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Lexikon: Elektromagnetische Gefüge-Charakterisierung


Elektromagnetische Gefüge-Charakterisierung

Quelle: Q NET Engineering GmbH

Definition

Die zerstörungsfreie Gefügecharakterisierung ist ein Verfahren zur 100-%-Kontrolle magnetisierbarer Bauteile, das auf verschiedenen parallel ablaufenden Messungen mit elektromagnetischen Wellen basiert. Bei diesem sogenannten Multiparameter-Prüfverfahren wird der Prüfling mit magnetischen Wechselfeldern mit mehreren Frequenzen gleichzeitig beaufschlagt. Durch ein aufgabenspezifisches Prüfsystem wird mit typischerweise bis zu vier parallel ablaufenden Prüfverfahren eine Vielzahl von Messgrößen erfasst und ausgewertet. Zu den verwendeten Verfahren gehören die Barkhausenrauschanalyse, Überlagerungspermeabilitätsmessung, Oberwellenanalyse sowie die Wirbelstrom-Impedanzmessung. Neben Härte, Härtetiefe, Härteverlauf und Schleifbrand lassen sich Eigenspannungen, Streckgrenzen und Gefügeanteile z. B. an Martensit oder Ferrit messen.

Funktionsprinzip

Das Verfahren der elektromagnetischen Gefügecharakterisieung nutzt den Effekt, dass sich die Magnetisierungshysterese mit der Gefügezusammensetzung und bei Eigenspannungen des Werkstoffs verändert. Prinzipiell wird der Prüfling mit magnetischen Wechselfeldern einstellbarer Amplitude mit mehreren Frequenzen gleichzeitig beaufschlagt. Diese sogenannte Multiparametermessung basiert auf der Erfassung einer Vielzahl von Eingangsgrößen in mehreren parallel ablaufenden Messverfahren, die anwendungsspezifisch auswählt werden.
Mit der Mehrfrequenz-Barkhausenrauschanalyse werden die Rauschamplitude im Magnetfeld-Nulldurchgang sowie die Breite der Rauschsignalkurve gemessen. Die Mehrfrequenz-Überlagerungspermeabilitätsmessung misst die größte inkrementelle Permeabilität sowie die Breite des Verlaufs der inkrementellen Permeabilität.
Bei der Oberwellenanalyse wird die Magnetfeldstärke mit einer Hallsonde gemessen. Der Sinusverlauf des eingeprägten elektrischen Wechselfeldes wird durch die magnetische Hysterese verzerrt. Die Messung der Amplituden und Oberwellen entspricht der Messung des Klirrfaktors.
Bei der Mehrfrequenz-Wirbelstromimpedanzmessung werden für jede Frequenz der Imaginäranteil und der Realanteil der Impedanz gemessen. Durch die Verknüpfung und Auswertung dieser Messergebnisse können schließlich die Eigenschaften des Gefüges bestimmt werden.
Für die Parametrierung und Kalibrierung des Prüfsystems werden von einem Muster unter Produktionsbedingungen jeweils bis zu 40 unterschiedliche Eingangsdaten pro Messung erfasst. Anschließend wird das Muster zerschnitten und dessen Gefüge geprüft. Die Ergebnisse der zerstörenden Prüfung werden mit den erfassten Messdaten verglichen. Über eine Regressionsanalyse lässt sich die Transformationsmatrix berechnen, welche die bis zu 40 Messwerte der Prüfverfahren in die zu ermittelnden typischerweise 1-5 Zielwerte umrechnet. Durchschnittlich müssen für das Einlernen ca. 40-100 Musterbauteile gemessen und anschließend zerstörend geprüft werden. Im späteren Betrieb ist zusätzlich eine regelmäßige Nachkalibrierung erforderlich.

Einsatzbereich

Das Prüfverfahren zur zerstörungsfreien Gefügecharakterisierung und Erkennung von Materialspannungen dient zur dokumentierbaren 100-%-Kontrolle von magnetisierbaren Bauteilen. Das Verfahren kann mehrere unterschiedliche Prüfverfahren ersetzen und ermöglicht Anwendungen, bei denen bisher nur zerstörende Stichproben möglich waren. Typische Prüflinge sind funktions- und sicherheitskritische Bauteile, die durch Härten wärmebehandelt, durch Schweißen gefügt oder mit mechanischen Verfahren wie Schleifen und Drehen etc. bearbeitet wurden. Prüfaufgaben sind z. B. die Bestimmung von Härte, Härtetiefe, Härteverlauf und Schleifbrand, die Messung von oberflächennahen und an der Oberfläche befindlichen Eigenspannungen in Zahnrädern sowie die Erkennung der Streckgrenze von Bändern.

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