DE3346774C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Defektoskop zur Prüfung von langgestreckten, ferromagnetischen Werkstücken und eine Schaltungsanordnung zur Auswertung der Ausgangssignale eines solchen Defektoskops gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 2. Ein derartiges Defektoskop und eine derartige Schaltungsanordnung sind aus dem SU-Urheberschein 4 10 305 bekannt.

Besondere Vorteile bringt der Einsatz der vorliegenden Erfindung in der metallurgischen Industrie, z.B. bei der Qualitätsprüfung von Rohren im Fertigungsfluß der Rohrwalzbetriebe.

Solche Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung weisen heute einen besonders hohen technischen Stand auf und sind allgemein gebräuchlich, wie z.B. die Ultraschall-, Magnet- und induktive Prüfung. Diese Prüfungsverfahren helfen solche Fehler wie Schichten, Risse, Lunker, Einschläge, Einschlüsse und ähnliches in Werkstoffen erkennen zu können. Außerdem ermöglichen diese Verfahren die Überwachung der Güte der Wärmebehandlung, die Erkennung verschiedenartiger Abweichungen von der nötigen chemischen Zusammensetzung sowie die Lokalisierung der Zonen mit inhomogener Struktur.

Bei der Wahl und Einführung eines Verfahrens zur zerstörungsfreien Prüfung sind mehrere Faktoren von Bedeutung. So ist zur Qualitätskontrolle von Werkstücken während deren Herstellung folgendes zu berücksichtigen: Eigenart der Arbeitsgänge, Bearbeitungsgüte der Oberflächen, Metallgefüge, Lage und Ausdehnung der Fehlstellen und ähnliches.

Bei der Herstellung von langgestreckten, ferromagnetischen Erzeugnissen, beispielsweise von warmgewalzten Rohren, ist die Durchführung einer derartigen Prüfung nur im Magnetverfahren möglich, da nur dieses Verfahren die Möglichkeit gibt, bei der entsprechenden Bewegungsgeschwindigkeit der Werkstücke sowohl die inneren als auch die äußeren Fehler gleichzeitig erkennen und registrieren zu können.

Die Wirkungsweise der Defektoskope, die mit einem Magnetverfahren arbeiten, beruht auf der Bestimmung des Feldstärkegradienten der Magnetstreufelder, die durch Fehlstellen bei Abtastung des magnetisierten Abschnitts des zu prüfenden Werkstücks mit dem Abtastkopf induziert werden.

Aus der GB-20 12 966 ist eine Vorrichtung zum zerstörungsfreien Prüfen von länglichen Werkstücken bekannt, die eine Magnetisierungseinrichtung mit Polstücken aufweist, die das längliche Werkstück umgeben und eine konstante Magnetisierungskraft längs eines Bereichs des Werkstücks vorsehen. Unter den Polschuhen sind Hall-Geber angeordnet, die auf die Änderung des Hauptmagnetflusses der Magnetisierungseinrichtung ansprechen, der dem zu prüfenden Werkstück zugeordnet ist. Das Ausgangssignal dieser Hall-Geber trägt als Änderungsfunktion der magnetischen Leitfähigkeit des Stahls die Information über die Querschnittsänderung, wobei die Qualität der Registrierung der Defekte durch Anordnung der Hallgeber an den Durchgangsstellen des Hauptflusses des Magnetfelds erreicht wird. Des weiteren findet eine Abtastvorrichtung in Form eines Ringes Verwendung, der das zu prüfende Werkstück umfaßt und an dem in radialer und axialer Richtung weitere Hallgeber angeordnet sind, die zur Registrierung von Störungen der Homogenität des zu prüfenden Werkstücks vorgesehen sind. Ein derartiges Registrierverfahren ist somit durch einen komplizierten Aufbau gekennzeichnet; d.h. es sind zwei Arten von Gebern in radialer und axialer Richtung erforderlich und es weist außerdem ein niedriges Auflösungsvermögen sowie eine geringe Empfindlichkeit auf.

