DE3527972A1 - Wirbelstrom-pruefverfahren fuer staebe, draehte oder rohre - Google Patents
Wirbelstrom-pruefverfahren fuer staebe, draehte oder rohreInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Wirbelstrom-Prüfverfahren für
Stäbe, Drähte oder Rohre zum Erfassen von Materialfehlern
mit mindestens einer ein alternierendes Magnetfeld im Prüf
ling erzeugenden Senderspule und mindestens einer von dem
Magnetfeld beeinflußten Empfängerspule.
Zum Prüfen von Rohren ist es beispielsweise aus der Zeit
schrift INTERNATIONAL ADVANCES IN NONDESTRUCTIVE TESTING,
Vol. 9 (1983), Seiten 248 bis 256 bekannt, Rohre auf Ober
flächenfehler zu untersuchen. Dazu werden um das Rohr Spu
len gelegt, deren Anschlüsse an eine Wechselspannungsquel
le angeschlossen sind, so daß in dem Rohr ein vorzugsweise
parallel zur Rohrachse gerichtetes Wechselfeld erzeugt
wird. In einer Empfängerspule, die in gleicher Weise wie
die das Feld erzeugende Spule um das Rohr gewickelt ist,
wird eine Spannung induziert, die von der Beschaffenheit
des Rohrstückes abhängt, das sich gerade innerhalb der
Spule befindet. Die induzierte Spannung hängt zum einen
davon ab, ob das Rohr magnetisch oder nicht magnetisch
ist, zum anderen davon, wie die Leitfähigkeit des Rohrma
terials, die Wandstärke usw. ist. Risse im Rohrmaterial
oder Einschlüsse fremder Materialien verändern das Magnet
feld und gegebenenfalls die von diesem Magnetfeld erzeug
ten, im Rohr fließenden Wirbelströme und ändern daher auch
die in der gleichen Spule induzierte Spannung.
Verwendet man zwei achsial zueinander versetzte Sender
und Empfängerspulen, so lassen sich diese letzteren in
einer Brückenschaltung gegeneinander schalten und nur die
durch Fehler verursachten Unterschiede in den induzierten
Spannungen geben ein Signal ab.
Sind diese Spulen zylindrisch angeordnet, so lassen sich
vorwiegend nur Fehler bzw. Risse mit einer Komponente in
Richtung der Rohrachse erfassen, während Risse, die senk
recht zur Rohrachse verlaufen, den induzierten Wirbelstrom
kaum beeinflussen und daher auch kaum erkannt werden. Um
auch Querrisse erkennen zu können, ist es aus der genannten
Literatur weiterhin bekannt, die Sender- und Empfängerspu
len nicht senkrecht zur Rohrachse um das Rohr herumzuwik
keln, sondern in einem bestimmten Winkel dazu. Ordnet man
weiterhin zwei derartige Sender- und Empfängerspulen in
Achsrichtung des Rohres hintereinander an und verdreht sie
gegeneinander um ca. 90°, dann lassen sich an beliebigen
Stellen des Umfangs auch Risse senkrecht zur Rohrachse
durch die Prüfeinrichtung erfassen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Wirbel
strom-Prüfeinrichtung anzugeben, die zusätzlich auch auf
Fehler im Bereich der Achse reagiert, so daß neben Rohren
auch Stäbe, Drähte oder Verbundwerkstoffe, wie Supraleiter,
geprüft werden können. Zusätzlich gestattet es die Ein
richtung nach der vorliegenden Erfindung, daß unterschied
liche Fehlerarten voneinander unterschieden werden können,
so daß man zwischen tolerierbaren und nicht tolerierbaren
Fehlern unterscheiden kann.
Beispielsweise bei einem Supraleiter, der aus einem Matrix
material mit darin eingelagerten supraleitenden Filamenten
besteht, die nur in bestimmten Querschnittsbereichen vor
handen sind, kann man so bestimmen, ob sich ein Fehler in
dem Querschnittsbereich befindet, in dem die Filamente an
geordnet sind. So lassen sich kritische und unkritische
Fehler - wie z.B. Quetschungen eines Kupfermantels, Lack
einschlüsse oder dergleichen - unterscheiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Windungen mindestens einer Senderspule so geführt sind, daß
sich ein den Prüfling senkrecht zu seiner Mittelachse durch
setzendes alternierendes Magnetfeld ergibt.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
Die Fig. 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung
zwei verschiedene Spulenformen, mit denen ein magnetisches
Wechselfeld senkrecht zur Achse eines Prüflings erzeugt
werden kann.
