DE4041392A1 - Verfahren zur magnetinduktiven bestimmung der schichtdicke von diffusionsschichten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur magnetinduktiven Bestimmung der Schichtdicke von Diffusionsschichten, das insbesondere bei der zerstörungsfreien Qualitätsprüfung im Maschinen- und Anlagenbau anwendbar ist.

Bekannte Lösungen zur Bestimmung der Schichtdicke von Diffu­ sionsschichten, die auf der Anwendung magnetischer Gleich- und Wechselfelder basieren, besitzen den Nachteil, daß die Zuordnung von zerstörungsfrei gewonnenem Meßwert und wahrer Schichtdicke nur dann eindeutig möglich ist, wenn sich weder die mikrochemische Zusammensetzung des Materials der Schmelzcharge noch die Behandlungsparameter bei der Erzeu­ gung der Diffusionsschicht (Behandlungscharge) ändern. Das bedeutet, aufgenommenen Kalibrierungskurven sind jeweils nur für eine Schmelz- und Behandlungscharge des Materials gültig. Auf diese Weise entstehen bei der Anwendung der be­ kannten Meßverfahren ein so geringer Meßkomfort und so hohe Zeitverluste, daß praktisch eine zerstörungsfreie Diffu­ sionsschichtdickenbestimmung unter industriellen Bedingun­ gen nicht möglich ist (vgl. /1/ Tutzschky, G.: Charakteri­ sierung von Oberflächenschichten durch zerstörungsfreie Prüfverfahren, 4. Fachtagung anorganisch-nichtmetallischer Schutzschichten, Karl-Marx-Stadt 1983, Tagungsbericht, S. 165-173, /2/ Pinkernelle, A.: Einsatzhärtetiefenmessung mittels magnetischer und magnetinduktiver Prüfverfahren, Dissertation A, TH "Otto von Guericke" Magdeburg 1983, /3/ Hendrich, B.: Untersuchungen zur zerstörungsfreien Kontrolle carbonitrierter Schichten, Dissertation A, TH "Otto von Guericke" Magdeburg 1986 und /4/ Micheev, M.N.; Bida, G.V.: Kostin, V.N.; Michailova, A.A.; Kajukova, T.N.; Kontrol glubiny i tverdosti zakalennyc posle nagreva TVC sloev na sejkach kolencatogo vala avtomobilja, Defek­ toskopÿa 21 (1985)/8).

Ziel der Erfindung ist es, ein praxisgerechtes Verfahren zur magnetinduktiven Bestimmung der Schichtdicke von Diffu­ sionsschichten zu schaffen, das Zeitverluste vermeidet und einen hohen Meßkomfort gewährleistet.

Es besteht die Aufgabe, ein Verfahren zur magnetinduktiven Bestimmung der Schichtdicke von Diffusionsschichten zu ent­ wickeln, das es erlaubt, diese Schichtdicke unabhängig von der Schmelz- und Behandlungscharge schnell zu ermitteln.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Verfahren zur magnetinduktiven Bestimmung der Schichtdicke von Diffusionsschichten folgende Verfahrensschritte be­ sitzt:

In einem ersten Verfahrensschritt wird eine kompensierte Wirbelstrom-Absolutsonde, deren Tiefencharakteristik dem Bereich der zu bestimmenden Schichtdicke angepaßt ist, breitbandig angeregt.

In einem zweiten Verfahrensschritt wird das Leistungsdichte­ spektrum des Antwortsignals berechnet.

In einem dritten Verfahrensschritt wird schließlich aus die­ sem Spektrum ein Kennwert bestimmt, der die Varianz der Lei­ stungsdichte im interessierenden Frequenzbereich unabhängig von der Gesamtleistung des Meßsignals charakterisiert, wobei dieser mit der gesuchten Schichtdicke korreliert.

Die Erfindung soll im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Als Ausführungsbeispiel dient die Bestimmung der beim Aufkohlen als erstem Schritt des Einsatz­ härtens erreichten Diffusionstiefe des Kohlenstoffes (Koh­ lungstiefe).