Aus dem eingangs erwähnten SU-Urheberschein 4 10 305 ist ferner ein Defektoskop bekannt, das einen U-förmigen Dauermagneten aufweist, in dessen Polschuhen Öffnungen zum Durchlaufen der zu prüfenden Werkstücke ausgeführt sind. Dieses Defektoskop enthält ferner einen Abtastkopf mit einem Konzentrator, der in Form zweier Ringe mit trapezförmigem Querschnitt ausgeführt ist. Die Ringe sind mit ihren kleineren Basen aufeinander zu gerichtet. Zwischen den Ringen ist mindestens ein Hall-Geber angeordnet, dessen Ausgangssignal die Information über die erkannten Fehler trägt. Der Abtastkopf des bekannten Defektoskops ist in der Mitte des Polabstands, d.h. in der magnetisch neutralen Zone des Magnetfelds, angeordnet.

Die Signalstärke und -form am Ausgang des Abtastkopfes hängen von der Beschaffenheit der Fehlstellen, deren Größe, Lage und Lagerungstiefe von der Oberfläche sowie von der Bewegungsgeschwindigkeit der Werkstücke bezüglich der Magnetisierungsvorrichtung und der Magnetisierungsart ab.

Der Einfluß der Bewegungsgeschwindigkeit der Werkstücke auf die Erkennbarkeit der Fehler resultiert aus den Besonderheiten deren Magnetisierung im Magnetfeld des unbeweglichen U-förmigen Magneten. Es ist zu betonen, daß während der Bewegung nur die oberflächennahen Schichten der Werkstücke gleichmäßig stark und gleichmäßig intensiv auf der ganzen Länge des Polabstands magnetisiert werden. Es wurde festgestellt, daß die Magnetisierung der inneren Schichten nicht nur geringer ist, sondern auch eine zur Magnetisierung der oberflächennahen Schichten umgekehrte Magnetisierungsrichtung aufweisen kann. Dieser komplizierte Verlauf des Magnetisierungsvorganges bei der Bewegung der Werkstücke kann durch den Einfluß von Wirbelströmen und Hystereseeffekten erklärt werden. Dadurch wird die Empfindlichkeit des bekannten Defektoskops bei der Erkennung der inneren Defekte während der Bewegung der zu prüfenden Werkstücke vermindert und die Bewegungsgeschwindigkeit der Werkstücke eingeschränkt. Außerdem wirkt sich auf die Empfindlichkeit des bekannten Defektoskops und somit auf die Genauigkeit der Fehlererkennung das Vorhandensein von ferromagnetischem Staub und Zunder, die in der Regel bei der Fertigung entstehen, negativ aus. Diese Teilchen bewirken die Neuverteilung des im Bereich der Fehlerstelle induzierten Magnetfelds, wodurch die Genauigkeit und Stabilität der Fehlererkennung vermindert werden.

Die Schaltungsanordnung zur Auswertung der Ausgangssignale des Hall-Gebers enthält bei diesem aus dem SU-Urheberschein 4 10 305 bekannten Defektoskop gewöhnlich einen Verstärker zur Verstärkung des Ausgangssignals und ein an den Verstärker angeschlossenes Registriergerät, das ein Schnellschreiber ist. Bekanntlich setzt sich die Spannung am Ausgang des Hall-Gebers aus zwei Spannungskomponenten zusammen: einer Komponente, die durch den vom Fehler gebildeten Streudipol hervorgerufen ist (Nutzsignal), und einer anderen Komponente, die durch das Durchlaufen des Kraftlinienstreuflusses von der Magnetisierungsvorrichtung durch den Hall-Geber außerhalb des Querschnitts des zu prüfenden Objektes hervorgerufen ist (Störsignal, Anfangsspannung), wobei das Störsignal hinsichtlich seiner Größenordnung mit dem polaren Signal vergleichbar ist. Bei der Prüfung von langgestreckten Werkstücken, beispielsweise von Seilen, wird die Anfangsspannung durch die gleichbleibende Kompensationsspannung (Bezugsspannung) kompensiert, da die Charakteristik des Streufelds bei der Bewegung eines solchen Werkstückes im wesentlichen unveränderlich bleibt. Dabei kommt das Signal vom Abtastkopf unmittelbar am Verstärkereingang an. Die Kurve der Anfangsspannung bei der Prüfung von nicht gestreckten Werkstücken hat aber eine komplizierte Form, wobei sich der Verlauf der Amplitudenkurve der Signale am Ausgang des Abtastkopfes nicht gleichmäßig ändert. Sie sinkt beim Durchlaufen des Anfangs und des Endes des zu prüfenden Werkstückes. Die Spannung ändert sich dabei dynamisch, was die Spannungskompensation verhindert. Diese bekannte Schaltungsanordnung sieht aber keine Unterdrückung der dynamischen Signalkomponente vor, so daß die Störunempfindlichkeit der Schaltungsanordnung gering ist, was seinerseits zur erheblichen Vergrößerung der Länge des nichtkontrollierbaren Rohrabschnitts führt.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Defektoskop sowie die Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß durch Unterdrückung der Störeinflüsse eine hohe Genauigkeit der Fehlererkennung gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 2 gelöst.