In Fig. 3 ist ein Prinzipschaltbild für die Empfänger
und Senderspule dargestellt.
Die Fig. 4 und 5 zeigen in etwa die Ausbildung der Wir
belströme bei unterschiedlichen Rissen und in Fig. 6 sind
für verschiedene Fehlerarten die gemessenen Signale für
den Fall dargestellt, daß zusätzlich zu der neuen Spulen
anordnung auch die bekannte Spulenanordnung mit den Prüf
ling zylinderförmig umgebenden Spulen vorgesehen ist.
Fig. 1 zeigt den Prüfling 1 mit seiner Mittelachse 2.
Als Prüfling 1 kann wahlweise ein Stab, ein Band, ein
Draht, ein Rohr oder irgend ein anderes langgestrecktes
Gebilde vorgesehen sein, das kontinuierlich durch die
Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gezogen und dabei geprüft
wird.
In Fig. 1 sind zwei im Winkel von 45° schräg zur Mittel
achse angeordnete sich kreuzende Spulensysteme 3 und 4
vorgesehen. Der Einfachheit halber ist jedes Spulensy
stem nur als einfache, in sich geschlossene Linie darge
stellt, wobei die Stromrichtung, wie sie beispielsweise
in einem bestimmten Augenblick vorliegt, durch Pfeile ge
kennzeichnet ist. Wie beim Bekannten besteht jedes Spulen
system aus einer Sender- und Empfängerspule mit entspre
chenden Zuleitungen. Die Windungen der Senderspule und
auch der Empfängerspule in den Spulensystemen 3 und 4
sind beispielsweise hintereinander geschaltet um sicher
zustellen, daß in beiden Spulensystemen der gleiche Strom
fließt und sich so ein Magnetfeld senkrecht zur Mittel
achse 2 des Prüflings 1 ausbildet.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung, wie ein Magnetfeld senkrecht
zur Mittelachse 2 des Prüflings 1 durch sattelförmig aus
gebildete Spulensysteme erzeugt werden kann. Um ein mög
lichst gleichmäßig den Prüfling 1 durchsetzendes Magnet
feld zu erzielen, sind Spulensysteme 5, 6, 7 und 8 vor
gesehen. Dabei umschließen die Spulensysteme 5 und 6 den
Umfang des Prüflings 1 um etwa nur ¼, während die Spu
lensysteme 7 und 8 fast den halben Umfang des Prüflings 1
abdecken.
Auch hier ergeben sich Ströme, die im wesentlichen pa
rallel zur Mittelachse 2 gerichtet sind und in einem be
stimmten Augenblick, beispielsweise im Vordergrund nach
rechts und im Hintergrund der Fig. 2 nach links fließen.
Auch hier besteht jedes Spulensystem sowohl aus einer
Sender- als auch Empfängerspule und die einzelnen Spu
lensysteme sind hintereinander geschaltet, so daß es sich,
elektrisch gesehen, um nur eine Sender- und nur eine
Empfänger-Spule handelt.
Die in den Spulensystemen 3 und 4 oder 5 bis 8 jeweils
enthaltene Senderspule 9 und Empfängerspule 10 sind im
Prinzipschaltbild in Fig. 3 dargestellt. Um einen Ver
gleichswert zu erzielen, ist an einer achsial versetzten
Stelle des Prüflings eine weitere Anordnung mit Spulen
systemen entsprechend den Fig. 1 oder 2 vorgesehen.
Diese weitere Anordnung besitzt beispielsweise die Sender
spule 11 und die Empfängerspule 12. Die Senderspulen 9
und 11 sind über eine Abgleicheinheit 13, die aus einer
Brückenschaltung mit festen Widerständen 14 und 15 und
einstellbaren Widerständen 16 und 17 besteht, mit Aus
gleichsleitungen 18 und 19 eines Oszillators 20 verbunden.
Dieser liefert beispielsweise eine Wechselspannung mit
einer Frequenz von 100 kHz, die in den Senderspulen 9
und 11 einen entsprechenden Strom zur Folge hat. Die ein
stellbaren Widerstände 16 und 17 werden so justiert, daß
die Ströme in den Senderspulen 9 und 11 hinsichtlich
Amplitude und Phasenlage einander gleich sind. Die
Empfängerspulen 10 und 12 sind gegeneinander und in
Reihe geschaltet, so daß die in diesen Spulen induzier
ten Spannungen (U 1 in der Empfängerspule 10 und U ref in
der Empfängerspule 12) einander entgegengerichtet sind.
