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DE2440915C3 - Wirbelstromprüfgerät - Google Patents

Wirbelstromprüfgerät

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Publication number
DE2440915C3
DE2440915C3 DE2440915A DE2440915A DE2440915C3 DE 2440915 C3 DE2440915 C3 DE 2440915C3 DE 2440915 A DE2440915 A DE 2440915A DE 2440915 A DE2440915 A DE 2440915A DE 2440915 C3 DE2440915 C3 DE 2440915C3
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DE
Germany
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coil
rings
eddy current
ring
detector
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Expired
Application number
DE2440915A
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English (en)
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DE2440915A1 (de
DE2440915B2 (de
Inventor
Robert Allan Rye N.Y. Brooks
John Paul Fort Defiance Va. Wallace
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Magnetic Analysis Corp
Original Assignee
Magnetic Analysis Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of DE2440915B2 publication Critical patent/DE2440915B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2440915C3 publication Critical patent/DE2440915C3/de
Expired legal-status Critical Current

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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/9006Details, e.g. in the structure or functioning of sensors

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Description

Die Erfindung betrifft ein Wirbelstromprüfgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Wirbelstromprüfgeräte sind allgemein bekannt und werden für die zerstörungsfreie Prüfung von elektrisch leitenden Gegenständen verwendet, um Fehler, wie beispielsweise Gußblasen oder Risse in diesen Gegenständen festzustellen. Die in dem Gegenstand induzierten Wirbelströme ändern sich bei Fehlern oder Rissen in ihrer Amplitude und/oder Phase, so daß auf solche Änderungen der Wirbelströme entsprechende Einrichtungen verwendet werden können, um die Fehler oder Risse anzuzeigen.
Je nach speziellem Anwendungszweck werden verschiedene Erreger- und Detektorspulenanordnungen verwendet. Häufig werden als Erregerspule eine Primärspule und zwei im Abstand voneinander angeordnete Detektorspulen verwendet, die in einer Nullschaltung verbunden sind. Meist werden dabei die Detektorspullen von der Erregerspule umschlossen oder sind dicht neben der Erregerspule angeordnet. Beispiele solcher Spulenanordnungen und Schaltungen der Spulenanordiriungen sind weiter unten anhand der F i g. 1 bis 3 beschrieben.
Oft ist ein Betrieb mit verschiedenen Wechselspannungsfrequenzen oder Impulswiederholungsfrequenzen erforderlich, um sowohl tiefer liegende Risse als auch Risse an der Oberfläche oder bei Rohren Risse an der Außenoberflälche und an der Innenoberfläche festzustellen. Bei niederen Frequenzen und längeren Impulsen dringen die Wirbelströme im allgemeinen tiefer in die zu prüfenden Gegenstände ein als bei höheren Frequenzen oder kürzeren Impulsen. Zur Feststellung von kleinen Oberflächenriissen wird mit hohen Frequenzen von beispielsweise 67 bis 600 kHz gearbeitet.
Üblicherweise sind die Spulenanordnungen so aufgebaut, daß siie den zu prüfenden Gegenstand eng umschließen, um eine ausreichende Meßempfindlichkeit zu erhalten. Falls andere als zylinderförmige Gegen-
stände geprüft werden sollen, müssen die Spulen dem Querschnitt des Gegenstandes entsprechend ausgebildet werden, damit eine gleichbleibende Empfindlichkeit für die Feststellung von Rissen an irgendwelchen Teilen des Umfangs des Gegenstandes erhalten wird.
Üblicherweise wird die Anwesenheit von leitfähigem Material zwischen den Spulen und dem zu prüfenden Gegenstand im Prüfbereich vermieden, damit die Empfindlichkeit der Anordnung insbesondere bei höheren Prüffrequenzen nicht verringert wird.
Aus der US-WS 36 94 735 ist jedoch ein gattungsgemäßes Wirbelstromprüfgerät bekannt, das einen Innenzylinder aus hitzebeständigem Material, beispielsweise aus hochtemperaturbeständigem Metall oder Aluminiumoxyd aufweist, in dessen Umfangsfläche mehrere Nuten ausgebildet sind. In diese Nuten sind die Wicklungen von Erreger- und Detektorspulen gewikkelt Die ganze Anordnung ist in kleinem Abstand von einer Hülse umgeben, die zusammen mit einem Außenzylinder und Stirnplatten einen Raum umgrenzt, der von Kühlflüssigkeit durchströmbar ist Dieses bekannte Wirbelstromprüfgerät eigntt sich somit zur zerstörungsfreien Prüfung von sehr heißen Gegenständen. Die Ausbildung des Innenzylinders aus Keramikmaterial, Aluminiumoxyd, hat den Vorteil guter Temperaturisolierung der Spulen gegenüber dem zu prüfenden Gegenstand, hat aber den Nachteil, daß der Innenzylinder bruchgefährdet ist. Die Herstellung des Innenzylinders aus hochtemperaturbeständigem Metall hebt diesen Nachteil auf, vermindert jedoch die Empfindlichkeit der Anordnung. Ein gut leitender Innenzylinder würde nämlich als Abschirmung zwischen den Wirbelströmen in dem zu prüfenden Gegenstand und den Detektorspulen wirken. Dies gilt auch, wenn der Innenzylinder als geschlitzter Ring ausgebildet ist. Die an den beiden Stirnflächen des geschlitzten Rings anliegenden und aus Metall bestehenden Stirnplatten schließen den Schlitz nämlich elektrisch kurz, wodurch der Schlitz elektrisch weitgehend wirkungslos wird. Entsprechend wird bei dem Wirbelstromprüfgerät gemäß der ' IS-PS 36 94 735 auch vorgezogen, einen Innenzylinder aus keramischem Material zu verwenden.