Da bei dem erfindungsgemäßen Defektoskop das Gehäuse aus nichtmagnetischem Stoff hergestellt ist, läßt sich die Einwirkung der Neuverteilung der Magnetfelder an Fehlstellen vermeiden, die durch das Vorhandensein von ferromagnetischem Staub und Zunder verursacht wird. Durch die besondere Anordnung des Abtastkopfes lassen sich die inneren Fehler mit einer hohen Genauigkeit erkennen, da hier der Pegel der Längskomponente des Induktionsvektors am höchsten ist. Außerdem hat hier der Induktionsvektor der Innenschichten dieselbe Richtung wie der Induktionsvektor der oberflächennahen Schichten.

Da bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine zweifache Filterung des vom Ausgang des Hall-Gebers ankommenden Signals ermöglicht wird, kann die Störunempfindlichkeit der Schaltungsanordnung und somit die Genauigkeit der Fehlererkennung erhöht werden. Erstens wird aus dem Signal mit Hilfe der Kondensatorkette die Stör-Gleichkomponente ausgefiltert. Zweitens wird durch den Einsatz des einstellbaren Spannungsteilers der Pegel der dynamischen Komponente des ankommenden Signals herabgesetzt, was die Verkleinerung der Länge des nichtkontrollierbaren Abschnitts des langgestreckten ferromagnetischen Werkstücks ermöglicht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Defektoskop und

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur Auswertung des Ausgangssignals des Defektoskops.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, enthält das Defektoskop zur Prüfung von langgestreckten ferromagnetischen Werkstücken eine Magnetisierungsvorrichtung, deren Elektromagnet einen U-förmigen Magnetkörper 1 aufweist. Der Magnetkörper 1 weist Polschuhe 2 mit Öffnungen 3 auf, die zum Durchlaufen des zu prüfenden Werkstücks 4, beispielsweise eines Rohres, dienen.

Durch diese Ausführung der Magnetisierungsvorrichtung wird die Längsmagnetisierung des zu prüfenden Abschnitts des Werkstücks gesichert. Die Polschuhe 2 können abnehmbar ausgeführt sein, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Dadurch wird die Prüfung von Werkstücken mit unterschiedlichen Abmessungen ermöglicht.

Die Änderung des Magnetisierungsfeldes wird durch einen Magnetisierungsstrom-Regler 5 ausgeführt, der einen Transformator 6 mit einstellbarer Ausgangsspannung und einen Gleichrichter 7 enthält, der in den Stromkreis der Sekundärwicklung des Transformators 6 geschaltet ist.

Somit wird infolge dieser Ausführung der Magnetisierungsvorrichtung ein starkes regelbares Magnetfeld erzeugt, wodurch mehrere Erzeugnisse unterschiedlicher Abmessungen geprüft werden können.

Das Defektoskop erhält ferner einen Abtastkopf 8, der zur Fehlstellensuche im Werkstück 4 dient.

Der Abtastkopf 8 enthält einen Konzentrator, der in Form zweier Ringe 9 und 10 mit trapezförmigem Querschnitt ausgeführt ist, die mit ihren kleineren Basen aufeinander zu gewandt sind. Außerdem enthält der Abtastkopf 8 mindestens einen Hall-Geber 11, der zwischen den genannten Ringen 9 und 10 angeordnet ist.

Mittels des Konzentrators werden die Magnetkraftlinien der von den Streudipolen an Fehlstellen erzeugten Magnetflüsse konzentriert und diese Flüsse auf den Geber 11 gerichtet.

Zur Erhöhung der Defektoskopempfindlichkeit sind die spitzen Kanten der Ringe 9 und 10 (außer den inneren Kanten) abgerundet. Dadurch wird der Nebenschluß des durch die Fehler außerhalb des Gebers 11 erzeugten Feldes verhindert.

