5 faszinierende Fakten über die Wirbelstromprüfung

Wissenswertes und zu berücksichtigende Faktoren

Als Unternehmen, das in erheblichem Umfang mit Spezialmetallen arbeitet, setzt die Metal Cutting Corporation häufig Wirbelstromprüfungen (ECT) ein, um Materialien auf Defekte wie Risse oder Hohlräume zu untersuchen. Dieses Verfahren verwendet elektromagnetische Induktion, um Fehler in der Oberfläche oder unter der Oberfläche von leitfähigen Materialien, einschließlich Metallen, zu erkennen und zu charakterisieren. Neben der Fehlererkennung kann das Wirbelstromprüfverfahren auch zur Dicken- und Leitfähigkeitsmessung eingesetzt werden.

Nachfolgend finden Sie 5 interessante Dinge, die Sie über Wirbelstromprüfungen wissen sollten.

Wirbelstromprüfung ist zerstörungsfreie Prüfung

Die Wirbelstromprüfung ist eine wichtige Methode der zerstörungsfreien Prüfung (NDT) – eine der Techniken, die in Wissenschaft und Industrie zur Durchführung von Inspektionen und Messungen verwendet werden, um Folgendes sicherzustellen:

• Strukturelle Komponenten und Systeme arbeiten zuverlässig, sicher und kostengünstig
• Die Tests selbst werden so durchgeführt, dass Teile oder Materialien nicht beschädigt werden und ihre zukünftige Verwendung und Funktion nicht beeinträchtigt wird

Tatsächlich gibt es eine Vielzahl von ZfP-Techniken, wobei ständig neue entwickelt werden. Die grundlegendste Methode ist eine visuelle Untersuchung, was bedeuten kann, dass ein Teil einfach auf sichtbare Oberflächenfehler untersucht wird oder dass computergesteuerte optische Systeme verwendet werden, um die Merkmale einer Komponente zu erkennen und zu messen.

Einige der in der zerstörungsfreien Prüfung verwendeten Technologien sind bekannt, weil sie auch in der Medizin verwendet werden, wie z. B. die Radiographie (RT), die Gammastrahlung oder Röntgenstrahlen verwendet, um nach Defekten zu suchen oder innere Merkmale zu sehen. Ein weiteres Beispiel ist die Ultraschallprüfung (UT), bei der hochfrequente Schallwellen verwendet werden, um Unvollkommenheiten oder Änderungen der Materialeigenschaften zu erkennen.

Die Magnetpulverprüfung (MT) verwendet ein Magnetfeld in einem ferromagnetischen Material und eine Bestäubung mit Eisenpartikeln, um einen sichtbaren Indikator für Oberflächenfehler zu erzeugen. Bei der Dichtheitsprüfung (LT) werden Lecks in unter Druck stehenden Teilen mithilfe verschiedener Methoden gefunden, die von elektronischen Abhörgeräten über Druckmesser bis hin zu einfachen Seifenblasentests reichen.

Eine andere Methode ist die Schallemissionsprüfung (AE), die Unvollkommenheiten findet, indem sie Ausbrüche von Schallenergie erkennt. Wir stoßen häufig auf Helium-Lecktests, bei denen das zweitleichteste Element verwendet wird, um einen Leckweg zu finden, mit oder ohne Eindringprüfung (PT), bei der sichtbare oder fluoreszierende Farbstoffe verwendet werden.

Bei der Wirbelstromprüfung – der NDT-Technik, auf die wir uns hier bei Metal Cutting konzentrieren – werden elektrische Ströme (Wirbelströme) in einem leitfähigen Material erzeugt, indem es einem expandierenden und kollabierenden Magnetfeld ausgesetzt wird. Die Stärke dieser Wirbelströme kann gemessen werden; Defekte oder Veränderungen im Material verursachen Unterbrechungen im Stromfluss und machen uns auf Probleme mit dem zu prüfenden Material oder Teil aufmerksam.

Es ist im täglichen Leben von entscheidender Bedeutung

Obwohl nicht jeder von Wirbelstromprüfungen und zerstörungsfreier Prüfung gehört hat, berühren diese Methoden unser aller Leben, vielleicht sogar täglich. Das liegt daran, dass diese Techniken in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt werden – nicht zuletzt in solchen, in denen der Ausfall von Komponenten verheerende Schäden und Verluste verursachen könnte.