Wie bereits ausgeführt, hängt die Empfindlichkeit von Wirbelstromprüfgeräten ganz allgemein stark von der Feldstärke des Magnetfeldes ab, das am Ort des zu prüfenden Gegenstandes erzeugt wird. Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgab.·; zugrunde, ein Wirbelstromprüfgerät zu schaffen, mit dem auf wirtschaftliche Weise starke Magnetfelder erzeugt werden können, deren Form an verschiedene, zu prüfende Gegenstände anpaßbar if. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird das Magnetfeld zur Erzeugung der Wirbelströme in dem zu prüfenden Gegenstand somit nicht unmittelbar durch die Erregerspule erzeugt, sondern wird von dem von der Erregerspule umschlossenen, elektrisch gut leitenden geschlitzten Ring erzeugt Damit ist bei gegebenem Durchmesser der Erregerspule eine beträchtliche Vergrößerung der Flußdichte in der Innenöffnung des Rings möglich. Diese Flußdichte ist umso größer, je kleiner der Durchmesser der Innenöffnung des Rings ist. Die Länge der Innenöffnung des Rings kann im Vergleich zum Radius der Erregerspule klein sein, so daß auch bei großem Erregerspulendurchmesser ein kurzes Magnetfeld erhalten werden kann. Allein durch die Formgebung des in einfacher Weise herstellbaren geschlitzten Rings kann das in Jr.' Innenöffnung entstehende Magnetfeld somit den jeweiligen Erfordernissen in optimaler Weise angepaßt werden und verschieden geformte Gegenstände mit hoher Empfindlichkeit geprüft werden können. Ein weiterer Vorteil, der mit
der Erfindung erzielt wird, liegt darin, daß die Induktanz der Erregerspule verringert ist, d. h, daß insbesondere bei höheren Frequenzen mit größerem Strom gearbeitet werden kann, wodurch ein billigerer Generator verwendet werden kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Wirbelstromprüfgerätes sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren
! 5 Einzelheiten erläutert Es stellen dar:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Wirbelstromprüfgerätes,
Fig.2 und 3 verschieden herkömmliche Spulenanordnungen, wie sie in dem Gerät gemäß F i g. 1 verwendbar sind,
F i g. 4a eine Stirnansicht eines geschlitzten Rings mit umgebender Erregerspule eines <~i'indungsgemäßen Wirbelstromprüfgerätes,
F i g. 4b einen Schnitt längs der Linie 4b-4b in F i g. 4a,
Fig.4c Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes,
Fig.5a und 5b eine Stirnansicht und einen Längsschnitt durch eine Anordnung aus geschlitztem Ring, Erreger- und Detektorspulen,
Fig.6a und 6b eine Stirnansicht und einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Anordnung aus geschlitzten Ringen und Erreger- und Detektorspulen, F i g. 6c einen geschlitzten Ring mit nicht kreisförmi ger Innenöffnung,
Fig.7 und 8 Längsschnittansichten von weiteren Anordnungen aus geschlitztem Ring, Erreger- und Detektorspulen, Fig.9 bis 16 verschiedene Schnittansichten einer
4„ wassergekühlten Anordnung mit geschlitztem Ring, Erreger- und Detektorspulen.
In Fig. 1 ist ein Beispiel eines bekannten Wirbelstromprüfgeräts dargestellt. Eine Prüfspulenanordnung besteht aus einer Erregerspule 10 und zwei Detektor spulen 11,11', die zu einer Nullschaltung gegeneinander geschaltet sind. Die Spulen 10, 11 und IJ' sind normalerweise zueinander koaxial, so daß ein zu prüfender Gegenstand 12 durch sie hindurch geführt werden kann. Die Erregerspule 10 wird mit einem Erregerstrom von einer Quelle 13 gespeist, die Sinuswellen oder Impulse liefert. Üblicherweise sind verschiedene Sinusv/ellenfrequenzen oder verschiedene Impulswiederholungsfrequenzen vorgesehen, um die Feststellung von Rissen oder Fehlern in unterschiedli d;en Tiefen des Gegenstandes 12 und von Rissen im Außendurchmesser und im Innendurchmesser eines Rohres zu erleichtern.
