DE102014222178A1

DE102014222178A1 - Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Bauteils

Info

Publication number: DE102014222178A1
Application number: DE102014222178.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Obermayr
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2016-05-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Bauteils (1), bei dem eine Oberflächenprüfung zur Erfassung von Fehlern an der Oberfläche und/oder in oberflächennahen Bauteilbereichen (3) und eine Volumenprüfung zur Erfassung von Fehlern in weiter innen liegenden Bauteilbereichen (4) durchgeführt wird. Für die Volumenprüfung werden mittels eines EMAT-Prüfkopfs (2 Ultraschallwellen (6) in dem Bauteil (1) erzeugt. Während der Erzeugung der Ultraschallwellen (6) werden Volumen-Messsignale erfasst, über welche Informationen über die Qualität des Bauteils (1) erhalten werden. Die erfassten Volumen-Messsignale werden ausgewertet. Für die Oberflächenprüfung werden mittels eines Prüfkopfes Wirbelströme (7) in dem Bauteil induziert. Während der Induzierung der Wirbelströme (7) werden Oberflächen-Messsignale erfasst, über welche Informationen über die Qualität des Bauteils (1) erhalten werden, und die Oberflächen-Messsignale werden ausgewertet. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dabei dadurch aus, dass der EMAT-Prüfkopf (2) als Prüfkopf für die Oberflächenprüfung verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Bauteils, bei dem eine Oberflächenprüfung zur Erfassung von Fehlern an der Oberfläche und/oder in oberflächennahen Bauteilbereichen und eine Volumenprüfung zur Erfassung von Fehlern in weiter innen liegenden Bauteilbereichen durchgeführt wird, umfassend die Schritte:
für die Volumenprüfung

– wird ein EMAT-Prüfkopf relativ zu einem zu prüfenden Bauteil positioniert,
– mittels des EMAT-Prüfkopfes werden Ultraschallwellen in dem Bauteil erzeugt, die sich durch das Bauteil ausbreiten,
– während der Erzeugung der Ultraschallwellen werden Volumen-Messsignale erfasst, über welche Informationen über die Qualität des Bauteils, insbesondere über die Position und/oder die Größe von Fehlern, wie Rissen oder dergleichen, in Abhängigkeit der erzeugten Ultraschallwellen erhalten werden,
– die erfassten Volumen-Messsignale werden ausgewertet, um die Informationen über die Qualität des Bauteils zu erhalten,

– werden mittels eines relativ zu dem Bauteil positionierten Prüfkopfes Wirbelströme in dem Bauteil induziert,
– während der Induzierung der Wirbelströme werden Oberflächen-Messsignale erfasst, über welche Informationen über die Qualität des Bauteils, insbesondere über die Position und/oder die Größe von Fehlern, wie Rissen oder dergleichen, in Abhängigkeit der induzierten Wirbelströme erhalten werden, und
– die Oberflächen-Messsignale werden ausgewertet, um die Informationen über die Qualität des Bauteils zu erhalten.

Um metallische Bauteile auf das Vorhandensein von Fehlern, wie Rissen, Hohlräumen und dergleichen zerstörungsfrei zu untersuchen und die Größe vorhandener Fehler abzuschätzen bzw. zu bestimmen sind diverse Verfahren aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei wird danach unterschieden, ob Fehler an der Oberfläche eines Bauteils und/oder in oberflächennahen Bauteilbereich erfasst und vermessen werden sollen oder in weiter innen liegenden Bauteilbereichen, also im Bauteilvolumen.
Für die Volumen- und die Oberflächenprüfung von Bauteilen sind jeweils unterschiedliche Verfahren entwickelt worden, im Rahmen derer unterschiedliche Prüfköpfe zum Einsatz kommen.
So kommt für die zerstörungsfreie Oberflächenprüfung von Bauteilen beispielsweise das Wirbelstromprüfverfahren zum Einsatz. Im Rahmen dieses Verfahrens wird ein Wirbelstromprüfkopf an einem zu prüfenden Bauteil positioniert. Mit einer in dem Wirbelstromprüfkopf vorgesehenen Spule, die als Erregerspule dient, wird ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, welches in dem zu prüfenden Bereich des Bauteils Wirbelströme in dem Bauteilmaterial hervorruft. Die Wirbelströme verursachen ihrerseits ein sekundäres magnetisches Wechselfeld, welches in einer Detektionsspule des Wirbelstromprüfkopfes eine Spannung induziert, deren Amplitude sowie Phase im Zusammenhang mit den elektrischen Eigenschaften des zu prüfenden Bauteils steht. Fehler im Material des Bauteils, wie etwa Risse oder dergleichen, haben einen charakteristischen Einfluss auf das induzierte sekundäre magnetische Wechselfeld und somit auf die in einer Detektionsspule induzierte Spannung, worüber die Fehler messtechnisch erfassbar sind. Die Detektionsspule kann prinzipiell ein zu der Erregerspule separates Bauteil sein oder die Erregerspule selbst übernimmt die Funktion der Detektionsspule. Kommt eine einzige Spule für die Felderregung sowie die Felddetektion zum Einsatz, kann die Impedanz der Spule gemessen werden, um Informationen über die Bauteilqualität zu erhalten.
