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DE102008052983A1 - Wirbelstromsensor und Verfahren zum Ermitteln von aufgrund thermischer Einflüsse veränderter Werkstoffeigenschaften in einem zu untersuchenden Bauteil mit Hilfe desselben - Google Patents

Wirbelstromsensor und Verfahren zum Ermitteln von aufgrund thermischer Einflüsse veränderter Werkstoffeigenschaften in einem zu untersuchenden Bauteil mit Hilfe desselben Download PDF

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DE102008052983A1
DE102008052983A1 DE200810052983 DE102008052983A DE102008052983A1 DE 102008052983 A1 DE102008052983 A1 DE 102008052983A1 DE 200810052983 DE200810052983 DE 200810052983 DE 102008052983 A DE102008052983 A DE 102008052983A DE 102008052983 A1 DE102008052983 A1 DE 102008052983A1
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current sensor
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electrical conductivity
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DE200810052983
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Inventor
Wolf-Dieter Feist
Fritz Dr. Michel
Gerhard Dr. Mook
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/9013Arrangements for scanning
    • G01N27/902Arrangements for scanning by moving the sensors

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wirbelstromsensor mit einem Sensorkörper und einer Spule, die um den Sensorkörper gewickelt ist, wobei der Sensor an jedem Spulenende mit einem Bauteil mit hoher elektrischer Leitfähigkeit versehen ist, und auf Verfahren zum Ermitteln von aufgrund thermischer Einflüsse veränderter Werkstoffeigenschaften, die bei der Herstellung von Bohrungen in einem zu untersuchenden Bauteil entstehen, mit Hilfe des Wirbelstromsensors.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wirbelstromsensor gemäß Anspruch 1 und auf ein Verfahren gemäß Anspruch 8 zum Ermitteln von aufgrund thermischer Einflüsse veränderter Werkstoffeigenschaften, die bei der Herstellung von Bohrungen in einem zu untersuchenden Bauteil entstehen, mit Hilfe des Wirbelstromsensors.
  • Wirbelstromprüfungen von zu untersuchenden Bauteilen, insbesondere von Bohrungen, auf Risse, sind ein bekanntes Verfahren. Bei diesem Verfahren wird eine Differenzspule als Wirbelstromsensor in Umfangsrichtung über die Bohrungsoberfläche geführt. Durch dieses Verfahren lassen sich insbesondere parallel zur Bohrungsachse verlaufende Risse in dem Bauteilmaterial sehr gut nachweisen.
  • Des Weiteren ist aus der WO 99/27358 ein Verfahren zum Bestimmen von nachteiligen Oberflächenveränderungen wie z. B. Härteeinschlüssen oder Restspannungen in gefertigten Werkstücken, insbesondere in Durchgangsbohrungen dieser Werkstücke, bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Wirbelstromabsolutsensor verwendet, der eine in dem zu untersuchenden Werkstück ausgebildete Bohrung nahezu vollständig ausfüllt, um einen Stromfluss in der Bohrungswand in Umfangsrichtung zu erzeugen. Insbesondere ist es aus der WO 99/27358 bekannt, dieses Verfahren bei Werkstücken aus Titan oder dessen Legierungen anzuwenden.
  • Jedoch ist es ein Nachteil dieses Verfahrens, dass beim Einführen und Austreten des Sensors in bzw. aus der Bohrung die Messergebnisse aufgrund der von Kanteneinflüssen an den beiden Enden der Bohrung schlechteren Erzeugung von Wirbelströmen erst ab einer bestimmten Ein führtiefe des Sensors in der Bohrung die vorliegende Oberflächenbeschaffenheit wiedergeben. D. h., etwaige thermische Schädigungen im Randbereich der Bohrungen können nicht bestimmt werden, dies ist nicht wünschenswert, da beim Bohren von Bohrungen insbesondere thermische Schädigungen eher zum Ende einer Bohrung hin entstehen (aufgrund von einer eingeschränkten Spanabfuhr aufgrund eines längeren Spanabfuhrwegs).
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wirbelstromsensor und ein Verfahren zum Ermitteln von aufgrund thermischer Einflüsse veränderter Werkstoffeigenschaften bereitzustellen, mit denen die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden.