Der Strom in der Err?gerspule 10 induziert Wirbelströme in den Gegenstand 12, die sich mit
Änderungen in d*"n Gegenstand infolge von Fehlern oder Rissen ändern. Sind keine Fehler oder Risse vorhanden, so wird das Ausgangssignal der Nüllschältung 11, 1Γ näherungsweise Null. Abgleirhschaltungen 14 können verwendet werden, falls es erforderlich ist, um ein möglichst kleines Nullausgangssignal zu erhalten. Wenn ein "ehler oder ein Riß auftritt, werden die Signale, in den Spulen It, 1Γ ungleich, wodurch sich Signalausgänge ergeben, die sich in der Phase und/oder
der Amplitude ändern. Diese Ausgangssignale werden in einem Verstärker 15 verstärkt und phasenempfindlichen Detektoren 16 und 16' zugeführt. Geeignete um 90° gegeneinander verschobene Torsteuersignale werden in einem Torgenerator 17 aus den Signalen der Quelle 13 erzeugt und den Detektoren 16 und 16' zugeführt. Auf diese Weise sind die Detektorausgangssignale um 90° gegeneinander phasenverschoben. Diese Ausgangssignale werden in Verstärkern und Filtern 18 und 18' verstärkt und gefiltert und den vertikalen und horizontalen Ablenkplatten eines Kathotenstrahloszilloskops 19 zur Anzeige zugeführt. Eines oder beide Ausgangssignale, hier die vertikale Komponente, können Anzeigeschaltungen 21 zugeführt werden, z. B. einem Blattschreiber, einer Schwellwertschaltung für eine Anzeige oder eine Klassifizierung usw.
Fig. 2 zeigt eine Spulenanordnung, die sich für ein Vergleichsprüfgerät eignet. Hier sind zwei Erregerspulen 22 und 22' mit zugehörigen Detektorspulen 23 und 23' vorgesehen, um einen zu prüfenden Gegenstand 24 mit einem Bezugsgegenstand 25 zu vergleichen und Unterschiede zwischen diesen anzuzeigen. Die Detektorspulen 23, 23' können wiederum zu einer Nullschaltung geschaltet sein, deren Ausgangssignal über Abgleichschaltungen 14 zu einer Ausgangsleitung 30 geführt wird. Die anschließende Verarbeitung kann wie in F i g. I erfolgen. Gegenstände unterschiedlicher Größe, die aber sonst frei von Fehlern oder Rissen sind, können ausgesondert werden, und der verwendete Ausdruck »Änderungen« soll diese Betriebsweise einschließen.
Anstatt getrennte Primär- und Detektorspulen zu verwenden, kann jeweils eine einzige Spule in einer Brückenschaltung in jeder der beschriebenen Geräte verwendet werden. F i g. 3 zeigt zwei Spulen 26, 26' und zwei Widerstände 27, 27' in einer Brückenschaltung. Die Erregerquelle 13 ist über eine Diagonale der Brücke angeschlossen und die Signalausgangsleitungen 28 sind über die andere Diagonale angeschlossen Sind Fehler oder Risse oder andere Änderungen in einem Gegenstand oder in Gegenständen in den Spulen 26, 26' vorhanden, bringt die resultierende Änderung in der Impedanz der Spulen die Brücke aus dem abgeglichenen Zustand und erzeugt Ausgangssignale in der Leitung 29. Diese können in der oben beschriebenen Weise weiterverarbeitet werden.
In den F i g. 4a und 4b besitzt ein geschlitzter Ring 31 aus elektrisch leitfähigem Material eine Innenöffnung 32 zur Aufnahme eines zu prüfenden Gegenstandes 33 und eine äußere Oberfläche 34. Der Schlitz 35 verläuft von der Innenöffnung 32 zu der äußeren Oberfläche 34. Eine Spule 36 umschließt die Oberfläche 34 und kann eine Spule mit einer einzigen Lage und der gewünschten Windungszahl sein. In Fig.4a ist die Spule zur einfacheren Erläuterung als eine einzige Windung dargestellt.
Wenn ein Wechselstrom oder ein gepulster Strom der Spule 36 z. B. von einem Generator 37 zugeführt wird, fließt in einem gegebenen Augenblick der Strom im Uhrzeigersinn, wie durch die Pfeile 38 angezeigt ist. Dieser Strom induziert einen entsprechenden Wirbelstrom in und in der Nähe der äußeren Oberfläche 34 des Rings 31, der in der entgegengesetzten Richtung fließt, wie durch die Pfeile 39 angezeigt ist. Die Eindringtiefe hängt von de- Frequenz und der Leitfähigkeit ab (Skineffekt). Wenn der Strom in dem Ring 31 den Schlitz 35 erreicht, kann er nicht über diesen fließen und fließt daher auf einer Seite des Schlitzes 35 abwärts (Pfeil 41), um die die Innenöffnung 32 umschließende Oberfläche herum (Pfeil 42) und auf der anderen Seite des Schlitzes 35 nach oben (Pfeil 43).