Zur Fehlerdetektion wird ein Oberflächen-Messsignal, insbesondere die in einer Detektionsspule induzierte Spannung, bzw. eine Impedanz einer Detektionsspule erfasst. Aus den erfassten Messwerten können Informationen darüber erhalten werden, wo in dem geprüften Bereich des Bauteils Fehler vorhanden sind und welche Größe die Fehler aufweisen, insbesondere, welche Tiefe im Bereich der Oberfläche vorhandenen Risse haben.
Für die zerstörungsfreie Volumenprüfung von Bauteilen hingegen kommt beispielsweise die Ultraschallprüfung mittels eines EMAT-Prüfkopfes (EMAT: Electro Magnetic Acoustic Transducer) zum Einsatz. Ein EMAT-Prüfkopf weist wenigstens einen EMAT, also einen elektromagnetisch-akustischen Wandler auf. Der EMAT umfasst einen Magneten, beispielsweise einen Permanent- oder einen Elektromagneten, mit dem ein statisches oder niederfrequentes Magnetfeld generiert wird. Darüber hinaus ist in dem EMAT wenigstens eine Spule vorgesehen, die von Wechselstrom durchflossen ein Magnetfeld mit vergleichsweise hoher Frequenz generiert. Die beiden Magnetfelder überlagern sich unterhalb des EMAT-Prüfkopfes. Wird der EMAT-Prüfkopf über der Oberfläche eines zu prüfenden metallischen Bauteils positioniert, so werden in diesem infolge der wirkenden elektrischen sowie magnetischen Kräfte Ultraschallwellen generiert, die ausgehend von der Bauteiloberfläche und orthogonal zu dieser durch das Bauteil propagieren. Die erzeugten Ultraschallwellen werden an Fehlern in dem Bauteil, wie etwa Rissen, Hohlräumen oder dergleichen gebeugt. Von einem geeigneten Detektor wird das gebeugte Ultraschallsignal als Volumen-Messsignal erfasst und ausgewertet, um die Position und insbesondere Größe von den Fehlern im Bauteilvolumen zu bestimmen. Der geeignete Detektor kann durch den EMAT-Prüfkopf selber gegeben sein, so dass dieser gleichzeitig als Erreger und Detektor für die Ultraschallwellen dient.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Bauteilen haben sich bewährt. Es wird jedoch teilweise als nachteilig erachtet, dass die Prüfung oberflächennaher sowie weiter innen liegender Bereiche örtlich und zeitlich getrennt voneinander durchgeführt werden muss. Bei reinen Volumenprüfverfahren kann die Oberfläche des Bauteils in der Regel nicht mit ausreichender Empfindlichkeit geprüft werden und umgekehrt. Für die separaten Verfahren sind unterschiedliche Messaufbauten, insbesondere ein Ultraschall-Prüfkopf und ein Ultraschallgerät einerseits sowie ein Wirbelstrom-Prüfkopf und ein Wirbelstromgerät andererseits erforderlich. Eine ganzheitliche Prüfung eines Bauteils, also eine Prüfung an und nahe der Oberfläche sowie im Bauteilvolumen ist daher mit vergleichsweise großem Aufwand verbunden.
Ausgehend von dem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches eine vereinfachte ganzheitliche zerstörungsfreie Prüfung eines Bauteils ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der EMAT-Prüfkopf als Prüfkopf für die Oberflächenprüfung verwendet wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt folglich die Idee zugrunde, für die Prüfung an der Oberfläche und die Prüfung im Volumen, welche gemäß dem Stand der Technik separiert und insbesondere mit verschiedenen Messaufbauten durchgeführt werden, den selben Prüfkopf zu verwenden und zwar den EMAT-Prüfkopf, mit dem bei den bekannten Verfahren ausschließlich das Bauteilvolumen geprüft wird. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass der EMAT-Prüfkopf eine Spule aufweist, die sich von der Spule einer Wirbelstromsonde nur in geringem Maße unterscheidet.
