Wirbelstromprüfung Rohre

Lehrstuhl Dr. Foerster und Co. KG

Bei der Wirbelstromprüfung handelt es sich um eine zerstörungsfreie Methode zur Untersuchung von metallischen Flächen auf Defekte wie z. B. Brüche oder Unvollkommenheiten. Aufgrund hochfrequenter elektromagnetischer Interaktionen können solche Oberflächendefekte je nach Bedarf von Hand oder automatisiert detektiert und bewertet werden. Der Test ist in der Regel kontaktlos. Dadurch werden durch die Wirbelstromprüfung weder Beschädigungen noch Verunreinigungen der Oberfläche verursacht.

Modernste Sensor-, Elektronik- und Softwarelösungen eröffnen ein breites Spektrum an Anwendungs- und Auswertungsmöglichkeiten in der metallproduzierenden und metallverarbeitenden Branche oder für den ambulanten Gebrauch in der Instandhaltung. Die Medienverbräuche und Wartungskosten sind so niedrig, dass die Wirbelstromprüfung eine der kostengünstigsten und umweltschonendsten Methoden der nicht-destruktiven Werkstoffprüfung ist und daher auch für die 100 %-Prüfung in der Produktion weitestgehend eingesetzt wird.

Dank der großen Prüfgeschwindigkeit und der Möglichkeit, die Prüfungen zu automatisieren, wird der Produktionsprozess nicht durchbrochen. Wirbelstromprüfungen im Halbzeug- und Komponentenbereich decken einen Frequenzumfang bis ca. 10 kHz ab und werden zur Untersuchung von Metall auf Oberflächendefekte verwendet. Bei den umfangreichen Endloscoils werden Halbfabrikate wie z. B. Draht, Stab und Rohr auf Querschläge und lochähnliche Fehler untersucht, während die Oberflächen von Halbfabrikaten mit Hilfe von Drehsonden auf Längenfehler untersucht werden.

Die stationären Sonden können auch zur Überprüfung von kritischen Punkten in Bauteilen verwendet werden. Bei der Metallortung wird mit der Wirbelstrommethode ein Elektromagnetfeld mit einer oder zwei Frequenz (en) erzeugt, mit dem verborgene Metalle auch in sehr kleinen Stückzahlen (z.B. Eisen, Fe, Al, Cu, Au, Ag) detektiert werden können. Beim Erkennen von metallischen Objekten mit aktiven Sensoren gibt der Erkennungssensor ein magnetisches Signal ab.

Dadurch entstehen im Erfassungsobjekt Wirbelströme, die wiederum ein "sekundäres" Elektromagnetfeld generieren, das vom Erfassungssensor erfasst und zur Bewertung verwendet wird.

Die Wirbelstromprüfung stellt die Güte der Rohrbiegungen sicher. Zerstörungsfreies Prüfen in Duplex-Stahl

Tube-Tec Rohrverformungstechnik hat sich auf die Fertigung von Rundspulen, Flachspulen, Wendeln, Rohrbogen und Ringrohrleitungen konzentriert. Für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung von Duplex-Rohrbogen setzt das Institut die Wirbelstromprüfung von LVQ-WP ein. Der Maschinenpark besteht derzeit aus ca. 20 Dornbiege- und Walzbiegemaschinen, die Rohre im Dimensionsbereich bis zu einem Durchmesser von 168,3 Millimetern umformen.

Nach der Lösungsglühung und dem Abbeizen werden die produzierten Rohrbiegungen ausgiebigen Tests unterworfen. Zusätzlich werden die Rohrbogen mittels Wirbelstromprüfung (ET) 100%ig auf Risse geprüft. und es kommen Biegungswinkel zum Einsatz. Bei der Wirbelstromprüfung werden elektromagnetische Wechselfelder im Fühler und einem Prüfling verwendet. Bei einem nahegelegenen elektrischen Testobjekt wird durch dieses primäre Feld ein Stromfluß, die so genannten Wirbelfelder, ausgelöst.

Dieser Wirbelstrom induziert ein sekundäres Gegenfeld. Das entstehende Magnetfeld wird dann im Fühler durch eine Meßspule vermessen (Bild 1). Die Wirbelstromprüfung erfordert daher Einstellkörper mit repräsentativem Einstellfehler. Bei den Verstellkörpern (Durchmesser 19,1 und 25,25 mm) wurden Verstelldurchbrüche (0,8 mm) in die gerade Schenkelpartie und in die neutrale Wölbungsfaser gebohrt.

Dies führt zu einer Überschätzung von Defekten, die sich außerhalb des Bleches befinden und wo sich der Fühler in der Nähe der Fläche befindet. Andererseits werden solche Abweichungen, die auf der Bogeninnenseite auftreten und bei denen der Fühler aufgrund seiner geometrischen Form leicht abhebt, etwas unterschätzt. Der Klassiker bei der Dichtheitsprüfung von Rohren ist die Überprüfung mit externen Durchflusssensoren, da diese ein gleichmäßiges magnetisches Feld im Prüfraum des Prüflings erzeugen.

Für ferromagnetische Materialien wird eine Gleichfeld-Vorspannung benutzt, die die Permeationsschwankungen des Ferromagnetmaterials abschwächt oder im besten Falle eliminiert. Wegen der schmalen Krümmungsradien mit unterschiedlichen Krümmungswinkeln war eine Profilierung des Fühlers erforderlich, damit auch die Partien mit den kleinsten Krümmungsradien getestet werden konnten. Bei diesem Fühler werden umschaltbare Magnetspulen mit ferromagnetischem Magnetkern benutzt.

Der Transformatorkern wird durch das in den externen Durchflusssensor eingeführte Prüfling geschlossen. Dadurch ist eine ausreichende Aufmagnetisierung im Bereich der Messspule und damit eine reproduzierbare Auswertung der Wirbelsignale möglich. Nachdem einige weitere Verbesserungen am Wirbelstromspulensystem vorgenommen wurden, entstand schließlich die folgende Prüfanlage. Einfrequenter universeller Wirbelstromprüfstand, Wirbelstrom-Sensor mit elektrischer Gleichstromvorspannung in Differentialschaltung und eine Prüftabelle zur Reproduzierbarkeit der Probenhandhabung (Bild 2).

Abb. 3 veranschaulicht den Verlauf der Signalkurve für die 0,8 mm Verstellbohrung im gekrümmten Rohrbogenbereich. Zum Testen werden die Bleche von Hand durch den in der Prüftabelle verriegelten Wirbelstrom-Sensor geführ. Bei den ersten Testchargen waren die Resultate vielversprechend: Die reinen Prüfzeiten pro Testteil waren in Abhängigkeit von den Krümmungsradien und Winkeln und variierten im Rahmen von ca. 30 bis 45 s.

Bislang wurden ca. 1750 Rohrbogen in unterschiedlichen Rohrdurchmessern, Krümmungsradien und Winkeln mit der dargestellten Wirbelstromtechnologie getestet.