DE102013022298B4

DE102013022298B4 - Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen einer Fügeverbindung wie Widerstandspunktschweißverbindungen und Materialdefekte wie Rissen in Bauteilen mittels Induktions-Thermografie und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102013022298B4
Application number: DE102013022298.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Kraska; Fabian Hoenl; Jan Rathmann
Original assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2016-08-25
Anticipated expiration: 2033-10-08
Also published as: DE102013022298A1

Abstract

Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen von Fügeverbindungen wie Widerstandspunktschweißverbindungen und Materialdefekten wie Rissen (13) in Bauteilen (8) mittels Induktions-Thermografie, bei dem die thermografische Anregung eines Bauteils (8) durch von einem Induktor (1) erzeugten Wärmeimpuls erfolgt und das dadurch bedingte Temperaturprofil des Bauteils (8) mit einer Thermografiekamera (11) erfasst wird, indem zwischen den Spulenkernen (5) des Induktors (1) ein Durchbruch (6) ausgebildet wird, der auf eine Prüfzone (10) der Anregungsoberfläche (9) des Bauteils (8) ausgerichtet wird, in der die Fügeverbindung des Bauteils (8) liegt, in die Prüfzone (10) der Anregungsoberfläche (9) des Bauteils (8) mittels des Induktors (1) der Wärmeimpuls eingebracht wird, der einen transversalen Wärmefluss erzeugt und in Dickenrichtung des Bauteils abfließt (8), die Prüfzone (10) des Bauteils (8) dabei homogen erwärmt und zugleich die Thermografiekamera (11) auf der Seite der Anregungsoberfläche (9) des Bauteils (8) zum Durchbruch (6) im Induktor (1) ausgerichtet so positioniert wird, dass eine ungehinderte Sicht der Thermografiekamera (11) durch den Durchbruch (6) des Induktors (1) hindurch auf die homogen erwärmte Prüfzone (10) des Bauteils (8) gewährt und das abgestrahlte Temperaturprofil des Bauteils (8) von der Thermografiekamera (11) durch den Durchbruch (6) des Induktors (1) hindurch erfasst und anschließend mittels eines mit der Thermografiekamera (11) gekoppelten Rechners (19) ausgewertet wird, gemäß dem deutschen Patent 10 2012 008 531, dadurch gekennzeichner, dass als Induktor (1) ein Drehstrominduktor (1) mit einer geraden Anzahl von 2 × n ferromagnetischer säulenförmigen Spulenkerne (5) verwendet wird, die jeweils eine Induktionsspule (7) tragen, wobei n = 2, 3, ..., p ist, die ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne (5) parallel zueinander verlaufend mit ihren Stirnfläche auf einer ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen von Fügeverbindungen wie Widerstandspunktschweißverbindungen und Materialdefekten wie Rissen in Bauteilen mittels Induktions-Thermografie, bei dem die thermografische Anregung eines Bauteils durch von einem Induktor erzeugten Wärmeimpuls erfolgt und das dadurch bedingte Temperaturprofil des Bauteils mit einer Thermografiekamera erfasst wird, indem zwischen den Spulenkernen des Induktors ein Durchbruch ausgebildet wird, der auf eine Prüfzone der Anregungsoberfläche des Bauteils ausgerichtet wird, in der die Fügeverbindung des Bauteils liegt, in die Prüfzone der Anregungsoberfläche des Bauteils mittels des Induktors der Wärmeimpuls eingebracht wird, der einen transversalen Wärmefluss erzeugt und in Dickenrichtung des Bauteils abfließt, die Prüfzone des Bauteils dabei homogen erwärmt und zugleich die Thermografiekamera auf der Seite der Anregungsoberfläche des Bauteils zum Durchbruch im Induktor ausgerichtet so positioniert wird, dass eine ungehinderte Sicht der Thermografiekamera durch den Durchbruch des Induktors hindurch auf die homogen erwärmte Prüfzone des Bauteils gewährt und das abgestrahlte Temperaturprofil des Bauteils von der Thermografiekamera durch den Durchbruch des Induktors hindurch erfasst und anschließend mittels eines mit der Thermografiekamera gekoppelten Rechners ausgewertet wird, gemäß dem deutschen Patent 10 2012 008 531 .
Es ist bekannt, dass für die induktionsangeregte Thermografie die Anregungsbereiche innerhalb sehr kurzer Zeitintervalle (10–500 ms) homogen erwärmt werden müssen, da inhomogene Erwärmungen laterale Wärmeflüsse im Prüfbereich zur Folge haben und damit eventuell zu einer Überlagerung von Fehlbildern der Thermografiekamera führen können (Vrana, J.: Grundlagen und Anwendungen der aktiven Thermografie mit elektromagnetischer Anregung; Saarbrücker Reihe Materialwissenschaft und Werkstofftechnik * Band (Dissertation), Aachen: Shaker, 2009).
So hat sich bei Anregung eines Stahlblechs mittels eines nach Mazac bekannten Flachinduktors, der einen lateral gestreckten Punktinduktor mit einer um einen Plattenkern gewickelten Spule darstellt, am Ende eines Erwärmpulses einer Länge von t_lmp = 50 ms ein relativ homogenes Erwärmfeld mit ovalem Umriss einer Fläche von ca. 100 mm × 15 mm ergeben. Dieser Flachinduktor eignet sich daher besonders für eine Prüfung von linienförmigen Fügeverbindungen wie z. B. Laserschweißnähten im Automobilbau (Christian SRAJBR, Klaus DILGER, Simon DEHAAN, Christian LAMMEL, Alexander DILLENZ „Zerstörungsfreie Prüfung von Fügeverbindungen mit Induktions-Puls-Phasen-Thermografie”, Thermografie-Kolloquium 2011,- Vortrag 10).
Aus der Druckschrift Maaß, Michael; Bestimmung von richtungsabhängigen Werkstoffeigenschaften und Rissverläufen mit dem Wirbelstromverfahren; Fortschr. -Ber. VDI Reihe 8 Nr. 912; Düsseldorf: VDI Verlag 2001; S. 2–3 geht hervor, dass hauptsächlich Nahtbereiche für die Entstehung und Ausbildung von Rissen als kritisch anzusehen sind. Insbesondere in der Luft- und Raumfahrttechnik hat sich daher die Wirbelstromprüfung mit dem Halbtransmissionssensor bei der Rissdetektion in verdeckten Lagen von Aluminiumstapelstrukturen durchgesetzt, wobei jedoch wegen der Anordnung von Sende- und Empfangsspule parallel nebeneinander die maximale Empfindlichkeit des Halbtransmissionssensors nur in einer Vorzugsrichtung gegeben ist. Diese Richtungsabhängigkeit der Rissdetektion mittels des Halbtransmissionssensors ist als nachteilig anzusehen. Zur Fehlerdetektion und Beschreibung richtungsunabhängiger Werkstoffeigenschaften wird daher ein Messsystem benannt, das aus einem Sensor mit mehreren Sendespulen und einer entsprechend angepassten Signalanregung besteht, die ohne mechanische Bewegung des Sensors eine Einstellung und Veränderung der Wirbelstromverteilung gezielt ermöglicht. Hierbei wird mittels Drehung der Wirbelstromverteilung um 360° die Position eines Fehlers oder der Verlauf einer Vorzugsrichtung relativ zum Sensor erfasst.
