Rissprüfung mit Induktions-Thermographie

Die induktiv angeregte Thermographie ist ein Verfahren zur Rissprüfung, das elektromagnetische Pulse nutzt, um Wirbelströme in elektrisch leitfähigen Materialien zu erzeugen. Diese Wirbelströme führen durch Joule'sche Verluste zur Wärmeentwicklung, wodurch Risse an der Oberfläche oder in der Nähe der Oberfläche in Thermographiebildern sichtbar werden.

Traditionell erfolgt die Detektion von Oberflächenrissen in elektrisch leitenden Werkstoffen durch Farbeindring- bzw. Magnetpulverprüfung oder durch Wirbelstromprüfung. Dazu ist jedoch zum einen die Benetzung mit einem Farbmittel nötig, zum anderen bestehen bei der Prüfung mit Wirbelstrom Restriktionen durch die Baugröße der Sensoren und den Abhebeeffekt. Mittels Wärmefluss-Thermographie hingegen können Risse berührungsfrei und schnell abgebildet und anschließend bewertet werden.

Funktionsweise der Rissprüfung

Am Fraunhofer-Institut für zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP, Saarbrücken, wurde ein System entwickelt, bei dem induktiv angeregte Thermographie zur Detektion solcher Oberflächenrisse eingesetzt wird, indem über eine Spule ein Stromfluss im Bauteil induziert wird. Da die Strombahnen im Bauteil Umwege um die Risse herum nehmen müssen, wird der Stromfluss nahe den Rissen konzentriert. An den Stellen der Risse entsteht an der Bauteiloberfläche eine größere Verlustwärme, die mithilfe einer Infrarotkamera detektiert werden kann und die Risse können im Bild sichtbar gemacht werden. Die gespeicherten Bilder der Kamera werden per nachfolgender Signal- und Bildverarbeitung ausgewertet.

Anwendungs- und Einsatzgebiete

Das Thermographie-System ist für die Rissprüfung von geschmiedeten Stahlbauteilen, von Kohlefaser-Verbundwerkstoffen oder Solarzellen geeignet, wo sich die Fehlernachweisbarkeit und die Prüfzuverlässigkeit im Rahmen von Validierungsstudien als gut erwiesen haben. Die reine Rissprüfung dauert nur Sekundenbruchteile pro Bauteilansicht, sie ist kontaktlos und kann in bestehende Prozesse integriert werden, was sie besonders für die automatisierte Prüfung in Produktionslinien geeignet macht. Auch verdeckte Risse können unter Umständen gefunden werden. 

Die Methode zeigt eine gute Übereinstimmung mit der etablierten Magnetpulver-Rissprüfung und ermöglicht die automatisierte Fehlerdetektion mit maschinellem Lernen.

Die Haupteinsatzbereiche für das Verfahren der induktiv angeregten Thermographie zur Rissprüfung liegen in Branchen wie der Automobil- und Zulieferindustrie, der Luftfahrtindustrie oder der Halbleiterherstellung.