Wirbelstromtechnik

Die Wirbelstromprüfung (ECT) ist eine Form der elektromagnetischen Prüfmethode (ET), die üblicherweise zur Erkennung von oberflächlichen oder oberflächennahen Fehlern in Materialien verwendet wird. Sie wird typischerweise für die Prüfung von nicht-ferromagnetischen Metallen verwendet, obwohl das zu prüfende Material ein ferromagnetisches Metall sein kann. ECT wird auch seltener zur Prüfung von Verbundwerkstoffen wie kohlenstofffaserverstärktem Polymer (CFK) eingesetzt.

Wie es funktioniert

Ein elektrischer Leiter (in der Regel eine Kupferspule) wird in einen Stromkreis gelegt, durch den ein Wechselstrom fließt, was dazu führt, dass um die Spule herum ein Magnetfeld erzeugt wird, das auf dem Prinzip der Selbstinduktion beruht. Die Rechte-Hand-Regel bestimmt die Richtung des Magnetfeldes. Die Magnetfeldstärke ist abhängig von der Größe des Erregerstroms der Spule sowie einer Frequenz, die gleich der Wechselstromfrequenz des Erregerstroms ist.

Wenn die Spule in die Nähe einer Metallprobe gebracht wird, werden Wirbelströme im Material induziert. Wirbelströme in Materialien sind analog zu Wirbelströmen in Flüssigkeiten und haben daher ihren Namen erhalten. Bei der elektromagnetischen Induktion fließen die Wirbelströme in eine dem Spulenstrom entgegengesetzte Richtung und erzeugen somit auch eine Gegenkraft, das sogenannte "sekundäre" Feld. Die Schaltung in einem ECT-System ist auf dieses entgegengesetzte sekundäre Feld normalisiert (d. h. "ausgeglichen").

Wird die Spule an eine Stelle auf der Probe mit einem Defekt bewegt, wird der Fluss der Wirbelströme gestört, wodurch sich deren Wege und Dichte ändern. Eine anschließende Änderung der sekundären Magnetfeldstärke bewirkt eine Änderung des Gleichgewichts des Systems, die dann als Änderung der Impedanz in der Spule registriert wird. Ein typisches ECT-System stellt diese Änderung als eine Spannungsmessung dar. Zu den modernen Ausprägungen der ECT-Technologie gehören Eddy Current Array (ECA), Remote Field Testing (RFT), Magnetic Flux Leakage (MFL) und Pulsed Eddy Current (PEC). Die EMAT-Technik (Electro Magnetic Acoustic Transducer) basiert zwar auf Ultraschallwellen und nicht auf Wirbelströmen, hat aber die gleichen grundlegenden Theorien wie die Wirbelstromprüfung.

Wann und wie sollte die Wirbelstromtechnik eingesetzt werden?

  • Ideale Technik für die Prüfung von nicht-ferromagnetischen Metallen.
  • Zur Erkennung von oberflächlichen oder oberflächennahen Defekten wie Rissbildung, Korrosion, Verschleiß, Porositäten usw.
  • Zum Messen der Dicke von nichtleitenden Farben und Beschichtungen.
  • Zur Erkennung und Quantifizierung von Änderungen der Materialeigenschaften oder der Mikrostruktur.
  • Wenn die Sonde nicht in direktem Kontakt mit dem Material sein kann.
  • Wenn nur eine minimale Oberflächenvorbereitung erwünscht ist.
  • Wenn der Einsatz von Chemikalien bei anderen konventionellen ZfP-Methoden unerwünscht ist.