Mit der induktiven Anregung mit Wirbelströmen lassen sich berührungslos relativ hohe Erwärmungsraten in kurzen Zeitabständen erzeugen. Dies ist besonders für die Pulsthermografie an Materialien mit hoher Temperaturleitfähigkeit von Vorteil, da ein Verwaschen von Fehlerkontrasten infolge von unmittelbar einsetzenden Ausgleichsvorgängen vermieden wird. Zudem ist es durch eine Variation der Induktionsfrequenz ω möglich, die Skintiefe δ_s (Heiztiefe) zu steuern, für die die folgende Formel gilt:
Generell vergrößert sich die Skintiefe δ_s mit steigender Induktionsfrequenz ω, wobei σ die Konduktivität und μ die Permeabilität als elektrische und magnetische Leitfähigkeit des Werkstoffs in die Formel einfließen.
Die Skintiefe δ_s stellt somit sowohl eine stoffspezifische als auch eine frequenzabhängige Größe dar.
Die Erzeugung des Temperaturgrasdienten erfolgt direkt im Material, so dass keine Übertragung mittels Konvektion, Strahlung oder Wärmeleitung stattfindet. Das Verfahren der Induktions Puls-Thermografie (IPT) ist daher unabhängig von Materialparametern und Umgebungstemperatur wie dem Absorptionsgrad oder der Wärmeübertragungszahl. Die Induktion von Wirbelströmen funktioniert jedoch nur an elektrisch leitfähigen Materialien. Besonders geeignet sind daher ferromagentische Werkstoffe. Jedoch ermöglich die geringe Leitfähigkeit von Kohlenstoff auch an Bauteilen aus Kohlefaserstrukturen (CFK) akzeptable Heizraten.
Hinsichtlich der frequenzabhängigen Heiztiefe kann die Induktions-Puls-Thermografie (IPT) in zwei Gruppen eingeteilt werden.
Zum einen wird bei der Volumenheizung die vollständige Durchdringung des Bauteils vom Magnetfeld angestrebt. Auf diese Weise werden bevorzugt Risse erfasst, da die induzierten Wirbelströme an den Enden der Risse zu einer stärkeren Erwärmung führen. Hierbei entsteht der Temperaturgradient am Fehler selbst. Zu beachten ist jedoch, dass bei einer parallelen Ausrichtung eines Risses zum Stromfluss im Bauteil eine thermische Signatur nicht zu erreichen ist.
Zum anderen wird bei der Flächenheizung wie z. B. bei der Prüfung von Fügeverbindungen der laterale Wärmefluss im Bauteil genutzt. Aus diesem Grunde wird in diesem Fall eine möglichst oberflächennahe Erwärmung angestrebt, was sich in der Anwendung deutlich höherer Induktionsfrequenzen manifestiert.
Die Temperaturerhöhung im Bauteil beruht infolge des das Bauteil durchdringenden Magnetfeldes auf mehreren Effekten, welche materialabhängig unterschiedlich stark ausgeprägt sind.
Den aus der elektromagnetischen Induktion resultierenden Wirbelströmen wird im elektrisch leitfähigen Material der Widerstandsbelag entgegengesetzt. Dies führt zum Verlust elektrischer Energie in Form von Joule'scher Erwärmung. Mit der Frequenz steigen diese Verluste gemäß dem Ohmschen Gesetz quadratisch an. In ferromagnetischen Materialien kommt es hingegen infolge von Hystereseverlusten zusätzlich zur Erwärmung. Bei der Ummagnetisierung wird die Ausrichtung der Weiß'schen Bezirke unter Energieaufwand verändert, was zu einer linear frequenzabhängigen Wärmeentwicklung im Material führt (Benkowsky, G. (1990): Induktionserwärmung. Härten, Glühen, Schmelzen. Löten, Schweißen: Grundlagen und praktische Anleitungen für Induktionserwärmungsverfahren, insbesondere auf dem Gebiet der Hochfrequenzerwärmung. 5. Aufl. Berlin: Technik).
An dielektrischen Werkstoffen mit geringer Permittivität tritt hingegen ein kapazitiver Heizeffekt auf, der aus der zeitlich verzögerten Umpolarisation von Ladungsträgern bei Anliegen eines elektrischen Feldes resultiert und mit steigender Frequenz zunimmt.
An Bauteilen aus Kohlefaserstrukturen (CFK-Bauteilen) kommt es neben der Joule'schen Erwärmung entlang der Fasern zusätzlich zu kapazitiven Heizeffekten an den Kreuzungspunkten. Bei der Bildung globaler Leiterschleifen stellt der Matrixwerkstoff aufgrund seiner geringen Permittivität ein Dielektrikum dar. Durch den Kontaktwiderstand zwischen den Fasern wird der elektrische Widerstand noch zusätzlich verstärkt. Bislang ist nicht eindeutig geklärt, welcher thermische Effekt dominiert. Neben Matrixwerkstoff und elektrischen Eigenschaften der Fasern hat der Laminataufbau ebenfalls einen großen Einfluss auf die erzielbaren Heizraten. Unter identischen Bedingungen lassen sich unidirektionale Faserhalbzeuge deutlich langsamer erwärmen als Faserhalbzeuge mit Gewebestrukturen. Im Vergleich zu ferromagnetischen Materialien werden jedoch erheblich geringere Leistungen bei sehr viel höheren Eindringtiefen induziert. Eine Frequenzerhöhung führt unabhängig vom Lagenaufbau zu einer geringeren Homogenität des erwärmten Bereiches (Frauenhofer, M. (2010): Schnellhärtung struktureller Verbundklebungen mittels elektromagentischer Wechselfelder. Dissertation. Technische Universität, Aachen, Braunschweig; S. 12–15; S. 86–94).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art sowie eine Anordnung zu dessen Durchführung zur Verfügung zu stellen derart, dass durch Induzieren von Wirbelströmen eine sehr exakte Bestimmung eines berührungslos mittels Induktions-Thermografie erfassten Risses einer Fügeverbindung wie einer Schweißnaht eines Bauteils, insbesondere eines CFK-Bauteils möglich gemacht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst, indem
als Induktor ein Drehstrominduktor mit einer geraden Anzahl von 2 × n ferromagnetischer säulenförmigen Spulenkerne verwendet wird, die jeweils eine Induktionsspule tragen, wobei n = 2, 3, ..., p ist, die ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne parallel zueinander verlaufend mit ihren Stirnfläche auf einer bogenförmigen Linie oder auf einem umlaufenden Linienzug, der mindestens 2 × m Ecken oder Kantenlängen aufweist, wobei m = 2, 3, ..., o ist, derart zueinander im Abstand angeordnet sowie die Induktionsspulen zueinander so elektrisch geschaltet werden, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme von Spulenpaaren, die jeweils von zwei der miteinander verbundenen Induktionsspulen der 2 × n ferromagnetischen Spulenkerne des Drehstrominduktors gebildet werden, 360°/n beträgt,
die vom zu prüfenden Bauteil abgewandten Stirnflächen sowie die zu diesen entgegengesetzten Stirnflächen der geraden Anzahl der zueinander parallel verlaufenden säulenförmigen 2 × n Spulenkerne des Drehstrominduktors einerseits über einen ferromagnetischen Ringkern verbunden und andererseits mit der Anregungsoberfläche des zu prüfenden Bauteil einen Eisenkreis bildend magnetisch in Eingriff gebracht werden,
in die Anregungsoberfläche des Bauteils von den gleichsinnig gewickelten und miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen der 2 × n ferromagentischen Spulenkerne des Drehstrominduktors der Wärmeimpuls eingebracht wird, durch den der transversale Wärmefluss in der Prüfzone des Bauteils erzeugt und letztere homogen erwärmt wird,
das abgestrahlte Temperaturprofilprofil der Prüfzone hindernisfrei durch den Durchbruch des Drehstrominduktors hindurch von der Thermografiekamera erfasst und anschließend von dem mit der Thermografiekamera gekoppelten Rechner ausgewertet wird,
das Sichtfenster des Drehstrominduktors skaliert wird,
das reflektierte Temperaturprofil mindestens eines Risses im Bauteil, der in der partiell homogen erwärmten Prüfzone des Bauteils liegt, die durch das Sichtfenster des skalierten Drehstrominduktors ungehindert thermografisch zu erfassen ist, von der Thermografiekamera als Linie mit punktartigen Endflächen bildlich skaliert reproduziert wird, die die Bereiche des Bauteils an den Rissenden kennzeichnen, und
die Länge des thermografisch erfassten Risses im Bauteil durch den Abstand der punktartigen Endflächen der Linie in der thermografischen Reproduktion ermittelt wird.