Die Spule kann daher auch betrieben werden, um für die Oberflächenprüfung des Bauteils Wirbelströme in dem Bauteil zu induzieren. Unter Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Spule des EMAT-Prüfkopfes sowohl für die Erzeugung der Ultraschallwellen für die Volumenprüfung als auch für die Induzierung der Wirbelströme für die Oberflächenprüfung verwendet.
Ein EMAT umfasst neben einer Spule, die von Wechselstrom durchflossen der Erzeugung eines hochfrequenten Magnetfeldes dient beispielsweise einen Permanentmagneten, welcher ein statisches Magnetfeld erzeugt. Im Rahmen der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch ein EMAT-Prüfkopf zum Einsatz kommen, in dem anstelle eines Permanentmagneten eine weitere Spule vorgesehen ist. Mit Gleichstrom beaufschlagt kann die weitere Spule dann der Erzeugung eines statischen Magnetfeldes dienen, wenn der EMAT-Prüfkopf zur Volumenprüfung betrieben wird, um Ultraschallwellen in dem zu prüfenden Bauteil zu erzeugen. Wird der EMAT-Prüfkopf betrieben, um Wirbelströme für die Oberflächenprüfung zu induzieren, kann diese Gleichstromspule einfach ausgeschaltet, also der Gleichstromfluss durch diese beendet werden, da das zweite, statische Magnetfeld für die Oberflächenprüfung nicht erforderlich ist. Die Gleichstromspule kann beispielsweise innerhalb der Spule vorgesehen sein, die für die Erzeugung des hochfrequenten Magnetfeldes zum Einsatz kommt.
Da erfindungsgemäß die Spule des EMAT-Prüfkopfes, die der Erzeugung des hochfrequenten Magnetfeldes dient, einerseits zum Einsatz kommt, um Ultraschallwellen in dem zu prüfenden Bauteil für die Volumenprüfung zu erzeugen und andererseits, um Wirbelströme für die Oberflächenprüfung zu induzieren, wird zweckmäßiger Weise erfindungsgemäß ein EMAT-Prüfkopf verwendet, dessen Spule für das hochfrequente Feld in Frequenzbereichen betrieben werden kann, die geeignete sind, um eine gegebenes Bauteil auf beide Prüfarten in gewünschtem Maße zu testen.
Übliche Frequenzen für die Volumenprüfung mittels Ultraschall liegen beispielsweise im Bereich von 1 bis 10 MHz. Für die Oberflächenprüfung mittels Wirbelstrom sind beispielsweise Frequenzen im Bereich von 50 kHz und 3 MHz geeignet. Ausgehend von diesen Frequenzbereichen könnte beispielsweise ein EMAT-Prüfkopf gewählt werden, dessen Spule in einem Frequenzbereich von etwa 2 bis 3 MHz betrieben werden kann. Andere Frequenzen sind ebenfalls möglich. Ein geeigneter Frequenzbereich hängt u.a. davon ab, welche Eindringtiefen beispielsweise für die Wirbelstromprüfung gewünscht sind.
