DE19726513C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Wirbelstromprüfung - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit elektromagnetischen Methoden.

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Wirbelstromprüfung eines Prüfbereichs eines Werkstückes, insbesondere einer Schweißnaht, mit einer Fernfeld-Wirbelstromprüfanordnung, die eine Fernfeld-Magnetisierspule aufweist, in deren Fernfeld in dem Prüfbereich ein erster Wirbelstrom induzierbar ist, und mit einer Direktfeld-Wirbelstromprüfanordnung, die eine Di­ rektfeld-Magnetisierspule aufweist, in deren Nahfeld in dem Prüfbereich ein zweiter Wirbelstrom induzierbar ist. Sie be­ trifft auch ein Verfahren zur Wirbelstromprüfung eines Prüf­ bereichs eines Werkstücks, insbesondere einer Schweißnaht, wobei der Prüfbereich sowohl in ein Nahfeld eines magneti­ schen Wechselfeldes als auch in ein Fernfeld eines magneti­ schen Wechselfeldes gebracht wird.

Das Verfahren und die Vorrichtungen 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.

In der Deutschen Offenlegungsschrift DE 197 14 685 A1 und in der Deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 296 08 664 U1 ist eine Vorrichtung zur Wirbelstromprüfung beschrieben, die so­ wohl eine Fernfeld-Wirbelstromprüfanordnung als auch eine Di­ rektfeld-Wirbelstromprüfanordnung umfaßt. Die Fernfeld-Wir­ belstromprüfanordnung weist mindestens eine Sendespule zur Erzeugung eines Magnetfelds auf sowie mindestens zwei Empfän­ gerspulen, wovon die eine Empfängerspule im Direktfeld und die andere Empfängerspule im Fernfeld der Sendespule angeord­ net ist.

In dem Buch "Non-distructive testing handbook", 2. Auflage, Volume 4 (electromagnetic testing), 1986, Seite 206 bis 211, ist beschrieben, daß metallische Rohre sowohl im Direktfeld- Bereich als auch im Fernfeld-Bereich einer Sendespule unter­ suchbar sind. Damit lassen sich unterschiedliche Fehler de­ tektieren. Die in dem genannten Buch beschriebene Vorgehens­ weise erlaubt es im allgemeinen aber nicht, den Fehler einer bestimmten Tiefenzone im Werkstück zuzuordnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen und ein Verfahren für die Wirbelstromprüfung anzugeben, mit denen je ein Prüfergebnis gesondert für einen oberflächennahen und für einen oberflächenfernen Teilbereich des Prüfbereichs er­ zielbar ist. Insbesondere soll eine Prüfaussage möglich sein, die ausschließlich für einen Bereich im Werkstück spezifisch ist, der tiefer als die üblicherweise für die Direktfeld-Wir­ belstrommessung 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 In­ homogenität in einem Werkstück erzielbar sein soll. Die Vor­ richtung 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 in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der erste und der zweite Wirbelstrom durch die Direktfeld-Magne­ tisierspule meßbar ist. In dieser Ausführungsform dient die Direktfeld-Magnetisierspule sowohl als Sendespule (Magneti­ sierspule für Nahfeld) als auch als Meßspule (Empfangspule für Fernfeld).

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. Ein direkter Vergleich der beiden Meßsignale ist präzise möglich, da die beiden Meßsignale von ein und derselben Spule, nämlich von der Direktfeld-Magnetisierspule, generiert wurden. Durch einen solchen Vergleich ist, beispielsweise bei Anwendung nichtlinearer Verknüpfungen, eine Meß- bzw. Prüfaussage aus­ schließlich für einen oberflächenfernen Teil der Rohrwandung möglich. Falls die Direktfeld- und die Fernfeld-Wirbelstrom­ prüfanordnung im Inneren des Rohres geführt werden, ist der oberflächenferne Teil der Rohrwandung gleichbedeutend mit ei­ nem 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. µ_r 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.

Die auf die Vorrichtung bezogene Aufgabe wird in einer zwei­ ten Ausführungsform gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Meßspule der Direktfeld-Wirbelstromprüfanordnung und der Fernfeld-Wirbelstromprüfanordnung gemeinsam zugeordnet ist.

