Materialprüfung. Wirbelstrom- Ausbildung und Prüfpraxis. Ein Lehr- und Arbeitsbuch für. CASTELL-Verlag GmbH Wuppertal

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1 Heribert Stroppe / Karlheinz Schiebold Wirbelstrom- Materialprüfung Ein Lehr- und Arbeitsbuch für Ausbildung und Prüfpraxis 1. Auflage mit 294 Bildern und 29 Tabellen Unter Mitarbeit von Bernd Heuding und Frank-Dieter Krüger CASTELL-Verlag GmbH Wuppertal

2 ein Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Wirbelstromprüfung Verfahren der zerstörungsfreien Materialprüfung Wie funktioniert die Wirbelstromprüfung? Was kann die Wirbelstromprüfung? 16 2 Physikalische Grundlagen 2.1 Gleichstrom und Magnetfeld Stromstärke, Spannung, elektrische Leistung Gleichstromwiderstand, spezifischer Widerstand, elektrische Leitfähigkeit Das Magnetfeld von Magneten und Gleichströmen 20, Magnetfeld von Spule und geradem Leiter. Magnetische Feldgrößen Stoffe im Magnetfeld Dia-, Para- und Ferromagnetismus Die Magnetisierungskurve (Hysteresiskurve) ferromagnetischer Stoffe Feldstärkeabhängigkeit der Permeabilität Entmagnetisierungsfaktor. Scherung der Magnetisierungskurve Elektromagnetische Induktion. Wechselstrom Induktionsgesetz Selbstinduktion Wechselstrom Wechselstromwiderstand (Impedanz) 40 3 Grundlagen der Wirbelstrom-Prüfverfahren 3.1 Erzeugung und Eigenschaften von Wirbelströmen Wirbelstromerzeugung durch Wechselfeldmagnetisierung Eindringtiefe der Wirbelströme. Skineffekt Das Tastspulen-Verfahren Vorbemerkungen Wirkung der Prüfkörper-Wirbelströme auf die Prüfspulenimpedanz 46 Abhebeeffekt Einfluss der elektrischen Leitfähigkeit (Legierung) Prüfung auf Materialfehler (Risse) Einfluss der Prüffrequenz auf die Anzeigeempfindlichkeit Das Durchlaufspulen-Verfahren Feldstärke- und Wirbelstromverdrängung in zylindrischen Prüfkörpern. Wechselstrompermeabilität Effektive Permeabilität, Grenzfrequenz, Arbeitskonstante Wirkung der Prüfkörpereigenschaften auf die Durchlaufspule Qualitätsprüfung nichtferromagnetischer zylindrischer Teile Qualitätsprüfung ferromagnetischer zylindrischer Teile Fehlelprüfung zylindrischer Teile Qualitäts- und Fehlerprüfung von Rohren Prüfung von Kugeln und kurzen Teilen Das Verfahren mit Gabelspule (Transmissions-Verfahren) Prinzip der Wirbelstromprüfung mittels Gabelspule Das Durchlassvermögen T als analoge Größe zur effektiven Permeabilität Eine Tastspulenanordnung nach dem Prinzip der Gabelspule 72

3 Maßnahmen _ 4 Spulen, Sonden, Sensoren 4.1 Spulenarten Durchlaufspulen Tastspulen Transmissions-Tastspulen (Gabelspulen) Segmentspulen (Sattelspulen) Flächenspulen Wirbelstrom-Array-Techniken Rotiersensoren Spulenanordnungen Absolutspulen Differenzspulensystem mit Fremdvergleich Differenzspulensystem mit Selbstvergleich Spulenschaltungen Parametrische Schaltung Transformatorschaltung Brückenschaltung Spuleneffekte Abhebeeffekt (Lift-Off-Effekt) Kipp-und Neigungseffekt Kanteneffekt Werkstoffeffekt Fehlereffekt Magnetfeldmessung mit Förster-Sonden und Hall-Generatoren Förster-Sonde Hall-Generator 88 5 Wirbelstrom-Prüfgeräte und Zubehör 5.1 Gerätetechnischer Grundaufbau Universal-Wirbelstromprüfgeräte Blockschaltbild Baugruppen Filter Abtastrate Volldigitale Prüfgeräte 97 6 Signaldarstellung und Prüfempfindlichkeit 6.1 Anzeigearten Instrumentenanzeige X-Y-Darstellung (Punktdarstellung) Y-t-Darstellung (zeitlineare Darstellung) Signalauswertetechniken Betragsauswertung Phasenauswertung Komponentenauswertung Korrelationsverfahren Störgrößen zur Reduzierung und Unterdrückung Abhebeeffekt (Lift-Off-Effekt) Kipp-und Neigungseffekt