Der Ring 31 ist aus einem elektrisch gut leitendem Material hergestellt, wie z. B. aus Kupfer oder Aluminium, um die Verluste gering zu halten. Demgemäß ist der um die Oberfläche der Innenöffnung 32 fließende Strom ebenso groß wie der um die äußere Oberfläche 34 fließende Strom und erzeugt in der Innenöffnung und an diese angrenzend ein Feld wie eine direkt erregte Spule mit einer einzigen Windung. Daher könnte der geschlitzte Ring 31 auch oEinwindungsteil« genannt werden. Der Ring 31 verwandelt die um seinen Umfang gewickelte Spule 36 in eine Spule, die einen
,; effektiven Durchmesser besitzt, der dem Durchmesser seiner Innenöffnung 32 gleich ist. Das auf diese Weise erzeugte Magnetfeld induziert in dem Gegenstand 33 Wirbelströme, die um den Gegenstand in entgegengesetzter Richtung zu den Pfeilen 42 fließen. Der StromfluB an dem Schlitz 35 ist an dessen zwei Seitenwände entgegengesetzt gerichtet, so daß das Feld zwischen diesen im wesentlichen Null ist und vernachlässigt werden kann.
Wie eine theoretische Analyse zeigt und wie das
2j Experiment bestätigt, ist die Flußdichte in der Innenöffnung 32 und an diese angrenzend nahezu die gleiche, wie die einer Spule mit derselben Länge und demselben Durchmesser wie die Innenöffnung und mit derselben Amperewindungszahl wie die Erregerspule
jo 36. Es treten gewisse Verluste auf, so daß eine hohe Leitfähigkeit in dem geschlitzten Ring 31 erwünscht ist. Mit einer Erregerspule 36 von gegebenem Durchmesser, die den geschlitzten Ring 31 dicht umschließt, kann jedoch eine beträchtliche Zunahme in der Flußdichte in der Innenöffnung erhalten werden, wenn deren Durchmesser entsprechend klein ist. Auch die Spuleninduktanz nimmt wesentlich ab, wenn der Öffnungsdurchmesser abnimmt.
F i g. 4c zeigt zur Veranschaulichiing Kurven für einen geschlitzten Ring 31 aus Aluminium mit seinem Außendurchmesser von 5,08 cm, um den eine Erregerspule 36 gewickelt ist, und mit Innenöffnungen von verschiedenem Durchmesser. Eine Sondenspule wurde auf die Achse der Innenöffnung gesetzt und die maximale Spannung wurde aufgezeichnet, so daß eine relative Anzeige der Änderungen der magnetischer Flußdichte mit der Öffnungsgröße erhalten wurde. Ir der Spule wurde ein konstanter Strom aufrechterhalter und die auftretende Spuleninduktanz wurde gemessen
Die Kurve (a) zeigt die Änderung der Flußdichte Be einem Innenöffnungsdurchmesser von 5,08 cm (2,0 inch) d.h. ohne Ring, wurde ein Wert von 31,2 Millivoli gemessen. Bei dünnwandigen Teilen wurde nur eir leichtes Ansteigen der Flußdichte gemessen. Bei einerr Innenöffnungsdurchmesser von 2,54 cm (1,0 inch), d. h bei dem halben Außendurchmesser, wurde ein Wert vor 20,4 Millivolt gemessen, was einen Anstieg in dei Flußdichte von über 50% anzeigt. Bei kleinerer öffnungen steigt die Flußdichte stark an. Die Kurve (b,
zeigt die Änderung der auftretenden Induktanz dei Spule 36. Ohne Ring wurde ein Wert von 0,95 mH gemessen und die Induktanz nahm auf einen Wert vor 2,18 mH für einen Innenöffnungsdurchmesser vor 032 cm ab.
Die Kurven der F i g. 4c ändern sich, in Abhängigkeit von den speziellen Parametern. Dennoch zeigen sit Ergebnisse, wie sie erhalten werden können.
Es wurde gefunden, daß Fehler oder Risse in einerr
Gegenstand 33, die den Wirbelstromfluß in diesem ändern, durch die Spule 36 festgestellt werden können. So kann ein geschlitztes Einwindungsteil mit einer umschließenden Spule, wie es in F i g. 4 gezeigt ist, z. B. in einem Vielfrequenzfehlerpiüfgerät verwendet werden, wie es in der US-PS 31 35 914 beschrieben ist, und zwei solche Teile können in der Brückenschaltung verwendet werden, die in F i g. 3 gezeigt ist usw.
