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Title:
EDDY-CURRENT METHOD FOR NON-DESTRUCTIVE QUALITY CONTROL OF MECHANICALLY HARDENED SURFACES OF AUSTENITIC STEEL TUBES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/031387
Kind Code:
A1
Abstract:
Method for non-destructive quality control of mechanically hardened surfaces of austenitic steel tubes by means of shot peening, in which characteristics that identify the degree of hardening are determined and compared with the characteristics of a reference tube. To achieve this, an eddy-current test is used in the quality control process and the eddy-current signals of the ferromagnetic martensite that is produced during the hardening is evaluated as the identifying characteristic of said hardening.

Inventors:
INVERNICI RICARDO (IT)
NEMBRINI IVAN (IT)
Application Number:
PCT/DE2007/001459
Publication Date:
March 20, 2008
Filing Date:
August 13, 2007
Export Citation:
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Assignee:
MANNESMANN DMV STAINLESS GMBH (DE)
INVERNICI RICARDO (IT)
NEMBRINI IVAN (IT)
International Classes:
G01N27/90; C21D7/06; G01N33/20
Foreign References:
GB1472446A1977-05-04
US20060082366A12006-04-20
Other References:
BERNS H ET AL: "STEIGERUNG DER HAERTE NICHTROSTENDER MARTENSITISCHER STAEHLE", HTM HAERTEREI TECHNISCHE MITTEILUNGEN, CARL HANSER VERLAG, MUNCHEN, DE, vol. 59, no. 2, 2004, pages 87 - 97, XP001192841, ISSN: 0341-101X
LOIS A ET AL: "Assessment of martensite content in austenitic steel specimens by eddy current testing", INSIGHT-NON-DESTRUCTIVE TESTING AND CONDITION MONITORING BRITISH INST. NON-DESTRUCTIVE TESTING UK, vol. 48, no. 1, January 2006 (2006-01-01), pages 26 - 29, XP002459422, ISSN: 1354-2575
MIKHEEV M N ET AL: "An electromagnetic method of determining strain martensite in corrosion-resisting steels", SOVIET JOURNAL OF NONDESTRUCTIVE TESTING USA, vol. 21, no. 10, October 1985 (1985-10-01), pages 708 - 711, XP002459423, ISSN: 0038-5492
MAKAROV A V ET AL: "Eddy-current evaluation of wear resistance of case-hardened chromium-nickel 20KhN3A steel", RUSSIAN JOURNAL OF NONDESTRUCTIVE TESTING KLUWER ACADEMIC/CONSULTANTS BUREAU USA, vol. 37, no. 2, February 2001 (2001-02-01), pages 136 - 144, XP002459424, ISSN: 1061-8309
Attorney, Agent or Firm:
MEISSNER , Peter E. et al. (Hohenzollerndamm 89, Berlin, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Verfahren zur zerstörungsfreien Qualitätskontrolle, insbesondere durch Kugelstrahlen mechanisch verfestigter Oberflächen austenitischer Stahlrohre, bei dem der Grad der Verfestigung identifizierender Merkmale ermittelt und mit denen eines Referenzrohres verglichen werden dadurch gekennzeichnet, dass zur Qualitätskontrolle die Wirbelstromprüfung verwendet wird und als identifizierendes Merkmal der Verfestigung die Wirbelstromsignale des bei der Verfestigung entstehenden ferromagnetischen Martensits ausgewertet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Qualitätskontrolle kontinuierlich durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass für die Wirbelstromprüfung das Mehr- oder Multifrequenz- Verfahren eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Beurteilung der gemessenen Wirbelstromsignale anhand von zuvor ermittelten Schwellwertsignalen erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4 dadurch gekennzeichnet, dass die eingestellten Frequenzen zwischen 6 Hz und 8 kHz liegen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5 dadurch gekennzeichnet,

dass aus dem Abgleich der Soll-Ist-Messsignale ein Steuersignal abgeleitet wird, welches der Steuerung einer Sortier- oder Markiereinrichtung zugeleitet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6 dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Abgleich der Soll-Ist-Messsignale ein Steuersignal abgeleitet wird, welches zur Steuerung der Prozessparameter der Kugelstrahleinrichtung verwendet wird.

Description:

WIRBELSTROM-VERFAHREN ZUR ZERSTöRUNGSFREIEN QUALITäTSKONTROLLE MECHANISCH VERFESTIGTER OBERFLäCHEN AUSTENITISCHER STAHLROHRE

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Qualitätskontrolle, insbesondere durch Kugelstrahlen mechanisch verfestigter Oberflächen austenitischer Stahlrohre, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Austenitische Stahlrohre, die z. B. als Wärmetauscherrohre in Kraftwerken verwendet werden, unterliegen hohen thermischen und fallweise hohen chemischen und mechanischen Beanspruchungen. Derartige Stähle zeichnen sich deshalb insbesondere durch eine hohe Festigkeit bei erhöhten Einsatztemperaturen aus.

