Wirbelstromprüfung (ET)

Die Wirbelstromprüfung beruht auf dem physikalischen Phänomen der elektromagnetischen Induktion. In einer Wirbelstromsonde fließt ein Wechselstrom durch eine Drahtspule und erzeugt ein oszillierendes Magnetfeld. Wird die Sonde und ihr Magnetfeld in die Nähe eines leitfähigen Materials, z. B. eines Prüfkörpers aus Metall, gebracht, beginnt sich ein kreisförmiger Elektronenstrom, der so genannte Wirbelstrom, durch das Metall zu bewegen – wie wirbelndes Wasser in einem Strom. Dieser Wirbelstrom, der durch das Metall fließt, erzeugt sein eigenes Magnetfeld, welches mit der Spule und ihrem Feld durch gegenseitige Induktivität wechselwirkt. Änderungen der Metalldicke oder Defekte wie oberflächennahe Risse unterbrechen oder verändern die Amplitude und das Muster des Wirbelstroms und des daraus resultierenden Magnetfelds. Dies wiederum beeinflusst die Bewegung der Elektronen in der Spule, indem es die elektrische Impedanz der Spule verändert. Das Wirbelstrommessgerät zeichnet Änderungen der Impedanzamplitude und des Phasenwinkels auf, die von einem geschulten Prüfer verwendet werden können, um Änderungen am Prüfstück zu erkennen.

Die Wirbelstromdichte ist in der Nähe der Oberfläche des Teils am höchsten, so dass dies der Bereich mit der höchsten Prüfauflösung ist. Die Standard-Eindringtiefe ist definiert als die Tiefe, in der die Wirbelstromdichte 37 % ihres Oberflächenwertes beträgt, der wiederum aus der Prüffrequenz sowie der magnetischen Permeabilität und Leitfähigkeit des Prüfmaterials berechnet werden kann. So wirken sich Variationen in der Leitfähigkeit des Prüfmaterials, seiner magnetischen Permeabilität, der Frequenz der Wechselstromimpulse, die die Spule antreiben, und der Spulengeometrie auf die Prüfempfindlichkeit, die Auflösung und die Eindringtiefe aus.

Es gibt viele Faktoren, die die Möglichkeiten einer Wirbelstromprüfung beeinflussen. Wirbelströme, die in Materialien mit höheren Leitfähigkeitswerten fließen, sind empfindlicher für Oberflächenfehler, dringen aber weniger tief in das Material ein, wobei die Eindringtiefe auch von der Prüffrequenz abhängt. Höhere Prüffrequenzen erhöhen die Auflösung in Oberflächennähe, begrenzen aber die Eindringtiefe, während niedrigere Prüffrequenzen die Eindringtiefe erhöhen. Größere Spulen prüfen ein größeres Materialvolumen von jeder Position aus, da das Magnetfeld tiefer in das Werkstück eindringt, während kleinere Spulen empfindlicher auf kleine Fehler reagieren. Schwankungen in der Permeabilität eines Materials erzeugen Rauschen, das die Fehlerauflösung aufgrund größerer Hintergrundschwankungen einschränken kann.

Während Leitfähigkeit und Permeabilität Eigenschaften des Prüfmaterials sind, die sich der Kontrolle des Prüfers entziehen, können die Prüffrequenz, der Spulentyp und die Spulengröße entsprechend den Prüfanforderungen gewählt werden. Bei einer bestimmten Prüfung wird die Auflösung durch den Sondentyp bestimmt, während das Detektionsvermögen durch die Material- und Geräteeigenschaften gesteuert wird. Bei einigen Prüfungen werden mehrere Frequenzen durchlaufen, um die Ergebnisse zu optimieren. ,Auch können mehrere kleinere Sonden, bzw. Prüfköpfe eingesetzt werden, um die beste Auflösung und Eindringtiefe zu erzielen, die erforderlich ist, um alle möglichen Fehler zu erkennen. Es ist immer wichtig, die richtige Sonde für jede Anwendung zu wählen, um die Prüfleistung zu optimieren.