In F i g. 5 ist eine Anordnung gezeigt, die für die Verwendung in einem Prüfgerät gebaut ist, wie es in F i g. 1 dargestellt ist. Hier wird ein geschlitzter leitfähiger Ring 51 verwendet, der einen schmalen Stegabschnitt 51' und einen weiteren Umfangsabschnitt 51" in einer im Radialschnitt T-förmigen Gestalt besitzt. Die Erregerspule 52 ist in einer kreisförmigen Nut des Umfangsabschnitts gewickelt. Ein Paar von in axialem Abstand angeordneten Detektorspulen 53, 53' ist auf einen Spulenkörper 54 aus isolierendem Material gewickelt. iJer Durchmesser des Spulenkörper 54 ist der gleiche wie der der Innenöffnung 55 des geschlitzten Rings 51, und die Detektorspulen befinden sich in der Innenöffnung. Es sind jedoch noch andere Anordnungen möglich, und die Detektorspulen können außerhalb der Innenöffnung und an diese angrenzend oder teilweise innerhalb und teilweise außerhalb der öffnung angebracht sein, wie dies den Anforderungen des speziellen Verwendungszweckes entspricht. Zylindrische Teile 56, 56' aus isolierendem Material können verwendet werden, um den Ring 51 und den Spulenkörper 54 in der richtigen Stellung zu halten.
Durch die Verwendung eines dünnen Steges wird die Länge der Innenöffnung 55 und des Magnetfeldes in Längsrichtung des Gegenstandes 57 sehr kurz gehalten, so daß die Feststellung kleiner Fehler erleichtert wird. Die Erregerspule 52 kann länger als die Innenöffnung 55 sein, wobei das kurze Feld an der Innenöffnung 55 erhalten bleibt. Auf diese Weise kann ein Draht mit größerem Durchmesser in der Erregerspule 52 verwendet werden, der einen größeren Strom führt, und die Windungen können getrennt werden, um die Spuleninduktanz zu verringern. Dies ist bei höheren Frequenzen, z. B. von der Größenordnung von 67 bis 600 kHz vorteilhaft, wo eine hohe Spulenimpedanü Schwierigkeiten macht, einen ausreichenden Strom ohne unzulässig hohe Kosten zuzuführen.
In einer Ausführungsform, die für das Hochfrequenzprüfen von Röhren mit einem Durchimesser von 5,94 mm ausgelegt war, hatte der geschlitzte Ring 51 einen Innenöffnungsdurchmesser von 7,67 mm und einen Außendurchmesser von 25,4 mm. Die axiale Länge des Steges 51' betrug 2,54 mm. Die Krregerspule 52 war 4,06 mm lang und die Detektorspulen 53 und 53' waren 0,51 mm lang und 1,52 mm voneinander entfernt. Bei hohen Frequenzen von 67 bis 600 kHz wurde eine wesentliche Verbesserung der Signalamplitude in der Größenordnung von 20db gegenüber einer üblichen Spulenanordnung, die Aluminiumabschirmuingen für die Beschränkung der Länge des Magnetfeldes bei diesen Frequenzen verwendet, und eine wesentliche Gesamtverbesserung der Empfindlichkeit erhalten. Dieses Ausführungsbeispiel wird nicht als optimal angesehen und ist nur zur Erläuterung angegeben.
Es wurde tuch gefunden, daß geschlitzte Ringe bei Detektorspulen ebenso wie bei Primärspulen verwendet werden können. F i g. 6 zeigt eine solche Anordnung, die für die Verwendung in einem Prüfgerät gemäß F i g. 1 gebaut ist Hier wird ein Paar geschlitzter Ringe 31,31"" verwendet, die dem in F i g. 4 gezeigten Teil gleichen.
Diese Teile können auf einem dünnen Rohr 61 aus isolierendem Material angebracht sein, durch welches ein Gegenstand 62 läuft. Eine Erregerspule 63 umschließt beide Ringe 31 und 3Γ und erzeugt jeweils Magnetfelder in deren Innenöffnungen 32, 32'. Jeder geschlitzte Ring 31 und 3Γ wird außerdem von einer Detektorspule 64 und 64' umschlossen. Ein Fehler oder ein Riß in dem Gegenstand 62 ändert den Wirbelstromfluß in dem Gegenstand, wenn dieser nacheinander die
ίο Ringe 31 und 3Γ passiert. Es wurde gefunden, daß Änderungen in den Wirbelströmen entsprechende Signale in den Detektorspulen 64,64' erzeugen, die dann verarbeitet werden können, um das Vorhandensein der Fehler oder Risse anzuzeigen.
Die Spulen 63, 64 und 64' können in einem ringförmigen Teil 65 aus isolierendem Material gehalten werden. Bei herkömmlichen Spulenanordnungen ist es üblicherweise notwendig, einen ganzen Satz von Größen zur Verfugung zu haben, um Gegenstande von unterschiedlichem Durchmesser zu prüfen. Eine beträchtliche Genauigkeit der Windungen ist erforderlich, um geeignet ausgeglichene Anordnungen herzustellen. Die Anordnung der F i g. 6 ermöglicht die Verwendung einer Spulenanordnung einer einzigen Größe mit geschlitzten Ringen mit unterschiedlich großen Innenöffnungen, wodurch es erleichtert wird, die Lieferung von Anordnungen den Anforderungen der Abnehmer anzupassen. Falls es erwünscht ist, können dit Spulenanordnung und die Ringe so ausgebildet sein, daO die Ringe bequem gegen andere mit verschiedener Innenöffnungen austauschbar sind. Es hat sich auch gezeigt, daß mit den geschlitzten Ringen eine geringer« Präzision bei der Spulenwicklung erforderlich ist wodurch die Herstellungskosten verringert werden Insoweit als die Induktanzen der Detektorspulen 64,64 teilweise von den Innenöffnungsdurchmessern abhän gen, können die Induktanzen, falls es erwünscht ist angepaßt werden, indem die eine öffnung in bezug au die andere leicht vergrößert wird.
