DE1922574A1

DE1922574A1 - Material test probe

Info

Publication number: DE1922574A1
Application number: DE19691922574
Authority: DE
Inventors: Burlington Roy; Cipywnyk Harold Zenovi
Original assignee: Steel Company of Canada Ltd
Current assignee: Steel Company of Canada Ltd
Priority date: 1968-05-06
Filing date: 1969-05-02
Publication date: 1969-11-13

Description

Naterialprüfsonde. Material testing probe.

Die Erfindung bezieht sich auf die Uberprüfung von Metallprodukten und betrifft insbesondere eine Sonde, mit deren Hilfe es ohne Zerstörung des fraglichen Produktes,möglich ist, beispielsweise verschweisste Rohre und Leitungen in einerHerstellungsanlage zu testen und auch bestimmte Oberflächenbereiche von Metaliprodukten in bezug auf ihre einwandfreie Beschaffenheit zu überprüfen.The invention relates to the inspection of metal products and relates in particular to a probe with the help of which it can be carried out without destroying the object in question Product, is possible, for example welded pipes and lines in a manufacturing plant to test and also with respect to certain surface areas of metal products to check that they are in perfect condition.

Die Uberprüfung von Schweissnäbten bei verschweissten Metallprodukten durch Anwendung von die Bildung von Wirbelströmen ausnutzenden Verfahren ist allgemein bekannt. So wird beispielsweise bei einem bekannten Verfahren eine Induktionsspule mit einem Durchmesser verwendet, der etwas grösser ist als der Durchmesser des zu prüfenden Rohres, wobei die Anordnung derart'getroffen wird, dass die Spule das Rohr konzentrisch zu diesem umgreift und ihre Achae entaprechend der Rohrachse orientiert ist, Bei diesem Verfahren werden Rohre gleichen Durchmesselsmit gleichbleibender Geschwindigkeit durch die Spule hindurchgeführt. Bei Anwendung dieser Art von Prüfvorrichtungen ist jedoch im allgemeinen keine sehr grosse Prüfempfindlichkeit gegeben> und ein solches Verfahren eignet sich demnach nur für Rohre mit einem.Durchmesser von weniger als 10 cm. Als weiterer Nachteil kommt hinzu, dass diese Art von Prüfvorrichtungen für den laufenden Einsatz bei der serienmässigen Herstellung von Rohren in grösseren Herstellungsanlagen deshalb nicht geeignet ist, weil eine solche Spule verhältnismässig empfindlich ist und es daher leicht zu Beschädigungen kommen kann.The inspection of weld seams on welded metal products by application of methods exploiting the formation of eddy currents is common known. For example, one known method uses an induction coil used with a diameter slightly larger than the diameter of the zu tube to be tested, the arrangement being made such that the coil Concentric tube encompassing this and corresponding to their achae is oriented to the pipe axis. With this method, pipes of the same diameter are made passed through the coil at a constant speed. When applying however, this type of testing device is generally not very sensitive to testing given> and such a method is therefore only suitable for pipes with one diameter less than 10 cm. Another disadvantage is that this type of testing device for ongoing use in the series production of pipes in larger sizes Manufacturing plants is not suitable because such a coil is relatively is sensitive and can therefore easily be damaged.

Nach einem zweiten bekannten Verfahren wird eine Sonde verwendet, welche sich auf dem zu prüfenden und zu untersuchenden Rohr verschiebt und bei der eine innerhalb der Sonde angebrachte Spule Verwendung findet. Diese Sonde erfasst jedoch stets nur einen kleinen Ausschnittbereich des Rohres, und wenngleich bei dieser Vorrichtung die Ansprechbarkeit und die Empfindlichkeit der Sonde höher ist als im Falle der das Werkstück unischliessenden Spule und zudem die Sonde unabhängig vom Rohrdurchmesser eingesetzt werden kann, so spricht diese Sonde doch nur auf solche Fehistellen an, die sich in der unmittelbar unter der Spule befindlichen Fläche befinden. Demnach ist auch diese Sonde für die Feststellung von Schweissfehler von nur geringem Wert, was insbesondere dann gilt, wenn die Schweissnaht infolge einer Verwindung des Rohres in. sich ausserhalb desjenigen Bereiches zu liegen kommt, welcher von der flächenmässig kleinen Sonde erfasst wird.According to a second known method, a probe is used, which moves on the pipe to be tested and examined and in the a coil attached inside the probe is used. This probe captures but always only a small section of the pipe, and albeit with of this device the responsiveness and sensitivity of the probe is higher than in the case of the coil closing the workpiece and also the probe independently depending on the pipe diameter, this probe only speaks such defects that are located in the immediately below the coil Area. Accordingly, this probe is also used to detect welding defects of little value, which is particularly true if the weld seam as a result a twisting of the pipe in. outside of that area comes to rest, which is captured by the small area probe.

