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DE2643601A1 - Verfahren zur werkstoffpruefung durch ultraschall mit hilfe eines elektrodynamischen schallwandlers - Google Patents

Verfahren zur werkstoffpruefung durch ultraschall mit hilfe eines elektrodynamischen schallwandlers

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DE2643601A1
DE2643601A1 DE19762643601 DE2643601A DE2643601A1 DE 2643601 A1 DE2643601 A1 DE 2643601A1 DE 19762643601 DE19762643601 DE 19762643601 DE 2643601 A DE2643601 A DE 2643601A DE 2643601 A1 DE2643601 A1 DE 2643601A1
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Wolfgang Dipl Phys D Boettcher
Hermann-Josef Prof Dr Kopineck
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Kopineck Hermann-Josef Prof Drrernat 4600 D
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Hoesch Werke AG
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Description

Hoesch Werke, AktiengeSeilschaft, Eberhardsti-- 12, 4-600 Dortmund
Verfahren zur Werkstoffprüfuns durch Ultraschall mit Hilfe eines elektrodynamischen Schallwandlers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung durch Ultraschall unter Verwendung eines elektrodynamischen öchallwandlers bei welchem das Werkstück während der Prüfung vor dem Prüfgerät in ununterbrochener Bewegung entlanggeführt wird.
Ein derartiges Verfahren wird in vielen Anwendungsfällen benötigt, z.B. zur Prüfung des Bleches in einem Walzwerk oder zur Prüfung dar Schweißnaht bei der Rohrherstellung. Besonders im ersten Fall ergibt sich durch die hohe Walzgeschwindigkeit bedingt, auch eine hohe Prüf geschwindigkeit.
Bei bisher bekannten elektrodynamischen Schallwandlern hindert bei der Werkstückbewegung die Anziehungskraft des starken Magnetfeldes zwischen Schallwandler und Werkstück. Besonders an den Werkstückskanten treten hohe Anziehungskräfte auf und es muß in der Segel der Strom abgeischaltet werden, wenn das Werkstück weitergeschoben werden soll.Das Magnetfeld hinterläßt außerdem eine tiefe magnetische Spur, die bei der Weiterverarbeitung stört und die nur durch groiio Entmagnetisierungsvorrichtungen wieder beseitigt werden kann. Das Entmagnetisieren beansprucht sehr viel Zeit, weil der Magnetismus sehr tief im Werkstücksinneren sitzt. Deshalb sind die bisher bekannten elektrpdynamischen
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Schallwandler für die Prüfung bei hohen Prüfgeschwindigkeiten und bei ununterbrochener Werkstückbewegung ungeeignet. Mit ihnen kann das Werkstück nur abschnittweise und mit großem Zeitaufwand pro Abschnitt geprüft werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit Hilfe eines elektrodynamischen Wandlers zu schaffen, bei welchem das Werkstück sich ununterbrochen mit hoher Geschwindigkeit vor dem Prüfkopf während der Prüfung vorbeibewegt und in sich überschneidenden Abschnitten geprüft wird, wobei auch umgekehrt der Prüfkopf eich bewegen und das Werkstück stillstehen kann und bei welchem der nach der Prüfung im Werkstück verbleibende Restmügnetisoi is unbedeutend gering ist und bei welchem außerdem die Anziehungskraft auf das Werkstück der das Magnetfeld erzeugenden Spule erheblich geringer als bisher ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Spule zur Erzeugung des Magnetfeldes von einem Wechselstrom oder intermittierenden oder alternierenden Gleichstrom erregt wird.und die Prüfeinrichtung in Abhängigkeit von der Stärke der Magnetisierung der Spule ein- und ausgeschaltet wird in der Weise, daß die Prüfeinrichtung eingeschaltet wird, wenn die Magnetisierung eiran vorgegebenen Wert erreicht hat und abgeschaltet wird, sobald ein vorgegebener Wert der Magnetisierung unterschritten wird.
