Wirbelstromprüfung sichert Qualität von Rohrbögen

Die Autoren: Dr. Ing. Bernd Heutling Leiter der Niederlassung in Bremen, LVQ-WP Werkstoffprüfung Uwe Helsper Leiter Qualitätssicherung, Tube-Tec Rohrverformungstechnik

Moderne CNC-Biegeverfahren und aktuelle Schweiß- und Prüftechnik ermöglichen der Tube-Tec Rohrverformungstechnik ein hohes Maß an Qualität und Präzision. Die Maschinenausstattung umfasst zurzeit ca. 20 Dornbiege- und Rollenbiegemaschinen, die Rohre im Abmessungsbereich bis zu einem Rohrdurchmesser von 168,3 mm verformen können.

Die hergestellten Rohrbögen werden nach dem Lösungsglühen und Beizen umfangreichen Prüfungen unterzogen. So werden zerstörende Prüfverfahren an repräsentativen Teilen des Fertigungsloses durchgeführt (Rohrfaltversuch, Rohraufweitversuch, chemische Analyse, Härteprüfung, Korrosionsprüfung und die metallografische Bestimmung des Ferritanteiles). Außerdem werden die Rohrbögen mittels Wirbelstromprüfung (ET) zu 100 % rissgeprüft.

Der verwendete Werkstoff ist UNS S32750 (vergleichbar mit 1.4410, X2CrNiMoN25-7-4). Dieser sogenannte Duplexstahl weist ein Zweiphasengefüge aus Austenit und Ferrit auf. Die sehr gute Korrosionsbeständigkeit dieses Stahls erlaubt den Einsatz in (petro-)chem-ischen Anlagen oder im seewassernahen Bereich (On- und Offshore). Die Abmessungen der Rohrbögen betragen im Durchmesser 19,1 x 3,2 mm bzw. 25,25 x 3,1 mm, wobei verschiedene Biegeradien und Biegewinkel zur Anwendung kommen.

Die Wirbelstromprüfung beruht auf elektromagnetischen Wechselfeldern im Sensor und einem Prüfobjekt. Dazu wird durch den Fluss eines Wechselstroms durch eine Erregerspule ein Magnetfeld innerhalb und um diese Spule herum erzeugt. In einem nahe gelegenen elektrisch leitfähigen Prüfobjekt induziert dieses Primärfeld einen Stromfluss, die sogenannten Wirbelströme. Diese Wirbelströme induzieren ein dem Primärfeld entgegengesetztes Sekundärfeld. Im Sensor wird dann durch eine Messspule das resultierende Feld gemessen (Bild 1). Der Prüfer kontrolliert bei der Fehlersuche auf Veränderungen dieses Gesamtfeldes bzw. die daraus resultierenden charakteristischen Bildschirmanzeigen. Für die Wirbelstromprüfung sind daher Justierkörper mit repräsentativen Justierfehlern notwendig.

In die Justierkörper (Durchmesser 19,1 mm und 25,25 mm) wurden in den geraden Schenkelabschnitten und in der neutralen Faser des Bogens jeweils Justierdurchgangsbohrungen (0,8 mm) eingebracht. Durch diese Anordnung kommt es bei Fehlern, die im Außenbereich des Bogens liegen und bei denen der Sensor dicht an der Oberfläche anliegt, zu einer Überbewertung. Umgekehrt werden Fehler, die auf der Innenseite des Bogens liegen und bei denen der Sensor aufgrund seiner Geometrie leicht abheben wird, etwas unterbewertet. Da jedoch die Hauptbelastung durch die Umformung auf der Zug- bzw. Außenseite der Biegung liegt und dort die größte Wahrscheinlichkeit für einen Fehler liegt, ist diese Einschränkung bei der Positionierung der Justierfehler tolerierbar.

Die klassische Prüfmethode für Rohre auf Dichtheit ist die Prüfung mit Außendurchlaufsensoren, da diese ein homogenes Magnetfeld im Prüfbereich des Prüfobjekts bewirken. Im Fall von ferromagnetischen Werkstoffen wird eine Gleichfeldvormagnetisierung eingesetzt, die die Permeabilitätsschwankungen des ferromagnetischen Werkstoffs dämpft oder im besten Fall ausschaltet.

Aufgrund der engen Biegeradien bei variierenden Biegewinkeln war eine Konturierung des Sensors notwendig, damit auch die Lose mit den engsten Biegeradien geprüft werden konnten. Dieser Sensor verwendet schaltbare Magnetisierungsspulen mit einem ferromagnetischen Kern. Das Schließen des Transformatorkerns erfolgt durch das in den Außendurchlaufsensor geführte Prüfobjekt. Dies ermöglicht eine hinreichende Magnetisierung im Messspulenbereich und damit reproduzierbar auswertbare Wirbelstromsignale.

Nach einigen zusätzlichen Optimierungen des Wirbelstromspulensystems ergab sich letztlich das folgende Prüfequipment.

Als Prüftechnik wurde eine Kombination aus den folgenden Komponenten gewählt: Einfrequenz-Universalwirbelstrom-Prüfgerät, Wirbelstromsensor mit elektrisch betriebener Gleichfeldvormagnetisierung in Differenzschaltung und ein Prüftisch zur reproduzierbaren Handhabung der Proben (Bild 2). Mit diesem Prüfequipment wurden an den o. g. Justierkörpern die Signalverläufe aufgenommen und dokumentiert.

Bild 3 zeigt beispielhaft den Signalverlauf für die 0,8-mm-Justierbohrung im gebogenen Bereich der Rohrbögen. Zur Prüfung werden die Bögen manuell durch den im Prüftisch arretierten Wirbelstromsensor geführt. Dabei erzeugte Signalverläufe werden vom Prüfer mit den Justiersignalverläufen verglichen und bewertet (i. O./n. i. O.). Fehlerhafte Teile werden aussortiert.

Die Ergebnisse bei den ersten Prüflosen war vielversprechend: Die reine Prüfzeit je Prüfteil war abhängig von den Biegeradien und -winkeln und variierte im Bereich von ca. 30 bis 45 s. Dazu kamen Rüst- und Kalibrierzeiten bei inhomogenen Prüflosen sowie Dokumentationszeiten. Bisher wurden ca. 1750 Rohrbögen in verschiedenen Kombinationen von Rohrdurchmesser, Biegeradien und -winkel mit der vorgestellten Wirbelstromtechnik geprüft. Davon wurden nach den festgelegten Kriterien ca. 1650 Stück für gut befunden. Die Prüfung wird auftragsabhängig durch die LVQ-WP in unregelmäßigen Abständen fortgesetzt werden.

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