Bei der Untersuchung der Schweissnähte von Rohren.oder Leitungen, die in entsprechenden Anlagen kontinuierlich hergestellt werden, ist es besonders wichtig, eine Sonde zu besitzen, die sich der jeweils gegebenen Form des Rohres ganz genau anpasst und welche auch über einen breiten Sektorbereich des Rohres eine gleichbleibende Ansprechempfindlichkeit bestzt, wobei dieser Sektorbereich des Rohres grösser sein muss als die'Breite der Schweissnähte als solche, da bei der Herstellung von Rohren.stets die Gefahr bzw. die Neigung besteht, dass sich die Rohre ungleichmOssig in sich verwinden, was entsprechende seitliche Verschiebungen der Schweissnähte zur Folge hat. Aus diesem Grunde war deshalb bisher keine Sonde mit ausreichender Ansprechempfindlichkeit verfügbar, die auch seitlich einen so breiten Materialbereich erfasste, dass damit etwa vorhandene unregelmäseige Seitenverschiebungen von Schweissnähten mit erfasst werden konnten.When examining the weld seams of pipes. Or cables, which are continuously produced in corresponding plants, it is special It is important to have a probe that can adapt to the given shape of the pipe adapts exactly and which one also over a wide sector area of the pipe constant sensitivity, with this sector area of the tube must be greater than the width of the weld seams as such, since during manufacture of pipes. there is always the risk or tendency that the pipes will become uneven twist in itself, causing corresponding lateral shifts of the weld seams has the consequence. For this reason there has not been a sufficient probe so far Sensitivity available that also sideways such a wide range of materials detected that there were any irregular lateral shifts in weld seams could be recorded with.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach in erster Linie darin, eine Sonde zu schaffen, welche über eine ausreichende Breite hinweg eine gleichbleibende Ansprechempfindlichkeit derart aufweist, dass damit auch unreSimassige seitliche Verschiebungen bzw. Abweichungen einer längs verlaAfenden Schweiz naht entlang eines in einer entsprechenden Anlage kontinuierlich hergestellten Rohres oder einer entsprechenden Rohrleitung erfasst werden können.The object of the invention is therefore primarily to provide a To create a probe which has a constant over a sufficient width Has sensitivity in such a way that also unreSimatous lateral Shifts or deviations in a longitudinally running Switzerland approaches along one in a corresponding plant continuously produced pipe or a corresponding Pipeline can be recorded.

Die Sonde soll ausserdem mit hoher Empfindlichkeit auf das, -Vorhandensein von Schweissfehlern ansprechen. Desweiteren eoil die Sonde verhältnismässig empfindlich auf eine Veränderung der Fortschreitgeschwindigkeit (Schweissfolge) der zu untersuchenden Schweissnaht und auch auf normale Abweichungen von einem vorgegebenen Solldurchmesser ansprechen.The probe should also be highly sensitive to the presence address of welding defects. Furthermore, the probe is relatively sensitive to a change in the speed of progress (welding sequence) of the person to be examined Weld seam and also for normal deviations from a specified target diameter speak to.