Zur Senkung des Magnetwiderstands am Aufstellungsort des Gebers 11 sind in die Ringe 9 und 10 Spannstücke 12 eingepreßt. Gleichzeitig wird eine Vergrößerung des Spaltes zwischen den Ringen 9 und 10 ermöglicht, wodurch der Nebenschluß des durch die Fehler außerhalb des Gebers 11 erzeugten Feldes ebenfalls verhindert wird.

Der Abtastkopf 8 ist in einem aus nicht-magnetischem Stoff hergestellten abgedichteten Gehäuse 13 angeordnet. Nach einer der möglichen Ausführungen enthält das Gehäuse 13 eine Hülse 14, die an einem der Stirnenden einen abgedichteten Deckel 15 aufweist.

Der Abtastkopf 8 ist derart angeordnet, daß er bezüglich der magnetisch neutralen Zone des Magnetfelds in zur Laufrichtung des zu prüfenden Werkstückes 4 entgegengesetzter Richtung versetzt ist. Dabei ist das andere Stirnende der Hülse 14 am Polschuh 2 befestigt.

Die Größe der Hall-EMK am Ausgang des Gebers 11 hängt vom Verhältnis der Spiele zwischen den Ringen 9 und 10 am Aufstellungsort des Gebers 11 sowie vom hier vorhandenen Zwischenraum und vom Winkel der Abschrägung der inneren Kanten der Ringe 9 und 10 ab. Durch Vorhandensein beliebiger Einschlüsse in Form von ferromagnetischem Staub oder Zunder werden die Genauigkeit und Stabilität der Fehlererkennung erheblich vermindert. Der Einfluß dieser Störfaktoren wird durch das abgedichtete Gehäuse 13 ausgeschaltet. Durch die Versetzung des Abtastkopfes 8 der magnetisch neutralen Zone des Magnetfeldes in zur Laufrichtung des Werkstückes 4 entgegengesetzter Richtung wird die gleichzeitige Erkennung der inneren und der äußeren Fehler für unterschiedliche Bewegungsgeschwindigkeiten des Werkstückes 4 gesichert, da hier der Pegel der Längskomponente des Induktionsvektors am höchsten ist. Außerdem hat hier der Induktionsvektor der inneren Schichten dieselbe Richtung wie der Induktionsvektor der oberflächennahen Schichten.

Somit weist das vorstehend beschriebene Defektoskop eine hohe Empfindlichkeit bezüglich der inneren und äußeren Fehler bei großen Abständen der Innenfläche der Polschuhe 2 von der Oberfläche der zu prüfenden Werkstücke 4 auf.

In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung zur Auswertung der Ausgangssignale des Hall-Gebers des Defektoskops dargestellt. Diese Schaltungsanordnung enthält einen Verstärker 16 zur Verstärkung der vom Geber 11 ankommenden Signale.

Nach einer möglichen Ausführung stellt der Verstärker 16 einen Operationsverstärker dar.

Die Schaltungsanordnung weist eine Kondensatorkette 17, die zwischen dem Ausgang des Gebers 11 und dem Verstärker 16 geschaltet ist, sowie einen einstellbaren Spannungsteiler 18 auf, der in den Speisestromkreis des Verstärkers 16 geschaltet ist, dessen invertierender Eingang an den Ausgang des Spannungsteilers 18 angeschlossen ist.

Der Ausgang des Verstärkers 16 ist über einen Ausgangsimpulsformer 19 an ein Registriergerät 20 angeschlossen.

Unter Betriebsbedingungen stellt das Registriergerät 20 in der Regel einen Farbenschreiber dar. In diesem Fall soll der Ausgangsimpulsformer die Diskontinuität der Fehlererkennung sicherstellen.

Nach einer möglichen Ausführung enthält der Ausgangsimpulsformer zur Sicherung des stabilen Betriebs des Geräts 20 einen Halbleiter-Spitzengleichrichter 21, der die negative Halbwelle des Impulses abschneidet, und einen Relaisverstärker 22, die in Reihe geschaltet sind.