Wenn die Anordnung der Fig.6b in der Schaltung der Fi g. 1 verwendet wird, sind die Detektorspulen 64 64' in Reihe gegeneinander geschaltet, um ein« Nullschaltung zu bilden. Andere Nullspulenanordnun gen sind bekannt, bei denen die Ringe ebenfall· verwendet werden können. Es kann z. B. ein dritter Ring zwischen den Ringen 31 und 3Γ mit der doppelter Windungszahl in seiner Detektorspule angeordnet sein Dann können alle drei Spulen in Reihe geschaltet sein die Spulen 64, 64' gleichsinnig in Reihe und die dritte Spule entgegengesetzt in Reihe.
Die Innenöffnungen der geschlitzten Ringe können se geformt sein, daß sie anderen als zylindrischer Gegenständen angepaßt sind. Ein Beispiel ist in F i g. ( gezeigt, wo der geschlitzte Ring 66 eine sechseckige Innenöffnung 67 besitzt, um einen sechseckigen Stab zi prüfen. Unregelmäßige Innenöffnungen sind ebenfall· möglich. In solchen Fällen bleibt der Stromfluß um die öffnung dicht an der Oberfläche des zu prüfender Gegenstandes an allen Punkten ringsum den Umfanf des Gegenstandes, so daß eine einheitliche Empfindlich keit unabhängig von der Stelle des Fehlers erhalter wird. Die Spulen selbst können jedoch einfache kreisförmige Spulen sein.
Eine beträchtliche Zunahme der Robustheit kam
r>> außerdem erhalten werden, wenn die Ringe stan zusammengehalten werden, z. B. durch ein nichtleiten des Abstandsteil, wie später in Verbindung mit der Fig.9 bis 16 beschrieben wird. Gelegentlich besitzet
Stangenmaterial oder Röhren Grate, die in die Spulenanordnung schneiden. Bei herkömmlichen Konstruktionen kann die Anordnung unbrauchbar werden. Es hai sich jedoch gezeigt, daß eine Einkerbung, die in die Innenöffnung eines geschlitzten Rings geschnitten wird, wenig oi';r gar keinen Einfluß auf die Arbeitsweise hai und die Anordnung weiler verwendet werden kann.
Auch wenn in den F i g. 5 und 6 Anordnungen gezeigt sind, die insbesondere für ein Prüfgerät entworfen sind, wie es in F i g. I dargestellt ist, können sie auch für die Verwendung in einer Vergleichsschaltung angepaßt werden, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Dazu kann in F i g. fi eine der Detektorspulen 53, 53' entfernt und die andere geeignet in der Innenöffnung oder an diese angrenzend angeordnet werden, und zwei solche Anordnungen können gemäß F i g. 2 Beschältet werden. In ähnlicher Weise können in Fig.6 die zwei geschlitzten Ringe in getrenntem Aufbau angeordnet und jeweils mit einer eigenen Primärspule versehen sein, wie in Fig. 10 gezeigt ist, die später beschrieben wird. Bei Vergleichsprüfgeräten können für manche Verwendungszwecke längere Innenöffnungen erwünscht sein und die axiale Dicke der geschlitzten Ringe kann dementsprechend gewählt werden.
F i g. 7 zeigt einen geschlitzten leitfähigen Ring 71 mit einem spitz zulaufenden radialen Querschnitt. Eine Spule 72 umschließt den Ring und eine Detektorspule 73 kann in eine Nut in diesem Teil gewickelt sein. Wie im Falle der F i g. 5b erlaubt dieser Aufbau die Verwendung einer Spule 72, die langer ist als die Innenöffnung 74, während ein axial kurzes Magnetfeld in der öffnung beibehalten wird. Experimente zeigen, daß die FluBdichte längs der Achse der Innenöffnung etwas einheitlicher in der öffnung ist als bei einem T-förmigen Querschnitt mit der gleichen Öffnungslänge, wie er bei manchen Anwendungsfällen nützlich sein kann.
