Leistungssteigerung der Magnetpulverprüfung durch Einsatz von Gleichstromimpulsgeräten

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1 DACH-Jahrestagung 2008 in St.Gallen - Poster 13 Leistungssteigerung der Magnetpulverprüfung durch Einsatz von Gleichstromimpulsgeräten Peter HIRSCH, HPT Hirsch Prüftechnik, Zweibrücken 1. MT-Prüfgeräte mit Gleichstromimpulstechnik HPT Hirsch Prüftechnik GmbH in Zweibrücken bietet kleine, leichte und mobile Gleichstromimpulsgeräte mit sehr hoher Leistung zur Oberflächenrissprüfung und Entmagnetisierung von Stahlbauteilen an. (Bild 1) Bild 1: MT-Prüfgerät mit 4-Pol-Gleichstromimpulstechnik A MT-Prüfgeräte mit 4-Pol-Gleichstromimpulstechnik erzeugen kurze, prägnante Gleichstromimpulse, die im Rahmen der unten beschriebenen Magnetisierungsverfahren die zu prüfenden Werkstücke magnetisieren. Durch Kondensatorentladung werden sehr hohe Impulsströme für die Dauer von wenigen Millisekunden erzeugt (Bild 2). Die Gleichstromimpulse haben eine sehr hohe Stromanstiegsgeschwindigkeit und erzeugen in den zu prüfenden Stahlbauteilen Magnetfeldimpulse, die an Oberflächenfehlern wie z.b. Rissen als Streufelder austreten. Diese Streufeldimpulse üben auf die zur MT-Prüfung in Prüfflüssigkeiten oder als Trockenpulver verwendeten Eisenoxidteilchen eine starke stoßartige Anziehungskraft aus und bewirken deren rasche Bewegung zu den aus dem Riss austretenden Streufeldern. Häufig genügen bereits nur drei Impulse zur deutlichen Rissdarstellung selbst bei großen Bauteilen. 1

2 Bild 2: Strom- und Feldstärkeverlauf der Gleichstromimpulse Durch zwei voneinander unabhängige Stromkreise werden die Werkstücke abwechselnd in zwei Richtungen mit Gleichstromimpulsen durchflutet. Je nach den Abmessungen des Werkstücks werden MT-Prüfgeräte mit unterschiedlicher Leistung im Bereich von bis A eingesetzt. Für unterschiedliche Anwendungen sind die MT-Prüfgeräte in zwei verschiedenen Bauformen erhältlich. Eintankausführung: Bild 3: MT-Prüfgerät in Eintankausführung Bei der Eintankausführung (Bild 3) sind die Stromversorgungseinheit und das eigentliche Prüfgerät in einem Gehäuse zusammengefasst. Eintankgeräte werden immer dann eingesetzt, wenn die Werkstücke frei zugänglich sind und die im Behälterbau vorgeschriebene Einhaltung der Kleinschutzspannungen nicht erforderlich ist. 2

3 Zweitankausführung: Bild 4: MT-Prüfgerät in Zweitankausführung Bei der Zweitankausführung (Bild 4) sind Stromversorgung und Prüfgerät in zwei getrennten Gehäusen untergebracht und galvanisch voneinander getrennt. Das erlaubt die Prüfung in engen, geschlossenen u. U. auch feuchten Räumen, wie z.b. im Behälterbau unter Anwendung der Unfallverhütungsvorschriften. Die MT-Prüfgeräte mit Gleichstromimpulstechnik können in Kombination mit folgenden Magnetisierungsverfahren eingesetzt werden: Direkte Stromdurchflutung Kombinierte Methode mit Stromdurchflutung und Spulenmagnetisierung Berührungsfreie Magnetisierung mit Doppelspulen Die MT-Prüfgeräte können gleichzeitig für die MT-Prüfung mit Gleichstromimpulsen und nach einfacher Umschaltung auch zur Entmagnetisierung der Bauteile verwendet werden. Die MT-Prüfgeräte werden durch folgendes Zubehör ergänzt: UV-Leuchte: Bild 5: UV-Leuchte 3

4 Bei der Prüfung mit fluoreszierendem Prüfmittel wird die UV-Leuchte Multipuls UVL (Bild 5) eingesetzt, um Ungänzen zur Anzeige zu bringen. Die zu prüfenden Oberflächen müssen vorher magnetisiert und mit Prüfmittel eingesprüht worden sein. Die fluoreszierenden Partikel leuchten unter UV-Beleuchtung grünlich auf und zeigen damit die fehlerhaften Stellen an. Durch Umschalten auf Weißlicht kann man im Zweifelsfall prüfen, ob eine Anzeige relevant ist. Damit können Fehlanzeigen, die z.b. an Kanten auftreten können oder von Fusseln etc. verursacht werden beurteilt werden. Strom-, Feldstärke- und Restfeldstärkemessgerät Bild 6: Messgerät Das Strom-, Feld- und Restfeldstärkemessgerät vom Typ Multipuls-1001-M (Bild 6) dient bei der MT-Prüfung zur Messung der am Bauteil vorhandenen Prüfstrom- und Feldstärke sowie beim Entmagnetisieren von Bauteilen zur Messung ihrer Restfeldstärke. Magnetpole Bild 7: Magnetpole Magnetpole vom Typ Multipuls-1001-MP (Bild 7) mit hoher Haftkraft und Kontaktkappen werden eingesetzt, um Prüfkabel sicher und schnell am Bauteil anzubringen und einen funkenfreien Stromübergang zu gewährleisten. 4