  • Die Aufgabe ist mit einem Wirbelstromsensor gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 8, das diesen Wirbelstromsensor verwendet, gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
  • Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass der Kanteneinfluss bei Wirbelstrommessungen insbesondere zur Ermittlung von aufgrund thermischer Einflüsse basierender Werkstoffeigenschaften in Bohrungen verringert ist. Des Weiteren wird durch die vorliegende Erfindung sichergestellt, dass auf Geometrieänderungen des Bauteils basierende Messsignale und auf Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit des Materials des zu untersuchenden Bauteils basierende Messsignale eindeutig voneinander unterschieden werden können.
  • Insbesondere ist die Erfindung vorteilhaft bei der Prüfung von Bohrungen in speziellen Nickelbasislegierungen wie z. B. Inconel 718 anwendbar, bei denen Unregelmäßigkeiten bei der Herstellung aufgetreten sind und die daher suspekt sind und eine Lebensdauereinbuße des Bauteils im Betrieb nach sich ziehen könnten. Gemäß dem Stand der Technik wurden bei Unegelmäßigkeiten speziell in Randbereichen am Eingang und Ausgang der Bohrungen die Bauteile verschrottet, da bislang keine Möglichkeit zu deren Überprüfung auf Materialunregelmäßigkeiten bestand.
  • Die vorstehend genannten Nickelbasislegierungen (z. B. Inconel 718) sind im Allgemeinen Werkstoffe, deren Hauptbestandteil aus Nickel besteht und die mit mindestens einem anderen chemischen Element meist mittels eines Schmelzverfahrens erzeugt werden. Diese Legierungen verfügen über eine gute Korrosions- und/oder Hochtemperaturbeständigkeit. Einige von ihnen weisen spezielle physikalische Eigenschaften auf, wie z. B. einen bestimmten elektrischen Widerstand, eine kontrollierte thermische Ausdehnung, besondere magnetische Eigenschaften und dergleichen. Insbesondere werden diese Nickelbasislegierungen (wie z. B. Inconel 718) in der Luftfahrt, z. B. bei Triebwerken, Turbinen, Befestigungsteilen etc. verwendet.
  • Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat ein Wirbelstromsensor einen Sensorkörper und eine Spule, die um den Sensorkörper gewickelt ist. Der Sensor ist an jedem Spulenende mit einem Bauteil mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, z. B. aus Kupfer (im weiteren Text als Kupferbauteil bezeichnet) versehen. Dieser Sensor wird in einem Verfahren zum Ermitteln von aufgrund thermischer Einflüsse veränderter Werkstoffeigenschaften, die bei der Herstellung von Bohrungen in einem zu untersuchenden Bauteil entstehen, verwendet.
  • Gemäß dem Gesichtspunkt der Erfindung hat der Wirbelstromsensor die Spule, an der an ihren beiden Enden jeweils ein Kupferbauteil angeordnet ist, um durch die Kupferbauteile den Kanteneinfluss beim Einführen in eine Bohrung und beim Austreten aus der Bohrung des zu untersuchenden Bauteils (z. B. eine Platte, in der zumindest eine Durchgangsbohrung ausgebildet ist) zu reduzieren und eine entsprechende Abschirmung bereitzustellen. Da sich insbesondere bei Nickelbasislegierungen wie z. B. Inconel 718 aufgrund von thermischen Schädigungen (z. B. in Lösung gehen von stabilisierten Phasen) parallel zur Reduzierung der Härte des Bauteils auch dessen elektrische Leitfähigkeit reduziert, können diese Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit beim Einführen und Durchführen des Wirbelstromsensors in die Bohrung entsprechend ermittelt werden. Durch das Vorsehen der Kupferbauteile wird der Kanteneffekt durch Feldformung unterdrückt und bereits in den Randbereichen der Bohrung ein die Materialunregelmäßigkeiten erfassendes Messsignal gewonnen. Z. B. beträgt bei einer Messfrequenz von 2,5 MHz der Kanteneffekt nur ca. 1 mm bzw. bei einer Messfrequenz von 0,5 MHz ca. 1,5 mm.
  • Bevorzugt sind die Kupferbauteile Bestandteil der Spule oder des Sensorkörpers. Sie können quasi einstückig an der Spule oder dem Sensorkörper ausgebildet sein.
  • Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Ermittlungsverfahren die folgenden Schritte auf:
    • – Einstellen von Messsignalen des Wirbelstromsensors derart, dass sich ein auf Geometrieänderungen des Bauteils basierendes Messsignal und ein auf Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit des Bauteils basierendes Messsignal um einen bestimmten Phasenwinkel unterscheiden,
    • – Einführen des Wirbelstromsensor in eine zu untersuchende Bohrung des Bauteils,
    • – Anlegen einer Spannung an die Spule, wodurch ein Magnetfeld erzeugt wird und Wirbelströme in Umfangsrichtung in der Oberfläche der Bohrung induziert werden,
    • – Messen der elektrischen Leitfähigkeit an jeweiligen Ringzonen der Bohrung entlang deren Achsrichtung, und
    • – Bestimmen der Werkstoffeigenschaften entlang der Bohrungsoberfläche aufgrund der gemessenen elektrischen Leitfähigkeit an den jeweiligen Ringzonen.
  • Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung von aufgrund thermischer Einflüsse veränderter Werkstoffeigenschaften und Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit in dem Material des zu untersuchenden Bauteils anhand der Verwendung von Wirbelströmen ein übliches Wirbelstromgerät z. B. mittels eines definierten Testkörpers (Referenzkörper z. B. eine Referenzbohrung mit vorbestimmten Durchmessersprüngen) ein Phasenwinkel derart eingestellt, dass der Einfluss von Durchmesserschwankungen der Bohrung des Testkörpers vollkommen von dem elektrischen Leitfähigkeitssignal in dem Messsignal getrennt darstellbar ist. Das Signal, das die Durchmesserschwankungen wiedergibt, hat in der komplexen Ebene einen anderen Phasenwinkel als das Signal aus der Leitfähigkeit. Die beiden Signale sind somit innerhalb des Messsignals um einen vorbestimmten Phasenwinkel verschoben (z. B. um 90°). Das Leitfähigkeitssignal kann somit direkt zum Nachweis der thermischen Schädigungen, falls vorhanden, in der Bohrung genutzt werden. Diese thermischen Eigenschaften bzw. Schädigungen sind grundsätzlich von Materialdefekten wie z. B. Rissen zu unterscheiden. Daher ist durch die Unterscheidung anhand des Phasenwinkels eine direkte Nutzung des elektrischen Leitfähigkeitssignals zur Beurteilung der thermischen Einflüsse innerhalb des Materials der Bohrung möglich, und insbesondere ist dieses Verfahren aufgrund des Aufbaus des Wirbelstromsensors mit der Spule, der an beiden Spulenenden Kupferbauteile hat, derart vorteilhaft, dass die Kanteneinflüsse beim Einsetzen und Austreten aus der Bohrung hinsichtlich der axialen Einführlänge des Sensors reduziert sind, d. h., dass sich durch die Feldformung mittels den Kupferbauteilen (z. B. Kupferscheiben bei einem zylindrischen Messsensor) der Kanteneinfluss erst im Randbereich der Bohrung von ≤ 1,5 mm bevorzugt ≤ 1 mm bezogen auf die Bauteiloberfläche einstellt.
  • Somit kann bevorzugt, da beim Ausbilden insbesondere beim Bohren der zu untersuchenden Bohrung ggf. thermische Materialschädigungen eher zum Ende hin einer Bohrervorschubrichtung entstehen (z. B. durch eine eingeschränkte Spanabfuhr aus der Bohrung), die Differenz einer elektrischen Leitfähigkeit zwischen verschiedenen Zonen (Ringzonen der Bohrungsoberfläche) der Bohrung ermittelt werden oder die elektrischen Leitfähigkeit der zu untersuchende Bohrung im Vergleich zu einer Referenzbohrung (z. B. einer Nachbarbohrung), deren elektrische Leitfähigkeit entlang der Bohrungsoberfläche bereits bestimmt wurde, bestimmt und ermittelt werden.
  • Bevorzugt kann die Leitfähigkeit an den entsprechenden Ringzonen der Bohrung durch Messen von Impedanzänderungen der Spule bestimmt werden.
