßsonden wird an einigen Beispielen anhand der Fig. 1—5 näher erläutert. Es sei jedoch zuvor noch darauf hingewiesen, daß die Frequenz des hochfrequenten Wechselstromes üblicherweise zwischen 1 kHz und 600 kHz gewählt wird, wobei der bei höheren Frequenzen sich sehr stark bemerkbar machende Skineffekt die erfaßbare Fehlertiefe im Werkstück selbst begrenzt.
F i g. 1 zeigt eine Wirbelstromprüfsonde, die aus zwei parallel zueinander angeordneten Spulen 3 und 4 besteht, die in einen Kunststoffkörper 9 eingegossen sind. Die Anschlüsse dieser Sondenspulen 3 und 4 sind über ein dreiachsiges Kabel zu einem entsprechenden Stecker 34 nach außen zum Auswertegerät geführt.

Diese Sondenart eignet sich zur Untersuchung ebener Werkstückoberflächen 1. Wesentlich ist dabei, daß nur ein Teil des magnetischen Wechselfeldes der Meßsonde in nächster Nähe der Werkstückoberfläche 1 verläuft. Der Querschnitt der Spulen 3 und 4 ist im allgemeinen

b5 kreisförmig, der Durchmesser derselben ist beispielsweise 10 mm, der Wicklungsquerschnitt selbst etwa quadratisch mit einer Seitenlänge von 1—2 mm. Der Abstand der beiden Spulen voneinander liegt in der

Größenordnung ihres Durchmessers.

Für die Überprüfung der Innewandung von Rohren 2 ist eine Meßsonde entsprechend F i g. 2 und 3 besonders gut geeignet, die Sondenspulen 6 und 7 sind wieder in einen Kunststoffkörper 8 eingebettet, der gleichzeitig wieder zur Führung im zu überprüfenden Rohr 2 dient Der Querschnitt der Spulen ist dabei aus Fig.3 zu ersehen. Auch hieraus ist zu ersehen, daß nur ein Teil der magnetischen Feldlinien der Spulen 6 und 7 in der Nähe der Rohrwandung verläuft ι ο

F i g. 4 und 5 zeigen nun einen Meßsondenaufbau, wie er zum Überprüfen von Einschnitten, wie z. B. Nuten oder Gewindegängen, geeignet ist Hier sind die beiden Meßsondenspulen 3 und 4 mit ihren Querschnittsflächen nebeneinander in einer gedachten Ebene angeordnet, die senkrecht zur Werkstückoberfläche 5 steht. In F i g. 5 ist der Querschnitt dieses Werkstückes mit einem Anriß 51 am Grunde der Gewindeflanken dargestellt

Wie bekannt, tritt beim Wirbelstromprüfverfahren auch ein störendes Rauschen auf, das unter Umständen die Fehlererkennbarkeit beeinträchtigen kann. Insbesondere mit dem hier vorgeschlagenen Meßsondenaufbau ist es möglich, durch unschwer durchzuführende Versuche jene Meßfrequenz zu ermitteln, bei der ein geringstmöglicher Störpegel erreicht werden kann. Die Größenverhältnisse der Meßspulen richten sich dabei nach den zu überprüfenden Objekten. Bei einer Gewinderillentiefe von z. B. 5 mm liegt der Durchmesser der nebeneinander angeordneten Spulen entsprechend F i g. 4 bei etwa 4—5 mm, der Abstand der beiden Spulen 3 und 4 liegt dabei in der Größenordnung von 2 mm, entsprechend klein ist auch der eigentliche Wicklungsquerschnitt Diese Größenangaben stellen jedoch keine Begrenzung nach unten dar, sondern sind lediglich als Hinweis auf die prinzipiellen Möglichkeiten zu werten. Bezüglich des Einflusses der Meßfrequenz — unabhängig von der Unterdrückung der Störpegel — sei noch darauf hingewiesen, daß, wie bereits erwähnt, die erkennbare Fehlertiefe mit steigender Frequenz sinkt. Andererseits erhöht eine steigende Frequenz die Fehlererkennbarkeit, da die Verdrehung der Meßkurve auf der Elektronenstrahlröhre größer wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Wirbelstromprüfsonde zur Untersuchung metallischer Werkstoffe auf Materialtrennungen und fehlerhafte Einschlüsse, bestehend aus zwei nebeneinander angeordneten, von hochfrequenten Wechselstrom durchflossenen Spulen, die mit ihren Querschnittsebenen zueinander flächenparallel und derart senkrecht zur zu prüfenden Werkstückoberfläche angeordnet sind, daß das magnetische Feld der Spulen im gemeinsam erfaßten Werkstückbereich parallel zu dessen Oberfläche verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Spulen (3, 4; 6, 7) weiterhin derart ist, daß nur ein Teil des magnetischen Feldes der Spulen (3, 4; 6, 7) im Bereich der genannten Feldrichtung in unmitteJbarer Nähe des gemeinsam erfaßten Werkstückbereiches verläuft

2. Wirbelstromprüfsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Sputen (3,4; 6,7) in F i g. 1 bis 3 koaxial angeordnet sind.

3. Wirbelstromprüfsonde für die Prüfung der Innenwandung von Rohren, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Spulen (6, 7) einen halbkreisförmigen Querschnitt besitzen.

4. Wirbelstromprüfsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonden aus zwei Spulen (3 und 4) bestehen, deren Querschnittsflächen nebeneinander in einer gedachten Ebene liegen, die senkrecht zur Werkstückoberfläche (5) steht.

5. Verwendung einer Wirbelstromprüfsonde nach Anspruch 4, für die Prüfung des Grundes von regelmäßigen Werkstückeinschnitten, wie z. B. Nuten oder Gewinden.