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Wirbelstromprüfung (ET)

Die Wirbelstromprüfung (engl. Eddy current method) ist ein elektrisches Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. Es wird zur Prüfung elektrisch leitender Werkstoffe eingesetzt.

Prinzip
Bei der Prüfung werden durch eine Spule, die ein wechselndes Magnetfeld erzeugt, im zu untersuchenden Material Wirbelströme induziert. Bei der Messung wird mittels eines Sensors, der meist auch die Erregerspule enthält, die Wirbelstromdichte durch das vom Wirbelstrom erzeugte Magnetfeld detektiert. Die gemessenen Parameter sind die Amplitude und die Phasenverschiebung zum Erregersignal. Zu deren Messung benutzt man üblicherweise eine zweite Spule im Sensor. Man spricht dann von einem Fluxgate-Magnetometer, welches im deutschen Sprachraum umgangssprachlich auch als Förster-Sonde bezeichnet wird. Gelegentlich werden auch andere Magnetfeldsensoren, wie GMR-Sensoren oder SQUIDs eingesetzt.
Bei der Wirbelstromprüfung wird der Effekt ausgenutzt, dass die meisten Verunreinigungen und Beschädigungen in einem elektrisch leitfähigen Material auch eine andere elektrische Leitfähigkeit oder eine andere Permeabilität als das eigentliche Material haben.
Da das Messsignal von den drei Parametern Leitfähigkeit, Permeabilität und Abstand zwischen Detektor und Materialoberfläche bestimmt wird, hat die Wirbelstromprüfung drei verschiedene Einsatzgebiete:

Rissprüfung
Bei der Rissprüfung wird der Sensor über oder durch das zu prüfende Objekt bewegt. So lange keine Beschädigung im Material ist, ist auch dessen elektrischer Widerstand homogen, und die Wirbelströme fließen gleichmäßig im Material. Hat das Prüfteil beispielsweise einen Einschluss eines Fremdmaterials, dessen spezifischer Widerstand kleiner als der des restlichen Materials ist, wird die elektrische Stromdichte im Einschluss größer sein als in der Umgebung. Umgekehrt verhält es sich bei einem Einschluss mit größerem spezifischen Widerstand oder einem Haarriss, um den der Strom herumlaufen muss. Auf jeden Fall verändert sich also die Wirbelstromdichte im Vergleich zum unbeschädigten Bauteil. Bei dieser Prüfung werden Sensoren verwendet, deren Spulen so geschaltet sind, dass kleine Änderungen der Materialeigenschaften oder des Abstands des Sensors von der Materialoberfläche weitgehend kompensiert werden.

Schichtdickenmessung
Bei der Schichtdickenmessung werden zwei Fälle unterschieden:

Nicht-magnetischer Werkstoff auf einem FE-Metall
In diesem Einsatzfall wird der Abstand des Sensors zu leitenden Oberfläche, der durch die Dicke der Beschichtung bestimmt wird, durch die Messung der Amplitude bestimmt.

Nicht-elektrisch leitender Werkstoff auf einem NE-Metall
Mit steigender Dicke der leitenden Schicht wächst der stromduchflossene Querschnitt und damit auch die Amplitude des Signals, deren Auswertung die Schichtdicke ergibt.
Prüfung der Materialeigenschaften (Gefügeprüfung)
Änderungen in der Leitfähigkeit oder der Permeabilität werden zur Bestimmung von Werkstoffzuständen, Härte, Wärmebehandlung, Detektion von Schweißnähten oder zur Verwechslungsprüfung genutzt.
Durch die Veränderung der Frequenz der Anregungsspannung ändert sich die Eindringtiefe des Wirbelstroms (Skineffekt), womit eine Anpassung an die Prüfbedingungen möglich ist.