Die Prüfeinrichtung kann dadurch mit dem Erregerstrom der
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Spule synchronisiert werden, daß die Hochfrequenzspule ein- und ausgeschaltet wird. Die Synchronisation kann jedoch auch bei immer eingeschalteter Hochfrequenzerregung dadurch erfolgen, daß die Anzeigeeinrichtung der Prüfeinrichtung ein- oder abgeschaltet wird. Das Ein- und Abschalten kann durch geeignete Schaltungen direkt mit einer vorgegebenen Höhe des Erregerstromes gekoppelt sein. Es kann jedoch auch durch die Nulldurchgänge des Erregerstromes mit eingebauter Verzögerung gesbeuer-t werden, wenn immer eine einzige Frequenz für den Erregerstrom der Spule benutzt wird. Durch die Synchronisation wir-d erreicht, daß die Prüfung nur dann geschieht, wenn die magnetische Feldstärke in der Nähe des Maximums liegt, wo sie sich zeitlich nur wenig und unbedeutend in der Größe ändert. In den Nulldurchgängen und in deren Nähe wird die Prüfung unterdrückt, so daß immer eine von der Stärke des Magnetfeldes unabhängige Fehleranzeige erfolgt. Durch die Synchronisation ist es möglich, einen Wechselstrom von so hoher Frequenz für die Erregung der Spule zu benutzen, daß das Magnetfeld nur noch geringfügig, trotz hoher Feldstärke an der Werkstücksoberfläche, in das
j Innere des Werkstückes eindringt. Für die Ultraschallerzeugung wird jedoch nur das Magnetfeld an der Werkstücksoberfläche gebraucht.
Der Magnetismus im Inneren des Werkstückes trägt nichts z,.r ültraschallerzeugung bei. Dieser in das Innere ein-
dringende Magnetismus bestimmt aber wesentlich die störende Anziehungskraft zwischen dem Prüfgerät und dem Werkstück.
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Diese störende Anziehungskraft kann schon bei Erregung der Spule durch den technischen Wechselstrom von 50 Hz erheblich vermindert werden.
Durch die Verminderung der Anziehungskraft ist es erst möglich, das Werkstück in ununterbrochener Bewegung auch mit seiner Kante vor dem Prüfkopf entlang zu führen, ohne daß durch die Anziehungskraft der Prüfkopf zerstört wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Werkstück nur in einem nahen Bereich an der Oberfläche magnetisch wird. ■> Dieser Magnetismus muß in der Regel durch Entmagnetisieren beseitigt werden, da er bei der weiteren Verarbeitung stört. Ber an der Oberfläche sitzende Magnetismus läßt sich durch die üblichen Entmagnetisierungsverfahren in Bruchteilen von Sekunden beseitigen, dagegen braucht der tief im Werkstück verbleibende Magnetismus, der bei herkömmlichen elektrodynamischen Wandlern entsteht, zu seiner Beseitigung mehrere Sekunden Zeit, so daß allein durch die Zeit der Entmagnetisierung in Walzwerken der Produktionsfluß behindert wird. Für die Entmagnetisierung ist nach der Erfindung keine besondere Vorrichtung notwendig, sie geschieht automatisch, wenn das Werkstück sich aus dem Magnetfeld der Spule des elektrodynamischen Schallwandlers herausbewegt, denn das Magnetfeld ist ein Wechselfeld und es wird mit der Entfernung von der Spule laufend geringer.
Besonders einfach wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wenn die Spule zur Erzeugung des
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Magnetfeldes mit dem technischen Wechselstrom von 50 Hz oder 60 Hz erregt wird.
Die besonders an der Werkstückskante störende Anziehungskraft zwiscnen Prüfgerät und Werkstück, wird noch dadurch vermindert, daß in die Vorrichtung ein Abtaster zur Erkennung der Werkstückskante eingebaut ist, durch den bei Erreichen der Werkstückskante die Stromstärke der Spule des Prüfgerätes herabgesetzt oder ganz abgeschaltet wird.
Eine weitere Verminderung der Anziehungskraft zwischen Prüfgerät und Werkstück an der Werkstückskante wird dadurch erreicht, daß der Abtaster bei Erreichen der Werkstückskante eine in Bewegungsrichtung des Werkstückes hinter der Spule für das Magnetfeld liegende zweite Spule einschaltet, die mit Wechselstrom arregt wird und deren Stromstärke für die Erregung nach kurzer Zeit bis auf den Wert 0 sinkt.
