DGZfP-JAHRESTAGUNG 2002

ZfP in Anwendung, Entwicklung und Forschung

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Wirbelstromprüfung am heißen Walzdraht - ein Anwendungsbeispiel aus der Praxis

B. Bäcker, Saarstahl AG Neunkirchen, D. Sy, Institut Dr. Förster Reutlingen
Kontakt: B. Bäcker

Die zerstörungsfreie Prüfung der Oberfläche von Walzdraht oder Stabstahl während des Produktionsprozesses bei Temperaturen über 1200° C und Prüfgeschwindigkeiten bis 120 m/s ist seit vielen Jahren erfolgreich im Einsatz. Die Wirbelstromprüfung mittels Durchlaufspulen in Differenzschaltung bietet neben der Detektierung einzelner Fehler auch die Möglichkeit Veränderungen und Unregelmäßigkeiten während des Walzprozesses festzustellen, rechtzeitig zu reagieren, die Ursache zu lokalisieren und zu beseitigen, bevor weitere fehlerhafte Produkte gefertigt werden. Die Möglichkeit einer 100% - Prüfung des Endproduktes ist bei Draht im Gegensatz zu Stabstahl nicht möglich. Der automatischen Prüfung von Stabstahl steht bei dem Produkt Draht eine manuelle Stichproben-Prüfung (Stauchversuch oder Magnetpulverprüfung) der Drahtenden gegenüber. Aus diesem Grund ist die 100% Online-Prüfung eine wichtige Weiterentwicklung der Qualitätssicherung des Produktes Draht.

Fig 1:

Prüfparameterverwaltung

Fig 2:

Die Einstellung der Heißdrahtprüfung erfolgt vollautomatisch. Für jede Stahlsorte und Abmessung existiert ein Prüfparametersatz der über einen Prüfschlüssel bei jedem neuen Drahtlos von einem übergeordneten HOST-Rechner geladen wird. Dieser Prüfschlüssel setzt sich aus einer Qualitätsgruppe und der Drahtabmessung zusammen. In dem Prüfparametersatz sind die einzelnen Prüfparameter (Empfindlichkeiten, Fehlerschwellen, Auswertealgorithmen, Wichtungsfaktoren usw.) hinterlegt. Die Walz- und Prüfgeschwindigkeit wird direkt von dem Rechner der Walzstraße übernommen.

Prüfung

Die Prüfung wird bei Temperaturen oberhalb des Curie-Punktes durchgeführt, damit bei ferromagnetischen Materialien Störsignale durch Permeabilitätsschwankungen ausgeschlossen sind.

Zur Klassifizierung des Drahtringes wird der ausgewalzte Vorblock in ca. 100 Sektionen unterteilt. Die Sektionslänge ist von der Endabmessung abhängig. Jede Sektion wird wiederum in KBE's (kleinste Bewertungseinheiten) von 10 mm Länge aufgeteilt.

Fig 3: Fig 4:

Die Fehlersignalaufnahme erfolgt über drei Fehlerschwellen denen verschiedenen Bildschirmhöhen zugeordnet sind. Die HOT-ROD-Software errechnet für jede Sektion einen Qualitätsindex SQI. Es besteht die Möglichkeit bei entsprechender Wichtung der Fehlerschwellen bei einem Fehlerereignis/ KBE die Sektion als fehlerhaft zu bewerten.

Beispiel:
Prüfschlüssel: A330

A= Automatenstahl

330= Abmessung 33,0 mm.

Sektionslänge = 3 m

KBE= 10 mm

Eine Sektion besteht aus 300 KBE's

Ist der Wichtungsfaktor in den einzelnen Fehlerschwellen z.B. 300, erhöht ein Fehler pro Sektion den SQI um 1.

SQI = 1 + (Faktor x F1) + (Faktor x F2) + (Faktor x F3)

Das Produkt Automatenstahl wird in der weiteren Verarbeitung beim Kunden von dem Drahtring auf Blankstäbe gezogen. Die Standardziehlänge beträgt 3 Meter, somit führt ein einziges Fehlerereignis zum Ausfall des Drahtringes.

Zur Berechnung des Qualitätsindex RQI des gesamten Drahtringes gibt es zwei unterschiedliche Möglichkeiten.

