BiWa-MOS

Bildgebende Werkstoffanalyse mittels magnetooptischer Sensorik zur schnellen Qualitätssicherung von Stahlbauteilen

Verbesserte Qualitätssicherung von Stahlkomponenten

Materialeigenschaften beeinflussen die Belastbarkeit und Lebensdauer von Stahlbauteilen. Veränderungen des Gefüges und der Eigenspannungen, die bereits im Rahmen der Produktion, aber auch im Zuge des nachfolgenden Betriebs auftreten, haben daher signifikanten Einfluss auf die Produktqualität und die Einsatztauglichkeit. Bisher existiert keine Lösung, Gefüge- und Eigenspannungsverteilungen in der Fläche und in die Tiefe aufgelöst im Sinne der industriellen Qualitätssicherung schnell und zerstörungsfrei zu erfassen. Im Falle sicherheitsrelevanter Bauteile unterschiedlicher Größenskalen (von Automobil-, über Bahn- bis hin zu Kraftwerkskomponenten) ist ein erheblicher Bedarf für eine solche Lösung zu sehen.

Mit der Entwicklung einer Methode, die in Echtzeit »lebendige« Bilder von Mikrostrukturveränderungen und Spannungsverteilungen liefert, würde eine Technologie zur Verfügung stehen, die völlig neue Möglichkeiten eröffnet, signifikante Informationen über die Belastbarkeit und Le-bensdauer von Stahlbauteilen zu gewinnen.

Neuartige bildgebende Methode zur Werkstoffanalyse basierend auf Magnetooptik

Die Vision von BiWa-MOS ist eine Technik, die in Echtzeit Bilder von Mikrostrukturveränderungen, Spannungsverteilungen, Ermüdungsvorgängen u. ä. Phänomene liefert. Damit werden völlig neue Möglichkeiten eröffnet, Werkstoffverhalten besser zu verstehen und zu beherr-schen. Spannungsfelder in Bauteilen sichtbar machen, unter mechanischer Last entstehende plastische Verformung beobachten, Filme der Phasenumwandlung aufnehmen, etc., sind nur einige Nutzungsmöglichkeiten. Durch die Echtzeit-Rückmeldung und Sichtbarmachung des Materialzustandes werden Material- und Produktentwicklung beschleunigt sowie bildbasierte Kenngrößen in digitale Produktionsprozesse einfließen.

Es wird hierfür ein zerstörungsfrei arbeitender magnetooptischer Sensor (MO-Sensor) entwickelt und erprobt, der die Verteilung von Materialeigenschaften bildgebend in Sekunden mit einer oberflächennahen Ortsauflösung von besser als 50 µm sowie bis in einer Tiefe von ca. 1 mm unter der Oberfläche erfasst. Unter Beleuchtung mit polarisiertem Licht und Betrachtung durch einen Analysator-Filter wandeln MO Sensoren das Magnetfeld, das sie durchsetzt, fast verzögerungsfrei in ein Bild um. Wird der MO-Sensor auf eine magnetische Probe während ihrer Ummagnetisierung aufgesetzt, so wird die örtliche Verteilung des Magnetfeldes hochauflö-send visualisiert. Aus den zeitlichen Magnetfeldverläufen werden für jeden Bildpixel Merkmale ermittelt, die den lokalen Materialzustand charakterisieren. Diese sind mit lokalen Materialeigenschaften und Spannungen korreliert, was zur Abbildung dieser Zielgrößen genutzt wird.

Basierend auf der Entwicklung dieses hochauflösenden MO-Verfahrens ergeben sich weitere Anwendungen wie z. B. die Rissdetektion mittels Streuflusstechnik, ggf. gemeinsam mit lichtoptischer Oberflächenbewertung. Der primäre Zielmarkt ist in der Stahl- und Gusseisenherstellenden sowie -verarbeitenden Industrie zu sehen. Dazu gehört, insbesondere die Automobil-Zulieferindustrie, aber auch in der Materialforschung, -entwicklung und -optimierung. Rechnet man Nebenergebnisse des Projektes hinzu, z. B. die Möglichkeit zur Charakterisierung von Gefüge-Eigenschaften oder die Rissdetektion, so steigt der Kreis potentieller Anwender weiter.

Ansprechpartner

Dr.Christian Flüchter
+49 211 6214-261

Projektdetails

Koordinator

Dr. Ing.Madalina Rabung
Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP)
Campus E3.1, 66123Saarbrücken
+49 681 9302-3882

Projektvolumen

253.000 € (Förderquote 100 %)

Projektdauer

01.03.2020 - 28.02.2021

Projektpartner

Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP)Saarbrücken