Die Reihenschaltung der Empfängerspulen 10 und 12 ist an
die Eingangsleitungen 21 und 22 einer Analysatorschaltung
23 angeschlossen. Die Analysatorschaltung 23 ist so aufge
baut, daß an deren Ausgangsleitungen 24 und 25 der Wirkan
teil und an deren Ausgangsleitungen 26 und 27 der Blindan
teil des in den Eingangsleitungen 21 und 22 fließenden
Stromes, bezogen auf die zwischen den Eingangsleitungen
auftretende Spannung delta U, anliegt. Hierbei ist der
Wirkanteil mit delta U r und der Blindanteil mit delta U i
bezeichnet. Die Ausgangsleitungen 24 bis 27 sind an ein
Hochpaßfilter 28 geführt, das die hier interessierende ho
he Frequenz aussiebt. Die so gefilterten Signale gehen zur
Zwischenspeicherung der Signaldauer an einen Zwischen
speicher 29 und beeinflussen ein mehrkanaliges Schreib
gerät 30, das die Empfängersignale fortlaufend aufzeich
net.
Hochpaßfilter 28, Zwischenspeicher 29 und Schreibgerät 30
können außerdem Signale von weiteren Spulensystemen
empfangen, so daß auch eine Kombination mit dem bekannten
zylinderförmigen Spulensystem vorgenommen werden kann, um
Fehler in allen Richtungen sowohl am Umfang als auch im
Innern des Prüflings erfassen zu können.
Durch das von den Spulensystemen nach Fig. 1 oder 2
oder von ähnlichen Spulensystemen erzeugte Magnetfeld
senkrecht zur Mittelachse 2 bildet sich bei einem Fehler
in der Mittelachse ein Wirbelstromverlauf aus, wie er bei
spielsweise in Fig. 4 dargestellt ist. Nach einer Drehung
des Prüflings relativ zum Spulensystem um 90° - wie in Fi
gur 5 dargestellt - wird der Wirbelstromverlauf nur im
Innern beeinflußt, so daß gegenüber der Anordnung entspre
chend Fig. 4 ein schwächeres Signal auftritt.
Durch kombinierte Anwendung eines oder mehrerer im Winkel
gegeneinander versetzter erfindungsgemäßen Spulensysteme
mit senkrecht zur Mittelachse 2 ausgerichteten Magnet
feldern und gegebenenfalls bekannten Spulensystemen mit
Magnetfeldern parallel oder schräg zur Mittelachse lassen
sich so - abhängig von der Art des Prüflings - auch unter
schiedliche Fehler unterscheiden.
In Fig. 6 ist hierzu das vom Schreibgerät 30 aufgezeich
nete Signal für das erfindungsgemäße Spulensystem mit x 2
(Wirkanteil) und y 2 (Blindanteil) bezeichnet worden. Es
wurden hier Sattelspulen entsprechend Fig. 2 verwendet,
und durch die Senderspule ein Strom mit einer Frequenz von
100 kHz geschickt. Signale von zusätzlich um den Prüfling
angeordneten Zylinderspulen, die mit einer Frequenz von
10 kHz beaufschlagt wurden, sind entsprechend mit x 1 und
y 1 bezeichnet. Die senkrechten Linien in Fig. 6 stellen
jedoch jeweils die Nullinie der vom Schreibgerät 30 erfaß
ten Spannung dar. Die waagerechten Striche kennzeichnen
die aufgezeichnete Signalhöhe.
Bei einer Messung entsprechend Fig. 6a mit großem Signal
x 2 und kleinem Signal y 2 und keinem Signal x 1 und y 1 liegt
ein Fehler im Kern des Prüflings vor. Dies kann beispiels
weise eine Materialbeschädigung sein, eine Schweißstelle
oder ein nichtmagnetisches Fremdteil. Wenn sich die Schweiß
stelle nicht nur in der Mitte befindet, sondern auch radial
nach außen erstreckt, erhält man beispielsweise ein Signal
bild nach Fig. 6b. Hier mißt auch die Zylinderspule einen
relativ großen Wirkanteil, jedoch keinen Blindanteil der
Signalspannung.