Dardberbinaus soll die Sonde ohne weiteres auch in Verbindung mit den im Handel erhältlichen I)ifferenzmessgeräten zur Feststellung von Wirbelströmen eingesetzt werden können.Dardberbinaus is said to be readily available in conjunction with the probe the commercially available I) interference measuring devices for determining eddy currents can be used.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelost, dass die Sonde zwei im wesentlichen C-förmige Ferritkerne aufweist, bei denen jeweils zwei Polschuhe durch einen Steg miteinander verbunden sind'und von diesem Steg derart nach unten greifen, dass zwischen den beiden Polschuhen ein Zwischenraum vorhanden ist, wobei die Kerne voneinander beabstandet und derart gegeneinander versetzt angeordnet sind, dass ein Polschuh eines Kernes jeweils im wesentlichen mit dem Zwischenraum zwischen den beiden Polschuhen des anderen Kernes in Richtung der Relativbewegung fluchtet, und wobei auf jedem Verbindungssteg eine Wicklung angeordnet ist.The object is achieved according to the invention in that the probe has two has essentially C-shaped ferrite cores, each of which has two pole pieces are connected to one another by a web and from this web downwards grab that there is a gap between the two pole pieces, wherein the cores are spaced apart and offset from one another in such a way that that a pole piece of a core in each case essentially with the space between the two pole pieces of the other core are aligned in the direction of the relative movement, and wherein a winding is arranged on each connecting web.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen: Figur 1 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäss ausgebildeten Sonde in ihrer Arbeitsstellung; Figur 2 eine graphiscbe Darstellung der Ansprechempfindlichkeit der erfindungsgemäss ausgebildeten Sonde in bezug auf die Abtastgeschwindigkeit gesehen im Vergleich zur Ansprechempfindlichkeit der bisher dblichen Sonden und zu einer im Handel erhältlichen Sonde; und Figur 3 eine graphische Darstellung der Ansprechempfindlichkeit der erfindungsgemässen Sonde relativ zum Abstand vom Mittelpunkt der Sonde gesehen im Vergleich zur Ansprechempfindlichkeit einer der bisher im Handel erhältlichen Sonden.Further features of the invention emerge from the following Description with reference to the drawing. It show: figure 1 shows a perspective representation of the probe designed according to the invention in its Working position; Figure 2 is a graphical representation of responsiveness of the probe designed according to the invention with respect to the scanning speed seen in comparison to the sensitivity of the previously dbable probes and to a commercially available probe; and FIG. 3 is a graph of FIG Response sensitivity of the probe according to the invention relative to the distance from the center point compared to the sensitivity of the probe one of the previously commercially available available probes.

In der Beschreibung und in den Zeichnungen sind einander entsprechende Teile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.In the description and in the drawings are corresponding Parts are each designated with the same reference numerals.

Die Figur 1 veranschaulicht eine spezifische AusfUhrungsform der Erfindung, bei der die insgesamt mit 10 bezeichnete Sonde in einem in gestrichelten Linien angedeuteten Schuh 11 angebracht ist. Diese Sonde 10 soll dabei zur Feststellung von Feklstellen in einer in einem Rohr 14 ausgebildeten Schweissnaht 12 dienen. Die Anordnung kann dabei derart getroffen sein, dass entweder die Sonde 10 an dem Rohr 14 entlang bewegt wird oder aber das Rohr 14 relativ zu der feststehenden Sonde verschoben wird.Figure 1 illustrates a specific embodiment of the invention, in which the total of 10 designated probe in a dashed line indicated shoe 11 is attached. This probe 10 is intended to be used for detection of flaws in a welded seam 12 formed in a tube 14. The arrangement can be made such that either the probe 10 on the Tube 14 is moved along or the tube 14 relative to the stationary probe postponed will.

Die Sonde 10 selbst weist zwei C-förmig ausgebildete Ferritkerne 16 und 17 auf, die ihrerseits wiederum jeweils zwei Polschuhe 18, 19 bzw. 20, 21 und die auf den Verbindungsstegen 24 und 25 sitzenden Wicklungen 22 und 23 aufweisen.The probe 10 itself has two C-shaped ferrite cores 16 and 17, which in turn each have two pole shoes 18, 19 and 20, 21 and which have windings 22 and 23 seated on the connecting webs 24 and 25.

