Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3417
Nach einer Einführung in die Grundlagen der SQUID-Meßtechnik und der Wirbelstromtechnik
sowie der Beschreibung des experimentellen Aufbaus werden die an Musterproben
durchgeführten Messungen dargelegt. In Stapelproben aus Aluminium konnten hier Defekte
mit einer Länge von 10 mm bis in eine Tiefe von 12 mm abgebildet werden. In einem Ansatz
eines Mehrfrequenzverfahrens wurden Defekte von 7.5 mm Länge, die von
Bolzenverbindungen ausgingen, bis in eine Tiefe von 10 mm abgebildet. Der Nachweis ohne
Abbildung eines solchen Defekts wurde in Anwesenheit eines ferromagnetischen Bolzens
ebenfalls bis in eine Materialtiefe von 10 mm gezeigt. Die Untersuchung der Rauschquellen, die
die Systemempfindlichkeit begrenzen, und ein kurzer Vergleich der experimentellen Ergebnisse
mit numerischen Rechnungen ergänzen die Darstellung der Messungen. Darauf werden die
Ergebnisse im Vergleich mit anderen Autoren diskutiert und abschließend zusammengefaßt.
Möglichkeiten weitergehender Untersuchungen werden skizziert.
After an introduction to the fundamentals of SQUID measurements and eddy current technique
the experimental setup is described. Later on the measurements taken at artificial samples are
explained. In stacks of aluminum plates defects of length 10 mm could be mapped up to a
depth of 12 mm. In first experiments using multifrequency excitation defects of length 7.5 mm
originating from rivet joints were mapped up to a depth of 10 mm. The detection without
mapping of such a defect was demonstrated in the presence of a ferromagnetic bolt up to the
same depth. The investigation of noise sources which limit the system sensitivity and a short
comparison of experimental data with numerical results complement the presentation of the
results. In the following the results are discussed with comparison to results of other authors
and finally they are summarized. Possible future approaches are sketched.
Haller, Andreas
Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung mit einem Hochtemperatur-SQUID-Gradiometer bei Wirbelstromanregung
132 S., 1997
Das Aufspüren versteckter Risse in metallischen Bauteilen z.B. von Flugzeugen mit Hilfe von
Wirbelstromprüfung stellt für tiefliegende Defekte in diesen Proben eine ungelöstes Problem
dar.
Magnetische Felder zur Anregung von Wirbelströmen in den leitenden Proben können
aufgrund des Skineffekts bei hohen Frequenzen nur in geringe Materialtiefen eindringen, für
die Detektion von Wirbelströmen bei niedrigen Frequenzen reicht jedoch i.a. die
Empfindlichkeit konventioneller Sensoren (Spulen) nicht aus. Mit Hochtemperatur-SQUID-
Gradiometem bei einer Temperatur von 77 K werden nun in magnetisch ungeschirmter
Umgebung Feldempfindlichkeiten von 200 fT/Hz1/2 bis hinunter zu Frequenzen von 1 Hz
erreicht, die daher hochempfindlich die Verzerrung der angeregten Wirbelströme durch
Defekte in den Proben in größerer Tiefe nachweisen.
In der vorliegenden Arbeit wurde ein Verfahren zur Detektion und Abbildung von Defekten in
Materialtiefen von mehr als 10 mm Aluminium entwickelt, das an ferromagnetisch
verunreinigten Proben einsetzbar ist. Die Anregung der Wirbelströme durch magnetische
Drehfelder gestattet den Nachweis in einer stationären Messung: daher werden zusätzliche
Rauschquellen, die durch die Bewegung des Meßsystems oder der Proben auftreten,
vermieden. Durch die Rotationssymmetrie der Anregung eignet sich das System insbesondere
zum Nachweis von Defekten an Bolzenverbindungen, ist in seiner Anwendbarkeit jedoch nicht
auf dieses Prüfproblem beschränkt.
Reliable detection of hidden flaws in conducting parts e.g. of airframes using eddy current
testing is still a challenging problem with respect to defects hidden deeply within these samples.
Magnetic fields applied to the conducting samples excite eddy currents only in narrow surface
layers since the skin effect limits the penetration of the fields at high frequencies. But at low
frequencies conventional sensors (coils) provide insufficient sensitivity for the detection of the
distorted eddy currents. Using High temperature SQUID gradiometers at a (technically
convenient) temperature of 77 K field sensitivities of 200 ff/Hzl/2 down to frequencies of 1
Hz are achieved in magnetically unshielded environment. Thus the distortion of the excited
eddy currents by defects within the samples is detected with high sensitivity in larger depths.
In this work a method has been developed for detection and mapping of defects in depths of
more than 10 mm aluminum, which is also applicable to ferromagnetically contaminated
samples.
The excitation of the eddy currents by rotating magnetic fields allows the detection in a
stationary measurement: therefore additional noise sources due to the movement of the system
or the samples are avoided.
The rotational symmetry of the excitation scheme makes the system ideally suited for the
investigation of defects originating from rivet joints, but in no way is restricted to this testing
problem.
Neuerscheinungen
Schriften des Forschungszentrums Jülich
Ihre Ansprechperson
Heike Lexis
+49 2461 61-5367
zb-publikation@fz-juelich.de