Wirbelstromprüfung

ECT · PSEC · FSEC — ein Verfahren, drei Varianten für jeden Rohrwerkstoff

Technische Referenz · ASME Section V / ASTM E243 / ASTM E2884 / ISO 15549

Die Wirbelstromprüfung ist das Arbeitspferd der Wärmetauscher-Rohrprüfung. Wir betrachten sie als eine einzige Familie, die alle gängigen Rohrwerkstoffe abdeckt — nur die Magnet-Hardware in der Sonde ändert sich. Die konventionelle ECT bewältigt nichtferromagnetische Legierungen (Cu-Ni, Messing, Titan, austenitischer Edelstahl, Inconel, Monel — kein Vormagnetisierungsmagnet). Fügen wir einen DC-Vormagnetisierungsmagneten hinzu, verzweigt sich die Technik je nachdem, ob die vollständige magnetische Sättigung der Wand tatsächlich erreicht wird, in PSEC und FSEC:

▸PSEC (Teilsättigungs-Wirbelstrom) — stark ferromagnetisch + dicke Wand (CS, LAS, T11, T22, P91). Selbst mit einem starken Magneten ist der magnetische Pfad zu „dick“, um die Wand über das Sättigungsknie zu treiben. µ_diff bleibt > 1.
▸FSEC (Vollsättigungs-Wirbelstrom) — schwach ferromagnetisch + dünne Wand (Duplex, Super-Duplex, austenitischer Edelstahl mit δ-Ferrit/Martensit, Monel, dünner ferritischer Edelstahl). Die Wand wird vollständig über das B-H-Knie gedrückt. µ_diff → 1, das AC-Verhalten wird paramagnetisch-ähnlich.

PSEC und FSEC beschreiben also den Zustand, den wir in der Wand tatsächlich erreichen, nicht den Magneten im Sondenregal. Entgegen der Intuition heißt das: Wir setzen PSEC bei den stark magnetischen Legierungen ein und FSEC bei den schwach magnetischen — siehe die eigene Erläuterung.

Das Verfahren beruht auf dem Faradayschen Induktionsgesetz. Ein Wechselstrom in einer Messspule erzeugt ein primäres Magnetfeld. Wird die Spule nahe an ein leitfähiges Rohr gebracht, induziert dieses Feld Kreisströme — Wirbelströme — in der Rohrwand. Jede geometrische oder metallurgische Änderung (Lochfraß, Riss, Wandverlust, Einschluss) stört den Wirbelstromfluss, was die Impedanz der Spule verändert. Diese Impedanzänderung ist es, die das Gerät aufzeichnet und der Auswerter interpretiert — die Amplitude trägt die Fehlergröße, die Phase die Fehlertiefe und ID/OD-Position.

Namenskonvention. Wir benennen die Technik nach dem erreichten Sättigungszustand, nicht nach dem Sondenmagneten. Manche Hersteller machen es umgekehrt — was bei dickwandigem CS verwirrend sein kann, wo ein „starker Magnet“ dennoch nur Teilsättigung erreicht. Lesen Sie warum →

Das Prinzip, visualisiert

Eine Bobbin-Sonde wird durch das Rohr gezogen. Die Sonde trägt zwei Spulen D₁ + D₂ — und nur zwei. Das Gerät schaltet sie elektronisch zwischen zwei Modi um: Differenzmodus (die beiden Spulen bilden eine Brücke, ihre Signale subtrahieren sich — empfindlich für lokale Fehler, unterdrückt allmähliche Änderungen) und Absolutmodus (die beiden Spulen werden summiert und gegen die Gerätebrücke referenziert — empfindlich für allmähliche Wandänderungen, die der Differenzmodus auslöscht). Die Momentaufnahme zeigt die Sonde im Rohr; Fehler entlang der Rohrlänge (ID-Lochfraß, Umlenkblech-Verschleiß, OD-Lochfraß, allgemeine Korrosion, Riss, allgemeine Erosion) laufen unter den Spulen vorbei, während die Sonde gezogen wird, und erzeugen jeweils ihr charakteristisches Signal. Bei PSEC und FSEC sitzen dieselben zwei Spulen in einem DC-Magneten, der den Arbeitspunkt der ferromagnetischen Rohrwand in einen Bereich verschiebt, in dem die AC-Analyse vorhersagbar funktioniert.

Die Wirbelstrom-Familie — drei Varianten

ECT

Konventionelle Wirbelstromprüfung

Bereich: Nichtferromagnetische Rohre — kein Vormagnetisierungsmagnet nötig
Werkstoffe: Cu-Ni, Messing, Titan, gezogener austenitischer Edelstahl, Inconel
Magnet: Keiner — allein der Spulenstrom

Der klassische Fall. µr = 1, das AC-Feld dringt vorhersagbar ein.

PSEC

Teilsättigungs-Wirbelstrom

Bereich: Stark ferromagnetisch — Sättigung wird NICHT vollständig erreicht
Werkstoffe: CS, LAS, T11, T22, P91, ferritischer Edelstahl (dicke Wand)
Magnet: DC-Vormagnetisierung angelegt, doch der magnetische Pfad (Werkstoff × Wanddicke) hält die Rohrwand unterhalb des Sättigungsknies

µdiff bleibt > 1. Phasenanalyse funktioniert, ist aber anspruchsvoller — die Größenbestimmung ist relativ, das Kalibrierrohr muss passen.

FSEC

Vollsättigungs-Wirbelstrom

Bereich: Schwach ferromagnetisch — Sättigung WIRD erreicht
Werkstoffe: Duplex, Super-Duplex, Monel 400, austenitischer Edelstahl mit δ-Ferrit / verformungsinduziertem Martensit, dünnwandiger ferritischer Edelstahl
Magnet: Die DC-Vormagnetisierung treibt die Wand vollständig über das B-H-Knie. µdiff → 1 — der Werkstoff verhält sich AC-seitig wie paramagnetisch.

