A Numerical Study of the Inclusion Problem in Electromagnetic Testing
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Marc Kreutzbruck
, Hans-Martin Thomas , Roland Sickert , Ralf Casperson , Rainer Boehm , Kai Allweins and Gertrud Lemke
Abstract
The determination of magnetic distortion fields caused by inclusions hidden in a conductive matrix using homogeneous current flow needs to be addressed in multiple tasks of electromagnetic non-destructive testing and materials science. This includes a series of testing problems such as the detection of tantalum inclusions hidden in niobium plates, metal inclusion in a nonmetallic base material or porosity in aluminum laser welds. Unfortunately, easy tools for an estimation of the defect response fields above the sample using pertinent detection concepts are still missing. In this study the Finite Element Method (FEM) was used for modeling spherically shaped defects, and an analytical expression was developed for the strength of the response field including the conductivity of the defect and matrix, the sensor-to-inclusion separation, and the defect size. Finally, the results were adapted to Eddy Current Testing problems, in which the skin effect was taken into consideration for an appropriate estimation of the signal strength.
Kurzfassung
Die Bestimmung magnetischer Feldverzerrungen durch verdeckte Einschlüsse in einer leitenden Matrix mit homogenem Stromfluss erfordert Beachtung in vielfältigen Aufgaben der zerstörungsfreien elektromagnetischen Prüfung und der Materialforschung. Das schließt eine Reihe von Prüfproblemen ein, wie die Detektion von verdeckten Tantal-Einschlüssen in Niob-Blechen, metallischen Einschlüssen in nichtmetallischem Basismaterial oder die Porosität in Aluminium-Laserschweißungen. Leider mangelt es für die Abschätzung der Defektantwort der Felder an der Probenoberfläche noch immer an einfachen Prozeduren mittels geeigneter Detektionskonzepte. Hier wird die Finite-Elemente-Methode (FEM) für die Modellierung von sphärischen Defekten eingesetzt und ein analytischer Ausdruck für die modifizierte Feldstärke entwickelt, der sowohl die Leitfähigkeit von Defekt und Matrix berücksichtigt als auch den Sensor-Defekt-Abstand und die Defektgröße. Schließlich werden die Ergebnisse auf Probleme der Wirbelstromprüfung übertragen, wobei der Skin-Effekt für die richtige Abschätzung der Signalstärke berücksichtigt wird.
References
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© 2009, Carl Hanser Verlag, München
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