Dies bedeutet insbesondere, daß durch die Meßspule sowohl der erste als auch der zweite Wirbelstrom meßbar ist. Der beson­ dere Vorteil einer solchen Zuordnung besteht - wie bei der ersten Ausführungsform - darin, daß Fehler bei der Auswertung von zu dem ersten bzw. dem zweiten Wirbelstrom proportionalen Meßsignalen minimiert werden, weil die Zuordnung der beiden Meßsignale zu einem Ort innerhalb des Werkstückes durch die­ selbe Meßspule vornehmbar ist. Dadurch wird eine präzise Ver­ knüpfung der Meßsignale und somit eine Zuordnung eines Prüf­ ergebnisses zu einem oberflächennahen und/oder einem oberflä­ chenfernen Teilbereich des Werkstücks möglich.

Während die Direktfeld-Wirbelstromprüfanordnung bei der er­ sten Ausführungsform parametrisch aufgebaut ist, d. h. daß der induzierte zweite Wirbelstrom durch die Direktfeld-Magneti­ sierspule meßbar ist, ist sie bei der zweiten Ausführungsform transformatorisch aufgebaut, d. h. daß zur Messung des zweiten Wirbelstromes eine andere Spule als die Direktfeld-Magneti­ sierspule vorgesehen ist.

Die Meßspule ist bevorzugt als Topfspule ausgebildet, deren Achse insbesondere senkrecht auf den Achsen der Magnetisier­ spulen steht. Dadurch ist es möglich, eine ortsaufgelöste Messung entlang eines Rohr(innen)umfanges vorzunehmen.

Die Meßspule ist zur Steigerung der Meßempfindlichkeit bevor­ zugt in unmittelbarer Nähe zum Prüfbereich positionierbar an­ geordnet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen beider Ausführungsformen sehen beispielsweise vor, daß der Abstand der Fernfeld-Magnetisier­ spule von der zur Messung des ersten Wirbelstromes vorgesehe­ nen Spule größer als der Durchmesser, speziell größer als der doppelte Durchmesser, der Fernfeld-Magnetisierspule ist, und/ oder daß der Abstand der Direktfeld-Magnetisierspule von der der Direktfeld-Wirbelstromprüfanordnung zugeordneten Meßspule kleiner als der Durchmesser der Direktfeld-Magnetisierspule ist. Durch derartige Dimensionierungen der Vorrichtung wird eine besonders gute Trennung der Fernfeld- von der Direkt­ feld-Wirbelstromprüfanordnung erreicht und die Auswertung der zugehörigen Meßsignale präzisiert und vereinfacht.

Eine Steigerung der Prüfgeschwindigkeit wird dadurch er­ reicht, daß die Direktfeld-Magnetisierspule und die Fernfeld- Magnetisierspule mit Wechselströmen unterschiedlicher Fre­ quenz betreibbar sind (Frequenzmultiplex). Auch bei der Aus­ führungsform, bei der der Direktfeld-Wirbelstromprüfanordnung und der Fernfeld-Wirbelstromprüfanordnung genau eine Meßspule gemeinsam zugeordnet ist, ist es möglich, die beiden Magneti­ sierspulen gleichzeitig zu betreiben. Im Ausgangssignal der Meßspule sind die beiden zum Nahfeld bzw. zum Fernfeld gehö­ rigen Meßsignale zwar überlagert, doch ist eine Trennung an­ hand 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 fortzu­ 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 Meß­ spule als in ein rohrartiges Werkstück einführbare Innenspu­ len bevorzugt ist, können die Spulen oder ein Teil der Spulen der Vorrichtung prinzipiell auch als Durchlaufspule ausgebil­ det sein, bei der das Werkstück den Spulenkern bildet.

Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird gemäß der Erfin­ dung dadurch gelöst, daß im Prüfbereich ein von dem Fernfeld induzierter erster Wirbelstrom und ein von dem Nahfeld indu­ zierter zweiter Wirbelstrom mit ein und derselben Spule ge­ messen werden.

Das Verfahren ist bevorzugt mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 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. Da­ durch, daß die beiden Meßsignale mit ein und derselben Spule generiert werden, ist eine ortsgenaue Verknüpfung der Fern­ feld- und Direktfeldmeßsignale und daraus eine Aussage über Werkstückeigenschaften getrennt nach einem oberflächennahen und einem oberflächenfernen Teilbereich des Prüfbereichs mög­ lich.

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 Fern­ feld mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugt. Dadurch wird auch bei gleichzeitiger Erzeugung des Nahfeldes und des Fern­ feldes eine Unterscheidung des Direktfeldmeßsignals vom Fern­ feldmeßsignal möglich, und somit die Prüfgeschwindigkeit ge­ steigert.

