Was ist Wirbelstromprüfung?
Mit der Wirbelstromprüfung lassen sich Gegenstände aus elektrisch leitfähigen Werkstoffen auf Unversehrtheit, Zusammensetzung und Vergütungszustand oder auch auf geometrische Abmessungen hin überprüfen. Dabei stützt sich die Wirbelstromprüfung auf die Physik der elektromagnetischen Felder.
Eine von Wechselstrom durchflossene Spule bildet in seiner Umgebung ein (primäres) magnetisches Wechselfeld aus. Hierdurch werden an der Oberfläche eines elektrisch leitenden Prüfgegenstandes Ströme erzeugt. Diese sogenannten „Wirbelströme“ fließen parallel zu den Spulenwindungen, jedoch in entgegengesetzter Richtung zum Spulenstrom. Deshalb generieren sie ein (sekundäres) magnetisches Wechselfeld, das entgegengesetzt dem Magnetfeld der Spule gerichtet ist. Daraus resultiert schließlich eine Schwächung des Magnetfeldes der Spule. Dies kann als Änderung des Wechselstromwiderstandes der Spule (Impedanz) gemessen werden.
Befinden sich lokale Defekte im Prüfgegenstand (z.B. Risse, nichtmetallische Einschlüsse, Poren, Korrosionsnarben), so können die Wirbelströme nicht mehr ungehindert fließen. Damit ändert sich der an der Spule gemessene Wert im Vergleich zu einem fehlerfreien Prüfgegenstand. Während der Sensor entlang des Prüfgegenstandes gleitet, wird das hochfrequente Trägersignal der Wirbelstromspule (HF, Prüffrequenz) moduliert, d.h. die Signalhöhe variiert. Für das gezeigte Beispiel eines Risses nimmt die Signalhöhe zu. Mittels Demodulation wird ein niederfrequentes Signal (NF) gewonnen, welches die Information über den Prüfgegenstand inkl. eventueller Defekte enthält.
Auf Basis der Variationen der Spulenimpedanz können also die Eigenschaften des Prüfgegenstandes (sofern sie die Ausprägung von Wirbelströmen beeinflussen) inkl. mögliche Defekte erfasst und charakterisiert werden. Dazu benötigt man bestimmte Analyseverfahren, z.B. die Betrags- oder Phasenauswertung, Signalformauswertung oder Oberwellenanalyse.
Unter Anwendung von Referenzteilen, die bestimmte Eigenschaften hinsichtlich Geometrie (Abmessungen, Form), Materialkennwerten (elektrische Leitfähigkeit, Permeabilität, Härte) und Materialfehler (Defekte) aufweisen sollten, muss das Wirbelstromprüfgerät vor Beginn der Prüfung eingestellt werden (Prüffrequenz, Verstärkung, Phaseneinstellung, Filtereinstellungen etc.).
Um verlässliche Prüfergebnisse zu gewährleisten, ist während der Prüfdurchführung auf die Einhaltung der Prüfbedingungen zu achten (z.B. konstanter Sensor-Abstand und gleichbleibende Prüfgeschwindigkeit). Auch sollten jegliche Störeinflüsse (z.B. mechanische Vibrationen, Temperaturschwankungen oder elektromagnetische Störfelder) ausgeschlossen bzw. soweit praktikabel minimiert werden.
Eine weitere wichtige Voraussetzung zur erfolgreichen Wirbelstromprüfung ist die Auswahl bzw. die Entwicklung eines geeigneten Sensors, d.h. die Anzahl und die Anordnung der verwendeten Spulen, die Art ihrer elektrischen Verschaltung, ihre Abmessungen, Windungszahlen, ggf. ein magnetischer Kern oder eine Abschirmung.
Bedingt durch den „Skin-Effekt“ bilden sich die stärksten Wirbelströme an der Oberfläche des Prüfgegenstandes aus; mit wachsendem Abstand von der Oberfläche nimmt deren Stärke rasch ab. Daher ist die Wirbelstromprüfung als Oberflächenverfahren einzustufen, welches prinzipiell für alle elektrisch leitfähigen Materialien eingesetzt werden kann.
Da die Ausprägung der Wirbelströme von zahlreichen Eigenschaften des Prüfgegenstandes beeinflusst wird, ergeben sich vielfältige Anwendungsfelder für die Wirbelstromprüfung (z.B. Prüfung auf Materialfehler, Wanddickenbestimmung, Messung von Materialkennwerten zwecks Sortierung, Messung von Schichtdicken u.v.a.).
Im Vergleich zu anderen zerstörungsfreien Prüfverfahren ist das Wirbelstromverfahren durch folgende Vorteile charakterisiert:
– berührungslos,
– keine Oberflächenvor- und Nachbereitung notwendig,
– kein Koppelmittel erforderlich,
– hohe Prüfgeschwindigkeiten möglich (bis zu mehreren m/s).
Damit ist es für den Einsatz in automatischen Prüfanlagen bestens geeignet.