Zum Beispiel wird die Wirbelstromprüfung verwendet, um Rohre und andere Strukturen für Anwendungen wie Öl- und Gaspipelines, Kernreaktoren, chemische Herstellung und kommunale Wassersysteme zu inspizieren. Tragbare Wirbelstromprüfgeräte werden für Vor-Ort-Prüfungen im Feld eingesetzt, z. B. zur Suche nach Rissen in Brücken und in Flugzeugkomponenten von den Tragflächen bis zum Fahrwerk. Das macht ECT, wie auch andere Methoden der zerstörungsfreien Prüfung, von entscheidender Bedeutung für die öffentliche Sicherheit – sie spielen eine Rolle bei der Verhinderung von Katastrophen wie Pipelinebrüchen, Brückeneinstürzen und Flugzeugabstürzen.

Selbst in einer Welt der kleinen Teile, wie der Metallkomponenten, die wir hier bei Metal Cutting herstellen, wirkt sich die Wirbelstromprüfung auf weniger sichtbare, aber dennoch äußerst wichtige Weise auf die Sicherheit aus. Beispielsweise verwenden wir diese Methode, um Glas-Metall-Dichtungen in Teilen für Nachtsichtbrillen zu inspizieren, die letztendlich von Militärangehörigen verwendet werden, die sie möglicherweise lange nach der Herstellung und weit weg von zu Hause benötigen.

Es gibt verschiedene Sonden für verschiedene Modi

Zu den Wirbelstromprüfgeräten gehören Prüfsonden, die in einer Vielzahl von Formen, Größen und Konfigurationen erhältlich sind. Diese Sonden haben auch unterschiedliche Betriebsmodi, je nachdem, wie die Testspulen verdrahtet sind und wie sie mit der Testprobe verbunden sind.

Beispielsweise verwendet eine absolute Messsonde eine einzelne Spule, um Wirbelströme zu erzeugen, Änderungen im Stromfeld zu erkennen und einen Messwert von einem einzelnen Punkt auf der Testprobe bereitzustellen. Eine Differentialsonde verwendet zwei Spulen, um eine Vergleichsgrundlage für die Erkennung von Fehlern bereitzustellen, selbst bei Materialien, die möglicherweise Inkonsistenzen aufweisen. Wenn sich eine Spule über einem Defekt und die andere über gutem Material befindet, wird ein Differenzsignal erzeugt. Es gibt auch Reflexions- und Hybridsondenmodi.

Ein Wechselstrom (AC) wird durch die Spule oder Spulen geleitet, um ein expandierendes und kollabierendes Magnetfeld in und um die Spule(n) zu erzeugen. Wenn die Sonde neben einem leitfähigen Material – der Testprobe – positioniert wird, erzeugt dieses sich ändernde Magnetfeld die Wirbelströme innerhalb der Probe. Durch die Wechselwirkung des Magnetfelds der Spule und der Wirbelströme können wir Änderungen in Frequenz, Amplitude, Empfindlichkeit, Impedanz und anderen Eigenschaften beobachten und messen, die auf das Vorhandensein eines Risses, einer Lücke oder anderer Defekte in der Testprobe hinweisen.

Viele Faktoren beeinflussen die Wirbelstromprüfung

Zusätzlich zu den Einstellungen wie Frequenz, Amplitude, Empfindlichkeit usw., die das „Rezept“ für die Wirbelstromprüfung bilden, müssen andere Faktoren berücksichtigt werden – Dinge, die den Fluss von Wirbelströmen beeinflussen können, einschließlich der Eigenschaften des Wirbelstroms zu prüfendes Material oder Teil. Einige sind von Vorteil, während andere möglicherweise Anpassungen an den Einstellungen vornehmen oder andere Techniken anwenden müssen, um die Effekte zu kompensieren.

Offensichtlich hat die elektrische Leitfähigkeit des zu testenden Materials – oder was wir uns als die Leichtigkeit vorstellen können, mit der Elektronen im Material fließen – ebenso wie die magnetische Permeabilität einen Einfluss auf den Fluss der Wirbelströme, die es erzeugt. Während die Messung der Permeabilität beim Sortieren von Materialien nützlich sein kann, kann diese Eigenschaft Probleme aufwerfen. Beispielsweise erschwert das sogenannte „Rauschen“, das durch Änderungen der Permeabilität beim Prüfen von Eisenwerkstoffen entsteht, die Anwendung der Wirbelstromprüfung bei Schweißnähten aus Kohlenstoffstahl. Probleme können jedoch durch die Verwendung von magnetischer Sättigung, Mehrfrequenzprüfung oder differentiellen Spulenanordnungen überwunden werden.

