NITSCHE, Stefan (Wennemannstraße 19, Mülheim, 45475, DE)
GERMES, André (Lichtenbroicher Weg 183, Düsseldorf, 40472, DE)
KAACK, Michael (Uhlenbrinkstraße 15, Bochum, 44801, DE)
NITSCHE, Stefan (Wennemannstraße 19, Mülheim, 45475, DE)
GERMES, André (Lichtenbroicher Weg 183, Düsseldorf, 40472, DE)
| Patentansprüche 1 Verfahren zur automatisierten Messung der Restfeldstarke von aufmagnetisierten ferromagnetischen Werkstucken, insbesondere von Rohren aus Stahl, wobei mit einer Messsonde das stimseitig am Rohrende austretende magnetische Restfeld gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle einer direkten stirnseitigen Messung der Restfeldstarke der Verlauf mindestens einer Magnetfeldkomponente an der außenseitigen Oberflache des Rohres mindestens im Bereich der Rohrenden und über die Rohrenden hinaus gemessen wird und auf Basis vorher ermittelter Korrelationen zwischen der stirnseitig gemessenen und an der Rohroberflache gemessenen Restfeldstarke auf die stimseitig vorhandene Restfeldstarke geschlossen wird Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwei Magnetfeldkomponenten ausgewertet werden Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldkomponenten in radialer und axialer Richtung des Rohres ausgewertet werden Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3 dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung der zeitliche Verlauf des jeweiligen Wertemaximums herangezogen wird Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass zusatzlich der charakteristische Kurvenverlauf der Messwerte als Ganzes zur Auswertung herangezogen wird |
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Messung der Restfeldstärke von aufmagnetisierten ferromagnetischen Werkstücken, insbesondere von Rohren aus Stahl, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Die Fehlerprüfung von Stahlrohren wird oft mit Hilfe magnetischer Verfahren oder mit magnetinduktiven Verfahren unter Verwendung einer Vormagnetisierung durchgeführt. Dabei sind anschließend magnetische Restfelder im Prüfling vorhanden, deren Stärke und Richtung abhängig sind von der genauen Ausführung der Prüfung und den Werkstoffeigenschaften. Ungewollte Aufmagnetisierungen können jedoch auch bei der Rohrherstellung, bei der Weiterverarbeitung und beim Transport der Rohre entstehen.
Magnetische Restfelder können für die Weiterverarbeitung beim Kunden störend sein und sollten daher entsprechend gering gehalten werden.
Insbesondere im Bereich der Rohrenden sind diese magnetischen Restfelder sehr störend, weil der beim Aneinanderschweißen der Rohre entstehende Lichtbogen von diesen magnetischen Restfeldern ungünstig beeinträchtigt wird. Bei zu starken Restfeldern an der Stirnfläche der Rohrenden kommt es zu Ablenkungen des Lichtbogens, so dass ein Verschweißen erschwert oder sogar unmöglich wird.
Aus vorgenanntem Grund gibt es Kundenanforderungen die eine Entmagnetisierung eigentlich noch tolerierbarer magnetischer Restfeldstärken an den Rohrenden notwendig machen.
Um den Erfolg des Absenkens der magnetischen Restfelder unter einen vorgegebenen Wert kontrollieren zu können, ist eine Messung der magnetischen Restfelder am Rohr notwendig. Üblicherweise werden dazu die magnetischen Restfelder mit Handmessgeräten, wie z. B. Hallsonden, an der Stirnfläche des Rohres gemessen. Grundsätzlich ist die Verwendung von Geräten zur Messung von Magnetfeldern (Gaußmeter) beispielsweise aus der OS 2 238 012 bekannt und zur Bestimmung von magnetischen Restfeldern an Rohren durchaus üblich. Zur Messung des Restfeldes wird dazu eine kalibrierte Hallsonde auf die Stirnfläche des Rohrendes aufgesetzt.
Nachteil dieses Messverfahren ist, dass die Messung an der Stirnfläche aus konstruktiven Gründen nur schwer mit vertretbarem Kostenaufwand automatisiert werden kann.