Bevorzugt wird als Bauteil ein Stahlblech oder eine Kfz-Stahlfelge verwendet wird. Der Drehstrominduktor wird vorzugsweise mit einem Sichtfenster mit den Abmessungen 75 mm × 50 mm gewählt, durch das eine Verdeckung der Prüfzone der Anregungsoberfläche des Stahlbleches oder der Kfz-Stahlfelge vermieden wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin durch das Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4 gelöst, indem
als Induktor ein Drehstrominduktor mit einer geraden Anzahl von 2 × n ferromagnetischer säulenförmigen Spulenkerne verwendet wird, die jeweils eine Induktionsspule tragen, wobei n = 2, 3, ..., p ist, die ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne parallel zueinander verlaufend mit ihren Stirnfläche auf einer bogenförmigen Linie oder auf einem umlaufenden Linienzug, der mindestens 2 × m Ecken oder Kantenlängen aufweist, wobei m = 2, 3, ..., o ist, derart zueinander im Abstand angeordnet sowie die Induktionsspulen zueinander so elektrisch geschaltet werden, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme von Spulenpaaren, die jeweils von zwei der miteinander verbundenen Induktionsspulen der 2 × n ferromagnetischen Spulenkerne des Drehstrominduktors gebildet werden, 360°/n beträgt,
die vom zu prüfenden Bauteil abgewandten Stirnflächen sowie die zu diesen entgegengesetzten Stirnflächen der geraden Anzahl der zueinander parallel verlaufenden säulenförmigen 2 × n Spulenkerne des Drehstrominduktors einerseits über einen ferromagnetischen Ringkern verbunden und andererseits mit der Anregungsoberfläche des zu prüfenden Bauteil einen Eisenkreis bildend magnetisch in Eingriff gebracht werden,
in die Anregungsoberfläche des Bauteils von den gleichsinnig gewickelten und miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen der 2 × n ferromagentischen Spulenkerne des Drehstrominduktors der Wärmeimpuls eingebracht wird, durch den der transversale Wärmefluss in der Prüfzone des Bauteils erzeugt und letztere homogen erwärmt wird, und das abgestrahlte Temperaturprofilprofil der Prüfzone hindernisfrei durch den Durchbruch des Drehstrominduktors hindurch von der Thermografiekamera erfasst und anschließend von dem mit der Thermografiekamera gekoppelten Rechner ausgewertet wird, und
als Bauteil ein Bauteil aus einer Kohlefaserstruktur (CFK-Bauteil) verwendet wird.
Vorzugsweise weist das CFK-Bauteil eine elektrische Leitfähigkeit in Faserrichtung im Bereich von 5 bis 15 kS/m und eine elektrische Leitfähigkeit quer zur Faserrichtung im Bereich von 0,1 bis 1 kS/m auf. Als CFK-Bauteil kann auch ein solches mit einem unidirektionalen Gelege verwendet werden. Bevorzugt wird das CFK-Bauteil auf einer Stahlblechunterlage positioniert wird. Für CFK-Bauteile eignen sich Anregungsfrequenzen von größer als 150 kHz.
Die Detektion kleiner Defekte oder von Faserausrichtungen ist in CFK-Bauteilen vom induzierten Wirbelstrom abhängig. Bei Verwendung eines Streifeninduktors können sich daher richtungsabhängig unterschiedliche Messergebnisse ergeben. Dieses Problem kann jedoch durch die Verwendung des Drehfeldinduktors vermieden werden, da sich die induzierten Stromflussrichtungen ständig ändern. Zudem ist es auch möglich, Messungen mit einer Transmissionsanordnung durchzuführen, bei der das Prüfobjekt zwischen der Thermografiekamera und dem Drehstrominduktor angeordnet ist.
Erfindungsgemäß kann auch das Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8 zur Anwendung kommen, indem
als Induktor ein Drehstrominduktor mit einer geraden Anzahl von 2 × n ferromagnetischer säulenförmigen Spulenkerne verwendet wird, die jeweils eine Induktionsspule tragen, wobei n = 2, 3, ..., p ist, die ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne parallel zueinander verlaufend mit ihren Stirnfläche auf einer bogenförmigen Linie oder auf einem umlaufenden Linienzug, der mindestens 2 × m Ecken oder Kantenlängen aufweist, wobei m = 2, 3, ..., o ist, derart zueinander im Abstand angeordnet sowie die Induktionsspulen zueinander so elektrisch geschaltet werden, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme von Spulenpaaren, die jeweils von zwei der miteinander verbundenen Induktionsspulen der 2 × n ferromagnetischen Spulenkerne des Drehstrominduktors gebildet werden, 360°/n beträgt,
die vom zu prüfenden Bauteil abgewandten Stirnflächen sowie die zu diesen entgegengesetzten Stirnflächen der geraden Anzahl der zueinander parallel verlaufenden säulenförmigen 2 × n Spulenkerne des Drehstrominduktors einerseits über einen ferromagnetischen Ringkern verbunden und andererseits mit der Anregungsoberfläche des zu prüfenden Bauteil einen Eisenkreis bildend magnetisch in Eingriff gebracht werden,
in die Anregungsoberfläche des Bauteils von den gleichsinnig gewickelten und miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen der 2 × n ferromagentischen Spulenkerne des Drehstrominduktors der Wärmeimpuls eingebracht wird, durch den der transversale Wärmefluss in der Prüfzone des Bauteils erzeugt und letztere homogen erwärmt wird, und
das abgestrahlte Temperaturprofilprofil der Prüfzone hindernisfrei durch den Durchbruch des Drehstrominduktors hindurch von der Thermografiekamera erfasst und anschließend von dem mit der Thermografiekamera gekoppelten Rechner ausgewertet wird zur lokalen induktiven Hochtemperaturerwärmung auf mindestens 950°C zum induktiven Presshärten von im Leichtbau einzusetzenden Stählen bei Einsatz von Anregungsfrequenzen im Bereich von 150 KHz bis 250 KHz.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9 gelöst, wobei
der Induktor ein Drehstrominduktor ist, der eine geraden Anzahl von 2 × n ferromagnetische säulenförmigen Spulenkerne gleicher Länge aufweist, wobei n = 2, 3, ..., p ist, die jeweils eine der gleichsinnig gewickelten und elektrisch miteinander verbundenen Induktionsspulen tragen und parallel zueinander verlaufend mit ihren beiden Stirnflächen jeweils auf einer bogenförmigen Linie oder auf einem umlaufenden Linienzug, der mindestens 2 × m Ecken oder Kantenlängen aufweist, wobei m = 2, 3, ..., o ist, derart zueinander im Abstand angeordnet sind, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme von Spulenpaaren, die jeweils von zwei der miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen der 2 × n ferromagnetischen Spulenkerne des Drehstrominduktors gebildet sind, 360°/n beträgt,