Da erfindungsgemäß ein einziger Prüfkopf für die Oberflächen- und die Volumenprüfung eines Bauteils ausreicht, ist der Geräteaufwand gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert, nämlich halbiert. Auch kann unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Zeitaufwand für eine ganzheitliche Bauteilprüfung gegenüber dem Stand der Technik deutlich gesenkt werden, da es nicht mehr erforderlich ist, zwei separate Prüfverfahren mit separaten Messaufbauten örtlich und zeitlich getrennt voneinander durchzuführen. Es ist erfindungsgemäß vielmehr möglich, ein Bauteil im Bereich der Oberfläche und in weiter innen liegenden Bereichen zerstörungsfrei zu prüfen, indem ein einziger Prüfkopf ein einziges Mal entlang einer vorgegebenen Prüfstrecke an dem Bauteil verfahren wird. Insbesondere entfällt der mit der Bereitstellung und Justage eines zweiten Prüfkopfes verbundene Geräte- und Zeitaufwand vollständig.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Erzeugung der Ultraschallwellen für die Volumenprüfung und die Induzierung der Wirbelströme für die Oberflächenprüfung mit dem EMAT-Prüfkopf zeitlich versetzt, bevorzugt nacheinander erfolgt. Mit dem EMAT-Prüfkopf können insbesondere abwechselnd in aufeinanderfolgenden Prüfintervallen Ultraschallwellen erzeugt und Wirbelströme induziert werden. Dabei kann sehr schnell zwischen den beiden Betriebsarten des EMAT-Prüfkopfes, also der Ultraschallerzeugung und zugehöriger Volumen-Messsignal-Detektion einerseits sowie der Wirbelstromerzeugung und zugehöriger Oberflächen-Messsignal-Detektion andererseits umgeschaltet werden. So kann beispielsweise auch jedes der alternierenden Prüfintervalle nur wenige Millisekunden dauern. Ein Prüfintervall muss jeweils nur so lang sein, dass ein zu prüfender Oberflächenbereich eines Bauteils mit induzierten Wirbelströmen abgetastet und währenddessen entsprechende Oberflächen-Messsignale erfasst werden können bzw. ein zu prüfender Volumenbereich des Bauteils mit Ultraschallwellen abgetastet und währenddessen entsprechende Volumen-Messsignale erfasst werden können. Die Erfassung von Oberflächen- und Volumendaten an einem zu prüfenden Bauteil kann unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens quasi zeitlich und örtlich synchron erfolgen.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der EMAT-Prüfkopf über dem zu prüfenden Bauteil entlang einer vorgegebenen Prüfstrecke verfahren wird und die Volumen-Messsignale und die Oberflächen-Messsignale ortsabhängig erfasst werden. Das Verfahren des EMAT-Prüfkopfes erlaubt in an sich bekannter Weise, dass ein größerer Bereich eines Bauteils abgetastet werden kann.
Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der EMAT-Prüfkopf entlang der vorgegebenen Prüfstrecke kontinuierlich verfahren wird und die Erzeugung der Ultraschallwellen für die Volumenprüfung und die Induzierung der Wirbelströme für die Oberflächenprüfung mit dem EMAT-Prüfkopf mit einer vorgegebenen Frequenz alternierend erfolgt. Dabei wird insbesondere eine Frequenz für den Wechsel der beiden Prüfarten gewählt, die im Vergleich zu der Verfahrgeschwindigkeit des EMAT-Prüfkopfes groß ist.
Alternativ zu einem kontinuierlichen Verfahren des EMAT-Prüfkopfes kann vorgesehen sein, dass der EMAT-Prüfkopf jeweils an vorgegebenen Prüfstellen entlang der vorgegebenen Prüfstrecke angehalten wird und an jeder Prüfstelle zeitlich versetzt Ultraschallwellen für die Volumenprüfung erzeugt und Wirbelströme für die Oberflächenprüfung induziert werden. In diesem Falle werden insbesondere an jeder Prüfstelle, an welcher der EMAT-Prüfkopf anhält, zwei aufeinanderfolgende Prüfintervalle, nämlich eines zur Oberflächen- und eines zur Volumenprüfung absolviert. Wurde an einer Prüfstelle auf diese Weise sowohl die Oberfläche als auch das Volumen des Körpers auf Fehler überprüft, kann der EMAT-Prüfkopf zur nächsten Prüfstelle gefahren werden, an welcher erneut zwei aufeinanderfolgende Prüfintervalle durchgeführt werden. Das Verfahren und Anhalten des Prüfkopfes wird so lange wiederholt, bis das Bauteil entlang der gesamten vorgegebenen Prüfstrecke ganzheitlich, also sowohl an der Oberfläche als auch im Volumen auf Fehler untersucht worden ist.
Eine weitere alternative Vorgehensweise, wie ein Bauteil erfindungsgemäß entlang einer vorgegebenen Prüfstrecke untersucht werden kann besteht darin, dass der EMAT-Prüfkopf wenigstens zwei Mal entlang der vorgegebenen Prüfstrecke verfahren wird und während des ersten Durchganges mittels des EMAT-Prüfkopfes nur Ultraschallwellen für die Volumenprüfung erzeugt und während des zweiten Durchganges mittels des EMAT-Prüfkopfes nur Wirbelströme für die Oberflächenprüfung induziert werden. In diesem Falle wird das Bauteil entlang einer vorgegebenen Prüfstrecke zunächst nur auf oberflächennahe Fehler und anschließend, in einem zweiten Durchgang, nur auf Volumenfehler untersucht. Diese Vorgehensweise ist mit einem höheren Aufwand verbunden, als die zuvor beschriebenen, da im Vergleich zu diesen der doppelte Verfahraufwand des EMAT-Prüfkopfes entlang des Bauteils anfällt.
