Mo.2.C - Wirbelstromprüfung / 06.05.2013G. Dobmann, M. Mackert |
Mo.2.C.1
13:30
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Zerstörungsfreie Materialprüfung mit dem Wirbelstromverfahren - heute und morgen
M. Böcker, Institut Dr. Foerster, Reutlingen
Kurzfassung:
Kein anders zerstörungsfreies Prüfverfahren kann mit so geringem Aufwand aufwarten wie die Material...
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Kein anders zerstörungsfreies Prüfverfahren kann mit so geringem Aufwand aufwarten wie die Materialprüfung mit dem Wirbelstromprinzip: Außer Strom für die Prüfgeräte gibt es keine weiteren Betriebskosten, denn die Spulen sind bei guter Materialführung nicht berührend und somit nahezu verschleißfrei. Heißt, sie sind oftmals über viele Jahre im Einsatz. So sind die überschaubaren Investitionen über lange Zeiträume nutzbar und dienen dem Kunden zur Qualitätssicherung und Prozessoptimierung.
Wie jedes Prüfverfahren hat auch die Wirbelstromtechnik mit Durchlaufspulen ihre Grenzen: Je größer der Abstand des Prüfmaterials von der Spule, desto geringer die Fehler-Signalamplitude. Aus diesem Grund schreiben die den Prüfungen zugrundeliegenden Rohr-Normen wie die ISO 10893-1 die Einbringung von mehreren Referenzfehlern über den gesamten Rohrumfang vor, damit eine vollständige Prüfung der Rohroberfläche gewährleistet ist. Kritisch wird es, sobald die Materialführung einen nicht exakt zentrischen Durchlauf gewährleistet oder das Material eine gewisse Ovalität aufweist. Dies führt dazu, dass Fehlerschwellen bei der Konfiguration so niedrig eingestellt werden müssen, dass sie nahe an den Bereich des Störpegels reichen. Dies wiederum führt zu Pseudoausschuss und erhöht die Materialausschuss-Quote.
Die seit Jahrzehnten in der Wirbelstromprüfung bewährte Verfahren mit Durchlaufspulen wurde von der Institut Dr. Foerster GmbH & Co. KG daher nun grundlegend weiterentwickelt und verbessert um diese Unzulänglichkeiten beherrschbar zu machen. Die Prüfsicherheit wird mit der heutigen Sensorik unter anderem auch bei großen Durchmessern wesentlich erhöht. Dies äußert sich zum Beispiel in einer erhöhten Fehlerdetektierbarkeit, einer verbesserten Reproduzierbarkeit und eben einer geringeren Ausschussquote.
Diese Neuerungen werden in dem Vortrag sowohl aus technischer als auch aus Sicht des Anwenders vorgestellt und bewertet.
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Mo.2.C.2
13:50
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Hochtemperatur-Wirbelstromprüfung an Rohrleitungsbögen und deren Schweißnähten
B. Heutling, Bureau Veritas Material Testing, Bremen
M. Awerbuch, A. Köhler, H.-J. Uebrig, Delta Test, Hambühren
R. Neggers, Shell Nederland Chemie, Moerdijk, Niederlande
Kurzfassung:
In der chemischen Industrie wird eine Vielzahl von Prozessen betrieben, die sowohl aus betriebstech...
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In der chemischen Industrie wird eine Vielzahl von Prozessen betrieben, die sowohl aus betriebstechnischen, aber vor allem aus sicherheits- und umwelttechnischen Gründen überwacht werden müssen. Dabei werden nicht nur im Betrieb die Betriebsparameter, sondern in wiederkehrenden Prüfungen auch der Zustand der Anlagen detailliert kontrolliert.
Für die Durchführung der Inspektionen ist es in vielen Fällen unumgänglich, die Anlagen(teile) außer Betrieb zu nehmen (z.B. Wärmetauscher). In anderen Fällen ist zwar die Zugänglichkeit gegeben, aber die Betriebsbedingungen sprechen gegen eine Prüfung im Betrieb, z.B. Heißleitungen. Da die Außerbetriebnahme solcher Anlagenteile zusätzliche Kosten verursacht, wird immer öfter versucht, um die Abschaltung zu vermeiden und die Prüfung on-stream durchzuführen.
Im vorgestellten Fall handelt es sich um 14"- und 18"-Rohrleitungen, die sich unter Druck (ca. 110 bar) befinden, als Medium Dampf transportieren und bei Temperaturen um ca. 500 °C betrieben werden. Basierend auf langjährigen Betriebserfahrungen wird thermische Ermüdung als Schadensmechanismus und daraus resultierend Rissbildung in unbekannter Richtung erwartet.
Als Teil der Überwachungstätigkeit sollen Wirbelstrominspektionen der ferritischen Alt-Schweißnähte, der Wärmeeinflusszone und des angrenzenden Grundwerkstoffs auf den Rohraußenseiten als Basis für zukünftige wiederkehrende Prüfungen durchgeführt werden.
Basierend auf den Erfahrungen früherer Weldolet-Heißprüfungen wurde eine geeignete automatisierte Wirbelstromprüftechnik entwickelt. Für deren Qualifizierung standen 18"-Vergleichskörper zur Verfügung, die in Geometrie, Werkstoff und Schweißausführung den Schweißnähten in der Anlage entsprachen. Als Vergleichsfehler wurden Längs-, Diagonal- und Quernuten gem. der Vorgaben des Betreibers (Shell Nederland Chemie B.V.) einerodiert. An den Vergleichskörpern wurde die Wirbelstromprüftechnik in Kalt- und Heißtests erfolgreich qualifiziert und nachgewiesen, dass sie geeignet ist, Grundwerkstoff und ferritische Schweißnähte auf Längs- und Querfehler an der äußeren Oberfläche zu prüfen.