die vom zu prüfenden Bauteil abgewandten Stirnflächen sowie die zu diesen entgegengesetzten Stirnflächen der geraden Anzahl der zueinander parallel verlaufenden säulenförmigen 2 × n Spulenkerne gleicher Länge des Drehstrominduktors einerseits über einen ferromagnetischen Ringkern verbunden und andererseits mit der Anregungsoberfläche des zu prüfenden Bauteils einen Eisenkreis bildend magnetisch in Eingriff zu bringen sind,
ein Durchbruch in dem ferromagnetischen Ringkern des Drehstrominduktors ein Sichtfenster für die Thermografiekamera zwischen den Induktionsspulen der 2 × n Spulenkernen bildet und der auf die Anregungsoberfläche des Bauteils in der Prüfzone des letzteren auszurichten ist,
in die Anregungsoberfläche des Bauteils von den gleichsinnig gewickelten und miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen der ferromagentischen 2 × n Spulenkernen des Drehstrominduktors ein Wärmeimpuls einzubringen ist, durch den ein transversaler Wärmefluss in der Prüfzone des Bauteils zu erzeugen und letztere homogen zu erwärmen ist, wobei der transversale Wärmefluss hindernisfrei durch den Durchbruch des Drehstrominduktors hindurch von der Thermografiekamera zu erfassen ist,
der Drehstrominduktor zusammen mit der Thermografiekamera sowie die Anregungsoberfläche des Bauteils relativ zueinander zu bewegen sind,
die Anordnung als miniaturisiertes Handprüfgerät ausgebildet ist, das ein robustes Gehäuse aufweist, in dem der kompakte Sensorkopf aus dem Induktor mit maßgefertigten Ferritteilen und aus der Thermografiekamera (Bolometerkamera) integriert ist, und
zwischen der Thermografiekamera und dem Induktor im Gehäuse eine Schirmung und oberhalb der Thermografiekamera im Gehäuses ein Lüfter positioniert und Abstands-, Funktions- und Temperatorsensoren vorgesehen sind.
Vorzugsweise besteht das Gehäuse des miniaturisierten Handprüfgerätes aus Kunststoff oder Aluminium, und die maßgefertigten Induktorbauteile weisen die Abmaße 255 mm × 130 mm × 60 mm an. Das Gewicht des miniaturisierten Handprüfgeräts kann 3 kg betragen. Zudem eignet sich der Drehstrominduktor aufgrund seiner homogenen Heizverteilung sehr gut zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Transmissionsanordnung (sog. Durchlichtverfahren) der erfindungsgemäßen Anordnung, da die homogene Erwärmung nicht nur auf den Bereich des jeweiligen Sichtfensters beschränkt sein muss.
Die Erfindung sorgt für eine Erweiterung des Anwendungsspektrums auf Rissprüfung in Stahl, z. B. in Stahlblechen und Stahlfelgen, auf Prüfung von Defekten wie Impact-Schäden in Bauteilen aus Kohlefaserstrukturen (CFK-Bauteilen) sowie auf eine lokale Erwärmung von Stahlblechen, um diese zu härten oder weich zu glühen. Die Miniaturisierung als Handprüfgerät der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ermöglicht dessen flexiblen Einsatz bei einseitiger Zugänglichkeit des zu prüfenden Bauteils in Reflexionsanordnung. Die Detektion von kleineren Defekten und von Faserausrichtungen in CFK-Bauteilen, die vom induzierten Wirbelstromfluss abhängig ist, kann in geeigneter Weise erfolgen. Durch eine passende Auswahl der Anregungsfrequenzen lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren für die verschiedenen Anwendungsbereiche optimieren.
Die Einwirktiefe (Skintiefe) des Drehstrominduktors hängt von der Anregungsfrequenz ab. Für die Detektion von Fehlern in Schweißnaht- oder Schweißpunktverbindungen an Stahlblechen wird eine Mittelfrequenzanregung im Bereich von 10 kHz–20 kHz benötigt. Für die Rissprüfung in Stahl hat sich die Verwendung von Anregungsfrequenzen im Bereich von 150 kHz–250 kHz durchgesetzt. Für die Detektion von Schäden in CFK-Bauteilen eignen sich Frequenzen von größer als 150 kHz. Bei der Platinenerwärmung wird zunächst eine Mittelfrequenz benötigt, die zur Skintiefe bei niedrigen Temperaturen passt. Wird die Curietemperatur überschritten, ändert sich u. a. die relative Permeabilität sehr stark, so dass dann wesentlich höhere Anregungsfrequenzen verwendet werden müssen.
Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die Zeichnungen erläutert. In diesen sind:
1 für Vergleichszwecke eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Streifeninduktors,
2 zu Vergleichszwecken eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Anordnung zum zerstörungsfreien Prüfen einer Fügeverbindung bei Verwendung eines Streifeninduktors nach 1,
3 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform des im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Drehstrominduktors,
4 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum zerstörungsfreien Prüfen einer Kfz-Stahlfelge,
5 eine Reproduktion der Thermografiekamera mit reflektierten Temperaturprofil eines Risses im geprüften Bauteil,
6 eine schematische Darstellung der Reproduktion des reflektierten Temperaturprofils eines Risses in einem Stahlblech,
7 eine schematische Darstellung einer Reproduktion eines CFK-Bauteils mit Impactschaden,
8 eine schematische Darstellung einer Reproduktion eines CFK-Bauteils mit 0°/90° Faserorientierung,
9 eine schematische Darstellung einer Reproduktion eines CFK-Bauteils mit 45°/125° Faserorientierung,
10 eine Perspektivansicht eines schematisch dargestellten Streifeninduktors,
11 ein Skintiefe-Temperatur-Diagramm von 22MnB5 für drei verschiedene Anregungsfrequenzen,
12 ein Temperatur-Zeit-Diagramm von 22MnB5 für zwei verschiedene Anregungsfrequenzen,
13 eine schematische Anordnung zur Durchführung des Verfahrens als miniaturisiertes Handprüfgerätes,
14 ein Diagramm, das ein Temperaturprofil eines Bauteils am Ende der Anregung mit einem Drehfeldinduktor des Handprüfgerätes zeigt, und
15 ein Diagramm, das ein Temperaturprofil des Bauteils am Ende der Messung mit dem Handprüfgerätes zeigt, das mit dem Drehfeldinduktor ausgerüstet ist.
