Relevanz für MT und ET
Zwei der wichtigsten ZfP-Verfahren — Magnetpulverprüfung (MT) und Wirbelstromprüfung (ET) — basieren auf elektromagnetischen Phänomenen. Wer diese versteht, kann Prüfparameter gezielt wählen und Signale richtig interpretieren.
Magnetismus Grundlagen (für MT)
Ferromagnetismus
Ferromagnetische Werkstoffe (Eisen, Kobalt, Nickel, viele Stähle) können stark magnetisiert werden. Sie bestehen aus Weißschen Bezirken — kleinen Bereichen mit gleichgerichteter Magnetisierung. Äußere Felder richten diese Bezirke aus.
Magnetische Kenngrößen
- Feldstärke H [A/m]: Ursache des Magnetfelds (durch Strom oder Permanentmagnet)
- Flussdichte B [T = Vs/m²]: Wirkung im Material: B = µ₀ × µr × H
- Permeabilität µr: Verstärkungsfaktor; Stahl: µr = 100–10.000; Luft, Aluminium: µr ≈ 1
- Koerzitivfeldstärke HC: Feld nötig um Magnet zu entmagnetisieren; weichmagnetisch = klein → leicht zu prüfen und zu entmagnetisieren
- Remanenz Br: verbleibende Magnetisierung nach Abschalten des Felds
Streufeldprinzip (MT-Grundlage)
An Rissen und Unregelmäßigkeiten tritt das Magnetfeld aus dem Werkstück aus (Streufeld). Ferromagnetische Prüfmittelpartikel lagern sich an diesen Streufeldern ab → sichtbare Anzeige.
Elektromagnetische Induktion (für ET)
Faradaysches Induktionsgesetz
Eine zeitlich veränderliche magnetische Flussdichte induziert eine elektrische Spannung: Uind = −dΦ/dt. Ein Wechselstrom in der Prüfspule erzeugt ein wechselndes Magnetfeld, dieses induziert Spannungen im leitfähigen Prüfmaterial.
Wirbelströme
Die induzierten Spannungen treiben Wirbelströme (kreisförmige Ströme) im Prüfmaterial. Diese erzeugen ein Gegenfeld, das die Spuleninduktivität und den Wirkwiderstand ändert — messbar als Impedanzänderung.
Skineffekt und Eindringtiefe
Wirbelströme fließen vor allem in der Oberflächenschicht. Die Eindringtiefe δ (Skin-Depth) beträgt:
δ = 503 / √(f · σ · µr) [mm]
- f = Prüffrequenz [Hz], σ = elektr. Leitfähigkeit [MS/m], µr = rel. Permeabilität
- Höhere Frequenz → geringere Eindringtiefe, höhere Oberflächenempfindlichkeit
- Niedrigere Frequenz → mehr Tiefenwirkung
Praxisregel: Standard-Eindringtiefe in Aluminium (σ ≈ 25 MS/m, µr = 1) bei 100 kHz: δ ≈ 0,3 mm.