Die Erfindung sieht ferner vor, dass als Volumen-Messsignale Schallwellen-Messsignale erfasst werden. Aus dem Stand der Technik ist hinlänglich bekannt, dass die mittels eines EMAT-Prüfkopfes in einem Bauteil erzeugten Ultraschallwellen durch das Bauteil propagieren und an Fehlern in dem Bauteil, wie etwa Rissen, Hohlräumen oder dergleichen, gebeugt werden. Die gebeugten Ultraschallwellen werden mit einer Detektionseinrichtung als Messsignal erfasst und ausgewertet, um die Position und Größe von Fehlern in dem geprüften Bauteilvolumen zu ermitteln.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner vorgesehen, dass für die messtechnische Erfassung der Oberflächen- sowie der Volumen-Messsignale der EMAT-Prüfkopf selber zum Einsatz kommt. In diesem Falle kann auf separate Erfassungseinrichtungen für die Messsignalerfassung verzichtet werden, wodurch der Geräteaufwand für die erfindungsgemäße Bauteilprüfung weiter reduziert wird. Der EMAT-Prüfkopf dient sowohl als Erreger als auch als Empfänger.
Als Oberflächen-Messsignale können ferner Impedanzwerte einer Detektionsspule oder in einer Detektionsspule induzierte Spannungswerte erfasst werden. Dies ist analog zu den aus dem Stand der Technik bekannten Wirbelstromprüfverfahren zur Oberflächenprüfung, bei denen die Impedanz der als Erreger dienenden Spule bzw. eine in einer Detektionsspule induzierte Spannung als Messsignal für die Fehleranalyse erfasst wird.
Dabei kann in Weiterbildung der Erfindung als Detektionsspule eine Spule des EMAT-Prüfkopfes verwendet werden. Insbesondere können mit derjenigen Spule des EMAT-Prüfkopfes Spannungs- bzw. Impedanzwerte erfasst werden, die auch als Erregerspule für die Induktion der Wirbelströme für die Oberflächenprüfung sowie für die Erzeugung der Ultraschallwellen für die Volumenprüfung zum Einsatz kommt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner vorgesehen, dass die Volumen-Messsignale mit einer dem EMAT-Prüfkopf zugeordneten und mit diesem operativ verbundenen Auswerteeinrichtung ausgewertet werden und die Auswertung der Oberflächen-Messsignale mit derselben Auswerteeinrichtung erfolgt. Erfolgt nicht nur die Ultraschallerzeugung und die Wirbelstrominduktion sowie die Messwerterfassung mit einem Prüfkopf, sondern auch die Auswertung der Oberflächen- und der Volumen-Messsignale mit einer Auswerteeinrichtung, verursacht die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einen besonders geringen Geräteaufwand. Die komplette Oberflächenprüfung und Oberflächen-Datenauswertung kann in diesem Falle mit der Hardware durchgeführt werden, die gemäß dem Stand der Technik bereits für die alleinige Volumenprüfung des Bauteils erforderlich ist, nämlich mit einem EMAT-Prüfkopf und einer mit diesem verbundenen Auswerteeinrichtung.
In der Auswerteeinrichtung können die Oberflächen- und die Volumen-Messsignale insbesondere separat betrachtet und auf jeweils geeignete Weise weiterverarbeitet werden, um an die Informationen über die Fehlerpositionen und Fehlergrößen an der Oberfläche sowie im Volumen zu kommen. Dies kann unter Verwendung einer geeigneten Software erfolgen, mit der die beiden zunächst separat auswegewerteten Messsignale in einem Gesamtbefund zusammengefasst werden.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines zu prüfenden Bauteils, an dem ein EMAT-Prüfkopf an einer ersten Stelle positioniert ist und zur Volumenprüfung Ultraschallwellen in dem Bauteil erzeugt,
2 das in 1 gezeigte Bauteil, an dem der EMAT-Prüfkopf an der ersten Stelle positioniert ist und zur Oberflächenprüfung Wirbelströme in dem Bauteil induziert,
3 das in den 1 und 2 gezeigte Bauteil, an dem der EMAT-Prüfkopf an einer zweiten Stelle positioniert ist und zur Volumenprüfung Ultraschallwellen in dem Bauteil erzeugt, und
4 das in den 1 bis 3 gezeigte Bauteil, an dem der EMAT-Prüfkopf an der zweiten Stelle positioniert ist und zur Oberflächenprüfung Wirbelströme in dem Bauteil induziert.
