Grundlagen
Wie funktioniert EMAT – Ultraschallerzeugung
EMAT ist die Abkürzung für Electromagnetic Acoustic Transducer. EMAT Systeme können für eine zerstörungsfreie Ultraschall-Prüfung genutzt werden. Hierbei werden viele Probleme der konventionellen Piezo-Ultraschallwandler überwunden.
Ein EMAT-Wandler besteht grundsätzlich aus einer Induktionsspule und einem Permanentmagneten. Die Induktionsspule wird mit einem Wechselstrom gespeist, dadurch wird ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt. Das Wechselfeld induziert Wirbelströme auf der Oberfläche des Prüfobjekts. Der Wirbelstrom interagiert mit dem permanenten Magnetfeld und erzeugt elastische Verformungen direkt im Prüfobjekt. Bei angepasster Anregung breiten sich die Verformungen als Ultraschallwellen im Prüfling aus. An Fehlstellen wird ein Teil des Ultraschallsignals reflektiert, der reflektierte Ultraschall kann im Empfänger detektiert werden.
Im Gegensatz zu konventionellen (Piezo-) Ultraschallwandlern, benötigt ein EMAT Prüfsystem kein Koppelmedium und keinen mechanischen Kontakt, da der Ultraschall direkt im Prüfobjekt erzeugt wird. Das erhöht die Prüfsicherheit, da sich die physikalischen Eigenschaften der Übertragungsstrecke nicht ändern. Außerdem ist die geforderte Toleranz bei der Positionierung und dem Vortrieb des Testobjektes innerhalb des EMAT Systems sehr gering.
Wie funktioniert ein Phased Array Ultraschallsystem
Als Phased Array ( phasengesteuertes oder zeitgesteuertes ) System (Gruppenstrahler) bezeichnet man eine Anordnung, bei dem mehrere Sender zeitlich versetzt senden, um eine Richtwirkung zu erreichen. Bei der Stabprüfung bilden eine Reihe von Spulen die Sender der Ultraschallwellen. Ein Strompuls durch die erste Spule des Senders erzeugt im zu prüfenden Stab eine Ultraschallwelle (siehe EMAT) die Welle breitet sich mit Schallgeschwindigkeit in Längsrichtung im Stab fort.
Beim Durchlaufen weiterer Spulen wird der Puls in einer Richtung durch weitere Anregungen verstärkt. Die von jedem einzelnen Sender nach hinten laufende Welle wird ausgelöscht. Die Fokussierung und Verstärkung des Ultraschalls geschieht somit voll elektronisch. Die Senderichtung kann rein elektronisch sehr schnell gewechselt werden.
Ebenso funktioniert der Empfang der Ultraschallsignale. Hier induziert die an Fehlstellen zurückgeworfene Welle einen kleinen elektrischen Impuls in einer Empfangsspule. Beim durchlaufen weiterer Empfangsspulen werden auch hier Impulse erzeugt. Die Signale aller Empfangsspulen werden zeitlich versetzt elektronisch addiert. Dadurch verstärken sich die Signale der Ultraschallwellen, Signale durch Rauschen und sonstige Störsignale werden gedämpft. Auch beim Empfänger kann die Empfangsrichtung rein elektronisch sehr schnell geändert werden.
Durch diese Richtwirkung wird ein extrem hoher Signal- Rauschabstand und damit eine extrem gute Fehlerempfindlichkeit erreicht.
Wie funktioniert die konventionelle Oberflächenprüfung mit Wirbelstrom
Mit einer Erregerspule wird ein Wirbelstrom auf der Oberfläche des zu prüfenden Objektes erzeugt. Materialfehler führen zu Änderungen des Wirbelstromfeldes, die wiederum in einer Empfängerspule detektiert werden können.
Für Stabmaterial gibt es Durchlaufspulen und mechanisch komplizierte rotierende Sonden. Bei beiden Bauformen muss der Prüfkopf bei einem Materialwechsel aufwendig umgerüstet werden, da die Abstände zwischen Material und Prüfkopf sehr genau eingehalten werden müssen. Verfahrensbedingt beträgt die Eindringtiefe in die Oberfläche nur ca. 30-300 μm.
Wie funktioniert die konventionelle Innenfehlerprüfung mit Piezo- Ultraschall
Bei der Ultraschallprüfung mittels Piezo-Technik werden die Ultraschallsignale mittels Koppelmedium vom Piezo-Kopf auf das zu prüfende Werkstück übertragen. Die Prüfeinrichtungen sind durch den Medieneinsatz und die geforderten engen Toleranzen zum Prüfobjekt sehr aufwendig sowohl in der Anschaffung als auch in der Bedienung. Die Prüfung selbst erfolgt in radialer Richtung, wobei ein Bereich von ca. 2mm unter der Oberfläche ungeprüft bleibt.