Die Zuleitungapaare 30 und 31 zu den Wicklungen 22 und 23 sind jeweils mit einem (nicht gezeigten) Differenzmessgerät der üblichen Bauweise verbunden. Die Kerne 16 und 17 sind an dem Schuh 11 derart angebracht, dass die jeweils in Längsrichtung durch die Polschuhpaare'verlaufende Ebene zur Rohrachse senkrecht verläuft. Die Kerne sind derart zueinander versetzt, dass der Polschuh eines Kernes auf einer Linie parallel zur Längsachse des Rohres mit dem Polzwischenraum des anderen Kernes zu liegen kommt, d.h. also, dass der zwischen den Polelementen 18 und 19 befindliche Polzwischenraum 26 mit dem Polelement 20 des Kernes 17 fluchtet und der zwischen den Polelementen 20 und 21 befindliche Polzwischenraum 27 auf der gleichen Abtastlinie liegt wie das Polelement 19.The lead pairs 30 and 31 to the windings 22 and 23 are respectively connected to a (not shown) differential measuring device of the usual design. The cores 16 and 17 are attached to the shoe 11 in such a way that the respective in Longitudinal direction through the pole shoe pairs' running plane perpendicular to the pipe axis runs. The cores are offset from one another in such a way that the pole piece of a core on a line parallel to the longitudinal axis of the tube with the pole space of the other The core comes to rest, i.e. that the one between the pole elements 18 and 19 located pole space 26 is aligned with the pole element 20 of the core 17 and the pole space 27 located between the pole elements 20 and 21 is on the same The scan line lies like the pole element 19.

Die Breite der Polschuhe 18, 19' und 20,21 ist zur Richtung der Relativbewegung zwischen Rohr und Sonde, d.h. also zur Durchlaufrichtung, senkrecht gemessen etwas grösser als die Breite der Polzwischenräume 26 und 27, so dass jeweils -zu beiden Seiten der Schweissnaht 12 ein entsprechend breites Materialband bzw. ein entsprechend breiter Materialbereich sor mindestens einem Polelement vollständig abgetastet wird, wenn das Rohr und die Sonde relativ zueinander bewegt werden.The width of the pole shoes 18, 19 'and 20, 21 is relative to the direction of movement Something measured perpendicularly between the pipe and the probe, i.e. to the direction of flow larger than the width of the pole spaces 26 and 27, so that in each case -to both On the sides of the weld seam 12, a correspondingly wide strip of material or a correspondingly wide range of materials sor at least one pole element completely is scanned when the tube and probe are moved relative to each other.

Die Enden der Polelemente jedes Kernes sind dabei jeweils der Umfangsform der Rohroberfläche entsprechend ausgebildet, und die Kerne sind derart starr in dem Schuh 11 gehalten, dass die Pol elemente dadurch entweder in Kontakt mit der Rohroberfläche gehalten werden oder aber zwischen den Polelomenten und der Rohroberfläche stets ein im wesentlichen konstanter Luftzwischenraum verbleibt.The ends of the pole elements of each core are each of the circumferential shape designed according to the pipe surface, and the cores are so rigid in the shoe 11 held that the pole elements thereby either in contact with the Pipe surface are held or between the pole moments and the pipe surface an essentially constant air gap always remains.

Der Halteschub besteht aus einem geeigneten langlebigen, magnetisch und elektrisch nicht leitenden Material, beispielsweise aus Nylon oder Polytetrafluoräthylen, und die eine Seite des Halteschuhes ist derart gestaltet, dass sie der Ausbildung der Rohroberfläche in ihrer Form angepasst ist. Die Ausdehnung der Polelemente wird in Richtung der Relativbewegung von Rohr und Sonde gesehen so gering wie möglich gehalten, soweit dies mit der Erzielung einer ausreichend magnetischen Verbindung der Sonden mit dem Rohr und damit der Erzielung von möglichst genauen Messungen vereinbar ist.The holding thrust consists of a suitable durable, magnetic and electrically non-conductive material, for example made of nylon or polytetrafluoroethylene, and one side of the holding shoe is designed in such a way that it is of the training the shape of the pipe surface is adapted. The expansion of the pole elements is in the direction of the relative movement of tube and probe as small as possible held, as far as this with the achievement of a sufficiently magnetic connection the probes with the pipe and thus the achievement of the most accurate measurements possible is compatible.