Die 1 zeigt in schematischer Darstellung ein quaderförmiges metallisches Bauteil 1 sowie einen EMAT-Prüfkopf 2, der relativ zu dem Bauteil 1, konkret oberhalb des Bauteils 1 in einem vorgegebenen Abstand zu dessen Oberseite und am rechten Rand des Bauteils 1 positioniert ist.
Der EMAT-Prüfkopf 2 weist einen in der Figur nicht dargestellten EMAT, also einen elektromagnetisch-akustischen Wandler auf (EMAT: Electro Magnetic Acoustic Transducer). Der EMAT umfasst eine in der 1 nicht dargestellte Hauptspule, die von Wechselstrom durchflossen der Erzeugung eines hochfrequenten Magnetfeldes dient. Die Hauptspule ist derart ausgelegt, dass sie in einem Frequenzbereich von 2 bis 3 MHz betrieben werden kann. Darüber hinaus umfasst der EMAT eine weitere, ebenfalls in der Figur nicht erkennbare Gleichstromspule, die mit Gleichstrom beaufschlagt ein statische Magnetfeld erzeugt.
Das metallische Bauteil 1 wird unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zerstörungsfrei auf das Vorhandensein von Fehlern, wie Rissen, Hohlräumen oder dergleichen hin untersucht. Hierzu wird der EMAT-Prüfkopf 2 entlang einer vorgegebenen Prüfstrecke 5 verfahren, die an der in 1 dargestellten ersten Position des EMAT-Prüfkopfes 2 beginnt und sich dann in 1 entlang der Oberseite des Bauteils 1 nach links erstreckt. Dies ist durch einen entsprechenden Pfeil in der 1 angedeutet.
Konkret wird eine Oberflächenprüfung zur Erfassung und Vermessung von Fehlern in dem sich unmittelbar unterhalb der in 1 nach oben weisenden Oberfläche erstreckenden schmalen Oberflächen-Bauteilbereich 3 sowie eine Volumenprüfung zur Erfassung und Vermessung von Fehlern in dem sich nach unten hin an den Oberflächen-Bauteilbereich 3 anschließenden Volumen-Bauteilbereich 4 durchgeführt. Im Rahmen der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt dabei der EMAT-Prüfkopf 2 sowohl für die Prüfung des Oberflächen-Bauteilbereichs 3 als auch für die Prüfung des Volumen-Bauteilbereichs 4 zum Einsatz. Hierzu werden mit dem EMAT-Prüfkopf 2, während dieser entlang der vorgegebenen Prüfstrecke 5 an dem Bauteil 1 verfahren wird, in zeitlich versetzten Volumen- und Oberflächen-Prüfintervallen abwechselnd Ultraschallwellen in dem Volumen-Bauteilbereich 4 erzeugt und Wirbelströme in dem Oberflächen-Bauteilbereich 3 induziert.
Konkret werden, wie in 1 dargestellt, beginnend an einer ersten Stelle am rechten Rand des Bauteils 1 mit dem EMAT-Prüfkopf 2 während eines ersten Volumen-Prüfintervalls, welches wenige Millisekunden dauert, Ultraschallwellen 6 in dem Bauteil 1 erzeugt, die sich von der Oberseite des Bauteils 1 orthogonal in Richtung der Bauteil-Unterseite durch den Volumen-Bauteilbereich 4 ausbreiten. Hierfür wird die Hauptspule des EMAT betrieben, um ein hochfrequentes Magnetfeld zu erzeugen und die Gleichstromspule wird gleichzeitig betrieben, um ein zweites, statisches Magnetfeld zu erzeugen.
Während der Erzeugung der Ultraschallwellen 6 werden Volumen-Messsignale aufgenommen. Die Erfassung der Volumen-Messsignale erfolgt vorliegend mit dem EMAT-Prüfkopf 2. Als Volumen-Messsignale werden mit dem EMAT-Prüfkopf 2 Ultraschallwellen messtechnisch erfasst, die während der Propagation durch den Volumen-Bauteilbereich 4 des Bauteils 1 an dort vorhandenen Fehlern, insbesondere Rissen und/oder Hohlräumen, gebeugt wurden.
Die erfassten Volumen-Messsignale werden zur Auswertung an eine in der 1 nicht dargestellte Auswerteeinrichtung, die mit dem EMAT-Prüfkopf 2 operativ verbunden ist, weitergegeben und mittels dieser ausgewertet.
