Grundprinzip der Wirbelstromprüfung
Die Wirbelstromprüfung (ET — Eddy Current Testing) basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion: Eine Wechselstrom-gespeiste Spule (Prüfkopf) erzeugt ein Wechselmagnetfeld, das im benachbarten elektrisch leitfähigen Werkstoff Wirbelströme induziert. Diese Wirbelströme erzeugen ihrerseits ein Gegenfeld, das die Impedanz der Prüfspule beeinflusst.
Oberflächenrisse, Materialveränderungen, Wanddickenunterschiede oder Leitfähigkeitsänderungen stören den Wirbelstrompfad und führen zu messbaren Impedanzänderungen — ohne jeden mechanischen Kontakt mit dem Werkstück.
- EN ISO 15548-1: Geräte für die Wirbelstromprüfung — Geräteeigenschaften
- EN ISO 15548-2: Sonden und Kabel
- EN ISO 15548-3: Systemcharakteristiken und Überprüfung
- EN ISO 20807: Qualifikation des Personals für automatisierte ET
- EN 13860: Wirbelstromprüfung von Rohren
- ASTM E376: Schichtdickenmessung
- ASTM E309: Rohrprüfung mit Wirbelstrom
Physikalische Grundlagen
Eindringtiefe (Skineffekt)
Wirbelströme dringen nur in eine begrenzte Tiefe ein — die Eindringtiefe δ (Skin-Tiefe). Sie nimmt mit steigender Frequenz ab:
δ = 1 / √(π · f · μ · σ)
Dabei gilt:
- f = Prüffrequenz (Hz)
- μ = magnetische Permeabilität (H/m)
- σ = elektrische Leitfähigkeit (S/m)
Niedrige Frequenz (100 Hz – 10 kHz): Größere Eindringtiefe → tiefere Fehler detektierbar
Hohe Frequenz (100 kHz – 10 MHz): Geringe Eindringtiefe → Oberflächensensitivität
Impedanzanalyse
Das ET-Gerät misst die komplexe Impedanz Z = R + jX der Prüfspule in einem Impedanzdiagramm (Bodediagramm). Verschiedene Fehlermechanismen verschieben den Messpunkt in charakteristische Richtungen — erfahrene ET-Prüfer lesen Fehlerart, Tiefe und Schwere aus der Phasenlage und Amplitude ab.
Prüfkopftypen
| Typ | Geometrie | Einsatz |
|---|---|---|
| Absoluter Aufsetzkopf | Einzelne Spule auf Bauteiloberfläche | Oberflächenrisse, Leitfähigkeit |
| Differenzkopf | Zwei gegeneinandergeschaltete Spulen | Kleine Fehleranzeigen, geringe Störempfindlichkeit |
| Durchlaufkopf | Bauteil durchläuft Spule | Draht, Stangen, Rohre (Hochgeschwindigkeit) |
| Innendurchlauf (Bobbin) | Sonde in Rohr eingeführt | Wärmetauscherrohre, Kondensatorrohre |
| Arraykopf | Viele kleine Spulen im Array | Flächenprüfung, hohe Abdeckung |
| Rotating ET | Rotierender Einzelkopf | Rohrinnenwand, 360°-Abdeckung |
Anwendungsgebiete
Rohr- und Wärmetauscherprüfung
Das wichtigste Einsatzgebiet von ET. Bobbin-Sonden werden in Wärmetauscherrohren (Kraftwerke, Chemieanlagen, Schiffe) gefahren und detektieren Korrosion, Erosion, Pitting und Risse von innen oder außen. Automatisierte Prüfsysteme schaffen 500–2000 m Rohr pro Schicht.
Schienenprüfung
Wirbelstrom-Prüfwagen fahren Schienennetze ab und detektieren Schienenrisse (Squats, Head-Checking) bei hoher Geschwindigkeit, kombiniert mit UT.
Flugzeugprüfung
Nieten, Niet-umgebungen und Rumpfplatten aus Aluminium werden auf Ermüdungsrisse unter Nieten (second-layer cracks) geprüft — ohne Demontage. ET ist das Standardverfahren für Aluminium in der Luftfahrt.
Leitfähigkeitsmessung und Schichtdickenmessung
ET misst berührungslos die elektrische Leitfähigkeit (für Legierungsidentifikation, Wärmebehandlungskontrolle) und Schichtdicke (Lackschichten, Beschichtungen auf leitfähigem Untergrund).
Sortieraufgaben
Automatische Sortierung von Bauteilen nach Legierungstyp, Härte oder Gefügezustand durch Leitfähigkeitsmessung — hunderte Teile pro Minute in der Serienproduktion.
Einschränkungen
- Nur für elektrisch leitfähige Werkstoffe (Metalle, leitfähige Keramiken)
- Oberflächenrauheit und Geometrie beeinflussen Signal (Liftoff-Effekt)
- Ferromagnetische Werkstoffe schwieriger zu prüfen (hohe Permeabilität verringert Eindringtiefe stark)
- Begrenzte Eindringtiefe (max. einige Millimeter)
- Interpretationsaufwand durch Signalüberlagerungen (Riss vs. Geometrie vs. Material)
Besondere ET-Verfahren
Gepulste Wirbelstromprüfung (PEC)
Statt Sinuswellen werden Rechteckimpulse verwendet. Das transiente Antwortverhalten ermöglicht größere Eindringtiefen — bis 30 mm durch Isolierung und Beschichtungen hindurch. Ideal für Wanddickenmessung unter Isolierung (CUI — Corrosion Under Insulation) in Petrochemie und Energie.
Fernfeld-Wirbelstrom (RFT)
Für ferromagnetische Rohre (Stahl). Sender und Empfänger sind räumlich getrennt; das Messsignal durchdringt die Rohrwand zweimal. Ermöglicht ET-Prüfung auch an Stahlrohren.