5 2. Magnetisierungsverfahren mit Gleichstromimpulstechnik Wirkungsweise An den durch Magnetisierung oder Stromdurchflutung magnetisierten ferromagnetischen Werkstoffen treten an oberflächennahen Trennflächen - wie z.b. Risse, Bindefehler oder ähnlichem - magnetische Streufelder aus der Werkstoffoberfläche aus. Diese Streufelder können durch Eisen- oder Eisenoxydpulver-Suspensionen sichtbar gemacht werden. Risse oder Fehlstellen, deren Ebene in Richtung des Magnetflusses liegen, werden auf diese Weise nicht erfasst, während solche senkrecht zu den magnetischen Feldlinien diese erheblich stören und damit Fehleranzeigen ermöglichen. Aus diesem Grunde ist eine Magnetisierung in zwei um ca Grad unterschiedlichen Richtungen erforderlich. Gleichstromimpulstechnik kann in Verbindung mit den folgend beschriebenen Magnetisierungsverfahren eingesetzt werden: Direkte Stromdurchflutung Bei der direkten Stromdurchflutung (Bild 8) werden die Prüfströme mit vier Magnetpolen direkt in das zu prüfende Bauteil in einem Winkel von mindestens 30 zueinander unterschiedlich sowie abwechselnd und unabhängig voneinander eingeleitet. Hierdurch können Längs- und Querfehler in nur einem Prüfschritt auf relativ großen Flächen (Bild 9) schnell und sicher nachgewiesen werden. Ankopplungs- und Überlappungsprobleme gibt es nicht. Bild 8: Bild 9: 5

6 Kombinierte Methode Bei der kombinierten Methode (Bild 10) wird neben dem direktem Stromdurchfluss durchs Bauteil für die zweite Magnetisierungsrichtung eine Spule verwendet. Diese Methode eignet sich insbesondere z.b. für große zylindrische Bauteile (Bild 11). Bild 10: direkte Stromdurchflutung Bild 11: in der Anwendung Berührungsfreie MT-Prüfung und Entmagnetisierung mit Doppelspule Zur berührungsfreien MT-Prüfung (Bild 12) werden die Gleichstromimpulse durch zwei Spulen geleitet, die in einem Winkel von mindestens 30 zueinander angeordnet sind. Es können mehrere Bauteile auf einem MT-Prüftisch (Bild 13) gleichzeitig auf Längs- und Querfehler berührungsfrei geprüft und entmagnetisiert werden. Oder es können mit Hilfe einer von der decke herabhängenden Kastenspule (Bild 14) lange Bauteile wie z.b. die Elevator Links zum Herausheben des Bohrgestänges berührungsfrei geprüft werden. Große Zahnräder oder Gussblöcke können in einer Tauchspule sehr schnell und wirtschaftlich berührungsfrei geprüft und auch entmagnetisiert werden. Bild 12: berührungsfreie Methode Bild 13: MT-Prüftisch 6

7 Bild 14: Prüfung von elevator links mit Kastenspule Entmagnetisierung Zur Entmagnetisierung von Stahlbauteilen werden Gleichstromimpulse mit entgegengesetzter Polarität und abnehmender Intensität entweder mittels Prüfkabel und Magnetpole direkt ins Bauteil geleitet oder man verwendet Spulen mit unterschiedlicher Polarität (Bild 15). Bild 15: Entmagnetisierung einer großen Welle, Länge: mm, Durchmesser: 600 mm 7

8 Bild 16: Entmagnetisierung eines 16 Zylinder Kurbelgehäuses Länge: ca mm 13. Mobile Magnetpulverprüfung an großen Bauteilen Bild 17: MT-Prüfung und Entmagnetisierung einer Laufschaufel (13% Cr und 4% Ni) für ein Wasserkraftwerk Durch die Entwicklung des neuesten MT-Prüfgerätes Multipuls-1003-E2 mit einem max. Prüfstrom von A ist es möglich geworden auch sehr große Bauteile direkt vor Ort in kürzester Zeit zu prüfen. Beispielsweise wurde an einer Laufschaufel für ein Wasserkraftwerk (siehe Bild 17) eine Fläche von ca. 1,5 m x 4,5 m in einem Arbeitsgang geprüft. Hätte man die gleiche Prüfung nach der konventionellen Methode mit einem Magnetjoch durchgeführt, wäre das mit erheblich höherem Prüfaufwand verbunden gewesen. 8

9 4. Anwendungsbeispiele Der Einsatz der Gleichstromimpulsgeräte erfolgt im U-Boot- und Druckbehälterbau, im Maschinen- und Stahlbau, in Gießereien und Schmieden sowie beim Bau von Geräten für Bohrinseln. Bild 18: MT-Prüfung eines Mittelträgers von einem Automobilkran mit direkter Stromdurchflutung 9