Aus 1 geht eine Ausführungsform eines Induktors 1 zwecks Vergleichs hervor, der einen einstückigen Rahmen 2 aus ferromagnetischen Material aufweist, der zwei parallele, im Abstand zueinander angeordnete rechteckförmige ferromagnetische Polplatten 3 besitzt, die an ihren Enden 4 jeweils über einstückig mit diesen ausgebildeten, verhältnismäßig schlanken Spulenkerne 5 derart verbunden sind, dass zwischen letzteren ein Durchbruch 6 des Induktors 1 gebildet ist, der von oben eine freie Sicht in den Raum zwischen den Polplatten 3 des Induktors 1 gewährt. Auf den beiden Spulenkernen 5, die im Querschnitt rechteckförmig sind und deren obere Fläche mit der jeweiligen Oberkante der beiden Polplatten 1 fluchtet, ist jeweils eine Spule 7 vorgesehen. Die beiden Spulen 7 sind gleichsinnig gewickelt und in Reihe geschaltet.
Zur zerstörungsfreien Prüfung einer Fügeverbindung wie z. B. einer Schweißnaht oder eines Schweißpunktes eines Bauteils 8 kann, wie aus 2 ersichtlich ist, in dessen Anregungsoberfläche 9 mittels des Induktors 1 ein einen transversalen Wärmefluss erzeugender Wärmeimpuls induktiv eingebracht werden, wobei der Durchbruch 6 zwischen den Spulenkernen 5 des Induktors 1 auf die die Fügeverbindung umfassende Prüfzone 10 der Anregungsoberfläche 9 des zu prüfenden Bauteils 8 ausgerichtet und die Prüfzone 10 des Bauteils 1 homogen erwärmt wird.
Zugleich kann auf der Seite der Anregungsoberfläche 9 des zu prüfenden Bauteils 8 eine Thermografiekamera 11 zum Durchbruch 6 im Induktor 1 ausgerichtet so positioniert werden, dass eine ungehinderte Sicht der Thermografiekamera 11 durch den Durchbruch 6 des Induktors 1 hindurch auf die homogen erwärmte Prüfzone 10 des Bauteils 8 gegeben ist und das reflektierte Temperaturprofil des zu prüfenden Bauteils 8 von der Thermografiekamera 11 durch den Durchbruch 6 des Induktors 1 hindurch sichtfrei erfasst wird. Das von der Thermografiekamera 11 erfasste reflektierte Temperaturprofil des geprüften Bauteils 8 kann dann mittels eines mit der Thermografiekamera 11 gekoppelten Rechners 19 ausgewertet.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird anstelle des Streifeninduktors 1 ein Drehstrominduktor 1 verwendet, wie er in der schematischen Schnittansicht der 3 gezeigt ist.
Der Drehstrominduktor 1 weist sechs gleichsinnig gewickelte und elektrisch miteinander verbundene Induktionsspulen 7 mit je einem ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkern 5 auf. Die Stirnflächen und der Spulenkerne 5 sind dabei jeweils auf einer kreisförmigen Linie derart im Abstand zueinander angeordnet, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme jeder der miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen 7 der 2 × 3 ferromagnetischen Spulenkerne 5 des Drehstrominduktors 360°/3 = 120° beträgt. Der kreisförmige Durchbruch 6 in dem ferromagnetischen Ringkern 12 des Drehstrominduktors 1 zwischen den Induktionsspulen 7 der 2 × 3 ferromagnetischen Spulenkerne 5 bildet ein Sichtfenster für eine Thermografiekamera 11 für die Erfassung eines durch eine induktive Anregung bedingten Temperaturprofils in der Prüfzone 10 des Bauteils 8.
Wie 3 verdeutlicht, weisen die 2 × 3 ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne 5 des Drehstrominduktors 1, die jeweils eine der gleichsinnig gewickelten und elektrisch miteinander verbundenen Induktionsspulen 7 tragen, jeweils eine gleiche Länge auf und sind parallel zueinander angeordnet. Der Querschnitt der jeweils eine Induktionsspule 7 tragenden säulenförmigen ferromagnetischen Spulenkerne 5 kann vorzugsweise kreisförmig, elliptisch, schalenförmig oder beliebig symmetrisch bogenförmig sein. An ihrem oberen Ende sind die ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne 5 über den ferromagnetischen Ringkern 12 an ihrem einen Ende miteinander verbunden. Der ein Sichtfenster für die Thermografiekamera 11 bildende Durchbruch 6 des Drehstrominduktors 1 ist auf die Anregungsoberfläche 9 des Bauteils 8 in der Prüfzone 10 des Bauteils 8 in dessen Prüfzone 10 auszurichten.
4 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum zerstörungsfreien Prüfen einer Kfz-Stahlfelge 8. Das reflektierte Temperaturprofil in der Prüfzone 10 der angeregten Anregungsoberfläche 9 der Kfz-Stahlfelge 8 wird durch den Durchbruch 6 des Induktors 1 hindurch von der Thermografiekamera 11 erfasst. Während der thermografischen Rissprüfung kann die Kfz-Stahlfelge 8 um ihre Mittelachse rotieren. Die Abmaße des das Sichtfenster bildenden Durchbruches 6 des Induktors 1 können beispielsweise 75 mm × 50 mm betragen.
Aus 5 geht eine Reproduktion der Thermografiekamera 11 mit reflektiertem Temperaturprofil eines Risses 13 im geprüften Bauteil 8 hervor. Aus der Reproduktion der Thermografiekamera ist der Riss 13 als Linie 14 mit punktartigen Endflächen 15 bildlich skaliert deutlich zu erkennen. Die Endflächen 15 kennzeichnen die Bereiche des Bauteils 8 an den Enden des Risses 13.
In 6 ist eine schematische Darstellung der Reproduktion des reflektierten Temperaturprofils eines Risses 13 in einem Stahlblech 8 gezeigt. Die Länge des thermografisch erfassten Risses 13 im Stahlblech 8 ergibt sich durch den Abstand der punktartigen Endflächen 15 der Linie 14 in der thermografischen Reproduktion.
In 7 ist eine schematische Darstellung einer Reproduktion der Thermografiekamera 11 eines CFK-Bauteils 8 mit einem Impactschaden 16 dargestellt. Bei der berührungslosen Prüfung des CFK-Bauteils 8 mittels Induktions-Thermografie ist der Impactschaden 16 in der Kohlefaserstruktur des CFK-Bauteils 8 deutlich zu erfassen.
Aus 8 geht eine schematische Darstellung einer Reproduktion eines CFK-Bauteils 8 mit 0°/90° Faserorientierung hervor. Bei der berührungslosen Prüfung des CFK-Bauteils 8 mittels Induktions-Thermografie kann die Faserorientierung der Kohlefaserstruktur des CFK-Bauteils 8 festgestellt werden.
In 9 ist eine schematische Darstellung einer Reproduktion eines CFK-Bauteils 8 mit 45°/125° Faserorientierung gezeigt. Das CFK-Bauteil 8 kann während der berührungslosen Prüfung mittels Induktions-Thermografie auf einer Metallblechunterlage 17 positioniert werden.
10 zeigt eine Perspektivansicht eines schematisch dargestellten Streifeninduktors 1, wobei die Temperaturverteilung in der Anregungsoberfläche 9 eines Stahlblechs 8 zu dessen lokalen induktiven Hochtemperaturerwärmung gezeigt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum induktiven Presshärten von im Leichtbau einzusetzenden Stählen verwendet werden, um eine lokale induktive Hochtemperaturerwärmung auf mindestens 950°C zu erzielen.