Zur Verbesserung des Oxidationsverhaltens, insbesondere zur Begünstigung des Aufbaus chromreicher Oxidschichten anstelle eisenreicher Oxidschichten, wird die Innenoberfläche durch Kugelstrahlen mit artgleichem Werkstoff an der Rohrinnenwand kaltverformt, wodurch Verformungsmartensit gebildet und eine Kornfeinung verbunden mit einer erhöhten Korngrenzendichte erzielt wird.

Diese Effekte bewirken einerseits eine Erhöhung der Härte, die zur Prozesskontrolle herangezogen wird, und erhöhen außerdem die Diffusionsgeschwindigkeit von Chrom im oberflächennahen Bereich im Rohrinnern. Diese Vorteile können beispielsweise bei Rohren die als überhitzerrohre im Kessel kohlebefeuerter Kraftwerke eingesetzt werden genutzt werden.

Die Qualitätskontrolle von kugelgestrahlten Rohrinnenoberflächen austenitischer Stahlrohre geschieht dabei bislang üblicherweise über eine zerstörende Prüfung indirekt über eine Härtemessung an aus dem Rohr herausgeschnittenen Proben.

Die Härtesteigerung in den verfestigten Werkstoffen wird dabei als Kriterium für den Grad der Verfestigung herangezogen.

AIs Qualitätskriterium wird z. B. vorgegeben, dass ausgehend von der Rohrinnenoberfläche bis zu einer Tiefe von 40 μm eine Härtesteigerung von 100 HV1 erreicht sein muss. Die Nachteile einer solchen Qualitätsprüfung liegen auf der Hand. Die Qualitätsprüfung der Rohre kann nur außerhalb der Fertigungskette des Rohres und aus Gründen eines möglichst kontinuierlichen Fertigungsflusses auch nur stichprobenartig durchgeführt werden. Mögliche Qualitätsmängel, die zwischen den Stichproben aufgetreten sind, werden daher nicht erkannt. Auch Qualitätsmängel nach dem Kugelstrahlen werden nicht sofort erkannt, wodurch die Quote der Nacharbeit steigt.

Die zerstörende Qualitätsprüfung über Härtemessungen ist deshalb einerseits sehr zeit- und kostenaufwendig, andererseits unter Fertigungs- und Qualitätssicherungsaspekten verbesserungswürdig.

Zwar sind grundsätzlich zerstörungsfreie Prüfverfahren zur Qualitätskontrolle gestrahlter Oberflächen bekannt (US 4,893,490, DE 36 15560 A1 , DE 100 55 974 C1 , DE 103 32 713 B3), diese geben aber keine Angaben über Möglichkeiten den Grad der Verfestigung in Wanddickenrichtung zu ermitteln und sind schwer oder gar nicht in den laufenden Ferti- gungsprozess integrierbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur zerstörungsfreien Qualitätskontrolle insbesondere durch Kugelstrahlen mechanisch verfestigter Oberflächen austenitischer Stahlrohre anzugeben, welches einerseits qualitätssicher eine 100%-ige Prüfung erlaubt und andererseits in einen kontinuierlichen Fertigungsprozess integrierbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Hauptaufgabe dadurch gelöst, dass zur Qualitätskontrolle die Wirbelstromprüfung verwendet wird und als identifizierendes Merkmal der Verfestigung, die Wirbelstromsignale des bei der Verfestigung entstehenden ferromagnetischen Martensits ausgewertet werden.

Bei der an sich bekannten Wirbelstromprüfung von Werkstoffen wird einem zu prüfenden, elektrisch leitfähigen Prüfkörper mit einer Prüfsondenanordnung über einen angelegten Wechselstrom ein zeitlich veränderliches Magnetfeld aufgeprägt, durch das Wirbelströme induziert werden.

Letztere erzeugen ein magnetisches Gegenfeld, das Signalspannungen in der Prüfsondenanordnung induziert. Diese liefert ein Ausgangssignal, das in Amplitude und Phase durch die Materialeigenschaften des Prüfkörpers beeinflusst wird.

Bei umfangreichen Untersuchungen zum Einsatz der Wirbelstromprüfung bei der Qualitätskontrolle kugelgestrahlter Oberflächen an austenitischen Stahlrohren hat sich überraschend herausgestellt, dass die Amplituden- und Phasenveränderuπg der Wirbelstromsignale unmittelbar mit dem Anteil des bei der Verfestigung des Austenits entstehenden ferromagne- tischen Martensits korreliert. Je nach Größe des Martensitanteils werden dabei die gemessenen Wirbelstromsignale in ihrer Amplitude und Phasenlage unterschiedlich verändert und lassen sich so eindeutig dem Grad der Verfestigung zuordnen.