Im Rahmen des Vortrags werden auch Ergebnisse von Praxiseinsätzen im heißen Betrieb vorgestellt, in deren Rahmen die gesamte Oberfläche der zu prüfenden Rohrbögen inspiziert wurde.
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Mo.2.C.3
14:10
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Innovative Wirbelstromprüfung an Leichtbauwerkstoffen
G. Grzonkowski, Rohmann, Frankenthal
G. Schneibel, ROSEN Germany, Stutensee
Kurzfassung:
Bedingt durch die Vorgabe einer maximalen Gewichtseinsparung werden im heutigen Automobilbau immer ...
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Bedingt durch die Vorgabe einer maximalen Gewichtseinsparung werden im heutigen Automobilbau immer mehr Leichtbauwerkstoffe eingesetzt. Vor Allem findet hier Aluminium einen weiten Anwendungsbereich, nicht nur im Karosseriebereich sondern auch im Motoren- und Getriebebau.
Bedingt durch die elektromagnetischen Eigenschaften eignet sich dieses Material hervorragend zur Prüfung mittels Wirbelstromverfahren. Damit ergeben sich vielfältige Ansätze zur Prüfung komplexer Aluminium Bauteile. Im vorliegenden Vortrag soll dabei anhand zweier Beispiele das Potential des Prüfverfahrens in Verbindung mit klassischer Bildverarbeitung aufgezeigt werden.
Im Bereich des Motorenbaus kann die Wirbelstromprüfung, neben der Detektion produktionsbedingter Fehlstellen wie Lunker und Rissen bzw. Riefen, dazu heran gezogen werden, auch Gefüge Inhomogenität zu erfassen und mittels Bildauswertung zu klassifizieren. Dies wird notwendig wenn dem Aluminium Grundwerkstoff weitere Stoffe zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit beigefügt werden.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel stellt die Prüfung komplexer Aluminiumbauteile im Getriebebau dar. Bedingt durch die geforderte Gewichtseinsparung wurde das Bauteil auf ein minimales Volumen reduziert und unterliegt daher besonders sorgfältiger Prüfung. Die Geometrie des Bauteils macht dabei eine normale Wirbelstromprüfung unmöglich. Erst durch den Einsatz von Bildauswerteverfahren wurde es möglich das Bauteil in allen relevanten Bereichen auf funktionskritische Fehlstellen zu prüfen. Das Wirbelstromverfahren liefert dabei Ergebnisse die bis zur Visualisierung der Fließstrukturen während des Druckgussprozesses reichen.
Zusammenfassen lässt sich sagen, dass das Wirbelstromverfahren im Bereich der Leichtbauwerkstoffe speziell bei Aluminium ein enormes Potential aufweist, welches durch den Einsatz entsprechender Bildauswerte Algorithmen nochmals wesentlich gesteigert werden kann und damit auf viele Prüfaufgaben anwendbar ist.
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Mo.2.C.4
14:30
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Angepasste Wirbelstromsonden mittels GMR-Sensorarrays für die zerstörungsfreie Prüfung von Aluminium- und Stahlbauteilen
M. Pelkner, A. Neubauer, N. Panke, V. Reimund, BAM, Berlin
M. Kreutzbruck, Universität Stuttgart
Kurzfassung:
Im EU-Projekt IMAGIC (Integrated Magnetic imAgery based on spIntronics Components) wird das Ziel ve...
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Im EU-Projekt IMAGIC (Integrated Magnetic imAgery based on spIntronics Components) wird das Ziel verfolgt, mittels GMR-basierter Wirbelstromprüfung (GMR: Giant Magneto Resistance) sicherheitsrelevante Bauteile der Flugzeug- und Kerntechnikindustrie zerstörungsfrei zu untersuchen. Hierbei soll die Detektion mit GMR-Sensorarrays, bestehend aus 8 oder mehr Elementen, automatisiert erfolgen. Diese GMR-Sensoren lassen sich sehr leicht miniaturisieren - die aktiven Flächen liegen im µm-Bereich -, wodurch eine hochauflösende Prüfung, z.B. bei der Oberflächenrissprüfung, erreicht wird. Des Weiteren zeichnen sich GMR-Sensoren durch ihre hohe Feldempfindlichkeit sowie durch ihr nahezu frequenzunabhängiges Verhalten aus. Gerade im unteren Frequenzbereich (< 1 kHz), der für die Detektion tief liegender Defekte (> 5 mm unterhalb der Oberfläche) in ferromagnetischen Bauteilen nötig ist, können GMR-Sensoren gegenüber herkömmlichen Spulen Vorteile besitzen.
Der vorgestellte Beitrag befasst sich mit Designfragen von GMR-Wirbelstromsonden, die bei der Oberflächenrissprüfung oder zur Detektion tief liegender Defekte (Tiefe > 5 mm) eingesetzt werden. Für das Design der Emitterspulen wurde eine Studie mit Hilfe von Finite-Element-Methoden-Simulationen (FEM) durchgeführt. Neben geometrischen Aspekten - Größe, Ausrichtung und Anzahl der Spulen - sind unterschiedliche Frequenzbereiche (> 1 MHz und < 1 kHz) untersucht worden. Dabei spielt die Position der Sensoren bezogen auf die Anregungswicklungen eine wichtige Rolle, um störende Hintergrundfelder am Sensorort zu vermeiden. Durch eine solche geometrische Kompensation des Anregungsfeldes und dem damit gesteigerten Dynamikbereich wird in beiden Fällen das Signal-zu-Rauschverhältnis gesteigert. Wir berichten von Simulationen GMR-basierter Wirbelstromprüfköpfen und Messungen an unterschiedlichen metallischen Testkörpern.
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