Anlagenbau & Prozesstechnik

Arbeiten mit einem Magnetisierungsjoch

Überprüfung von Schweißverbindungen an Rohrleitungen, Kesseln und Behältern

23.06.2015 -

Die Magmetpulverprüfung ist zerstörungsfreies Materialprüfverfahren für die Prüfung und Oberflächenrisse etwa bei Schweißverbindungen an Rohrleitungen, Kesseln und Behältern.

Zwei Techniken werden unterschieden: die Schwarz-Weiß-Prüfung für den Einsatz bei Tageslicht und die Prüfung mit fluoreszierendem Prüfmittel unter Verwendung von UV-Licht bei der Inspektion. Von den unterschiedlichen Verfahren zur Erzeugung des Magnetfeldes soll hier nur das Arbeiten mit einem Magnetisierungsjoch beschrieben werden. Diese werden üblicherweise mit Wechselstrom betrieben.
Die Magnetpulverprüfung wird in der Qualitätssicherung beim Anlagenbau eingesetzt, zur Überprüfung von Schweißverbindungen an Rohrleitungen, Kesseln und Behältern wie auch im Schiffbau und in der Automobilindustrie.

Vorbereitung der Prüfung
Das Verfahren nutzt dabei die Kraftwirkung von Magnetfeldern auf ferromagnetische Partikel. Zur Vorbereitung der Prüfung wird das zu prüfende Bauteil gereinigt und ggf. von nicht-ferromagnetischen Beschichtungen, die dicker als 50 µm sind, befreit, um eine hohe Prüfempfindlichkeit zu erzielen. Bei der Schwarz-Weiß-Prüfung wird zuerst ein weißes Kontrastmittel dünn auf die Prüfoberfläche gesprüht, um einen besseren Kontrast zum schwarzen Prüfmittel zu erzeugen. Dann wird das Handma­gnetisierungsjoch auf die Prüffläche aufgesetzt, eingeschaltet und die Prüffläche gleichzeitig zwischen den beiden Polen mit dem Prüfmittel benetzt. Dieses besteht aus in Öl oder Wasser verteilten schwarzen eisenhaltigen Partikeln; im Fall von fluoreszierendem Prüfmittel sind die Partikel von einem fluoreszierenden Stoff umgeben. Unter UV-Licht sind Anzeigen dann gut nachweisbar.
Ist die Oberfläche rissfrei, verteilt sich die Suspension gleichmäßig auf der Prüffläche, da sich die Feldlinien des erzeugten Magnetfeldes bei der Magnetisierung des Prüfteils gleichmäßig unter der Prüfoberfläche verteilen. Im Falle von rissartigen Werkstofftrennungen treten die Feldlinien aus dem Material heraus. Es kommt zum sogenannten Streufluss über den Werkstofftrennungen im Oberflächenbereich des Prüfobjektes, d.  h. zu einer Feldverstärkung. Die Eisenpartikel der Suspension (meist ferromagnetische Eisenoxide in Öl oder auf Wasserbasis) werden angezogen und häufen sich an Materialöffnungen. Dadurch werden Anzeigen gut sichtbar.

Magnetfeld mit hoher Feldstärke
Im Handjochmagneten wird ein Magnetfeld mit hoher Feldstärke erzeugt, indem durch Spulen, die sich direkt an den Polen befinden, ein Strom geleitet wird. So werden tangentiale Feldstärken bei Handjochmagneten von bis zu 30 A/cm und Abreißkräfte bis 130 N erzeugt. Gemäß DIN EN ISO 9934 Teil 1 muss die Flussdichte in der Oberfläche des Prüfobjektes mindestens 1 Tesla betragen. Zur besseren Ankopplung an gewölbte Prüfflächen (z.  B. bei der Rohrprüfung) können verstellbare Polschuhe aufgesetzt werden. Da immer nur Anzeigen nachgewiesen werden können, die sich senkrecht zu den Feldlinien mit einer Abweichung von max. 60° ausbreiten, müssen zwei Magnetisierungen durchgeführt werden, die jeweils senkrecht zueinander stehen. Eine ausreichende Magnetisierung wird z.  B. durch eine Tangentialfeldstärkemessung nachgewiesen.
Sind z.  B. Schweißnähte während der Fertigung von Rohrleitungen zu überprüfen, kann die Magnetpulverprüfung bei großen Längen recht mühsam sein. Hier bietet es sich an, die Prüfung zumindest teilweise zu automatisieren.
Dazu werden zwei Wechselstromjoche mit einem Polabstand von 170 mm über Kreuz angeordnet. Beide Joche werden mit zwei gleichstarken Wechselströmen gespeist, die um 90° phasenverschoben sind. So entsteht ein rotierender Magnetisierungsvektor, dessen Feldstärke in allen Richtungen gleichstark ist. Dadurch ist die Nachweiswahrscheinlichkeit von Anzeigen unabhängig von der Richtung der Anzeigenausdehnung und in allen Richtungen gleich groß. Oberflächen- und oberflächennahe Fehler von beliebiger räumlicher Orientierung können so durch einen Magnetisierungsvorgang bezogen auf einen Prüfabschnitt angezeigt werden.
Das Magnetfeld wird über einen kleinen Luftspalt in die Oberfläche des Prüfobjektes eingeleitet. Dazu sind an den vier Polen verstellbare Laufräder angebracht, die den Luftspalt zwischen den Polen und der Oberfläche des Prüfstückes auch über längere Prüf­strecken konstant halten. Zusätzlich ermöglichen sie die leichte Verschiebbarkeit des Kreuzjoches auf der Prüffläche.
Das Kreuzjoch wird mit 3 x 42 V Wechselspannung aus einem Sicherheitstransforma­tor (primärseitig 3 x 400 V Wechselspannung) versorgt. Kreuzmagnet und Sicherheitstransformator sind durch ein 5 m langes, hochflexibles Kabel miteinander verbunden, was eine bequeme Handhabung während der Prüfeinsätze ermöglicht.
Im aufgesetzten Zustand der vier Jochpole erreicht das Kreuzjoch eine Tangentialfeldstärke von 32 A/cm und eine Abhebekraft von max. 300 N (30,6 kp). Bei einem Luftspalt von 5 mm beträgt die Tangentialfeldstärke immer noch 22 A/cm.

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