Wechselstrom-Feldmessung

Einführung

Nach Angaben der American Society for Non Destructive Testing (ASNT) ist NDT das Prüfen, Testen oder Bewerten von Materialien, Komponenten oder Baugruppen auf Unterbrechungen oder Unterschiede in den Eigenschaften, ohne die Gebrauchstauglichkeit des Teils oder Systems zu beeinträchtigen. Mit anderen Worten, wenn die Inspektion oder Prüfung abgeschlossen ist, kann das Teil weiterhin verwendet werden.

Moderne ZfP-Verfahren werden in großem Umfang bei der Herstellung, Inspektion und Konstruktion eingesetzt. Sie werden zur Gewährleistung der Produktintegrität und -zuverlässigkeit sowie zur Qualitätssicherung eingesetzt. Beispielsweise wird NDT häufig zum Testen von Eisenbahnschienen verwendet. Dies ist ein Beispiel für eine in Betrieb befindliche zerstörungsfreie Prüfung, die erforderlich ist, um die strukturelle Integrität der Gleise und die öffentliche Sicherheit zu gewährleisten.

Es gibt viele Arten von NDTs - Ultraschall-, akustische, elektromagnetische, Lasermethoden usw. In diesem Artikel werden wir eine wichtige elektromagnetische NDT-Methode behandeln, die Wechselstrommessung (ACFM) genannt wird. EMS ist eine 3D-Feldsimulationssoftware, mit der die Wirksamkeit von NDT-Sonden entworfen und getestet werden kann.

Was ist ACFM?

Die Wechselstromfeldmessung (ACFM) ist eine elektromagnetische Technik, die die zerstörungsfreie Erkennung und Größenschätzung von Rissen ermöglicht, die sich bis zur Oberfläche von Eisen- und Nichteisenmetallen erstrecken. Dies ist wichtig, da es sich um eine Technik handelt, mit der sowohl Eisen- als auch Nichteisenmaterialien geprüft werden können. Die Vorteile dieser Technik sind - geringe oder keine Anforderungen an die Oberflächenreinigung, keine Notwendigkeit für eine wiederholte Kalibrierung, quantitative Auswertung und keine Notwendigkeit für ein magnetisches Medium. Daher gilt es als vielversprechender als herkömmliche Testmethoden für magnetische Partikel.

Die ACFM-Sonde enthält eine oder mehrere Spulen, die elektrische Ströme (oder induzierte Ströme oder Wirbelströme) auf der Oberfläche des zu prüfenden Materials induzieren. Die induzierten Ströme erzeugen ein Magnetfeld über der Oberfläche. In Gegenwart eines freiliegenden Risses werden die induzierten Ströme gestört (oder gestört) und auch das Magnetfeld. Diese Änderung des Magnetfeldes wird gemessen und gibt uns eine gute Vorstellung über das Vorhandensein eines Risses sowie die Größe des Risses.

Wenn Sie eine Sonde für genau diese Funktion entwerfen, gibt es viele Entwurfsparameter, die die Wirksamkeit und Leistung der Sonde steuern. Sie sind die Größe, Position der Spulen, Strom und Erregerfrequenz. Der Versuch, die optimalen Werte für jeden dieser Parameter mit experimentellen Techniken zu finden, ist zeitaufwendig, kostspielig und häufig fehleranfällig. Eine Software wie EMS (die die Finite-Elemente-Methode oder FEM verwendet) kann verwendet werden, um NDT-Sonden effektiv zu entwerfen und zu optimieren.

Beispiel einer Twin Coil Inducer ACFM-Sonde

Die ACFM-Sonde (Abbildung 1) enthält zwei Spulen und einen Magnetsensor in einem Behälter. Der Behälter besteht aus Kunststoff (einem nichtmagnetischen Material). Der Magnetsensor kann den Wert der magnetischen Flussdichte erfassen, wenn die Sonde in Kontakt mit der Testoberfläche gehalten wird. Die Sonde wird normalerweise in der gezeigten Richtung abgetastet. Die magnetische Flussdichte in Y-Richtung (By) wird vom Sensor gemessen. Wenn es keinen Riss gibt, ist der Wert von By mehr oder weniger gleichmäßig, aber wenn ein Oberflächenriss festgestellt wird, ändert sich der Wert von By. Die Änderung des By-Werts wird erfasst und mit vordefinierten Werten verglichen, um die Rissgröße zu ermitteln.

Jede Spule besteht aus 36 Windungen mit einem Kupferdrahtdurchmesser von 0,5 mm. Der Effektivwert des Stroms beträgt 0,6 Ampere und die Frequenz 6 kHz.

NDT-A-Modell einer ACFM-Sonde

Abbildung 1 - Ein Modell einer ACFM-Sonde

Ergebnisse von EMS

Die folgenden Abbildungen zeigen die Ergebnisse von EMS. 2 zeigt die Stromdichtevektorverteilung auf der Probe und 3 zeigt die magnetische Flussdichte (By) auf der Oberfläche der Probe. Fig. 4 zeigt die Variation der Magnetflußdichte an der Position des Magnetsensors, wenn die Sonde entlang der Länge des Risses bewegt wird.

Stromdichteverteilung um den Riss

Abbildung 2 - Stromdichteverteilung um den Riss

Abbildung 3 - Durch Verteilung auf der Platte

Abbildung 3-A - Darstellung der magnetischen Flussdichte

Abbildung 4 - Variation von By mit Abstand der Sonde vom Riss

Fazit

Beim Entwurf von NDT-Anwendungssonden müssen die richtigen Spulen dimensioniert und platziert, der optimale Strom und die optimale Frequenz ausgewählt und schließlich verpackt werden, um Form und Funktionalität sicherzustellen. EMS kann zusammen mit SolidWorks Konstrukteuren dabei helfen.

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