Gleichzeitig mit dem Einschalten dieser zweiten Spule wird die Spule des Prüfgerätes ausgeschaltet, oder ihre Erregung stark geschwächt. Die Spule wird erst wieder voll·eingeschaltet, wenn der Abtaster die Annäherung des nächsten zu untersuchenden Werkstückes bemerkt. Die zweite Spule übernimmt somit die Entmagnetisierung der Werkstückkante. Sie liegt zunächst, weiai sie eingeschaltet wird, noch über dem Werkstück. ILr Erregerstrom ist schon erheblich abgeschwächt und nähert sich dem Wert O sobald die Wrrkstückskante beim weiteren Vorrücken des Werkstückes - 6 -
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genau unter der zweiten Spule liegt. Auf diese Weise kann die zweite Spule die Werkstückskante voll entmagnetisieren, ohne daß zwischen ihr und der Werkstückskante jemals die volle Anziehungskraft entsteht die bei maximalem Erregungsstrom diese Spule entstehen wärde, wenn sich die Werkstückskante von dieser Spule iortbex/egt.
Bei der Prüfung dünner Eisenbleche reichen die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen zur Verringerung der Anziehungskraft zwischen Blech und Brüfgerät nicht aus, um ein Gegenschlagen des Bleches gegen den Prüfkopf zu verhindern, deshalb sieht eine weitere Verbesserung vor, daß an der dem Prüfkopf gegenüberliegenden Seite des Werkstückes eine oder mehrere durch Wechselstrom erregte Spulen sitzen, die eine Gegenkraft zu der vom Prüfkopf auf das Werkstück ausgeübten magnetischen Krafυ erzeugen.
Eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. <[ eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens
Fig. ?. die Abhängigkeit der Prüf Intervalle von der Magnetisierungshöhe.
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Das zu prüfende Blech 11 läuft in Fig. 1 auf den Rollen 12 eines Rollgangs in Richtung 13. Über dem Rollgang ist der elektrodynamische Schallwandler angebracht. Dieser besteht aus der Spule 14 zur Erzeugung des Magnetfeldes und der Hochfrequenzspule 15 zur Erzeugung von hochfrequenten Wirbelströmen im zu prüfenden Blech 11, wodurch in bekannter Weise infolge der Lorenzkräfte Ultraschallwellen im Blech 11 entstehen. Der elektrodynamische Schallwandler ist in geringem Abstand schwebend über dem Blech 11 befestigt und berührt dieses nicht. Es können jedoch zur Sicherung des geringen Abstandes auch an ihm . zusätzlich die Stützrollen 16 angebracht sein. Die Spulen 14- und 15 des elektrodynamischen Schallwandlers sind über Leitungen* mit einem zentralen Steuergerät 1? verbunden. Dieses Steuergerät 17 steuert den Erregerstrom durch die Spule 14· der nach Erfindung ein intermittierendec Gleichstrom oder ein Wechselstrom ist. Das Steuergerät 17 beaufschlagt ferner in Abhängigkeit voα der Höhe dor Mr^netisierung der Spule 14 die Hochfrequenzspule 15 mit hochfrequentem Strom entsprechend der Frequenz des Ultraschalles. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Hochfrequenzspule Ί5 erst eingeschaltet wird, wenn entsprechend Fig. 2 die Magnetisierungskurve 18 der Spule 14-ihren Höchstwert, der in Punkt 19 liegt, fast erreicht hat. Das Einschalten der Hochfrequenzspule 15 erfolgt in Fig. 2 deshalb in Ponkt 20 und endet in Punkt 21. Zwischen den Punkten 20 und 21 ist nor eine sehr geringe Änderung in der Magnetisierung der Spule 14- vorhanden.
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Die Änderung der Magnetisierung in diesem Bereich ist dann besonders klein, wenn der Kern der Spule in dem gesamten Bereich gesättigt ist. In diesem Bereich zwischen den Punkten 20 und 21 ist soviel Zeit vorhanden, daß dort auch mehrere Prüfimpulse, die in Fig. 2 mit 22 bezeichnet sind, hineingelegt werden können.Diese Prüfimpulse können auch eine unterschiedliche Frequenz besitzen. Die Erzeugung der Synchronisation zwischen dem Erregerstrom der Spule 14 und dem Strom der Hochfrequenzspule 15» wie auch die Erzeugung der Prüfimpulse 22 geschieht im Steuergerät 17 mit Hilfe bekannter und hier nicht näher zu erläuternder Schaltungen.