Nachdem ein erstes Volumen-Prüfintervall absolviert worden ist, wird anschließend ein Oberflächen-Prüfintervall, welches ebenfalls wenige Millisekunden dauert, durchgeführt. Hierfür wird der EMAT-Prüfkopf 2 derart betrieben, dass mittels diesem Wirbelströme in dem Oberflächen-Bauteilbereich 3 des Bauteils 1 induziert werden. Dabei ist die Gleichstromspule des EMAT-Prüfkopfes 2 deaktiviert. Der Betrieb des EMAT-Prüfkopfes 2 zur Wirbelstrominduzierung ist in 2 erkennbar, in welcher die induzierten Wirbelströme 7 schematisch dargestellt sind.
Während der Induzierung der Wirbelströme werden Oberflächen-Messsignale erfasst. Dies erfolgt ebenfalls mit dem EMAT-Prüfkopf 2. Konkret werden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Oberflächen-Messsignale Impedanzwerte einer Spule des EMAT erfasst. Die als Oberflächen-Messsignale erfassten Impedanzwerte werden ebenfalls an die mit dem EMAT-Prüfkopf 2 operativ verbundenen Auswerteeinrichtung übergeben, um mittels dieser ausgewertet zu werden.
Nachdem auch das Oberflächen-Prüfinterintervall absolviert worden ist, erfolgt ein weiteres Volumen-Prüfintervall, in welchem mit dem EMAT-Prüfkopf 2 erneut Schallwellen 6 in dem Bauteil 1 erzeugt und Volumen-Messsignale erfasst werden. Im Rahmen des weiteren Volumen-Prüfintervalls wird, da der EMAT-Prüfkopf 2 während der Prüfung entlang der vorgegebenen Prüfstrecke 5 verfahren wird, ein anderer Abschnitt des Volumen-Prüfbereiches 4 betrachtet.
Der EMAT-Prüfkopf 2 kann, wie bei der beschriebenen Ausführungsform, kontinuierlich das Bauteil mit vorgegebener Frequenz alternierend mittels Ultraschallwellen bzw. induzierter Wirbelströme abtasten und entsprechende Messsignale erfassen. Alternativ dazu kann, beispielsweise nachdem jeweils ein Volumen- und ein Oberflächen-Prüfintervall absolviert wurde, eine Pause erfolgen, in welcher keine Messsignale erfasst werden und der EMAT-Prüfkopf 2 nur weiter verfahren wird. Ist eine Messwerterfassung mit hoher Auflösung entlang der vorgegebenen Prüfstrecke 5 erwünscht bzw. erforderlich, sollten Pausen während des Verfahrens des EMAT-Prüfkopfes 2 jedoch vermieden werden oder zumindest eine gewisse Dauer nicht überschreiten.
Zur ganzheitlichen Prüfung des Bauteils 1 werden während der EMAT-Prüfkopf 2 entlang der gesamten vorgegebenen Prüfstrecke 5 verfahren wird, in der beschriebenen Weise abwechselnd der Volumen- und der Oberflächen-Bauteilbereich 3, 4 geprüft und währenddessen jeweils Volumen- und Oberflächen-Messsignale erfasst. In den 3 und 4 ist der EMAT-Prüfkopf an einer weiteren Position an dem Bauteil 1 erkennbar, wobei in 3 das Volumen-Prüfintervall, in dem Ultraschallwellen 7 in dem Bauteil 1 erzeugt werden dargestellt ist und 4 die Oberflächen-Prüfung mittels induzierter Wirbelströme 7 an der weiteren Position zeigt.
Nachdem entlang der gesamten Prüfstrecke 5 Volumen- und Oberflächen-Messsignale ortsabhängig erfasst wurden, und die Messsignale in der Auswerteeinrichtung zunächst separat verarbeitet wurden, werden diese von zusammengefügt, um einen ganzheitlichen Prüfbefund für das untersuchte Bauteil 1 zu erhalten. Der ganzheitliche Prüfbefund zeigt die Position und die Größe von in dem Bauteil 1 vorhandenen Fehlern. Da unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem EMAT-Prüfkopf 2 sowohl der Oberflächen-Bauteilbereich 3 als auch der Volumen-Bauteilbereich 4 untersucht wurde, umfasst der Gesamtbefund die Position und Größe von Fehlern in beiden Bereichen.
Die erfassten Messsignale können zur Visualisierung insbesondere in einem Graphen über die Ortskoordinaten der Prüfstrecke 5 aufgetragen werden.
