Diese Ultraschall-Technik findet Risse im Metall – ohne das Bauteil zu berühren

Die EMAT-Technologie, basierend auf einem Electromagnetic Acoustic Transducer (Elektromagnetischer Akustischer Wandler), ist in der Ultraschallprüfung etabliert. Durch den Verzicht auf ein Koppelmittel oder einen perfekten Oberflächenkontakt liefert sie zuverlässige Ergebnisse auf gekrümmten Bauteilen sowie auf hochtemperierten, öligen, verschmutzten oder stark korrodierten Oberflächen.

Wie funktioniert das EMAT-Verfahren?

Kurzer Exkurs: EMAT ist ein berührungsloses Ultraschallprüfverfahren für elektrisch leitende Materialien. Es erzeugt den Ultraschall nicht im Sensor selbst, sondern direkt im Bauteil. Ein EMAT-System besteht im Wesentlichen aus zwei Hauptkomponenten: einem Magneten (Permanentmagnet oder Elektromagnet) und einer elektrischen Spule. Das Prinzip basiert auf der Wechselwirkung von Magnetfeldern.

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Zunächst erzeugt der Magnet ein statisches Magnetfeld, das in das zu prüfende metallische Bauteil eindringt. Die Spule des Sensors wird dann mit einem hochfrequenten Wechselstrom gespeist. Dadurch wird ein dynamisches Wechselfeld erzeugt, das im Bauteil sogenannte Wirbelströme induziert. Die induzierten Wirbelströme treffen im Material auf das konstante Magnetfeld. Dadurch entsteht eine physikalische Kraft, die sogenannte Lorentzkraft.

Diese schnelle periodische Kraft versetzt die Atome an der Oberfläche des Materials in mechanische Schwingungen. Dadurch breiten sich elastische Wellen – also Ultraschallwellen – direkt im Prüfobjekt aus. Treffen die Ultraschallwellen im Material auf Hindernisse (wie Risse oder die Rückwand des Bauteils), werden sie reflektiert. Vorteil im Vergleich zu konventionellem Ultraschall: Es ist kein Koppelmittel zwischen Sensor und Prüfstück nötig. EMAT-Systeme arbeiten komplett berührungslos. Lacke, Rost, Zunder oder Schmutzschichten müssen nicht erst mühsam abgeschliffen werden, da der Schall im Bauteil selbst entsteht.

Bisherige EMAT-Geräte sind nur mit wenigen Standardsensoren kompatibel

Während klassische EMAT-Systeme häufig nur begrenzte Sensorkombinationen zulassen, bieten moderne Plattformen eine größere Flexibilität. Die Möglichkeit, verschiedene Sensoren einzusetzen und Prüfparameter anzupassen, verbessert die Nachweisbarkeit von Fehlstellen und die Signalqualität insbesondere bei schwierigen Prüfbedingungen, etwa an stark korrodierten Bauteilen.

Neue Entwicklungen in der Gerätetechnik kombinieren die Vorteile von EMAT und konventionellem Ultraschall. Dadurch lassen sich unterschiedliche Anwendungen, Werkstoffe und auch raue Betriebsbedingungen besser abdecken. Neben der klassischen Senkrechteinschallung eröffnet EMAT auch in der Prüfung mit geführten Wellen zusätzliche Möglichkeiten – ein Verfahren, das in den vergangenen Jahren deutlich an Bedeutung gewonnen hat.

In Kombination mit Scannersystemen lassen sich große, zugängliche Flächen effizient erfassen – auch bei gekrümmten Geometrien. Dies ermöglicht eine hochproduktive Korrosionskartierung, insbesondere dort, wo konventionelle Verfahren an ihre Grenzen stoßen.

Im praktischen Einsatz variieren die Anforderungen stark – je nach Werkstoff, Geometrie und Oberflächenzustand. Universell einsetzbare Sensorlösungen existieren daher nicht.

Eigenspannungsmessung mit EMAT

Ein spezialisiertes Einsatzgebiet ist die Eigenspannungsmessung mit EMAT. Dabei werden zwei orthogonal und linear polarisierte Horizontal-Scherwellen genutzt, um über eine Doppelbrechungsmessung Rückschlüsse auf innere Spannungen zu ziehen.

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Dieses Verfahren hat sich insbesondere bei sicherheitsrelevanten Bauteilen etabliert, etwa bei Eisenbahnrädern, und wird darüber hinaus für weitere strukturelle Komponenten wie Bleche, dickwandige Strukturen oder Brücken diskutiert.

Die Auswertung erfolgt softwaregestützt, wobei die Anpassung von Prüfparametern eine wichtige Rolle für eine stabile Signalqualität spielt.

Geführte Wellen: Integration statt Insellösungen

Geführte Wellen werden seit langem eingesetzt, um schwer zugängliche Bereiche zu prüfen. Klassische Systeme sind jedoch häufig aufwendig in der Handhabung und erfordern unterschiedliche Geräte für verschiedene Reichweiten.

Moderne Konzepte verfolgen daher einen integrativen Ansatz und kombinieren Prüfungen im mittleren und großen Reichweitenbereich. Flexible Sensorkonzepte erleichtern die Anpassung an unterschiedliche Rohrdurchmesser und Bauteilgeometrien.

Damit lassen sich beispielsweise Korrosionsbereiche unter Auflagern oder in schwer zugänglichen Abschnitten zuverlässig untersuchen – auch dann, wenn ein direkter Zugang nicht möglich ist.

Mit der zunehmenden Reife geführter Wellenverfahren steigen auch die Anforderungen: Neben der reinen Detektion rücken die präzise Bewertung von Fehlstellen und die Bestimmung der Restwanddicke stärker in den Fokus.

Wieso frequenzbasierte Verfahren sinnvoll sein können

Klassische Ansätze stoßen hier an Grenzen. Frequenzbasierte Verfahren können bei komplexen Korrosionsprofilen ungenau sein, während amplitudenbasierte Methoden Schwierigkeiten haben, flache oder glatte Schadstellen zuverlässig abzubilden.

Kombinierte Auswertestrategien, die beide Ansätze integrieren, ermöglichen eine deutlich genauere Beschreibung der Fehlstellenmorphologie. Dies verbessert die Entscheidungsgrundlage für Instandhaltungsmaßnahmen und trägt dazu bei, potenzielle Schadensrisiken frühzeitig zu erkennen.

EMAT und darauf basierende Anwendungen erweitern die Möglichkeiten der Ultraschallprüfung insbesondere unter schwierigen Randbedingungen. In Kombination mit geführten Wellen entstehen flexible Prüfansätze, die sowohl für die Detektion als auch für die Charakterisierung von Fehlstellen geeignet sind.

Damit entwickeln sich diese Verfahren zunehmend zu praxisrelevanten Werkzeugen für die Zustandsbewertung von Anlagen und Infrastrukturen, insbesondere dort, wo klassische Verfahren an ihre Grenzen stoßen.