Fig. 6c zeigt eine Signalverteilung, wie sie durch magne
tische Fremdteilchen in der Nähe der Oberfläche beobachtet
werden konnte, und Fig. 6d ein Meßergebnis, das durch ma
gnetische Fremdteilchen in Achsnähe verursacht wurde.
Um eine Zuordnung des Signalbildes zu bestimmten Fehler
arten vornehmen zu können, wird man bei jedem unterschied
lichen Signalbild den Prüfling untersuchen. Anschließend
kann aus dem Signalbild auf den Fehler geschlossen werden.
Claims (8)
1. Wirbelstrom-Prüfeinrichtung für Stäbe, Drähte oder
Rohre zum Erfassen von Materialfehlern mit mindestens
einer ein alternierendes Magnetfeld im Prüfling erzeugen
den Senderspule (9) und mindestens einer von dem Magnet
feld beeinflußten Empfängerspule (10),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Windungen mindestens einer Senderspule (9) so ge
führt sind, daß sich ein den Prüfling (1) senkrecht zu
seiner Mittelachse (2) durchsetzendes alternierendes Magnet
feld ergibt.
2. Wirbelstrom-Prüfeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei sich kreuzende, im Winkel zur Mittelachse (2)
angeordnete Spulensysteme (3 und 4) mit je einer Sender
spule und einer Empfängerspule angeordnet sind.
3. Wirbelstrom-Prüfeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein sattelartig geformtes und den Umfang
des Prüflings (1) mindestensteilweise umgebendes Spulen
system (5, 6 und/oder 7, 8) vorgesehen ist.
4. Wirbelstrom-Prüfeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Spulensystem (3 bis 8) sowohl eine Senderspule
als auch eine Empfängerspule enthält und daß die Sender
und/oder Empfängerspulen aller ein Magnetfeld erzeugenden
Spulensysteme hintereinander geschaltet sind.
5. Wirbelstrom-Prüfeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich zur Prüfeinrichtung mit senrecht zur
Mittelachse (2) gerichtetem Magnetfeld eine Prüfein
richtung mit im wesentlichen parallel zur Mittelachse
(2) gerichtetem Magnetfeld vorgesehen ist.
6. Wirbelstrom-Prüfeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß gegenüber dem Prüfling (1) achsial versetzt zwei
gleichartige Spulensysteme vorgesehen sind, deren
Empfängerspulen (10, 12) gegensinnig hintereinander
geschaltet sind, so daß sich die darin induzierten
Spannungen (U 1, U ref ) bei fehlerfreiem Prüfling gegen
seitig aufheben, und daß die an der Reihenschaltung
abgreifbare Differenzspannung und der darin fließende
Strom in einer Analysatorschaltung (23) in einen Wirk
(U r ) und einen Blindanteil (U i ) zerlegt und angezeigt
bzw. aufgezeichnet werden.
7. Wirbelstrom-Prüfeinrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Prüfeinrichtungen mit unterschiedlich gerichteten
Magnetfeldern an Oszillatorspannungen mit unterschied
lichen Frequenzen angeschlossen sind.
8. Wirbelstrom-Prüfeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spulensysteme mehrerer Prüfeinrichtungen mit
Magnetfeldern senkrecht zur Mittelachse (2) achsial
versetzt angeordnet und daß die von diesen Prüfeinrich
tungen erzeugten Magnetfelder gegenüber der Mittelachse
(2) des Prüflings (1) gegeneinander verdreht ausgerichtet
sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853527972 DE3527972A1 (de) | 1985-08-03 | 1985-08-03 | Wirbelstrom-pruefverfahren fuer staebe, draehte oder rohre |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853527972 DE3527972A1 (de) | 1985-08-03 | 1985-08-03 | Wirbelstrom-pruefverfahren fuer staebe, draehte oder rohre |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3527972A1 true DE3527972A1 (de) | 1987-02-12 |
DE3527972C2 DE3527972C2 (de) | 1991-03-07 |
Family
ID=6277672
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19853527972 Granted DE3527972A1 (de) | 1985-08-03 | 1985-08-03 | Wirbelstrom-pruefverfahren fuer staebe, draehte oder rohre |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE3527972A1 (de) |
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Also Published As
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DE3527972C2 (de) | 1991-03-07 |
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