Zerstörungsfreie Gefügeprüfung mit magnetinduktiven Verfahren zur 100% Prüfung. Arnold Horsch

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1 Zerstörungsfreie Gefügeprüfung mit magnetinduktiven Verfahren zur 100% Prüfung Arnold Horsch Inhalt Warum zerstörungsfreie Prüfung Stichprobe oder 100% Prüfung Grundlagen der Wirbelstromprüfung Was ist PMFP mit dem INSITE HT Erweiterte Stichprobenprüfung Diskussion 1

2 Warum zerstörungsfreie Prüfung? Aussage über die Qualität Sind alle Teile i.o. Aussage über die Streuung der Fertigung 10 mm 2

3 Stichprobe oder 100% Prüfung Begriffsbestimmung SPC = Statistic Process Control SPC = Statistische Prozess Kontrolle FALSCH SPC = Statistische Prozess Steuerung RICHTIG 3

4 SPC Prüfung 62 HRC SPC funktioniert??? Leider nicht immer!!! 58 HRC SPC hat die Prozesse sicherer gemacht SPC kann aber nicht gewährleisten, einzelne n.i.o. Teile zu finden, die als zufällige Ereignisse beim Härten zu erwarten sind. 4

5 Typische Wärmebehandlungsfehler Austenitisierungstemperatur Austenitisierungszeit Abschreckung Anlasstemperatur Anlasszeit Falscher Werkstoff Zu hoch Zu niedrig Zu kurz Zu lang Zu kurz Zu lang Dampfblasenbildung Zu hoch Zu niedrig Zu kurz Zu lang Gefügeeinflüsse bei der Prüfung Beispiel 100 Cr 6 Karbide im angelassenen strukturlosen Martensit Restaustenitgehalt 15 % 61 HRC Härtegefüge i.o. Nadeliger Martensit Karbide weitgehend aufgelöst Restaustenitgehalt 25 30% HRC Härtegefüge n.i.o. Randzone (Bild) Martensit mit Troostitflecken Oberflächenhärte 600 HV10 Kern (ohne Abbildung) Karbide im angelassenen strukturlosen Martensit Restaustenitgehalt 15 % 61 HRC Härtegefüge.i.O. 5

6 Typische Werkstoffvermischungen Kleine Menge mit Spektrometer Typische Werkstoffvermischungen 6

7 Grundlagen der Wirbelstromprüfung Elektrischer Strom ist IMMER von einem magnetischen Feld begleitet 7

8 Magnetische Wechselfelder induzieren in elektrischen Leitern Spannungen Der magnetische Fluß hängt vom Strom (i) ab f i 8

9 Die induzierte Spannung (u) hängt von der Kopplung ab Empfänger i Sender u u Signalgewinnung i Prüfteil u u Die Kopplung wird (durch den magnetischen Fluß im Prüfling) verbessert 9

10 2,5 B Magnetisierungskurve 2 1,5 1 0,5 0 Magnetische Feldstärke [A/m] Der magnetische Fluß hängt von der magnetischen Feldstärke ab H Jedes Gefüge, jede Legierung hat eine eigene MAGNETISIERUNGS- KURVE 10

11 Die Beziehung zwischen Feldstärke (H) und Induktion (B) ist durch die PERMEABILITÄT(µ) gegeben Permeabilität 11

12 µ rel Permeabilität verschiedener Legierungen C15 9S20 100Cr6 C45 St Magnetische Feldstärke [A/m] Permeabilität 12

13 Typischer begrenzter Blick einer einfrequenten Prüfung 500 µ rel i.o. Material 100Cr6 Kein Unterschied zwischen o.k. Material 100Cr6 und dem unerwartetem C C St Magnetische Feldstärke [A/m] Einfrequenz Technik Amplitude Amplitude 50 Hz f [khz] 0,01 0, ,1 Zeitachse t [s] 13

14 Typische eindimensionale Toleranzgrenzen eines einfrequenten Prüfgerätes n.i.o i.o. n.i.o Typische zweidimensionale Toleranzgrenzen eines einfrequenten Prüfgerätes 14

15 Grundlagen der Wirbelstromprüfung Präventive Mehr Frequenz Prüfung PMFP mit INSITE HT Wie funktioniert das? Warum ist sie soviel besser? PRÄVENTIVE MEHR FREQUENZ PRÜFUNG 500 µ rel Cr6 Erst die Breitbandprüfung mit PMFP zeigt all die Unterschiede der Permeabilitätskurven 200 C St Magnetische Feldstärke [A/m] 15

16 Mehrfrequenz Technik Amplitude Amplitude 7,5 63 Hz 630 Hz 20 Hz 200 Hz 2 khz 6,3 khz 63 khz 20 khz 0,01 0, f [khz] 0,1 t [s] 0,15 Keine Zeitbeschränkungen mehr bei der Mehrfrequenz Technik. Die Präventive Mehrfrequenz Prüfung ist die Lösung PRÄVENTIVE MEHR FREQUENZ PRÜFUNG 500 µ rel Cr6 Erst die Breitbandprüfung mit PMFP zeigt all die Unterschiede der Permeabilitätskurven 200 C St Magnetische Feldstärke [A/m] 16

17 Jeder Werkstoffzustand und jedes Gefüge haben einen individuellen magnetischen Fingerabdruck Fingerabdruck Master Vergleich 17

18 Fingerabdruck Signalgewinnung 18

19 Zweidimensionale Impedanzebene und 8 Toleranzfelder erhöhen die Prüfsicherheit Im i.o.-teil n.i.o.-teil Re 19

20 Kalibriert mit C15 Prüfling = C15 Kalibriert mit C15 Prüfling = 16Mn Cr5 20

21 Kalibriert mit C15 Prüfling = 9S Mn Pb28K Kalibriert mit C15 Prüfling = C45K 21

22 Kalibriert mit C15 Prüfling = X20 Cr13 Welche Vorteile hat der Anwender? Lediglich i.o.-teile zur Kalibrierung nötig Keine langwierige Suche nach der besten Trennfrequenz Höchste Prüfsicherheit Frühe Warnung bei Produktionsfehlern PMFP ist wie eine Versicherung 22

23 Welche Vorteile hat der Anwender vor Ort? Nur 3 Schritte zur Prüfung: 1. KALIBRATION 2. TOLERANZFELDER 3. PRÜFUNG Anwendung 23

24 Anwendung 100 % Prüfung 100% Überwachung Induktives anlassen CHD Prüfung Einsatzgehärtet Induktiv angelassen Anwendung 24

25 Anwendung erweiterte Stichprobe Anwendung erweiterte Stichprobe Streuung der CHD in der Charge Streuung der Härte in der Charge Streuung der Anlassergebnisse in der Charge 25

26 Anwendung erweiterte Stichprobe Anwendung erweiterte Stichprobe 26

27 Anwendung Schraube M6x130 riss bei der Montage ab vermuteter Fehler nicht vergütete Schrauben Bei der Sortierprüfung mit einem Einfrequenzprüfgerät wurden nur ein Teil der Fehlerhaften Teile gefunden Ursache, die Schrauben hatten partielle Fehlvergütungen Die Lösung war eine Mehrfrequenzprüfung an zwei Prüfstellen Losgröße Fehlteile Stück 287 Stück Weiche Stellen 27