Unter vorteilhafter Verwendung des Mehrfrequenz-Wirbelstromverfahrens ist es danach möglich, nicht nur eine GUTVSCHLECHT-Aussage bei der Auswertung der gemessenen Signale zu erhalten, sondern es ist ebenfalls möglich, eine quantitative Charakterisierung im Sinne einer Schwellwerteinhaltung durchzuführen, was die Nacharbeitsquote zusätzlich senkt.

Hierbei wird der unter „Skin-Effekt" bekannte Effekt ausgenutzt, dass die Eindringtiefe des Wirbelstroms in den Werkstoff mit kleiner werdender Frequenz zunimmt, d. h., es ist der Grad der Verfestigung in Wanddickenrichtung ermittel- und einer Schwellwertberechnung zuführbar.

Vorteilhaft liegen die eingestellten Frequenzen zwischen 6Hz und 8 kHz.

Der Vorteil der Wirbelstramprüfung im Vergleich zur bislang durchgeführten Qualitätskontrolle über Härtemessungen liegt darin, dass diese Prüfung einfach, problemlos und kostengünstig in den Fertigungsprozess integrierbar ist und eine dokumentierte 100%-ige Kontrolle der Rohre zulässt. Hierbei erfolgt die Prüfung im so genannten Spulendurchlaufverfahren. Eventuell aufgetretene Qualitätsmängel werden zeitnah detektiert, so dass Abhilfemaßnahmen unmittelbar eingeleitet werden können. Wodurch die Nacharbeitsquote deutlich verringert und die Fertigungskosten gesenkt werden.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass so die Zahl der Reklamationen gesenkt und die Kundenzufriedenheit gesteigert wird.

Zur Beurteilung der gemessenen Wirbelstromsignale ist es erforderlich, diese mit den Signalen eines Referenzrohres zu vergleichen. Hierzu wird zunächst ein Abgleich der Härtemessungen mit den charakteristischen Wirbelstromsignalen an Gutrohren vorgenommen und

diese Referenzsignale mit den ermittelten Schwellwerten einer Mess- und Auswerteeinheit zugeführt.

Um Einflüsse, beispielsweise aus unterschiedlicher Legierungszusammensetzung oder elektrischer Leitfähigkeit, auf die Wirbelstromsignale auszugleichen, ist es vorteilhaft, zunächst an verschiedenen Chargen Referenzmessungen durchzuführen und den daraus gebildeten Mittelwert als Vergleichssignal heranzuziehen. Mit der Mittelwertbildung können die üblichen Schwankungsbreiten der das Werkstück charakterisierenden Merkmale besser erfasst werden, wodurch die Aussagegenauigkeit der Messergebnisse verbessert wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird aus dem Abgleich der Soll-Ist-Mess- signale in der Mess- und Auswerteeinheit ein Steuersignal abgeleitet, das z. B. einer Sortieroder Markiereinrichtung zugeleitet wird, in der nicht ordnungsgemäß kugelgestrahlte Rohre aussortiert oder markiert werden, die dann einer Nacharbeitsstation zugeführt werden können.

In einer weiter verbesserten Ausführung des Verfahrens wird bei einer festgestellten Abweichung der Ist-Werte von den Soll-Werten ein Steuerungssignal an die Kugelstrahleinrichtung geleitet, das die Prozessparameter korrigiert.

Das erfϊndungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand einer schematischen Darstellung in der einzigen Figur näher erläutert.

Im Prüfabschnitt einer nicht näher dargestellten Fertigungsstraße wird ein an der Rohrinnenseite kugelgestrahltes Rohr 1 durch eine Messspule 3 in Richtung des Pfeils 6 transportiert, wobei die das Rohr 1 identifizierenden Ist-Werte in Form von Messsignalen an eine Mess- und Auswerteeinheit 5 weitergegeben werden.

Vorteilhaft wird hier das Mehrfrequenz- oder M ultifrequenz- Wirbelstromprüfverfahren eingesetzt, mit dem der Vorfertigungsgrad in Wanddickenrichtung ermittelt werden kann.

Die Messsignale von an einem Referenzrohr 2 mit einer Referenz-Messspule 4 durchgeführten Vergleichsmessungen werden als Soll-Werte in der Mess- und Auswerteeinheit 5 abgespeichert, so dass ein Soll-Ist-Abgleich vorgenommen werden kann.

Aus dem Abgleich der Soll-Ist-Messsignale wird in der Mess- und Auswerteeinheit 5 ein Steuersignal abgeleitet, das z. B. einer hier nicht dargestellten Sortier- oder Markiereinrich-

tung zugeleitet wird, in der nicht ordnungsgemäß kugelgestrahlte Rohre aussortiert oder markiert werden, die dann einer Nacharbeitsstation zugeführt werden können.

Bezugszeichenliste