Apropos Lärm – tatsächlicher Raumlärm ist ein physikalischer Umgebungsfaktor, der sich auf die Wirbelstromprüfung auswirken kann. Rauschen kann jedoch oft herausgefiltert werden, um ein klareres Signal zu erzeugen. Wenn es sich bei einem Prüfling um ein Teil mit Kanten oder scharfen Änderungen in der Geometrie handelt, kann ein sogenannter „Kanteneffekt“ auf die Wirbelströme auftreten; Durch Platzieren und Ausbalancieren der Sonde in der Nähe der Kante und Scannen in diesem Abstand kann dieser Effekt vermieden werden. In ähnlicher Weise könnte eine Probe mit einer komplexen Geometrie falsche Signale erzeugen, die eher durch Änderungen in der Geometrie als durch einen Defekt im Material selbst verursacht werden.

Eine weitere wichtige Überlegung ist der Spulenfüllfaktor, der verwendet wird, um festzulegen, wie viel Platz ein geprüftes Rohr oder eine geprüfte Stange innerhalb der Prüfspule einnehmen soll. Indem Sie den korrekten Abstand zwischen der Spule und der Testprobe bestimmen, können Sie sicherstellen, dass sich die Probe während des Scannens frei bewegen kann, während Sie gleichzeitig sicherstellen, dass die Spule nahe genug an der Probe ist, um Wirbelströme zu erzeugen und die Inspektion korrekt durchzuführen.

Die Frequenz des durch eine Wirbelstromprüfspule fließenden Wechselstroms beeinflusst die Eindringtiefe des Wirbelstromfelds in ein Prüfmaterial; mit zunehmender Eindringtiefe in das Material nimmt die Intensität des Wirbelstromflusses ab. Die Tiefe eines Risses kann mit der Wirbelstromprüfung nicht genau gemessen werden, und das Verfahren erkennt auch keine Fehler wie z. B. Laminierungen, die parallel zum Wirbelstromfluss verlaufen. Allerdings werden Risse, fehlende Schweißnähte und andere planare Diskontinuitäten, die senkrecht zum Wirbelstromfluss verlaufen, erkannt.

Metallzerspanung ist in ECT qualifiziert

Hier bei Metal Cutting verwenden wir häufig das Wirbelstromprüfverfahren, um Wolfram- und Molybdänstäbe und andere Metallteile auf potenzielle Probleme wie Rissbildung, Lochfraß und Brüche zu untersuchen. Wir verwenden ECT auch, um nach Oberflächenfehlern in Rundstäben, Flachbändern und Kapillarrohren zu suchen, die in Glas-Metall-Dichtungen verwendet werden. (Sie können mehr darüber in unserem Blog Probleme mit der Glas-Metall-Versiegelung in der Elektronik lesen .)

Unabhängig davon, ob wir ein Material im Auftrag eines Kunden gekauft haben oder der Kunde uns das Material zur Verarbeitung zur Verfügung gestellt hat, sprechen wir mit dem Lieferanten oder Kunden, um herauszufinden, welche Einstellungen sie an ihren eigenen Wirbelstromprüfgeräten verwenden. Dies ermöglicht es uns, unser gemeinsames Rezept für eine erfolgreiche ECT zu erstellen, die Einstellungen nach Bedarf anzupassen, entweder absolute oder differenzielle Messungen zu verwenden und aus einer Reihe von Spulengrößen und Werkzeugoptionen auszuwählen. Beim Durchführen von Stäben durch eine ECT-Spule achten wir auch genau auf den Füllfaktor und verwenden eine Buchse, um den Stab so zu positionieren, dass er innerhalb der Spule zentriert ist, aber niemals die Spule berührt.

Außerdem suchen wir oft ein Referenzmuster als Vergleichsgrundlage – insbesondere, wenn wir auf nicht sichtbare innere Mängel prüfen. Anhand eines Referenzmusters können wir überprüfen, ob wir mit unseren etablierten ECT-Einstellungen die gesuchten Fehler wahrscheinlich finden werden. Anhand eines Musters mit einem bekannten Fehler können wir unsere Geräteeinstellungen nach Bedarf anpassen, um diesen spezifischen, verifizierten Fehler zu finden.

Es kann schwierig sein, ein gutes Referenzmuster zu finden. Schließlich möchten Sie eine Probe nicht aufschneiden, um einen internen Defekt zu verifizieren, und die Probe somit für eine zukünftige ECT-Verwendung zerstören. Wir können jedoch eine Probe verwenden, von der unser Lieferant oder Kunde glaubt, dass sie einen Fehler unter der Oberfläche aufweist, basierend auf ihren Tests und bestätigt durch frühere fehlgeschlagene ECT-Inspektionen. Bei externen Fehlern können wir mit einem Lieferanten oder Kunden zusammenarbeiten, um zu versuchen, einen bestimmten Oberflächenfehler auf einem Teil zu erzeugen, und dann können wir beide diesen als Referenzmuster verwenden.