Teilweise werden freistehende Magnetfeldsonden zur automatischen Messung von vorbei bewegten Rohren verwendet. Diese Messungen sind jedoch nicht sehr aussagekräftig, weil dafür eine kontaktierende Messung der Rohre notwendig wäre, die aber wegen des hohen Risikos der Beschädigung durch das vorbei laufende Rohr unterbleibt.
Zudem ist die Realisierung eines genau definierten Abstandes zur Stirnfläche des Rohres bei bewegten Rohren nur schwer möglich. Variationen der Signale können daher nicht eindeutig Änderungen der Restfeldstärke zugeordnet werden, denn Ursache könnte auch eine ungewollte Änderung des Abstandes der Sonde zur Stirnfläche des Rohres sein. Die Signalstärke nimmt mit zunehmendem Abstand deutlich ab, wodurch die Auswertbarkeit der Messergebnisse stark erschwert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur automatisierten Messung der Restfeldstärke von aufmagnetisierten ferromagnetischen Werkstücken, insbesondere von Rohren aus Stahl, anzugeben, mit dem eine stirnseitig am Rohrende vorhandene Restfeldstärke kostengünstig, schnell, einfach und reproduzierbar ermittelt werden kann.
Diese Aufgabe wird nach dem Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Nach der Lehre der Erfindung wird anstelle einer direkten stirnseitigen Messung der Restfeldstärke der Verlauf mindestens einer Magnetfeldkomponente an der außenseitigen Oberfläche des Rohres mindestens im Bereich der Röhrenden und über die Rohrenden hinaus gemessen und auf Basis vorher ermittelter Korrelationen zwischen der stirnseitig und an der Rohroberfläche gemessenen Restfeldstärke auf die stirnseitig vorhandene Restfeldstärke geschlossen. Das Verfahren besteht darin, dass zunächst tatsächlich eine Messung stirnseitig und an der Rohroberfläche erfolgt und darauf rechnerisch eine Korrelation abgeleitet wird, wobei dies vorher an Proberohren geschieht.
Diese rechnerisch ermittelte Korrelation wird dann bei der eigentlichen Prüfung der Rohre aus der Produktion angewandt, so dass ohne Messung an der Stirnseite aus der Messung an der Rohroberfläche auf die Restfeldstärke an der Stirnseite geschlossen werden kann.
Auf Basis dieser Messwerte kann dann z. B. über vorher ermittelte und in einem Rechnersystem hinterlegte Korrelationskurven auf die stirnseitig am Rohr vorhandene Restfeldstärke umgerechnet werden.
Der Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens liegt darin, dass auf sehr kostengünstige und einfache Weise die Restfeldstärke an der Oberfläche des Rohres automatisiert gemessen werden kann und es zudem konstruktiv sehr einfach zu realisieren ist, da die Messungen problemlos während des Rohrtransportes z. B. über stationär oberhalb der Rohroberfläche angeordnete Messsonden durchgeführt werden können.
Mögliche Beschädigungen der Messsonden während des Rohrtransports werden durch die Einstellung eines definierten Abstandes zur Rohroberfläche sicher vermieden.
Aufgrund des vorab definiert eingestellten Abstandes zur Rohroberfläche, sind die Ergebnisse reproduzierbar und damit von hoher Aussagekraft. Eine präzise Führung der Sonden auch vor und hinter dem Rohr sollte auf jeden Fall gewährleistet werden.
Für die Auswertung der Feldstärkesignale hat sich als notwendig herausgestellt, die Messungen über das Rohrende hinaus durchzuführen, da die Signale dort charakteristischen Änderungen unterliegen, die für die Auswertung hervorragend genutzt werden können.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beschränkt sich zur weiteren Steigerung der Aussagegenauigkeit die Messung und Auswertung nicht nur auf eine Magnetfeldkomponente, sondern es werden zwei Komponenten, insbesondere die radiale und axiale Komponente, herangezogen.
Die Messung geschieht in diesem Fall mit zwei separaten Messsonden. Es ist zwar grundsätzlich auch möglich, die Umfangskomponente der Feldstärke des magnetischen Feldes auszuwerten, es hat sich aber gezeigt, das diese im Gegensatz zur radialen und axialen Komponente zu geringe auswertbare Signalcharakteristika besitzt.
Für die Auswertung der Signale hat es sich als günstig erwiesen, den zeitlichen Verlauf des jeweiligen Wertemaximums und falls erforderlich zusätzlich den charakteristischen Kurvenverlauf der Messwerte als Ganzes zur Auswertung heranzuziehen.