  • Mit der vorliegenden Erfindung können die folgenden Vorteile erzielt werden:
    • – Zerstörungsfreie Prüfung der Bauteile mit suspekten Bohrungen auf deren Verwendbarkeit;
    • – Reduzierung des Kanteneinflusses bei der Wirbelstromprüfung mittels der Spule mit den beidseitig angeordneten Kupferbauteilen,
    • – Trennen des auf Geometrieänderungen des Bauteils basierenden Messsignals und des auf Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit des Bauteils basierenden Messsignals durch Bestimmen eines Phasenwinkels zwischen diesen Signalen,
    • – Vermeidung unnötiger Verschrottungen von Bauteilen aufgrund von Unsicherheiten in der Bewertung von Materialanomalien, wodurch sich die Ausschusskosten und Herstellungskosten erheblich verringern, und
    • – Vermeidung der Verwendung von aufgrund thermischer Unregelmäßigkeiten unsicheren Bauteilen, welche u. U. im Betrieb bersten könnten.
  • Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Ein erfindungsgemäßer Wirbelstromsensor gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat einen zylindrischen Sensorkörper. In dem zylindrischen Sensorkörper ist eine Vertiefung (Nut) ausgebildet. Die Nut ist in Umfangsrichtung umlaufend. An den beiden Stirnflächen der Nut sind zwei Kupferscheiben in der Nut angeordnet. Zwischen den beiden Kupferscheiben ist eine Wicklung (Spule) um den Sensorkörper in der Nut gewickelt. Der Außendurchmesser der Kupferscheiben und des Sensorkörpers sind im Wesentlichen gleich groß und haben einen Durchmesser von 7,0 mm. Die Wicklung hat einen geringfügig kleineren Außendurchmesser als der Sensorkörper und die Kupferscheiben. An einem Ende des Sensorkörpers des Wirbelstromsensors ist ein Kegelstumpf ausgebildet. Dieser Kegelstumpf ist an jenem Ende ausgebildet, das in eine zu untersuchen de Bohrung eines zu untersuchenden Bauteils (z. B. eine Platte mit Durchgangsbohrung) zuerst eingefügt wird. Dies ist nachstehend entsprechend beschrieben. An dem anderen Ende des Sensorkörpers ist ein Haltegriff angeordnet, mit dem ein Anwender bzw. eine Maschine den Wirbelstromsensor halten und somit in die zu untersuchende Bohrung einführen kann. Innerhalb des Griffs und des Sensorkörpers sind elektrische Anschlussleitungen angeordnet, um die Spule entsprechend mit einer Spannung bzw. Strom versorgen zu können.
  • Die Kupferscheiben dienen insbesondere als Abschirmung und damit zur Reduzierung eines Kanteneinflusses, wenn der Wirbelstromsensor in die zu untersuchende Bohrung eingesetzt wird, was nachstehend ausführlich beschrieben ist. D. h. durch Feldumformung mittels der Kupferscheiben wird ein minimierter Kanteneffekt erzielt.
  • Der beschriebene Wirbelstromsensor gemäß dem Ausführungsbeispiel kann die folgenden Spezifikationen aufweisen:
    • – Wirbelstromsensor ist ein Sensor der Innendurchlaufsensorbauart mit einem parametrischen Durchmesser des zylindrischen Sensorkörpers von 7,0 mm;
    • – Außendurchmesser der Kupferscheiben: 7,0 mm;
    • – Kanteneinfluss bei einer Messfrequenz von 2,5 MHz: ca. 1 mm
    • – Kanteneinfluss bei einer Messfrequenz von 0,5 MHz: ca. 1,5 mm
    • – Kompensation des Spulenlehrwerts möglich
    • – Messfrequenzbereich: 300 kHz bis 4 MHz
    • – Anschaltung (Ansteuerung) mit Wirbelstromprüfgerät B 300 oder B1 mittels Brückenadapter (z. B. B1-BZH)
    • – Prüfbare Bohrungstiefe: 30 mm
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Wirbelstromsensor des Ausführungsbeispiels zunächst in einer üblichen Brückenschaltung mit dem vorstehend beschriebenen Wirbelstromgerät abgeglichen, d. h. ein Gleichgewichtszustand wird hergestellt, der durch Veränderungen des ohmschen Widerstands gestört wird. Diese Störung kann z. B. durch kleine Änderungen des Bohrungsdurchmessers entstehen (vergleichbar mit dem „Lift-off” bei Tastsensoren). Dieser Lift-off führt oft in der komplexen Ebene zu einem Signal, dass unter einem Phasenwinkel gegenüber dem Signal aus der elektrischen Leitfähigkeitsänderung des Materials wie z. B. aufgrund von Härteeinschlüssen oder Restspannungen (aufgrund von thermischen Einflüssen veränderte Werkstoffeigenschaften) z. B. um 90° verschoben ist.