Bei dieser Schaltungsanordnung kann die Einstellung des optimalen Verstärkungsfaktors des Verstärkers 16 mittels des Reglers 23 vorgenommen werden, der im Gegenkoppelkreis des Verstärkers 16 geschaltet ist. Dadurch wird die Prüfung von Werkstücken unterschiedlicher Abmessung ermöglicht.

Zur Trennung des Nutzungssignals von den Störungen, die hauptsächlich durch Auftreten der Wechselkomponente der Anfangsspannung infolge der Neuverteilung des Magnetisierungsfeldes beim Durchlaufen der Enden des zu prüfenden Werkstücks 4 durch die Polschuhe 2 des Elektromagneten hervorgerufen werden, wird aus dem vom Ausgang des Gebers 11 ankommenden Signal mit Hilfe der Kondensatorkette 17 dessen Gleichkomponente ausgefiltert.

Danach wird der Pegel der durch Streufeldverzerrung beim Durchlaufen des Rohranfangs durch die Polschuhe 2 des Elektromagneten hervorgerufenen dynamischen Signalkomponente durch Unterdrückung des Signals mit Hilfe des einstellbaren Spannungsteilers 18 herabgesetzt, der mit den Widerständen 24, 25, 26, 27 aufgebaut ist, wobei der Widerstand 25 als variabler Widerstand ausgebildet und an den invertierenden Eingang des Verstärkers 16 über den Widerstand 27 angeschlossen ist.

Durch die zweifache Filterung des vom Ausgang des Hall-Gebers ankommenden Signals wird die Störsicherheit der Schaltungsanordnung und somit die Genauigkeit der Fehlererkennung erhöht.

Demzufolge weisen das vorstehend beschriebene Defektoskop zur Prüfung von langgestreckten ferromagnetischen Werkstücken und die Schaltungsanordnung zur Auswertung der Ausgangssignale des Defektoskops eine hohe Genauigkeit der Fehlererkennung und somit ein hohes Auflösungsvermögen auf, so daß die wichtigsten Fertigungsfehler (Schichten, Längs- und Querkratzer, Risse, Lunker u.ä.) zuverlässig erkennbar sind.

Bei der ununterbrochenen Rohrzuführung überschreitet der nichtkontrollierbare Abschnitt des Rohres 100 mm nicht.

Die Fertigung des Defektoskops ist unkompliziert, da hier keine drehbaren Abtastvorrichtungen vorhanden sind.

Außerdem ist der Materialaufwand für die Herstellung des Defektoskops gering. Der Abstand der Innenflächen der Polschuhe von der Oberfläche der zu prüfenden Werkstücke kann verhältnismäßig groß sein, ohne daß die Empfindlichkeit des Defektoskops bedeutend sinkt. Durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung läßt sich die Qualität der hergestellten Werkstücke durch operative Beeinflussung des Fertigungsprozesses erhöhen.

Claims (2)

1. Defektoskop zur Prüfung von langgestreckten ferromagnetischen Werkstücken, enthaltend
eine U-förmige Magnetisierungsvorrichtung, deren Polschuhe Öffnungen zum Durchlaufen der zu prüfenden Werkstücke aufweisen,
einen Abtastkopf mit einem Konzentrator, der in Form zweier Ringe mit trapezförmigem Querschnitt ausgeführt ist, die mit ihren kleineren Basen aufeinander zu gerichtet sind, und
mindestens einen Hall-Geber, der zwischen den Ringen des genannten Konzentrators angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Abtastkopf (8) ein aus nichtmagnetischem Stoff hergestelltes abgedichtetes Gehäuse (13) aufweist und
derart angeordnet ist, daß er bezüglich der magnetisch neutralen Zone des Magnetfelds in zur Laufrichtung des zu prüfenden Werkstückes (4) entgegengesetzter Richtung versetzt ist.

2. Schaltungsanordnung zur Auswertung des Ausgangssignals des Defektoskops nach Anspruch 1, enthaltend
einen Verstärker und
ein Registriergerät, das an den Verstärker angeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltungsanordnung
eine Kondensatorkette (17), die zwischen den Ausgang des Hall-Gebers (11) und den Eingang des Verstärkers (16) geschaltet ist, und
einen einstellbaren Spannungsteiler (18) aufweist, der in den Speisestromkreis des Verstärkers (16) geschaltet ist, wobei der Ausgang des Spannungsteilers (18) an den invertierenden Eingang des Verstärkers (16) angeschlossen ist.