Fig.8 zeigt eine Anordnung, die zwei geschlitzte Ringe 75, 75' verwendet, die von einer Erregerspule 76 umschlossen sind, um in den jeweiligen öffnungen 77, 77' gleichgerichtete Magnetfelder zu erzeugen. Ein geschlitzter Detektor-Ring 78, der von einer Detektorspule 79 umschlossen ist, befindet sich zwischen den Ringen 75 und 75'. Sind keine Änderungen in dem Gegenstand 81 vorhanden, liefert die Detektorspule Ausgangssignale konstanter Amplitude, die bei fortlaufender Prüfung ein Gleichspannungsausgangssignal ergeben, das durch die Wechselspannungskopplung ausgeschieden wird, die normalerweise in dem Verstärker verwendet wird, der dem Detektor folgt. Ein Fehler in dem durch die Anordnung laufenden Gegenstand verursacht eine Änderung der Wirbelströme in dem Gegenstand, die eine entsprechende Änderung in dem Detektorspulenausgangssignal erzeugt, die durch die Verarbeitungsschaltungen festgestellt und angezeigt werden kann.
Wenn es erwünscht ist, könnten getrennte Erregerspulen für die Ringe 75 und 75' verwendet und gegeneinander geschaltet werden, um einen Nullausgang in der Detektorspule 79 bei Abwesenheit von Fehlern usw. zu erzeugen. Dann verursacht ein Fehler Änderungen in den Wirbelströmen in dem Gegenstand, die durch die Detektorspule festgestellt werdtn. Es können auch zwei Detektor-Ringe mit zugehörigen Detektorspulen zwischen den Erreger-Ringen 75 und 75' angeordnet und in einer Nullschaltung verbunden sein.
Die Anordnung der F i g. 8 kann in einer Vergleichs-Schaltung und ebenso in einer Fehlerdetektorschaltung verwendet und so angepaßt werden, wie es für die verwendete spezielle Vergleichsschaltung erforderlich ist.
In den F i g. 9 bis 16 ist ein Fehlerprüfgerät dargestellt, das insbesondere für die Prüfung heißer Gegenstände konstruiert ist, z. B. für die Prüfung von Stangen oder Röhren, die von einem Walzwerk kommen. Hier ist die Verwendung von geschlitzten Einwindungsteilen besonders vorteilhaft, da sie leicht mit Wasser gekühlt werden können, um Zerstörungen oder ernsthafte Änderungen in den elektrischen Eigenschaften der zugehörigen Spulen zu verhindern.
Ein Paar geschlitzter Ringe 82, 82' ist von jeweiligen Erregerspulen 83, 83' umschlossen, die länger als die axiale Längt: der Ringe sein können. Die Ringe sind mit Umfangsnuten versehen, in denen jeweils Detektorspulen 84, 84' gewickelt sind. Einer der Ringe ist in den F i g. 11 und 12 getrennt gezeigt. Der Schlitz ist mit 85 bezeichnet und die Innenöffnung mit 86. Die zwei Ringe sind in axiailer Richtung durch ein Abstandsteil 87 getrennt, wie in den Fi g. 13 bis 16 im einzelnen gezeigt ist.
Das Abstandsteil 87 besteht aus isolierendem Material v/ie z. B. aus Glasfasern und ist mit
ringförmigen Nuten 88,88' versehen, die zusammen mit den anliegenden Oberflächen der geschlitzten Ringe Kanäle für das durchströmende Kühlwasser bilden.
In den Fi g. 9 und 10 ist der gesamte Aufbau gezeigt.
J0 Ein dünnwandiges Rohr 89 aus einem geeigneten isolierendem Material, wie z. B. aus Keramik, verläuft durch die Öffnungen und bildet einen Durchgang für den zu prüfenden Gegenstand. Krümmer 91,91' und Röhren 92, 92' bildin die Einlaß- und Auslaßverbindungen für das Kühlwasser. Eine Halterung 93 ist für die Zuleitungen zu den Spulen auf dem Einwindungsteil vorgesehen. Die Zuleitungen sind nicht gezeigt. Es soll geniigen, wenn angegeben wird, daß die Erregerspulen 83, 83' gleichsinnig in Reihe und die Detektorspulen 84, 84' gegeneinander in Reihe geschaltet sin>J, ähnlich der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Anordnung. Der innere Aufbau der geschlitzten Ringe 82, 82' und des Abstandsteils 87 enthält Schrauben 94 und der gesamte Aufbau enthält Platten 95, 95', die durch Schraubbolzen 96 zusammengehalten werden. Nach dem Zusammenbau kann ein isolierender wärmeleitender Stoff, wie z. B. eine Epoxyverbindung 90 eingefüllt werden.
Wie am besten in Fig. 16 zu sehen ist, führt die Einlaßröhn: 92 zu einem Loch 97 in dem Abstandsteil 87 und darauf zu dem ringförmigen Kanal 88. Wasser fließt im Uhrzeigersinn durch den Kanal, wie durch die Pfeile 98 in F i g. Ii 3 angezeigt ist, zu einem Loch 99 durch das Abstandsteil 87, welches den Kanal 88 mit dem Kanal 88' verbindet, wie in den F i g. 13 und 14 zu sehen ist. Ein Stöpsel lOli verläuft durch die Kanäle 88, 88', um eine Wasserströmung zu verhindern. Demzufolge fließt das Wasser durch das Loch 99 zu dem Kanal 88' und durch den Kanal 88' im Gegenuhrzeigersinn zu dem Auslaßloch 102 (F i g. 15) und darauf zu der Auslaßröhre 92'.