  • Diese veränderten Werkstoffeigenschaften entstehen z. B. beim Herstellen der Bohrung aufgrund lokaler Überhitzungen durch verschlissene Werkzeuge, Werkzeugbruch oder eine Hinderung der Spanabfuhr am Ende der Bohrung.
  • Durch ein Einstellen der Ansteuerelektronik des Wirbelstromssensors derart, dass sich ein auf Geometrieänderungen des Bauteils basierendes Messsignal und ein auf Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit des Bauteils basierendes Messsignal um einen vorbestimmen Phasenwinkel (gemäß dem Ausführungsbeispiel um 90°) unterscheiden, können Werkstoffüberhitzungen wie z. B. Härteeinschlüsse oder Restspannungen in Bohrungen des Bauteils aus dem Nickelbasiswerkstoff Inconel 718 entstanden sein. Z. B. sind diese thermischen Schädigungen wieder in Lösung gehende härtebildende Materialgefügephasen. Insbesondere nimmt durch diese Schädigungen der ohmsche Widerstand des Materials 718 zu, dadurch nimmt die elektrische Leitfähigkeit ab. Das Verfahren kann somit verwendet werden, um die entsprechenden Materialeigenschaften entlang der Bohrung zu ermitteln, wobei der Störeffekt des Lift-off (Änderungen des Bohrungsdurchmesser) vollständig vom dem gewünschten Messsignal eliminiert werden kann.
  • Nach dem Einstellen der Messsignale des Wirbelstromssensors wird der Wirbelstromsensor in die zu untersuchende Bohrung mit der die Bohrung fast gänzlich ausfüllende Spule in axialer Richtung und anschließend durch die Bohrung geschoben. Dabei werden durch Anlegen einer Spannung an die Spule, wodurch ein Magnetfeld in der Bohrung erzeugt wird, Wirbelströme in Umfangsrichtung in der Oberfläche der Bohrung induziert, d. h. die Ströme verlaufen in Umfangsrichtung in der Oberfläche der Bohrung.
  • Da bei der Wirbelstromprüfung der Effekt ausgenützt wird, dass die vorhandenen thermischen Veränderungen des Materials entlang der Boh rungsoberfläche in dem elektrisch leitfähigen Material Inconel 718 auch eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit verursachen. können diese Unterschiede der elektrischen Leitfähigkeit entsprechend an jeweiligen Ringzonen der Bohrung entlang deren Achsrichtung beim Einführen bzw. Hindurchtreten des Wirbelstromsensors in die Bohrung gemessen und detektiert werden.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird die elektrische Leitfähigkeit an den jeweiligen Ringzonen durch Messen von Impendanzänderungen der Spule bestimmt. Die jeweiligen Differenzen der elektrischen Leitfähigkeit zwischen den jeweiligen Ringzonen der Bohrung können somit bestimmt werden und dadurch können die aufgrund thermischer Einflüsse veränderten Werkstoffeigenschaften in der Oberfläche der Bohrung ermittelt werden.
  • Alternativ können in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Differenzen der elektrischen Leitfähigkeit in den jeweiligen Ringzonen zwischen der zu untersuchenden Bohrung und einer bereits untersuchten Referenzbohrung bestimmt werden, wodurch ebenfalls die aufgrund thermischer Einflüsse veränderten Werkstoffeigenschaften in der Oberfläche der Bohrung eindeutig ermittelt werden können.
  • Insbesondere kann durch die Kupferbauteile, die an den jeweiligen axialen Enden der Wicklung bzw. Spule angeordnet sind, der Kanteneffekt beim Eintreten und Austreten in die zu untersuchende Bohrung minimiert werden. D. h., die elektrische Leitfähigkeit kann bereits kurz nach dem Eintreten bzw. fast bis zum Austreten des Wirbelstromsensors (insbesondere der Spule) entlang der gesamten Oberfläche in axialer Richtung und Umfangsrichtung der Bohrung eindeutig bestimmt werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, da insbesondere beim Herstellen (z. B. Bohren) der zu untersuchenden Bohrung in dem Bauteil eher am Ende thermische Schädigungen aufgrund von einer eingeschränkten Spanabfuhr aus der Bohrung entstehen, wodurch insbesondere diese thermischen Schädigungen an den jeweiligen axialen Enden der Bohrung, falls vorhanden, mit dem Wirbelstromsensor und dem entsprechenden erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt werden können.
