(WT3-14) – Wirbelstromverfahren

In diesem Kursabschnitt wenden wir uns dem Thema Magnetinduktive Verfahren zu. Alternativ spricht man hier auch von Wirbelstromverfahren.

“Das Wirbelstromverfahren dient als zerstörungsfreies Prüfverfahren zur Fehlersuche in Werkstoffen mit Hilfe von Induktivitäten.”

“Das Wirbelstromverfahren zählt ebenfalls zu den zerstörungsfreien Prüfverfahren und erlaubt eine Weiterverwendung des Bauteils nach Abschluss der Prüfung und lässt sich automatisieren.”

Wirbelstromverfahren – Grundlagen

Anders als bei Magnetpulverfahren (kommender Kurstext) bei denen die Wirkung von Kraftlinien eines ferromagnetischen Prüflings genutzt wird um Oberflächenrisse zu lokalisieren, beruhen induktive Verfahren darauf, dass ferromagnetische und nicht ferromagnetische Bauteile, welche in ein elektrisches Wechselfeld gebracht werden, letzteres messbar beeinflussen können.

Der Vorgang basiert darauf, dass das Magnetfeld einer Prüfspule (Wechselstrom) im zu prüfenden Bauteil Wirbelströme entstehen lässt, die dann eine Rückkopplung zur Spule erzeugen.

Mit Hilfe der richtigen Messinstrumente lässt sich diese Rückwirkung erfassen und messen.

In der nachfolgenden Abbildung ist das Prinzip des Wirbelstromverfahren schematisch dargestellt. Der Hauptbestandteil bei diesem Prüfgerät ist das Spulensystem (Spule mit Sensor), welches magnetische Feldlinien auf das Prüfobjekt induziert. Auf dem Bauteil kommt es infolgedessen zu einer Bildung von Wirbelströmen.

Wirbelstromverfahren - Prinzip — Wirbelstromverfahren – Prinzip

Messgrößen

Vorteil dieses Verfahrens ist, dass ausgewählte Eigenschaften daraus abgeleitet werden können. Hierzu zählen:

Elektrische Leitfähigkeit,
chemische Zusammensetzung,
Fehlstellen, Gitterstörungen,
magnetische Permeabilität (Durchlässigkeit),
Zustand infolge einer Wärmebehandlung.

Schweinwiderstand – Formel

Speziell die Elektrische Leitfähigkeit sowie der Umkehrwert, also der Widerstand (Scheinwiderstand = Impedanz), können formal erfasst werden:

$\boxed{ R_S = \sqrt{R^2 + (\omega \cdot l)^2} }$

Kennzahlen

$\boxed{ R_S =}$ Scheinwiderstand

$\boxed{ R = }$ Widerstand

$\boxed{ \omega \cdot l = }$ Induktivität

Vorteil gegenüber dem Magnetpulververfahren

Anders als beim Magnetpulverfahren, welches oberflächennahe Fehler sichtbar macht, können mit dem Wirbelstromverfahren auch Fehler in tieferen Langen nachgewiesen werden.

Gleiches gilt für heterogene oder mehrschichtige Bauteile. Hier ermittelt das magnetinduktive Verfahren ganz problemlos die Schichtdicken von metallischen sowie nichtmetallischen Schichten.

Ablauf

Vor Beginn der Prüfung muss die Prüfspule justiert werden. Diese Kalibrierung erfordert ein, dem Bauteil exakt geometrisch gleichendes, Muster. Danach wird diese Muster durch das Bauteil ersetzt.

Bei diesem kontaktlosen Verfahren fährt die Prüfspule (Spulensystem mit dem Wirbelstromsensor) rasterartig das Bauteil ab. Alternativ kann man auch die Prüfspule fixieren und anstelle dessen, das Bauteil mit dem darunterliegenden Prüftisch unterhalb der Spule bewegen.

Sobald die Prüfspule auf einen fehlerhaften Bereich trifft, kommt es zur Änderung der Scheinwiderstandshöhe und ein Messgerät erfasst diese Änderung.