Da erfindungsgemäß sowohl die Bauteiloberfläche als auch das Bauteilvolumen mit nur einem Prüfkopf untersucht und die Datenauswertung mit einer Auswerteeinrichtung absolviert werden konnte, ist der Geräteaufwand dabei gegenüber dem Stand der Technik halbiert. Darüber hinaus musste der EMAT-Prüfkopf nur einmal entlang der vorgegebenen Prüfstrecke 5 verfahren werden, um Messsignale für den Oberflächen- und den Volumen-Bereich zu erhalten. Demgemäß ist auch der Zeitaufwand halbiert.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Bauteils (1), bei dem eine Oberflächenprüfung zur Erfassung von Fehlern an der Oberfläche und/oder in oberflächennahen Bauteilbereichen (3) und eine Volumenprüfung zur Erfassung von Fehlern in weiter innen liegenden Bauteilbereichen (4) durchgeführt wird, umfassend die Schritte: für die Volumenprüfung – wird ein EMAT-Prüfkopf (2) relativ zu einem zu prüfenden Bauteil (1) positioniert, – mittels des EMAT-Prüfkopfes (2) werden Ultraschallwellen (6) in dem Bauteil (1) erzeugt, die sich durch das Bauteil (1) ausbreiten, – während der Erzeugung der Ultraschallwellen (6) werden Volumen-Messsignale erfasst, über welche Informationen über die Qualität des Bauteils (1), insbesondere über die Position und/oder die Größe von Fehlern, wie Rissen oder dergleichen, in Abhängigkeit der erzeugten Ultraschallwellen (6) erhalten werden, – die erfassten Volumen-Messsignale werden ausgewertet, um die Informationen über die Qualität des Bauteils (1) zu erhalten, für die Oberflächenprüfung – werden mittels eines relativ zu dem Bauteil (1) positionierten Prüfkopfes Wirbelströme (7) in dem Bauteil (1) induziert, – während der Induzierung der Wirbelströme (7) werden Oberflächen-Messsignale erfasst, über welche Informationen über die Qualität des Bauteils (1), insbesondere über die Position und/oder die Größe von Fehlern, wie Rissen oder dergleichen, in Abhängigkeit der induzierten Wirbelströme (7) erhalten werden, und – die Oberflächen-Messsignale werden ausgewertet, um die Informationen über die Qualität des Bauteils (1) zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass der EMAT-Prüfkopf (2) als Prüfkopf für die Oberflächenprüfung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der Ultraschallwellen (6) für die Volumenprüfung und die Induzierung der Wirbelströme (7) für die Oberflächenprüfung mit dem EMAT-Prüfkopf (2) zeitlich versetzt erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der EMAT-Prüfkopf (2) über dem zu prüfenden Bauteil (1) entlang einer vorgegebenen Prüfstrecke (5) verfahren wird und die Volumen-Messsignale und die Oberflächen-Messsignale ortsabhängig erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der EMAT-Prüfkopf (2) entlang der vorgegebenen Prüfstrecke (5) kontinuierlich verfahren wird und die Erzeugung der Ultraschallwellen (6) für die Volumenprüfung und die Induzierung der Wirbelströme (7) für die Oberflächenprüfung mit dem EMAT-Prüfkopf (2) mit einer vorgegebenen Frequenz alternierend erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der EMAT-Prüfkopf (2) jeweils an vorgegebenen Prüfstellen entlang der vorgegebenen Prüfstrecke (5) angehalten wird und an jeder Prüfstelle zeitlich versetzt Ultraschallwellen (6) für die Volumenprüfung erzeugt und Wirbelströme (7) für die Oberflächenprüfung induziert werden.
Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der EMAT-Prüfkopf (2) wenigstens zwei Mal entlang der vorgegebenen Prüfstrecke (5) verfahren wird und während des ersten Durchganges mittels des EMAT-Prüfkopfes (2) nur Ultraschallwellen (6) für die Volumenprüfung erzeugt und während des zweiten Durchganges mittels des EMAT-Prüfkopfes (2) nur Wirbelströme (7) für die Oberflächenprüfung induziert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Volumen-Messsignale Schallwellen-Messsignale, insbesondere mit dem EMAT-Prüfkopf (2) erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Oberflächen-Messsignale Impedanzwerte einer Detektionsspule oder in einer Detektionsspule induzierte Spannungswerte erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Detektionsspule eine Spule des EMAT-Prüfkopfes (2) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumen-Messsignale mit einer dem EMAT-Prüfkopf (2) zugeordneten und mit diesem operativ verbundenen Auswerteeinrichtung ausgewertet werden und die Auswertung der Oberflächen-Messsignale mit derselben Auswerteeinrichtung erfolgt.