Sollte während der Messung mit zusätzlich einwirkenden äußeren Feldern, z. B. von einer vorhandenen Entmagnetisierungsspule, gerechnet werden, so können diese Einflüsse vorteilhaft mit Hilfe einer geeigneten Abschirmung und mit analogen oder digitalen Filtern im Signalpfad ausgeschlossen werden.
Wenngleich das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere zur automatisierten Messung der Restfeldstärke an Rohrenden, entwickelt wurde, ist es jedoch grundsätzlich auch für jede andere Art von ferromagnetischen Werkstücken geeignet, bei denen ähnliche Probleme bei der stirnseitigen Messung vorhanden sind, wie z. B. bei Blechen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der dargestellten Figuren.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messverfahrens zur Messung der magnetischen Restfeldstärke an der
Rohroberfläche,
Figur 2 einen Messschrieb der verschiedenen Komponenten der magnetischen
Restfeldstärke.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausfiihrungsform des erfindungsgemäßen Messverfahrens zur Messung der magnetischen Restfeldstärke an der Rohroberfläche.
Ein Rohr 1 weist ein magnetisches Restfeld 4 auf, welches u. a. an der Stirnfläche 2 des Rohres 1 als axial gerichtetes Magnetfeld 5 austritt und dort mittels einer entsprechenden Messsonde 3 nach dem Stand der Technik im Normalfall nur manuell gemessen werden kann.
Da die stirnseitige Messung während des Rohrtransports automatisiert nur schwer und nicht exakt durchgeführt werden kann, wird die Messung erfindungsgemäß jetzt an der Rohraußenoberfläche durchgeführt.
Hierzu ist die Messsonde 3 in einem definierten Abstand von der Außenoberfläche des Rohres 1 fest positioniert angeordnet, so dass die magnetische Restfeldstärke des Rohres 1 auch während des Transportes, z. B. über einen Rollgang, auf einfache Weise automatisiert über die gesamte Rohrlänge erfolgen kann.
Figur 1 zeigt auch, dass die magnetischen Feldlinien des magnetisches Restfeldes 4 nicht nur in axialer Richtung an der Stirnfläche des Rohres austreten, sondern davon ausgehend sich bogenförmig bis zum anderen Ende erstrecken. Die in radiale 6, axiale 7 und in Umfangskomponente 8 aufteilbaren Magnetfeldlinien werden erfindungsgemäß in einem Abstand von der Rohraußenoberfläche separat erfasst und ausgewertet.
Über Korrelationsmessungen zwischen der stirnseitig gemessenen Restfeldstärke und den an der Außenoberfläche des Rohres 1 ermittelten Feldstärken der einzelnen Komponenten, kann anschließend auf die stirnseitig vorliegende Restfeldstärke geschlossen werden.
Auf Basis der gemessenen Restfeldstärken kann dann auf einfache Weise, z. B. über vorher ermittelte und in einem Rechnersystem hinterlegte Korrelationskurven, auf die stirnseitig am Rohr vorhandene Restfeldstärke umgerechnet werden.
Vorteilhaft werden dafür für verschiedene Rohrdurchmesser und Werkstoffe vorab Messungen durchgeführt und die Werte in einer Datenbank gespeichert.
In Figur 2 ist ein Messschrieb für den Signalverlauf der verschiedenen Komponenten der magnetischen Restfeldstärke dargestellt. Hier ist zu sehen, dass wesentliche Beiträge zu den Magnetfeldern an der Außenoberfläche des Rohres erst hinter dem Lichtschrankensignal, d. h. hinter dem Rohrende bzw. vor dem Rohranfang, zu finden sind. Daher ist eine präzise Führung der Sonden auch hier sicherzustellen. In den Messkurven zeigen sich bestimmte Charakteristika, insbesondere eine Stufe am Ende des Rohres in der radialen und in der axialen Komponente, die zur Auswertung herangezogen werden können. Die Umfangskomponente der magnetischen Feldstärke hingegen weist keine auswertbaren Merkmale auf und bleibt deshalb unberücksichtigt.
Bezugszeichenliste
Next Patent: SLIDING VANE PUMP