“Nachfolgend stellen wir dir einige der gängigsten Wirbelstromverfahren nacheinander vor.”

Tastspulverfahren

Eines der beliebtesten Wirbelstromverfahren ist das Tastspulverfahren. Hier wird eine Tastpule, welche mit einem Prüfgerät über ein Kabel verbunden ist, auf die Bauteiloberfläche aufgesetzt. Je nach Verfahrensdurchführung, lassen sich unterschiedliche Messgrößen erfassen.

Möchte man Aussagen über die speziellen Werkstoffeigenschaften treffen, so misst man die Scheinwiderstandsänderungen an der Prüfspule.
Interessiert den Prüfer hingegen die Dickenmessung von Schichten, so misst man die Werte, die sich aus einer Abstandsänderung zwischen Prüfspule und Bauteiloberfläche ergeben.

In der Nachfolgenden Abbildung ist dieses Verfahren schematisch dargestellt:

Gabelspulverfahren

Anders als beim vorherigen Verfahren, kommen beim Gabelspulverfahren zwei Spulen zum Einsatz. Wir unterscheiden die Primärspule von der Sekundärspule. Zwischen beiden Spulen befindet sich das zu prüfende Bauteil.

Merk's dir!

Dabei erzeugt die Primärspule ein Wechselfeld, welches nachdem es das Bauteil durchdrungen hat, bei der Sekundärspule eine Spannung (Sekundärspannung) induziert. Diese Spannung ist niedriger als die Spannung, wenn kein Bauteil zwischen den Spule existiert. So kann man mit diesem Verfahren auf die Dicke des Bauteils schließen.

Besonders in der Fertigungstechnik lässt sich dieses Verfahren gut als Qualitätssicherungsmaßnahme nutzen. So können Bleche oder Drähte, die im Endlosverfahren erzeugt werden, nach der Erzeugung fortwährend am Fertigungsband mit der Primärspule und Sekundärspule geprüft werden.

Wie das aussieht zeigt dir die nachfolgende Abbildung:

Durchlaufspulverfahren

Anders als bei Tastspulverfahren, die lediglich ebene Flächen von Bauteilen prüfen können, erlaubt das Durchlaufspulverfahren auch die Untersuchung von langen Teilen, wie Stangen, Rohren oder Wellen.

Merk's dir!

Aufgrund der unterschiedlichen Permeabilitäten trennt man dieses Verfahren nach der Bauteilzusammensetzung. Wir unterscheiden ferromagnetische und nicht ferromagnetische Prüfungen.

Im Rahmen der Qualitätskontrolle können so Gefügeunterschiede mit Hilfe der Wirbelstromausbildung sichtbar gemacht werden.
Alternativ nutzt man das Verfahren für Nachweis von mechanischen Bauteilfehlern wie Poren, Rissen oder Fremdeinschlüssen.

Auch für diese Verfahren haben wir die passende Abbildung für dich:

Wirbelstromverfahren – Messschaltungen

Die Messdaten können auf zwei unterschiedliche Arten erfasst werden.

Absolutverfahren (absolute Erfassung der Messgröße)
Vergleichsverfahren (Differenzspannung zwischen Messpule und Vergleichsspule)

Beim Fremdvergleich haben wir in der einen Spule eine Normalprobe liegen und durch die andere Spule laufen die zu prüfenden Bauteile.

undefiniert

Was kann man damit sonst so machen?...

In der Fertigungstechnik kann der Fremdvergleich auch Sortieraufgaben wahrnehmen. Beispielsweise in Bezug auf die Härte von Bauteilen. Wie das aussieht zeigt dir die nachfolgende Abbildung. Hier werden alle Bauteile, die nicht den Vorgaben entsprechen aussortiert.

wie gehts weiter?

Nachdem du jetzt das magnetinduktive Verfahren (Wirbelstromverfahren) als eine weitere Variante der zerstörungsfreien Prüfverfahren kennengelernt hast, stellen wir dir im kommenden Kursabschnitt das Magnetpulververfahren vor, welches nach einem anderen Prinzip abläuft.

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