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Beitrag zur Auslegung von Spulengeometrien für die induktive Thermografie an Stahl und CFK in Reflexionsanordnung
Hönl, Fabian
Die Thermografie mit Induktionsanregung ist seit vielen Jahren ein bewährtes Mittel zur Rissprüfung. Aufgrund der vielfältigen Vorteile wird die Anregungsvariante in den letzten Jahren auch vermehrt bei anderen Prüfszenarien eingesetzt. Als Schwachpunkt erweisen sich dabei immer wieder die vorhandenen Induktorgeometrien. Sie erzeugen meist sehr inhomogene Temperaturfelder. Zusätzlich benötigen viele Anwendungsfälle eine beidseitige Zugänglichkeit, welche in der Prüfpraxis nur selten gegeben ist. In dieser Arbeit wird ein verbessertes Spulendesign namens Streifeninduktor vorgestellt. Es erlaubt einseitige Messungen, da die Prüffläche nicht von der Geometrie verdeckt wird. Darüber hinaus werden vom entwickelten Induktortyp sehr gleichmäßige Temperaturfelder generiert. Anhand eines Simulationsmodells wird die Funktionsweise des Streifeninduktors getestet und optimiert. Durch die Herleitung eines mathematischen Ersatzmodells ist es möglich, den Induktor an spezielle Prüfprobleme anzupassen. In praktischen Versuchsreihen wird seine Eignung an zwei realen Problemstellungen aus der Automobilindustrie nachgewiesen. Dazu werden laserstrahlgeschweißte Nähte an Stahlblechen auf Anbindungsfehler und Platten aus kohlefaserverstärktem Kunststoff auf Schlagschäden untersucht. Die dabei erzielten Resultate stellen eine erhebliche Verbesserung zum bisherigen Stand der Technik dar.
Eddy current thermography has been state of the art in crack detection for a long time. In recent years, several other applications in quality assurances have been covered by this thermal imaging technique. Multiple advantages of induction excitation have driven this development. But geometry issues of today's inductors are measurement bottleneck and cause inhomogeneous temperature fields. Both sided access to the test object is another frequently criticized restriction. This work presents a new coil design that improves this current status. It allows single sided inspection with homogeneous heating of the test area. Development and optimization of the inductor depends on a described simulation model. Furthermore, the calculation of a mathematical model allows an adaption of the concept to specific problems. Two test series show the capability of implementation. Several laser welded seams are inspected with respect to joint defects. Moreover impact damages are detected in samples of carbon-fiber reinforced plastic. The practical results demonstrate the good prospect of the invention.
