Aufbau einer Entwicklungsplattform für niederfrequente magnetische Prüfverfahren

Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine Entwicklungsplattform für niederfrequente magnetische Prüfverfahren aufgebaut, welche es ermöglicht, den Entwicklungsaufwand vom Prototyp bis zu einer fertigen Prüflösung zu reduzieren. Das erstellte Lastenheft gibt die Anforderungen an die Entwicklungsplattform wieder. Zur Sensorauswahl wurden unterschiedliche Magnetfeldsensoren hinsichtlich der Einsatztauglichkeit zur Streuflussprüfung untersucht und in Konsequenz GMR-Sensoren und Hall-Sonden als Basiselemente für die Streufluss-Sensorik gewählt. Es wurde gezeigt, worin die prinzipiellen Unterschiede zwischen der Magnetpulver (MP)-Prüfung und der sensorgestützten Streuflussprüfung bestehen. Darüberhinaus wurde ein Vergleich zwischen den beiden Verfahren sowie eine Abgrenzung gegenüber anderen zfP-Verfahren gegeben. Im Bereich der MP-Prüfung existieren Anwendungen, bei welchen aus Geometriegründen nicht 100% der Werkstückoberfläche geprüft werden kann. So ist beispielsweise die Prüfung von Verzahnungen mittels Magnetpulver zwar grundsätzlich möglich, aber in bestimmten Fällen sind die Verzahnungen so konstruiert, dass sich das Prüfmittel im Zahngrund ansammelt und einen verschlechterten Kontrast der Rissanzeige bewirkt. Dieser Umstand erschwert eine Automatisierung der MP-Prüfung und auch der menschliche Prüfer wird durch die schlechtere Kontrastsituation häufig überfordert. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass der Einsatz eines sensorgestützten Streuflussverfahrens zur Prüfung von Verzahnungen auf Härterisse möglich ist. Die Nachweisgrenze dieses Verfahrens wurde sowohl experimentell unter Nutzung der aufgebauten Entwicklungsplattform als auch numerisch ermittelt. Es konnte ein mathematischer Zusammenhang zur Abschätzung der Nachweisbarkeit von Rissen in Abhängigkeit von der Risstiefe und der Sensorabhebung aufgestellt werden. Zur Erfüllung von wachsenden Anforderungen der Hersteller hinsichtlich Prüfgeschwindigkeit wurden verschiedene Abtastmethoden erarbeitet und für die Praxis umgesetzt. Es wurden mit Hilfe der Entwicklungsplattform unterschiedliche Prüfsysteme aufgebaut. Anhand dieser praktischen Beispiele wurde gezeigt, dass sich das Einsatzgebiet der Entwicklungsplattform von der Mikrorissprüfung kleiner Flächen von wenigen mm² bis hin zur Prüfung großer Spannbetonflächen von mehreren hundert Quadratmetern auf Spanndrahtbrüche erstreckt.

A development platform for low-frequency magnetic testing techniques, which allows a reduction of development efforts and costs from prototyping to final solution, has been designed. The specification states the requirements for the development platform. To determine the application capability for flux leakage inspections, different sensors have been evaluated and GMR and Hall sensors have been selected as fundamental magnetic flux sensors. The principle differences between magnetic particle testing and sensor-based flux leakage technique have been identified and a comparison between the different techniques, including their limitations has been provided. When conventional magnetic particle methods are applied, a complete, 100% coverage of the test area can often not be achieved, for example gear tooth systems. Magnetic particle inspection of gear tooth systems is generally possible but in certain cases leads to the accumulation of the test fluids (wet bath) in the root of the gear tooth in such a way that it masks potential flaw (crack) indications. Under these circumstances, automated magnetic particle inspection systems and conventional manual magnetic particle inspection personal are often overburdened, due to the poor visibility (con-trast) of the flaw indication. This thesis has demonstrated that the sensor-based magnetic flux leakage technique is applicable for the detection of heat-treatment cracking in gear tooth system parts and components. The sensitivity of the sensor-based magnetic flux leakage technique has been deter-mined experimentally, applying the development platform, as well as numerically. A mathematical interrelation for the computation of detection limits for crack indications relative to crack depth and sensor lift-off was established. To satisfy increasing inspection speeds, required by manufacturing, different scanning techniques have been developed and were implemented into practical applications. Different nondestructive inspection systems have been designed by implementing this development platform. These practical examples have demonstrated that the application potential of the development platform ranges from the inspection for micro-cracking of small surface areas of only a few square millimeters to rather large areas, such as several hundred square meters of pre-stressed concrete sections for the detection of tension wire cracking.