4 6.3.3 Kanteneffekt Werkstoff-und Fehlereffekt Frequenzwahl Phasenselektion Permeabilität als Störgröße HO 6.4 Prüfempfindlichkeit HO Zur Definition der Prüfempfindlichkeit Testkörper zur Beurteilung des Signalauflösungsvermögens Kontrollkörper zur Beurteilung der Eigenschaften von Spulen Kalibrier- und Kontrollkörper in der praktischen Wirbelstromprüfung Anwendungsgebiete der Wirbelstromprüfung 7.1 Prüfung auf Werkstoffeigenschaften Vorbemerkungen Messung von Koerzitivfeldstärke und Restmagnetisierung (Prüfung auf Gefüge- und Legierungsänderungen, Härte, Festigkeit u.a.) Messung der elektrischen Leitfähigkeit (Prüfung auf Legierungsreinheit, Gefüge, Härte u.a.) Verwechslungs- und Gefügeprüfung (Gefüge, Wärmebehandlung, Festigkeit, Härtetiefe, Randentkohlung u.a.) Ferritgehaltbestimmung Prüfung auf Korrosion Einfluss von Wärmebehandlung und mechanisch-technologischen Eigenschaften von Stählen auf deren Magnetisierungskurve Störfaktoren bei der Prüfung auf Werkstoffeigenschaften Prüfung auf Materialfehler (Ungänzen) Zylindrische und kugelförmige Prüfteile Flächenförmige Teile Offene und verdeckte Oberflächenfehler Fehlerarten und Fehlersignale Automatisierung des Prüfprozesses Prüfung von Rohren in der Fertigung Drahtprüfung Prüfung von Stangenmaterial Prüfung von Schienen Prüfung von Wärmetauschern Einflussgrößen auf das Wirbelstromsignal (Zusammenfassung) Dimensionsprüfung Schichtdickenmessung Maßkontrolle Wanddickenmessung Risstiefenbestimmung Sonderverfahren 8.1 Oberwellenanalyse. Barkhausen-Rauschen Zerstörungsfreie Ermittlung mechanisch-technologischer Kennwerte Oberwellenanalyse von Wirbelstromsignalen Methode des Barkhausen-Rauschens 176

5 8.2 Impuls-Wirbelstrommethode Beschreibung des Funktionsprinzips Bandpositionierung und Banddickenmessung Wanddickenmessung (Rohrleitungen, Bodenbleche) Prüfung auf Korrosionsschäden Fernfeld-Wirbelstromprüfung Prinzip der Fernfeld-Technik Sensorauslegung Einflüsse auf die Prüfempfindlichkeit Sensoren Schattenwurfund Double Exciter Prüfmöglichkeiten und Grenzen Inspektion von Flächen. Array-Technik Rotier-und Tellersensoren Scanner-Systeme Wirbelstromarrays. X-Probe SLOFEC -Verfahren Wirbelstromprüfung nach Normen und Regelwerken 9.1 Normen und Regelwerke Definitionen. Prüfstrategie Verfahrensbezogene Regelwerke Objektbezogene Regelwerke Wirbelstromprüfung an Rohren Prüfung nach DIN 54141, Teil Prüfung nach EN 10246, Teil Prüfling nach EN 10246, Teil Prüfung nach EN 10246, Teil Prüfung nach SEP Prüfung nach SEP Prüfung nach SEP Prüfung nach ASME-Code Wirbelstromprüfung an Schweißverbindungen nach EN Prüfausrüstung Durchführung der Prüfung Typische Anzeigen bei der Prüfung von Schweißverbindungen Prüfanweisungen und Verfahrensbeschreibungen Inhalt von Prüfanweisungen Inhalt von Verfahrensbeschreibungen Protokollierung und Dokumentation der Prüfergebnisse Erläuterung kontrollpflichtiger Angaben. Prüfprotokolle Beurteilung und Entscheidungsfindung Dokumentation 232 Literaturverzeichnis 234 Sachwortverzeichnis 245