Multimodales Sensorsystem zur mikromagnetischen Materialcharakterisierung

In der Praxis wird heute ein breites Spektrum an zerstörungsfreien Prüfverfahren eingesetzt. Aufgrund von Nachhaltigkeits- und Qualitätsaspekten in der Stahlindustrie gewinnen die mikromagnetischen Verfahren zunehmend an Bedeutung. Diese Verfahren nutzen die gegenseitigen Abhängigkeiten der magnetischen und mechanischen Eigenschaften von ferromagnetischen Materialien. Änderungen der Mikrostruktur, sowie Last- und Eigenspannungen bilden sich in der magnetischen Hysterese ab. Die zerstörungsfreie Messung des magnetischen Werkstoffverhaltens erlaubt durch diese Abhängigkeit Rückschlüsse auf mechanische Eigenschaften, die sonst nur zerstörend bestimmt werden können. Eine direkte Bestimmung der magnetischen Hysteresekurve ist unter Praxisbedingungen meist nicht möglich, teils wegen der langen Messzeit, teils wegen der Notwendigkeit, gut definierte Proben zur Messung der Flussdichte über eine probenumfassende Spule zu entnehmen. Das am Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP entwickelte 3MA-X8 Verfahren kombiniert unterschiedliche mikromagnetische Methoden unter Einsatz minimalistischer und robuster Sensortechnik. Als Sensor kommt ein Elektromagnet zum Einsatz, der ein definiertes magnetisches Wechselfeld in das zu messende Objekt einbringt, welches die Impedanz des Elektromagneten beeinflusst. Ziel dieser Technologie ist es, mit hoher Messgeschwindigkeit in Aufsatztechnik an beliebigen Geometrien, zur Hysterese äquivalente Merkmale zu extrahieren und diese in Korrelation zu den mechanischen Referenzwerten zu setzen. Aufgrund der Charakteristik des hochpermeablen Elektromagneten wird der 3MAX8- Sensor bei verhältnismäßig geringen Frequenzen betrieben. Durch den Skineffekt werden Eindringtiefen von mehreren Millimetern erreicht. Die Auflösung sehr oberflächennaher Effekte, wie beispielsweise Eigen- bzw. Lastspannungen, ist mit der bisherigen Lösung nur eingeschränkt möglich. Im Rahmen dieses Beitrags wird ein Sensorkonzept vorgestellt, dass die 3MA-X8 Technik dahingehend erweitert, über zusätzliche Sensorperipherien mit höheren Frequenzen eine erhöhte Messempfindlichkeit für oberflächennahe Effekte zu erzielen.