Im praktischen Einsatz werden die Wicklungen 22 und 23, die Teil eines Brückenschaltung eines Wirbelstrommessgerätes sind, mit einer geeigneten Frequenz durch einen Oszillator betrieben (der selbst zu dem Gerät gehört). Wenn hinsichtlich der Eigenshaften des Rohres, beispielsweise infolge einer Fehlstelle,unterhalb einer der Spulen eine deutliche Veränderung vorliegt, so wird dadurch in der Brückenschaltung eine entsprechende Veränderung hervorgerufen und damit ein Signal erzeugt, durch welches das Vorhandensein einer Fehlstelle oder einer anderen Veränderung in den Eigenschaften des fraglichen Rohres angezeigt wird.In practical use, the windings 22 and 23, which are part of a Bridge circuit of an eddy current meter, with a suitable frequency operated by an oscillator (which itself belongs to the device). If regarding the inherent properties of the pipe, for example as a result of a defect, below a there is a significant change in the coils, this will result in the bridge circuit caused a corresponding change and thus a signal generated by which the presence of a defect or some other change is displayed in the properties of the pipe in question.

Nachfolgend seien einige Beispiele von Prüfergebnissen angegeben, wie sie mit einer erfindungsgemäss ausgebildeten Sonde mit den folgenden typischen Merkmalen erzielt wurden: Spulenwindungen - 100 Windungen aus Kupferdraht der Nr. 40 auf jeder Spule Abmessungen: Polschenkel - 5 mm breit x 2 mm lang Polzwischenraum.- 4 mm gesamte Abgriffbreite etwa 16 mm.Some examples of test results are given below, as with a probe designed according to the invention with the following typical Features: Coil turns - 100 turns of No. 40 on each coil Dimensions: Pole legs - 5 mm wide x 2 mm long pole space. 4 mm total tap width about 16 mm.

Infolge der relativ hohen Ansprechempfindlichkeit gegenüber künstlich erzeugten Fehlstellen konnten mit der Sonde ohne weiteres Löchmit einem Durchmesser von 0,794 mm festgestellt werden, die bis zu einer Tiefe eingebohrt waren, welche in etwa 500 der Wandungsstärke von aussen her gesehen oder aber 75 der Wandungsstärke von innen her gesehen ausmachte; diese Messungen wurden dabei an Rohren mit einem Aussendurchmesser von 31,7 bis 50,8 mm und Wandungsdicken zwischen 0,508 und etwa 0,32 mm bei Abtastgeschwindigkeiten zwischen etwa 12 und 106 m/min. vorgenommen.As a result of the relatively high sensitivity to artificial voids generated could easily be made holes of a diameter with the probe of 0.794 mm drilled to a depth which around 500 of the wall thickness seen from the outside or 75 of the wall thickness seen from the inside; these measurements were made on pipes with a Outside diameter from 31.7 to 50.8 mm and wall thicknesses between 0.508 and approx 0.32 mm at scanning speeds between approximately 12 and 106 m / min. performed.