Dabei zeigen die zugehörigen Zeichnungen in

Fig. 1 eine Anordnung zur Realisierung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens zur magnetinduktiven Bestim­ mung der Schichtdicke von Diffusionsschichten,

Fig. 2 Signaldiagramme aus einzelnen Verfahrensschrit­ ten und

Fig. 3 ein Varianzdiagramm.

Gemäß Fig. 1 weist die Anordnung zwei weitgehend parameter­ gleiche transformatorische Wirbelstrom-Absolutsonden WS1 und WS2 mit Schalenkern auf, deren Durchmesser Wirbelstrom­ eindringtiefen bis 6 mm zuläßt.

Eine der Sonden, z. B. Wirbelstrom-Absolutsonde WS1, wird auf unbehandeltem Material A, dessen Stahlsorte einem zu prüfenden Material B entspricht, positioniert, während die andere Wirbelstrom-Absolutsonde WS2 auf das zu prüfende aufgekohlte Material B mit einer Diffusionsschicht DS auf­ gesetzt wird. Gespeist werden die in Reihe geschalteten Wir­ belstrom-Absolutsonden WS1 und WS2 mit einem Impuls, dessen Spektrum einen Frequenzbereich bis 1250 Hz stetig abdeckt, wobei die momentane Feldstärke die Magnetisierungskurve des Materials (Hysteresisschleife) nur im Rayleigh-Bereich aus­ steuert. Die Meßwicklungen, d. h. die Sekundärwicklungen der Wirbelstrom-Absolutsonden WS1 und WS2 sind gegensinnig in Reihe geschaltet, so daß ein Differenzsignal entsteht. Die­ ses Differenzsignal wird in digitalisierter Form abgespei­ chert und in Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens wie folgt weiterverarbeitet: Zunächst werden die Meßwerte der Stützstellen mit einem solchen Faktor multipliziert, daß sich ein beliebig gewähl­ ter, für alle weiteren Messungen konstant zu haltender Wert beim Aufsummieren der Meßwertquadrate ergibt. Dadurch wird die notwendige Unabhängigkeit von der Gesamtleistung des Meßsignals erreicht.

Aus dem energienormierten Differenzsignal wird mit Hilfe der Fourier-Transformation das Leistungsdichtespektrum für z. B. fünf Kohlungstiefen 1 bis 5 bestimmt (vgl. Fig. 2). Alle Werte oberhalb der vorgenannten oberen Grenzfrequenz von 1250 Hz bleiben dabei unberücksichtigt.

Die Berechnung des die Varianz des Leistungsdichtespektrums charakterisierenden Kennwertes erfolgt durch Bestimmung des Autokorrelationskoeffizienten des genannten Leistungsdichte­ spektrums.

Im Varianzdiagramm gem. Fig. 3 wird der Einfluß der Kohlungs­ tiefe auf diesen zerstörungsfrei gewonnenen Meßwert deutlich sichtbar.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß es gelang, ein Verfahren zur Bestimmung der Schichtdicke von Diffusions­ schichten zu entwickeln, das es erlaubt, diese Schichtdicke unabhängig von der Schmelz- und Behandlungscharge schnell zu ermitteln.

Claims (1)

1. Verfahren zur magnetinduktiven Bestimmung der Schichtdicke von Diffusionsschichten, realisierbar unter Verwendung von Wirbel­ stromsonden und Vergleichskörpern, gekennzeichnet dadurch,
   daß in einem ersten Verfahrensschritt eine kompensierte Wirbel­ strom-Absolutsonde, deren Tiefencharakteristik dem Bereich der zu bestimmenden Schichtdicke angepaßt ist, breitbandig ange­ regt wird,
   daß in einem zweiten Verfahrensschritt das Leistungsdichtespek­ trum des Antwortsignals berechnet wird und
   daß in einem dritten Verfahrensschritt schließlich aus diesem Spektrum ein Kennwert bestimmt wird, der die Varianz der Lei­ stungsdichte im interessierenden Frequenzbereich unabhängig von der Gesamtleistung des Meßsignals charakterisiert, wobei dieser Kennwert mit der gesuchten Schichtdicke korreliert.