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 Fig. 1 bis 4 Bezug genommen. Dabei zeigt

Fig. 1 in schematischer Weise eine drei Spulen umfassende Vorrichtung 5 nach der Erfindung (zweite Ausfüh­ rungsform) zur Wirbelstromprüfung,

Fig. 2 in schematischer Weise eine zwei Spulen umfassende Vorrichtung 5 nach der Erfindung (erste Ausfüh­ rungsform) zur Wirbelstromprüfung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine beispielhaft zu prü­ fende Rohrleitung 1, und

Fig. 4 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 7 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 Meß­ spule 30, mit der sowohl die Induktionswirkung der Fernfeld- Magnetisierspule 21 (erster Wirbelstrom) als auch die der Di­ rektfeld-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 Meßspule 30 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_N der Direktfeld-Magne­ tisierspule 11 von der Meßspule 30 weniger als 5 mm, und der Abstand d_F der Fernfeld-Magnetisierspule 21 von der Meß­ spule 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).

In Fig. 3 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. 3 ist in Fig. 4 genauer darge­ stellt. Sie besteht aus einem oberflächennahen Teil 4A und einem oberflächenfernen, wulstförmigen Teil 4B. Zur Beurtei­ lung der Güte der Schweißnaht ist die Kenntnis der Schweiß­ nahtbreite a im oberflächenfernen Teil 4B 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 4B. 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 (12)

1. Vorrichtung zur Wirbelstromprüfung (5) eines Prüfbe­ reichs (3) eines Werkstückes (1), insbesondere einer Schweiß­ naht (4), mit
einer Fernfeld-Wirbelstromprüfanordnung (20), die
eine Fernfeld-Magnetisierspule (21) aufweist, in deren Fern­ feld in dem Prüfbereich (3) ein erster Wirbelstrom induzier­ bar ist, und mit
einer Direktfeld-Wirbelstromprüfanordnung (10), die
eine Direktfeld-Magnetisierspule (11) aufweist, in deren Nah­ feld in dem Prüfbereich (3) ein zweiter Wirbelstrom induzier­ bar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Wirbelstrom durch die Direktfeld-Magnetisier­ spule (11) meßbar ist.

2. Vorrichtung zur Wirbelstromprüfung (5) eines Prüfbe­ reichs (3) eines Werkstückes (1), insbesondere einer Schweiß­ naht (4), mit
einer Fernfeld-Wirbelstromprüfanordnung (20), die eine Fernfeld-Magnetisierspule (21) aufweist, in deren Fern­ feld in dem Prüfbereich (3) ein erster Wirbelstrom induzier­ bar ist, und mit einer Direktfeld-Wirbelstromprüfanordnung (10), die eine Direktfeld-Magnetisierspule (11) aufweist, in deren Nah­ feld in dem Prüfbereich (3) ein zweiter Wirbelstrom induzier­ bar ist,
gekennzeichnet durch eine Meßspule (30), die der Direktfeld-Wirbelstromprüfanordnung (10) und der Fernfeld-Wirbelstromprüfanordnung (20) gemeinsam zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ stand (d_F) 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.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ stand (d_N) der Direktfeld-Magnetisierspule (11) von der der Direktfeld-Wirbelstromprüfanordnung (10) zugeordneten Meß­ spule (30) kleiner als der Durchmesser (_N) der Direktfeld- Magnetisierspule (11) ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Direkt­ feld-Magnetisierspule (11) und die Fernfeld-Magnetisierspule (21) mit Wechselströmen unterschiedlicher Frequenz betreibbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.

7. Verfahren zur Wirbelstromprüfung eines Prüfbereichs (3) eines Werkstückes (1), insbesondere einer Schweißnaht (4), wobei der Prüfbereich (3) sowohl in ein Nahfeld eines magne­ tischen Wechselfeldes als auch in ein Fernfeld eines magneti­ schen Wechselfeldes gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Prüfbe­ reich (3) ein von dem Fernfeld induzierter erster Wirbelstrom und ein von dem Nahfeld induzierter zweiter Wirbelstrom mit­ tels ein und derselben Spule gemessen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem ge­ messenen ersten und zweiten Wirbelstrom ein Prüfergebnis be­ züglich eines oberflächenfernen Teiles des Prüfbereichs (3) ermittelt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Nahfeld und das Fernfeld zeitlich abwechselnd erzeugt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Nahfeld und das Fernfeld mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, 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.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Prü­ fung einer aus einem Einsteckrohr (1A) in einem Mutter­ rohr (1B) 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.