  • Somit ist es gemäß dem Ausführungsbeispiel bevorzugt, dass die Einführrichtung des Wirbelstromsensors mit der Vorschubrichtung des Werkzeugs zum Herstellen der Bohrung übereinstimmt.
  • Gemäß der Erfindung ist die Trennung der Einflüsse von elektrischer Leitfähigkeit und der Durchmesserschwankungen der Bohrung gegeben, was sich in der Phasenverschiebung in der komplexen Ebene des empfangenen Signals des Wirbelstromsensors äußert. Durch die Einstellung dieses Phasenwinkels auf einen vorbestimmten Wert, z. B. an einem vorbestimmten Festkörper (z. B. eine Bohrung mit gestuften Abschnitten) können der Einfluss der elektrischen Leitfähigkeit und der Einfluss der Durchmesserschwankungen der Bohrung vollständig getrennt werden. Somit können dann thermische Schädigungen, die durch die Herstellung der Bohrung hervorgerufen werden können, zerstörungsfrei mit dem Wirbelstromsensor gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren nachgewiesen werden. Die Auswertung dieser Ergebnisse kann z. B. mit einer Recheneinheit automatisch erfasst und entsprechend visualisiert oder in Datenbanken gespeichert werden.
  • Damit handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere um ein Wirbelstromprüfungsverfahren zur Ermittlung von Werkstoffeigenschaften mit einem Wirbelstromsensor einer Absolutbauart mit einer Spule.
  • Durch die vorliegende Erfindung können insbesondere Bauteile mit suspekten Bohrungen geprüft werden, von denen es vorher nicht möglich war, eine Bestimmung hinsichtlich der Werkstoffeigenschaften bzw. deren Unregelmäßigkeiten zu ermitteln. Somit wird eine unnötige Verschrottung von Bauteilen aufgrund von Unsicherheiten in der Bewertung dieser vorher nicht erfassbaren Unregelmäßigkeiten vermieden, wodurch die Herstellungskosten und gegebenenfalls ein Werkstückversagen verringert bzw. nahezu gänzlich ausgeschlossen werden können.
  • Abschließend sind noch zwei Beispiele des Verfahrens anhand deren Prüfparameter beschrieben. Beiden Beispielen ist innewohnend, dass eine Probe (Platte mit Bohrungen) unterhalb einer Scanvorrichtung (Vorrichtung an der der Wirbelstromsensor montiert ist) mit einem vertikalen Scanweg von 15 mm auf einem Gestell fest montiert ist. Ferner wird ein Wirbelstromprüfgerät der Bauart B300 verwendet. Als Werkstück dient eine Platte mit mehreren Bohrungen, welche eine Bezugsbohrung aufweist. Anhand dieser Bezugsbohrung sind, wie vorstehend beschrieben, die jeweiligen Phasenverschiebungen zwischen den einzelnen Messsignalen aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit und der Durchmesserschwankungen eingestellt worden. Parametersatz Beispiel 1:
    Frequenz: 2,5 MHz
    Vorverstärkung: 20 dB
    Hauptverstärkung: 24 dB
    Y-Spreizung: 12 dB
    Filter: Tiefpass 10 Hz
    Phase: 112°
    Lift-off: links waagrecht
    Parametersatz Beispiel 2:
    Frequenz: 500 kHz
    Vorverstärkung: 20 dB
    Hauptverstärkung: 24 dB
    Y-Spreizung: 12 dB
    Filter: Tiefpass 10 Hz
    Phase: 11°
    Lift-off: links waagrecht
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei der Materialprüfung von Oberflächen, Verfahren zur Ermittlung von Werkstoffeigenschaften und deren Veränderungen durch thermische Einflüsse bei Sacklöchern, oder Verfahren zur Erkennung von Werkstoffverwechslungen verwendet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 99/27358 [0003, 0003]

Claims (15)

  1. Wirbelstromsensor mit einem Sensorkörper und einer Spule, die um den Sensorkörper gewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor an jedem Spulenende mit einem Bauteil mit hoher elektrischer Leitfähigkeit versehen ist.