Im Betrieb erzeugt ein Wechselstrom oder ein gepulster Strom in den Erregerspulen 83, 83' Wirbelströme in einem (nicht gezeigten) Gegenstand in dem Rohr 89, und Ä nderungen in dem Gegenstand erzeugten Signale in den Detektorspulen 84,84', die in geeigneter Weise für die Anzeige weiterverarbeitet werden, z. B. in der in F i g. 1 dargestellten Weise.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:
1. Wirbelstromprüfgerät für die zerstörungsfreie Prüfung von Gegenständen, mit einer Erregerspule, die einen geschlitzten Ring aus elektrisch leitendem Material umschließt, in dessen Inncnöffnung der zu prüfende Gegenstand eingebracht wird, und der gepulster oder Wechselstrom zum Indizieren von Wirbelstrom in dem zu prüfenden Gegenstand zugeführt wird, und mit einer mindestens eine Detektorspule enthaltenden Detektor- und Anzeigevorrichtung, die auf Änderungen der Wirbelströme anspricht und Änderungen in dem Gegenstand anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen des in dem Ring(31 ;51;31,31';66; 71; IS 75,75'; 82,8?) ausgebildeten Schlitzes einschließlich ihrer Randbereiche über den Schlitz hinweg gegeneinander elektrisch isoliert sind und der Ring einen elektrisch gut leitenden Kern bildet, in dessen äußerer Oberfläche (34) in Abhängigkeit vom Strom in der Erregorspule (36; 52; 63; 72; 76; 83) ein Strom fließt, dem ein in der die !nnenöffnung (32; 55; 32, 32'; 67; 74,86) umschließenden Fläche entgegengerichtet fließender Strom entspricht, der ein Magnetfeld erzeugt, das die Wirbelströme im zu prüfenden Gegenstand induziert
2. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der inneren Oberfläche (32; 55; 32,32'; 67; 74; 77,77'; 86) klein ist im Vergleich zur Entfernung zwischen der Mitte der Innenöffnung und der äußeren Oberfläche (34) des Rings(31?5i;31,31';66;71;75,75';82,82').
3. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß d-.e L.änge der äußeren Oberfläche größer ist ais die Länge der inneren Oberfläche (55; 74) und die Län&i der Erregerspule (52; 72) größer ist als die Länge der Innenöffnung (F ig. 5a, 5b, 7).
4. Wirbelstrompriifgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der ^0 Innenöffnung oder an diese angrenzend ein Paar in axialem Abstand voneinander angeordneter Detektorspulen (53,53') angeordnet ist (F i g. 5a, 5b).
5. Wirbelstrompriifgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar Detektorspulen (53,53') zu einer Nullschaltung verbunden ist
6. Wirbelstrompriifgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar Ringe (31,31'; 82, 82') nebeneinander in gegenseitigem Abstand und mit koaxial zueinander ausgerichteten Innenöffnungen angeordnet sind.
7. Wirbelstrompriifgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Ringe (31, 31') von einer einzigen Erregerspule (63) umschlossen sind (F ig. 6a, 6b).
8. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (82, 82') von getrennten Erregerspulen (83,83') umschlossen sind (Fig. 10).
9. Wirbelstrompriifgerät nach einem der Ansprü- 6ο ehe 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (31, 31'; 82, 82') von verschiedenen Detektorspulen (64, 64'; 84, 84') umschlossen sind, die an eine auf Unterschiede zwischen den in ihnen fließenden Strömen ansprechende Schaltung angeschlossen sind.
10. Wirbelstrompriifgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere !Ringe (71; 31,31'; 82,82') jeweils von einer einzigen IDetektorspule (73;64,64';84,84') umgeben ist oder sind.
11. Wirbelstrom prüfgerät nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ringe (75, 75', 78) nebeneinander und mit-ihren Innenöffnungen zueinander ausgerichtet angeordnet sind, daß wenigstens ein Ring (75,75') von einer Erregerspule (76) umschlossen ist und wenigstens ein anderer Ring (78]i mit einer Detektorspule (79) vergehen ist (F ig. 8).
12. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspulen eines Paares wechselweise aufeinander folgender Ringe jeweils derart strombeaufschlagt sind, daß die Stromflüüse um die jeweiligen Innenöffnungen der Ringe einander entgegengerichtet sind, und daß die Signale der Detektorspule eines Rings zwischen diesem Paar Ringe für die Anzeige verwendet werden.
13. Wiirbelstromprüfgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule jeweils eines zwtschenliegenden Rings strombeaufschlagt ist und die Detektorspulen der auf jeder Seite dieses Rings angeordneten Ringe gegeneinander geschaltet sind, um Signale für die Anzeige zu erzeugen.
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