Aus dem Verhältnis der Anzahl fehlerhafter Sektionen zur Anzahl aller Sektionen über die gesamte Drahtlänge wird über eine vorgegebene Tabelle eine Qualitätszahl berechnet.

Die andere Bewertungsmöglichkeit besteht darin sich aus den einzelnen Sektionsindexzahlen das arithmetische Mittel berechnen zu lassen.

Zur Optimierung der Heißdrahtprüfung ist neben der Auswahl der richtigen Prüfparameter auch eine Anpassung des Gebersystems an die Gegebenheiten der Walzstraße erforderlich. Voraussetzung zur Minimierung von Pseudofehlern ist eine exakte und vibrationsfreie Führung des Walzdrahtes durch die der Dimension angepasste Prüfspule. Eine optimale Drahtführung ist nach unseren Erfahrungen nur mit Rollenführungen zu gewährleisten.

Eine Funktionskontrolle der Prüfspule und des gesamten Systems vor Einsatz ist Vorraussetzung für die Qualitätssicherung und den reibungslosen Ablauf der Prüfung. Neben der eigentlichen Prüfmittelkontrolle ist ein Empfindlichkeitsnachweis der betreffenden Spule erforderlich. Zur Ermittlung dieser Einstellung werden Testrohre mit künstlichen Fehlern (Bohrungen) in eine Testeinrichtung eingebracht. Diese Teststangen müssen in ihren Wirbelstromeigenschaften dem heißen Prüfmaterial entsprechen. Die Testeinrichtung besteht aus dem Gebersystem T 60, einer entsprechen Heißdrahtspule, Ein -und Auslaufdüsen und einem Verfahrschlitten. Die Testrohre werden mit einer konstanten Geschwindigkeit in der Testeinrichtung bewegt. Der eingebrachte Testfehler erzeugt bei jedem Spulendurchlauf ein Signal mit definierter Empfindlichkeit.

Fig 5:

Prüfergebnisdarstellung

Hot-Rod bietet die Möglichkeit der Visualisierung verschiedener Prüfergebnisse.

  1. Online-Anzeige (z.z. geprüfter Draht, Information der Fehlerhäufigkeit pro Sektion über die gesamte Drahtlänge)
  2. Trend über Drähte (frei wählbare Anzahl der zuletzt geprüften Drähte, Überwachung des Produktionsprozesses und Festellung von Veränderungen und Unregelmäßigkeiten)
  3. Angewählter Draht (Sektionsbezogene Darstellung eines geprüften Drahtes, wichtige Information für Nachrevision über Fehlerlage)
  4. Histogram (Verteilung der RQI's pro Prüflos, Beurteilung der Qualität über größeren Zeitraum)

Das Abspeichern von Prüfergebnissen erfolgt in einer ACCESS-Datenbank. In diese Datenbank werden alle Prüfergebnisse einer Kalenderwoche abgelegt. Wöchentlich wird von dem Prüfsystem automatisch ein neuer Ordner mit der nächsten KW erstellt. Diese Form der Datensicherung bietet die Möglichkeit einer lückenlosen Prüfergebnisdarstellung schon geprüfter Aufträge bis hin zum einzelnen Drahtring.

Fig 6:

Nach der Walzung wird an dem einzelnen Drahtring eine visuelle Endkontrolle durchgeführt. Mit der Hot-Rod-Software hat der Prüfer die Möglichkeit sich die Fehlerverteilung über die gesamte Drahtlänge für den betreffenden Draht darstellen zu lassen. Bei einem positiven Endergebnis erfolgt zur Vermeidung von mechanischen Transportbeschädigungen eine Direktverladung auf dem Bahnweg oder mit dem LKW. Ein negatives Ergebnis hat weitere Untersuchungen zur Folge. Diese Untersuchungen dienen der Fehlerursachenforschung. Eine Einteilung in Vormaterialfehler (Kantenbrüche, Spannungsrisse), und Fehler die während des Walzprozesses (periodischen Fehler durch def. Walzen, Rollenführungen) entstanden sind, ist durch die Kombination von der Heißdrahtprüfung und dem metallografischen Befund möglich und ein wichtiges Hilfsmittel zur Qualitätsverbesserung.

Fig 7: Halbzeugfehler

Fig 8: Brüche aufgrund falscher Temperaturverläufe


Fig 9:
Rollenkastendefekt

STARTHerausgeber: DGfZPProgrammierung: NDT.net