Die Figur 2 gibt die Vergleichswerte wieder, die mit einer erfindungsgemäss ausgebildeten Sonde im Vergleich zu einer herkömmlichen Sonde mit kreisförmiger Luft spule und einer handelsüblichen Sonde erzielt wurden. Wie. aus der Figur 2 deutlich wird, zeichnet sich die erfindungsgemäss ausgebildete Sonde gegenüber diesen beiden bekannten Sonden durch eine erheblich höhere Ansprechempfindlichkeit aus, die zudem mindestens im Bereich zwischen 12 und 106 m/min. von der Abtastgeschwindigkeit unabhängig ist, mit der die Messungen vorgenommen werden. Die Figur 3 veranschaulicht die Toleranzspanne der erfindungsgemässen Sonde (Kurve I) und einer im Handel erhältlichen Sonde (Kurve II) in bezuiauf etwa vorhandene Verschiebungen der zu prüfenden Schweissnähte. Auch hier wird wiederum deutlich, dass die Ansprechempfindlichkeit der erfindungsgemässen Sonde im wesentlichen über eine Abgreifbreite von etwa 16 mm gleichbleibend ist, während die Ansprechempfindlichkeit einer der im Handel erhältlichen Sonden bei Abweichung der zu prüfenden Schweissnaht vom Mittelpunkt der Nahtausrichtung rasch abfällt. Die Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf die Feststellung von den Stellen in geschweissten Rohrleitungen od. dgl. beschrieben und erläutert, jedoch versteht es sich, dass es noch zahlreiche andere Anwendungsmöglichkeiten gibt, bei denen der Erfindungsgedanke nutzbringend Anwendung finden kann. So können beispielsweise entsprechende Einheiten entweder jeweils einzeln oder aber auch in Verbindung miteinander zur ttberprüfung bestimmter Flächen von Metallprodukten eingesetzt werden, indem die Sonden und das.Produktdasu in eine hierfür geeignete Relativbewegung zueinander versetzt werden. So lässt sich beispielsweise eine selektive Prüfung von Knüppelecken oder Flächen, von Kanten an flachgewalzten Produkten oder aber auch von bestimmten Plächen an formverarbeiteten Produkten vornehmen. Ausserdem besteht auch die Möglichkeit, die verschiedenen Einheiten derart anzuordnen, dass damit die gesamte Oberfläche entsprechender Produkte, beispielsweise von Stäben, Stangen und Formstücken, überprüft werden kann, und in diesem Falle lässt sich mit Hilfe entsprechender Schaltungen die Lage der jeweiligen Fehlstelle mit grosser Genauigkeit feststellen, ohne dass hierzu der Einsatz von beweglichen Teilen im Füderkopf notwendig ist.FIG. 2 shows the comparison values that were obtained with an inventive formed probe compared to a conventional probe with a circular Air coil and one commercially available probe. As. As is clear from FIG. 2, the probe designed according to the invention is distinguished compared to these two known probes by a significantly higher sensitivity from, which is also at least in the range between 12 and 106 m / min. on the scanning speed is independent with which the measurements are made. Figure 3 illustrates the tolerance range of the probe according to the invention (curve I) and a commercially available one Probe (curve II) in relation to any displacements that may be present in the weld seams to be tested. Here, too, it becomes clear that the responsiveness of the Probe is essentially constant over a tapping width of about 16 mm, while the responsiveness of one of the commercially available probes Rapid deviation of the weld seam to be tested from the center of the seam alignment falls off. Although the invention has been made with reference to the finding of the Places in welded pipelines or the like. Described and explained, however it is understood that there are numerous other uses for which the idea of the invention can be used to good effect. For example corresponding units either individually or in conjunction with one another be used to inspect certain surfaces of metal products by the probes and the product in a suitable relative movement to one another be moved. For example, a selective test of billet corners or surfaces, of edges on flat-rolled products or else also carry out certain surfaces on molded products. Besides that there is also the possibility of arranging the various units in such a way that so that the entire surface of corresponding products, for example rods, Rods and fittings, can be checked, and in this case can be checked with With the help of appropriate circuits, the location of the respective defect with large Determine the accuracy without the use of moving parts in the Feed head is necessary.

Es versteht sich, dass die vorstehend beschriebenen und dargestellten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ohne weiteres auch noch verändert und modifiziert werden können, ohne dass hierdurch der Rahmen der Erfindung überschritten wird.It is understood that those described and illustrated above preferred embodiments of the invention easily changed and can be modified without thereby exceeding the scope of the invention will.

Claims

0 probe for scanning a metal surface in the course of a relative movement between probe and metal surface, characterized in that the probe at least has two essentially C-shaped ferrite cores (16; 17), in each of which two pole elements (18,19; 20,21) are connected to one another by a web (24; 25) and reach down from this web in such a way that between the two pole elements a gap (26; 27) is present, which are often spaced from one another and are arranged offset from one another in such a way that a pole element (19; 20) a core (16; 17) each substantially with the space (27; 26) between the two pole elements of the other core (17; 16) in the direction of the relative movement aligned, and wherein a winding (22; 23) is arranged on each connecting web.

2. Probe according to claim 1, characterized in that the longitudinal sectional planes of the cores essentially parallel to one another and to the direction of relative movement run vertically.

3. Probe according to claim 1, characterized in that the happy for scanning a metal surface in the form of a welded seam of a pipe or a pipeline with their longitudinal cut surfaces essentially are arranged perpendicular to the pipe or line axis.

4. Probe according to one or more of the preceding claims, characterized characterized in that the pole elements (18, .19, 20, 21) transverse to the direction of relative movement are made wider than in this one.