Aus 11 geht ein Skintiefe-Temperatur-Diagramm von 22MnB5 für drei verschiedene Anregungsfrequenzen des Drehstrominduktors 1 im erfindungsgemäßen Verfahren hervor. Beispielsweise liegt bei einer Temperatur von 600°C die Skintiefe d bei einer Anregungsfrequenz von 8 kHz oberhalb der Skintiefe d bei einer Anregungsfrequenz von 18 kHz.
In 12 ist ein Temperatur-Zeit-Diagramm von 22MnB5 für zwei verschiedene Anregungsfrequenzen bei einer lokalen induktiven Erwärmung der Anregungsoberfläche 9 eines Bauteils 8 gezeigt. Es ist ersichtlich, dass die lokale induktive Erwärmung bei einer Anregungsfrequenz von 160 kHz deutlich schneller erfolgt als bei einer Anregungsfrequenz von 8,5 kHz.
In 13 eine schematische Anordnung zur Durchführung des Verfahrens als miniaturisiertes Handprüfgerätes 18 dargestellt. Das miniaturisierte Handprüfgerät 18 weist ein robustes Gehäuse 20 auf, das aus Kunststoff oder Aluminium hergestellt sein kann. In dem Gehäuse 20 ist ein kompakter Sensorkopf aus dem Induktor 1 mit maßgefertigten Ferritteilen und aus der Thermografiekamera 11 (Bolometerkamera) enthalten, wobei zwischen der Thermografiekamera 11 und dem Drehstrominduktor 1 im Gehäuse 20 eine Schirmung 21 und oberhalb der Thermografiekamera 11 im Gehäuses 20 ein Lüfter 22 positioniert ist sowie Abstands-, Funktions- und Temperatorsensoren vorgesehen sind. Die maßgefertigten Induktorbauteile weisen beispielsweise die Abmaße 255 mm × 130 mm × 60 mm und das miniaturisierte Handprüfgerät 18 ein Gewicht von 3 kg auf. Die Abmessungen des Gehäuses 20 des miniaturisierten Handprüfgerätes 18 sind an die Abmaße der maßgefertigten Ferritbauteile angepasst.
Aus 14 geht ein DL-px-Diagramm hervor, das ein Temperaturprofil eines Bauteils 8 am Ende der Anregung mit dem Drehfeldinduktor 1 des Handprüfgerätes 18 zeigt.
In 15 ist ein DL-px-Diagramm dargestellt, das ein Temperaturprofil des Bauteils 8 am Ende der Messung mit dem Handprüfgerätes 18 zeigt, das mit dem Drehfeldinduktor 1 ausgerüstet ist.
Bezugszeichenliste

1: Induktor, Streifeninduktor, Drehstrominduktor
2: Rahmen aus ferromagnetischem Material
3: Polplatte
4: Ende der Polplatte
5: Spulenkern
6: Durchbruch des Induktors
7: Induktionsspule
8: zu prüfendes Bauteil, Stahlblech, Kfz-Stahlfelge, CFK-Bauteil
9: Anregungsoberfläche des Bauteils
10: Prüfzone des Bauteils
11: Thermografiekamera
12: Ringkern
13: Riss
14: Linie
15: Endfläche
16: Impactschaden
17: Metallblechunterlage
18: miniaturisiertes Handprüfgerät
19: Rechner
20: Gehäuse
21: Schirmung
22: Lüfter

Claims

Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen von Fügeverbindungen wie Widerstandspunktschweißverbindungen und Materialdefekten wie Rissen (13) in Bauteilen (8) mittels Induktions-Thermografie, bei dem die thermografische Anregung eines Bauteils (8) durch von einem Induktor (1) erzeugten Wärmeimpuls erfolgt und das dadurch bedingte Temperaturprofil des Bauteils (8) mit einer Thermografiekamera (11) erfasst wird, indem zwischen den Spulenkernen (5) des Induktors (1) ein Durchbruch (6) ausgebildet wird, der auf eine Prüfzone (10) der Anregungsoberfläche (9) des Bauteils (8) ausgerichtet wird, in der die Fügeverbindung des Bauteils (8) liegt, in die Prüfzone (10) der Anregungsoberfläche (9) des Bauteils (8) mittels des Induktors (1) der Wärmeimpuls eingebracht wird, der einen transversalen Wärmefluss erzeugt und in Dickenrichtung des Bauteils abfließt (8), die Prüfzone (10) des Bauteils (8) dabei homogen erwärmt und zugleich die Thermografiekamera (11) auf der Seite der Anregungsoberfläche (9) des Bauteils (8) zum Durchbruch (6) im Induktor (1) ausgerichtet so positioniert wird, dass eine ungehinderte Sicht der Thermografiekamera (11) durch den Durchbruch (6) des Induktors (1) hindurch auf die homogen erwärmte Prüfzone (10) des Bauteils (8) gewährt und das abgestrahlte Temperaturprofil des Bauteils (8) von der Thermografiekamera (11) durch den Durchbruch (6) des Induktors (1) hindurch erfasst und anschließend mittels eines mit der Thermografiekamera (11) gekoppelten Rechners (19) ausgewertet wird, gemäß dem deutschen Patent 10 2012 008 531, dadurch gekennzeichner, dass als Induktor (1) ein Drehstrominduktor (1) mit einer geraden Anzahl von 2 × n ferromagnetischer säulenförmigen Spulenkerne (5) verwendet wird, die jeweils eine Induktionsspule (7) tragen, wobei n = 2, 3, ..., p ist, die ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne (5) parallel zueinander verlaufend mit ihren Stirnfläche auf einer bogenförmigen Linie oder auf einem umlaufenden Linienzug, der mindestens 2 × m Ecken oder Kantenlängen aufweist, wobei m = 2, 3, ..., o ist, derart zueinander im Abstand angeordnet sowie die Induktionsspulen (7) zueinander so elektrisch geschaltet werden, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme von Spulenpaaren, die jeweils von zwei der miteinander verbundenen Induktionsspulen (7) der 2 × n ferromagnetischen Spulenkerne (5) des Drehstrominduktors (1) gebildet werden, 360°/n beträgt, die vom zu prüfenden Bauteil (8) abgewandten Stirnflächen sowie die zu diesen entgegengesetzten Stirnflächen der geraden Anzahl der zueinander parallel verlaufenden säulenförmigen 2 × n Spulenkerne (5) des Drehstrominduktors (1) einerseits über einen ferromagnetischen Ringkern (12) verbunden und andererseits mit der Anregungsoberfläche (9) des zu prüfenden Bauteil (8) einen Eisenkreis bildend magnetisch in Eingriff gebracht werden, in die Anregungsoberfläche (9) des Bauteils (8) von den gleichsinnig gewickelten und miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen (7) der 2 × n ferromagentischen Spulenkerne (5) des Drehstrominduktors (1) der Wärmeimpuls eingebracht wird, durch den der transversale Wärmefluss in der Prüfzone (10) des Bauteils (8) erzeugt und letztere homogen erwärmt wird, das abgestrahlte Temperaturprofilprofil der Prüfzone (10) hindernisfrei durch den Durchbruch (6) des Drehstrominduktors (1) hindurch von der Thermografiekamera (11) erfasst und anschließend von dem mit der Thermografiekamera (11) gekoppelten Rechner (19) ausgewertet wird, das Sichtfenster des Drehstrominduktors (1) skaliert wird, das reflektierte Temperaturprofil mindestens eines Risses (13) im Bauteil (8), der in der partiell homogen erwärmten Prüfzone (10) des Bauteils (8) liegt, die durch das Sichtfenster des skalierten Drehstrominduktors (1) ungehindert thermografisch zu erfassen ist, von der Thermografiekamera (11) als Linie (14) mit punktartigen Endflächen (15) bildlich skaliert reproduziert wird, die die Bereiche des Bauteils (8) an den Rissenden kennzeichnen, und die Länge des thermografisch erfassten Risses (13) im Bauteil (8) durch den Abstand der punktartigen Endflächen (15) der Linie (14) in der thermografischen Reproduktion ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauteil (8) ein Stahlblech oder eine Kfz-Stahlfelge verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehstrominduktor (1) mit einem Sichtfenster mit den Abmessungen 75 mm × 50 mm gewählt wird, durch das eine Verdeckung der Prüfzone (10) der Anregungsoberfläche (9) des Stahlbleches (8) oder der Kfz-Stahlfelge (8) vermieden wird.
Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen von Fügeverbindungen wie Widerstandspunktschweißverbindungen und Materialdefekten wie Rissen (13) in Bauteilen (8) mittels Induktions-Thermografie, bei dem die thermografische Anregung eines Bauteils (8) durch von einem Induktor erzeugten Wärmeimpuls erfolgt und das dadurch bedingte Temperaturprofil des Bauteils (8) mit einer Thermografiekamera (11) erfasst wird, indem zwischen den Spulenkernen (5) des Induktors (1) ein Durchbruch (6) ausgebildet wird, der auf eine Prüfzone (10) der Anregungsoberfläche (9) des Bauteils (8) ausgerichtet wird, in der die Fügeverbindung des Bauteils (8) liegt, in die Prüfzone (10) der Anregungsoberfläche (9) des Bauteils (8) mittels des Induktors (1) der Wärmeimpuls eingebracht wird, der einen transversalen Wärmefluss erzeugt und in Dickenrichtung des Bauteils (8) abfließt, die Prüfzone (10) des Bauteils (8) dabei homogen erwärmt und zugleich die Thermografiekamera (11) auf der Seite der Anregungsoberfläche (9) des Bauteils (8) zum Durchbruch (6) im Induktor (1) ausgerichtet so positioniert wird, dass eine ungehinderte Sicht der Thermografiekamera (11) durch den Durchbruch (6) des Induktors (1) hindurch auf die homogen erwärmte Prüfzone (10) des Bauteils (8) gewährt und das abgestrahlte Temperaturprofil des Bauteils (8) von der Thermografiekamera (11) durch den Durchbruch (6) des Induktors (1) hindurch erfasst und anschließend mittels eines mit der Thermografiekamera (11) gekoppelten Rechners (19) ausgewertet wird, gemäß dem deutschen Patent 10 2012 008 531, dadurch gekennzeichnet, dass als Induktor (1) ein Drehstrominduktor (1) mit einer geraden Anzahl von 2 × n ferromagnetischer säulenförmigen Spulenkerne (5) verwendet wird, die jeweils eine Induktionsspule (7) tragen, wobei n = 2, 3, ..., p ist, die ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne (5) parallel zueinander verlaufend mit ihren Stirnfläche auf einer bogenförmigen Linie oder auf einem umlaufenden Linienzug, der mindestens 2 × m Ecken oder Kantenlängen aufweist, wobei m = 2, 3, ..., o ist, derart zueinander im Abstand angeordnet sowie die Induktionsspulen (7) zueinander so elektrisch geschaltet werden, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme von Spulenpaaren, die jeweils von zwei der miteinander verbundenen Induktionsspulen (7) der 2 × n ferromagnetischen Spulenkerne (5) des Drehstrominduktors (1) gebildet werden, 360°/n beträgt, die vom zu prüfenden Bauteil (8) abgewandten Stirnflächen sowie die zu diesen entgegengesetzten Stirnflächen der geraden Anzahl der zueinander parallel verlaufenden säulenförmigen 2 × n Spulenkerne (5) des Drehstrominduktors (1) einerseits über einen ferromagnetischen Ringkern (12) verbunden und andererseits mit der Anregungsoberfläche (9) des zu prüfenden Bauteil (8) einen Eisenkreis bildend magnetisch in Eingriff gebracht werden, in die Anregungsoberfläche (9) des Bauteils (8) von den gleichsinnig gewickelten und miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen (7) der 2 × n ferromagentischen Spulenkerne (5) des Drehstrominduktors (1) der Wärmeimpuls eingebracht wird, durch den der transversale Wärmefluss in der Prüfzone (10) des Bauteils (8) erzeugt und letztere homogen erwärmt wird, und das abgestrahlte Temperaturprofilprofil der Prüfzone (10) hindernisfrei durch den Durchbruch (6) des Drehstrominduktors (1) hindurch von der Thermografiekamera (11) erfasst und anschließend von dem mit der Thermografiekamera (11) gekoppelten Rechner (19) ausgewertet wird, und als Bauteil (8) ein Bauteil aus einer Kohlefaserstruktur (CFK-Bauteil) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das CFK-Bauteil (8) eine elektrische Leitfähigkeit in Faserrichtung im Bereich von 5 bis 15 kS/m und eine elektrische Leitfähigkeit quer zur Faserrichtung im Bereich von 0,1 bis 1 kS/m aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass als CFK-Bauteil (8) ein aus einem Kohlefasergewebe hergestelltes Bauteil (8) geprüft wird, wobei Lagendicke, Lagenaufbau und Faservolumengehalt des Gewebes des CFK-Bauteils (8) hinsichtlich dessen thermografischer Anregung berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass als CFK-Bauteil (8) ein solches mit einem unidirektionalen Gelege verwendet wird.