Wenn die Kante 23 am Ende des Bleches 11 beim Durchlauf entsprechend der Richtung 13 den Abtaster 24 erreicht, so wird diese Information an das zentrale Steuergerät 17 weitergegeben. Der Abtaster 24 kan.i aus einem kleinen Magneten bestehen, der durch die Kante 23 des Bleches 11 verstärkt in Richtung gezogen wird, wodurch ein elektrischer Kontakt betätigt wird. Bei Ansprechen des Abtasters 24 werden durch das zentrale Steuergerät 17 folgende Vorgänge gesteuert:
1. Es wird der Strom für die Spule 14 mit so großer zeitlicher Verzögerung abgeschwächt oder ganz abgeschaltet, daß zwar noch die Kante 23 mit Ultraschall geprüft wird, ein Entfernen der Kante 23 von der Spule bei voller Erregung aber vermieden wird.
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2. Wird der Strom für die Entmagnetisierungsspule 25 eingeschaltet. Dieser Strom nimmt laufend ab und erreicht eine nur noch unbedeutende Höhe, wenn die Kante 23 die Entmagnetisierungsspule 25 verläßt. Sobald dies der Fall ist, wird der Strom für die Spule 14 wieder voll eingeschaltet und die Entmagnetisierungsspule 25 wird ; ausgeschaltet.
Das Entfernen der Kante 23 von der Entmagnetisierungsspule 25 kann durch einen nicht gezeichneten Abtaster dem Steuergerät 17 angezeigt werden, es kann jedoch auch ohne Abtaster rein zeitlich festgelegt werden, wenn die Verschubgeschwindigkeit des Bleches 11 immer gleich ist.Besonders be der Prüfung sehr dünner Bleche kann es zur Verhinderung von Durchbiegungen des Bleches durch die magnetische Kraft der Spule 14 von Vorteil sein, wenn gegenüber der Spule 14 eine Spule 26 angebracht wird, die mit dem gleichen Strom erregt wird, der durch Spule 14 fließt, wodurch immer eine Gegenkraft zur magnetischen Anziehungskraft der Spule 14 erzeugt wird,
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12 Rollen des Sollganges
13 Vorschubrichtung
14- Spule zur Erzeugung des Magnetfeldes
15 Hochfrequenzspule
16 Stützrolle
17 zentrales Steuergerät
18 Magnetisierungskurve
19 Höchstwert
) Punkte
21)
22 Prüfimpulse
23 Kante
24- Abtaster
25 Entmagnetisierungsspule
26 Spule
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Claims (3)

Hoesch Werke Aktiengesellschaft, Eberhardsir. 12, Patentansprüche
1. Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit Ultraschall unter Verwendung eines elektrodynamischen Schallwandlerb, bei welchem das Werkstück während der Prüfung vor dem Prüfgerät in ununterbrochener Bewegung entlang geführt' wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (14) zur Erzeugung des Magnetfeldes von einem Wechselstrom oder intermittierenden oder alternierenden Gleichstrom erregt wird,und die Prüfeinrichtung in Abhängigkeit von der Stärke der Magnetisierung der Spule ein- und ausgeschaltet wird in der Weise, daß die Prüf- · einrichtung eingeschaltet wird,wenn die Magnetisierung einen vorgegebenen Wert (20) erreicht hat und abgeschaltet wird, sobald ein vorgegebener Wert (21) der Mag netisierung unterschritten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zur Erregung der Spule (14) die technisch üblichen Frequenzen von 50 oder 60 Hz des Wechselstromes benutzt werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen einer Werkstückskante (13) die Stromstärke zur Erregung der Spule (14) vermiudert v.'ird.
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ORIGINAL INSPECTED
Vorrichtung für Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß in Bewegungsrichtung (13) des Werkstücks (11) gesehen, hinter der Spule (1A-) eine in herkömmlicher Weise funktionierende Entmagnetisierungsspule (25) sitzt, die bei Annäherung der Werkstückskante (23) an die erste Spule (i4-;eingeschaltet wird.
Vorrichtung für Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß an der der Spule (14) gegenüberliegenden Seite des Werkstückes (11) eine oder mehrere durch Wechselstrom erregte Spulen (26) sitzen, die eine Gegenkraft zu der von der Spule(14) auf das Werkstück ausgeübten magnetischen Kraft erzeugen.
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DE762643601A 1976-09-28 1976-09-28 Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit Ultraschall unter Verwendung eines elektrodynamischen Schallwandlers Expired DE2643601C3 (de)

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