EMAT-Ultraschallprüfung

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EMAT –

Technologie

EMAT – Prinzip

Was ist ein EMAT?

Ein Magnet, eine Draht, ein Luftspalt und eine metallische

Oberfläche.

• ist einem Wirbelstromsensor ähnlich

• Senden einer Schallwelle:

Ein Stromimpuls J durch den Leiter

induziert über den Luftspalt G einen

Wirbelstrom I in der Metalloberfläche.

Dieser Wirbelstrom I erzeugt mit dem

statischen Magnetfeld eine Kraft F und

dadurch entsteht eine gerichtete

Schallwelle in der Metalloberfläche.

• Empfang einer Schallwelle:

Eine Schallwelle bewegt die Oberfläche

im Magnetfeld und generiert einen

Wirbelstrom, welcher einen Strom J im

Leiter induziert.

EMAT verbindet alle Vorzüge der normalen UT mit weiteren besonderen

Vorteilen

Ultraschall wird im zu untersuchenden Bauteil generiert

trockene Untersuchung (kein Koppelmedium)

- einfache Automatisierung und Integration in die Produktion - keine Koppelmittel induzierte Fehler - hohe Untersuchungsge- schwindigkeiten (ca. 60 m/ s) - einsetzbar bei hohen und tiefenTemperaturen

unempfindlich gegenüber dem Oberflächenzustand

Untersuchungen an rauen, schmutzigen (fettig / nass), oxidiert oder unebenen Oberflächen möglich

einfacher Einsatz der Sensoren

- keine Signaländerungen beim Austausch der Sonden - kleine Änderungen im Einschallwinkel beeinflussen nicht die Ergebnisse (z.B. Teilkrümmung )

einzigartige Wellentypen

- Erzeugung von horizontal polarisierten Scherwellen - hocheffiziente, geführte Wellen

EMAT – UT Prüfung

Die EMAT Technologie kann bei den meisten Metallen als Standard UT

Anwendung verwendet werden

Untersuchungsart Material Geometrie

• Fehlerprüfung

- Punkte (1D)

- Nähte (2D)

- Oberflächen (2D)

- Volumen (3D)

• Dicke & Entfernungen

• Materialeigenschaften

- Stress

- R-Wert (senkrechte

Anisotropie)

• elektrische Leiter

- Eisen-Metalle:

Kohlenstoffstahl, Edelstahl,

Nickel, Kobalt

- Nichteisen-Metalle:

Aluminium, Kupfer,

Messing, Uran und den

meisten anderen Metallen

• diskrete und

kontinuierliche

Geometrien

- Platten (dünne und

dicke)

- Zylinder, Stäbchen

Rohre (rund, quadratisch

oder andere)

- Strukturelemente


EMAT Sensoren können die gleichen Wellenmoden wie piezoelektrische

Wandler und zusätzlich einige einzigartige Moden erzeugen

Welle Beam

Orientation Wellenmode Technik Hauptanwendung

Bulk

Normal

Longitudinal Piezo

EMAT • Dicken- und Geschwindigkeitsmessung

• Fehlerprüfung

• Bestimmung von Eigenschaften Horizontale

Scherwelle EMAT1

Winkel

Vertikale

Scherwelle

Piezo

EMAT • Fehlerprüfung

Horizontale

Scherwelle EMAT

• Fehlerprüfung, einschließlich

austenitischen Werkstoffen

geführt

Oberfläche Rayleigh Piezo

EMAT • Fehlerprüfung(Oberfläche)

Volumen

Lamb Piezo

EMAT

• Fehlerprüfung (einschließlich Korrosion)

• Geschwindigkeits- und

Eigenschaftsbestimmung

Horizontale

Scherwelle

EMAT

• Fehlerprüfung (einschließlich Korrosion)

• Geschwindigkeits- und

Eigenschaftsbestimmung


geführte Wellen (guided waves)

Was kann eine Welle führen?

• eine Oberfläche

• eine Platte

• ein Stab oder Rohr

• eine Schiene oder eine andere Struktur

• Anders als Volumenwellen, wo Grenzen nur bei der

Reflexion / Refraktion berücksichtigt werden müssen,

haben Grenzen einen entscheidenden Einfluss auf

die Wellenmoden der geführten Welle.

• Beim Ultraschall kann die praktische Ausbreitung der

geführten Wellen im Bereich von einigen Zentimetern

bis zu mehreren Metern variieren.


geführte

Wellen

Teilchen-

bewegung Graphische Darstellung

Rayleigh oder

Oberflächen

elliptisch,

Eindringtiefe – eine

Wellenlänge

Lamb asymmetrisch oder

symmetrisch

horizontale

Scherwellen

Senkrecht zur

Wellenausbreitung

auf einer

horizontalen Ebene

geführte Wellen (guided waves)


Horizontale Scher (SH)- und Lamb - Wellen ergeben eine geführte Welle, welche eine

einzigartige Schweißnahtprüfung bis zu einer Materialstärke von 12 mm ermöglicht

Eigenschaften:

im praktischen Einsatz nur mit EMAT

realisierbar

die SH / Lamb-Welle füllt das Volumen des

Materials unabhängig von dessen Dicke

keine Rasterbewegung oder "Phased-Array"

von Sensoren erforderlich

getrennte Sender und Empfänger ermöglicht

Normalisierung des Signals

(Selbstkalibrierung)

wenig empfindlich auf Positionsveränderungen

des Sensors

EMAT - Schweißnahtprüfung


Normierung des Sensorsignals

In der Praxis wird das Verhältnis zwischen den Signalen RT und DT für die Prüfung von Schweißnähten benutzt.

Der Empfänger (R) zwischen dem Sender (T) und der Schweißnaht misst die Amplitude DT, welche ein Maß für die

im Material induzierte Ultraschallstärke darstellt. In einigen Fällen kann das DT-Signal auf Grund eines größeren

Abstandes zwischen Sensor und Material oder materialbedingter Abweichungen niedrig sein. Allerdings führt die

Varianz im DT-Signal zu einer identischen Abweichung im RT-Signal. Deshalb ist das Verhältnis des RT-Signals

zum DT-Signal ein zuverlässiges Maß für die Schweißnahtprüfung, da es bei einem gegebenen Defekt unabhängig

vom induzierten Ultraschallpegel immer gleich ist.


Fehlererkennung mit horizontalen Scherwellen

Versuchsaufbau zur

Bestimmung der

Nachweisgrenzen


Fehlererkennung mit horizontalen Scherwellen

Auswertung der

Messergebnisse


Sensoraufbau

Prinzipieller Aufbau eines EMAT-Sensors zur Erzeugung

horizontal polarisierter Scherwellen


prinzipielle Sensoranordnung für die Prüfung längsgeschweißter Stahlprofile


Fehlererkennung

bei Stahl- bzw. Aluminiumblechen mit 0,3 bis 3,5mm Materialstärke

• Im oberen rechten Teil des Bildschirms werden die Meta-Daten, einschließlich der Auftragsreferenz und der

Datensatznummer des untersuchten Teils angezeigt.

• Im rechten unteren Teil wird das Ergebnis der Prüfung angezeigt. Dabei ist nach ca. 1/3 der Strecke ein Defekt zu

erkennen.

• Im linken Teil des Bildschirms wird das Ergebnis von jeweils zwei Sensorkanälen und die jeweiligen Schwellwertlinien

angezeigt. Die Linien mit den höheren Amplituden sind die beiden DT Plots und die mit den niedrigeren Amplituden

die beiden RT / DT Plots.

Software / Auswertung



Prüfaufbauten zur Schweißnahtprüfung an dünnen Materialien

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