Verwendung des Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen von Fügeverbindungen wie Widerstandspunktschweißverbindungen und Materialdefekten wie Rissen (13) in Bauteilen (8) mittels Induktions-Thermografie, bei dem die thermografische Anregung eines Bauteils (8) durch von einem Induktor (1) erzeugten Wärmeimpuls erfolgt und das dadurch bedingte Temperaturprofil des Bauteils (8) mit einer Thermografiekamera (11) erfasst wird, indem zwischen den Spulenkernen (5) des Induktors (1) ein Durchbruch (6) ausgebildet wird, der auf eine Prüfzone (10) der Anregungsoberfläche (9) des Bauteils (8) ausgerichtet wird, in der die Fügeverbindung des Bauteils (8) liegt, in die Prüfzone (10) der Anregungsoberfläche (9) des Bauteils (8) mittels des Induktors (1) der Wärmeimpuls eingebracht wird, der einen transversalen Wärmefluss erzeugt und in Dickenrichtung des Bauteils (8) abfließt, die Prüfzone (10) des Bauteils (8) dabei homogen erwärmt und zugleich die Thermografiekamera (11) auf der Seite der Anregungsoberfläche (9) des Bauteils (8) zum Durchbruch (6) im Induktor (1) ausgerichtet so positioniert wird, dass eine ungehinderte Sicht der Thermografiekamera (11) durch den Durchbruch (6) des Induktors (1) hindurch auf die homogen erwärmte Prüfzone (10) des Bauteils (8) gewährt und das abgestrahlte Temperaturprofil des Bauteils (8) von der Thermografiekamera (11) durch den Durchbruch (6) des Induktors (1) hindurch erfasst und anschließend mittels eines mit der Thermografiekamera (11) gekoppelten Rechners (19) ausgewertet wird, gemäß dem Patent 10 2012 008 531, dadurch gekennzeichnet, dass als Induktor (1) ein Drehstrominduktor (1) mit einer geraden Anzahl von 2 × n ferromagnetischer säulenförmigen Spulenkerne (5) verwendet wird, die jeweils eine Induktionsspule (7) tragen, wobei n = 2, 3, ..., p ist, die ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne (5) parallel zueinander verlaufend mit ihren Stirnfläche auf einer bogenförmigen Linie oder auf einem umlaufenden Linienzug, der mindestens 2 × m Ecken oder Kantenlängen aufweist, wobei m = 2, 3, ..., o ist, derart zueinander im Abstand angeordnet sowie die Induktionsspulen (7) zueinander so elektrisch geschaltet werden, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme von Spulenpaaren, die jeweils von zwei der miteinander verbundenen Induktionsspulen (7) der 2 × n ferromagnetischen Spulenkerne (5) des Drehstrominduktors (1) gebildet werden, 360°/n beträgt, die vom zu prüfenden Bauteil (8) abgewandten Stirnflächen sowie die zu diesen entgegengesetzten Stirnflächen der geraden Anzahl der zueinander parallel verlaufenden säulenförmigen 2 × n Spulenkerne (5) des Drehstrominduktors (1) einerseits über einen ferromagnetischen Ringkern (12) verbunden und andererseits mit der Anregungsoberfläche (9) des zu prüfenden Bauteil (8) einen Eisenkreis bildend magnetisch in Eingriff gebracht werden, in die Anregungsoberfläche (9) des Bauteils (8) von den gleichsinnig gewickelten und miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen (7) der 2 × n ferromagentischen Spulenkerne (5) des Drehstrominduktors (1) der Wärmeimpuls eingebracht wird, durch den der transversale Wärmefluss in der Prüfzone (10) des Bauteils (8) erzeugt und letztere homogen erwärmt wird, und das abgestrahlte Temperaturprofilprofil der Prüfzone (10) hindernisfrei durch den Durchbruch (6) des Drehstrominduktors (11) hindurch von der Thermografiekamera (11) erfasst und anschließend von dem mit der Thermografiekamera (11) gekoppelten Rechner (19) ausgewertet wird zur lokalen induktiven Hochtemperaturerwärmung auf mindestens 950°C zum induktiven Presshärten von im Leichtbau einzusetzenden Stählen bei Einsatz von Anregungsfrequenzen im Bereich von 150 KHz bis 250 KHz.
Anordnung zum zerstörungsfreien thermografischen Prüfen von Fügeverbindungen wie Widerstandspunktschweißverbindungen und Materialdefekten wie Rissen in Bauteilen (1) mittels Induktions-Thermografie, mit einem Induktor (1), der gleichsinnig gewickelte und miteinander verbundene Induktionsspulen (7) mit je einem ferromagnetischen Spulenkern (5) aufweist und von dem das Bauteil (8) in einer Prüfzone (10) induktiv anzuregen ist, mit einer auf der Anregungsseite des Bauteils (8) positionierten Thermografiekamera (11), von der das durch die induktive Anregung des Bauteils (8) bedingte abgestrahlte Temperaturprofil in der Prüfzone (10) des Bauteils (8) in Reflexionsanordnung zu erfassen ist, und mit einem mit der Thermografiekamera (11) gekoppelten Rechner (19) für die Auswertung des von der Thermografiekamera (11) erfassten Temperaturprofils des Bauteils (8), gemäß dem deutschen Patent 10 2012 008 531, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (1) ein Drehstrominduktor (1) ist, der eine geraden Anzahl von 2 × n ferromagnetische säulenförmigen Spulenkerne (5) gleicher Länge aufweist, wobei n = 2, 3, ..., p ist, die jeweils eine der gleichsinnig gewickelten und elektrisch miteinander verbundenen Induktionsspulen (7) tragen und parallel zueinander verlaufend mit ihren beiden Stirnflächen jeweils auf einer bogenförmigen Linie oder auf einem umlaufenden Linienzug, der mindestens 2 × m Ecken oder Kantenlängen aufweist, wobei m = 2, 3, ..., o ist, derart zueinander im Abstand angeordnet sind, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme von Spulenpaaren, die jeweils von zwei der miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen (7) der 2 × n ferromagnetischen Spulenkerne (5) des Drehstrominduktors (1) gebildet sind, 360°/n beträgt, die vom zu prüfenden Bauteil (8) abgewandten Stirnflächen sowie die zu diesen entgegengesetzten Stirnflächen der geraden Anzahl der zueinander parallel verlaufenden säulenförmigen 2 × n Spulenkerne (5) gleicher Länge des Drehstrominduktors (1) einerseits über einen ferromagnetischen Ringkern (12) verbunden und andererseits mit der Anregungsoberfläche (9) des zu prüfenden Bauteils (8) einen Eisenkreis bildend magnetisch in Eingriff zu bringen sind, ein Durchbruch (6) in dem ferromagnetischen Ringkern (12) des Drehstrominduktors (1) ein Sichtfenster für die Thermografiekamera (11) zwischen den Induktionsspulen (7) der 2 × n Spulenkernen (5) bildet und der auf die Anregungsoberfläche (9) des Bauteils (8) in der Prüfzone (10) des letzteren auszurichten ist, in die Anregungsoberfläche (9) des Bauteils (8) von den gleichsinnig gewickelten und miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen (7) der ferromagentischen 2 × n Spulenkernen (5) des Drehstrominduktors (1) ein Wärmeimpuls einzubringen ist, durch den ein transversaler Wärmefluss in der Prüfzone (10) des Bauteils (8) zu erzeugen und letztere homogen zu erwärmen ist, wobei der transversale Wärmefluss hindernisfrei durch den Durchbruch (6) des Drehstrominduktors (1) hindurch von der Thermografiekamera (11) zu erfassen ist, und das der Drehstrominduktor (1) zusammen mit der Thermografiekamera (11) sowie die Anregungsoberfläche (9) des Bauteils (8) relativ zueinander zu bewegen sind, die Anordnung als miniaturisiertes Handprüfgerät (19) ausgebildet ist, das ein robustes Gehäuse (20) aufweist, in dem der kompakte Sensorkopf aus dem Induktor (1) mit maßgefertigten Ferritteilen und aus der Thermografiekamera (11) (Bolometerkamera) integriert ist, und zwischen der Thermografiekamera (11) und dem Induktor (1) im Gehäuse (20) eine Schirmung (21) und oberhalb der Thermografiekamera (11) im Gehäuses (20) ein Lüfter (22) positioniert und Abstands-, Funktions- und Temperatorsensoren vorgesehen sind.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) des miniaturisierten Handprüfgerätes (18) aus Kunststoff oder Aluminium besteht und die maßgefertigten Induktorbauteile die Abmaße 255 mm × 130 mm × 60 mm und das miniaturisierte Handprüfgerät (18) ein Gewicht von 3 kg aufweisen.