  2. Wirbelstromsensor nach Anspruch 1, wobei der Sensor angepasst ist, aufgrund thermischer Einflüsse veränderte Werkstoffeigenschaften eines zu untersuchenden Bauteils zu ermitteln.
  3. Wirbelstromsensor nach Anspruch 2, wobei der Sensor angepasst ist, die Werkstoffeigenschaften des zu untersuchenden Bauteils, das aus einer Nickelbasislegierung hergestellt ist, zu ermitteln.
  4. Wirbelstromsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Bauteile mit hoher elektrischer Leitfähigkeit Bestandteil der Spule oder des Sensorkörpers sind.
  5. Wirbelstromsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Sensorkörper eine Vertiefung hat, in der die Spule und die Bauteile mit hoher elektrischer Leitfähigkeit aufgenommen sind.
  6. Wirbelstromsensor nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Sensorkörper zylindrisch ist und die Bauteile mit hoher elektrischer Leitfähigkeit Scheiben sind, die im Wesentlichen den gleichen Außendurchmesser wie der Sensorkörper aufweisen.
  7. Wirbelstromsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der Wirbelstromsensor in eine Bohrung des zu untersuchenden Bauteils axial einführbar ist, derart, dass die Spule Wirbelströme in Umfangsrichtung der Bohrung erzeugt, anhand denen die Werkstoffeigenschaften aufgrund von Impedanzänderungen der Spule beim Einführen in jeweilige Ringzonen entlang der Achsrichtung der Bohrung ermittelt werden.
  8. Wirbelstromsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das Bauteil mit hoher elektrischer Leitfähigkeit Kupfer aufweist oder aus Kupfer besteht.
  9. Verfahren zum Ermitteln von aufgrund thermischer Einflüsse veränderter Werkstoffeigenschaften, die bei der Herstellung von Bohrungen in einem zu untersuchenden Bauteil entstehen, mit Hilfe des Wirbelstromsensors nach einem der vorangegangenen Ansprüche.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Einstellen von Messsignalen des Wirbelstromsensors derart, dass sich ein auf Geometrieänderungen des Bauteils basierendes Messsignal und ein auf Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit des Bauteils basierendes Messsignal um einen bestimmten Phasenwinkel unterscheiden, – Einführen des Wirbelstromsensor in eine zu untersuchende Bohrung des Bauteils, – Anlegen einer Spannung an die Spule, wodurch ein Magnetfeld erzeugt wird und Wirbelströme in Umfangsrichtung in der Oberfläche der Bohrung induziert werden, – Messen der elektrischen Leitfähigkeit an jeweiligen Ringzonen der Bohrung entlang derer Achsrichtung, und – Bestimmen der Werkstoffeigenschaften entlang der Bohrungsoberfläche aufgrund der gemessenen elektrischen Leitfähigkeit an den jeweiligen Ringzonen.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die elektrische Leitfähigkeit an den jeweiligen Ringzonen durch Messen von Impedanzänderungen der Spule bestimmt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei Differenzen der elektrischen Leitfähigkeit zwischen den jeweiligen Ringzonen der Bohrung bestimmt und dadurch die Werkstoffeigenschaften in der Oberfläche der Bohrung ermittelt werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei Differenzen der elektrischen Leitfähigkeit in den jeweiligen Ringzonen zwischen der zu untersuchenden Bohrung und einer Referenzbohrung bestimmt und dadurch die Werkstoffeigenschaften in der Oberfläche der Bohrung ermittelt werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Einführrichtung des Wirbelstromsensors einer Vorschubrichtung eines Werkzeugs zum Herstellen der Bohrung entspricht.
  15. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 14 zum Ermitteln von aufgrund thermischer Einflüsse veränderter Werkstoffeigenschaften, die bei der Herstellung von Bohrungen in einem zu untersuchenden Bauteil aus Nickelbasislegierungen entstehen.
DE200810052983 2008-10-23 2008-10-23 Wirbelstromsensor und Verfahren zum Ermitteln von aufgrund thermischer Einflüsse veränderter Werkstoffeigenschaften in einem zu untersuchenden Bauteil mit Hilfe desselben Ceased DE102008052983A1 (de)

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