Der „einfache“ Fall unter den Vormagnetisierungs-Verfahren. Die Riss-Signatur flacht ab; bei Rissen als Ziel mit rotierenden/Array-Sonden kombinieren.

Im Inneren der Bobbin-Sonde — zwei Spulen, zwei Modi

Unsere Bobbin-Sonden tragen nur zwei Spulen — D₁ und D₂. Sie sitzen wenige Millimeter voneinander entfernt auf einem gemeinsamen Ferritkern. Das Gerät schaltet elektronisch um, wie sie in die AC-Brücke verdrahtet sind, sodass dieselben physischen Spulen zwei komplementäre Messmodi liefern — ein separates Absolutpaar ist nicht nötig.

Differenzmodus — Spulen gegeneinander

Die beiden Spulen sind so verdrahtet, dass sich ihre Ausgänge subtrahieren. Sehen beide homogene Rohrwand, sind ihre Impedanzen gleich — die Brücke bleibt im Gleichgewicht und der Differenzausgang liegt nahe null.

Ein lokaler Fehler läuft zuerst unter D₁ vorbei und bringt die Brücke aus dem Gleichgewicht → Spitze einer Polarität. Mikrosekunden später läuft er unter D₂ vorbei → Spitze entgegengesetzter Polarität. Die resultierende Acht auf der Impedanzebene trägt Amplitude (Fehlergröße) und Phase (Tiefe, ID vs. OD). Der Differenzmodus ist außerordentlich empfindlich für lokale Fehler (Lochfraß, Risse, kleine Einschlüsse) und unterdrückt alles, was beiden Spulen gemeinsam ist (allmähliche Abhebeänderungen, langsame Geometrieänderungen, Temperaturdrift).

Absolutmodus — Spulen gegen die Gerätebrücke summiert

Dieselben zwei Spulen werden in eine Absolutkonfiguration geschaltet: Ihre Ausgänge werden summiert und gegen eine feste Impedanz im Inneren des Geräts referenziert. Die Brücke gleicht sich bei einheitlichem Rohrwerkstoff nicht mehr aus — der Ausgang folgt dem tatsächlichen Wandzustand unter der Sonde.

Der Absolutmodus erkennt, wofür der Differenzmodus blind ist: allmählichen Wandverlust, Umlenkblech-Übergänge, Rohrbodenzonen und flächige Korrosion. Das Gerät zeichnet beide Kanäle gleichzeitig auf — ein typischer ECT-Bericht zeigt denselben Fehler auf der Differenz- und der Absolutebene, wobei jede eine andere Information beisteuert.

Eindringtiefe — die eine Gleichung, die Sie brauchen

Wirbelströme durchdringen die Wand nicht gleichmäßig. Sie sind an der Innenoberfläche am stärksten und klingen mit der Tiefe exponentiell ab. Die normierte Eindringtiefe (Skin-Tiefe, δ) beträgt:

δ = √(2 / ω·µ·σ) ≈ 503 · √(ρ / (f · µ_r)) [mm, ρ in Ω·mm²/m]

Höhere Frequenz → geringere Eindringtiefe. Für ein typisches Cu-Ni-Kondensatorrohr (ρ ≈ 0,4, µ_r = 1) bei 30 kHz ist δ ≈ 1,8 mm — genug, um eine 1,5-mm-Wand vollständig zu durchleuchten. Die Frequenz wird so gewählt, dass δ ≈ 1,0 – 1,5 × der Nennwanddicke beträgt. Bei PSEC und FSEC treibt die DC-Vormagnetisierung µ_r gegen 1 (die Sättigung flacht die Permeabilitätskurve ab), sodass dieselbe Gleichung die Eindringung bestimmt — deshalb funktionieren dasselbe Gerät und dieselbe Analyse bei allen drei Varianten.

Sondentypen

Bobbin

Zwei Spulen (D₁ D₂) auf einem gemeinsamen Ferritkern, elektronisch zwischen Differenz- und Absolutmodus umgeschaltet. Ziehgeschwindigkeit 0,3 – 1,0 m/s. PSEC/FSEC-Varianten ergänzen einen DC-Magneten um das Spulenpaket.

Hoher Durchsatz · Primär-Screening

Rotierend

Pancake-Spulen auf einem rotierenden Kopf — erzeugt einen 2D-Scan der Rohrinnenseite. Erkennt Längsrisse und löst die umlaufende Position auf. Unverzichtbar am Rohrboden, an U-Bögen und Schweißzonen.

Verifizierung · detaillierte Kartierung

Array

Mehrere umlaufend angeordnete Spulenpaare, elektronisch gemultiplext. Erfasst einen vollständigen C-Scan bei bobbin-ähnlichen Geschwindigkeiten — vereint Screening und Kartierung in einem Durchgang.

Moderne Best Practice für hochwertige Bündel

Was ECT / PSEC / FSEC erkennt

◉

Lochfraß

Lokale ID/OD-Lochfraßstellen — der Phasenwinkel trennt ID von OD; die Amplitude skaliert mit dem Volumen.

▭

Allgemeiner Wandverlust

Allmähliche Erosion/Korrosion über lange Abschnitte — die absolute Kanalamplitude folgt der Tiefe.

⊘

Risse

Umlaufende und längs verlaufende Spannungsriss-/Ermüdungsrisse (rotierende oder Array-Sonden).

◫

Verschleiß am Umlenkblech

Reibverschleiß an Rohrstützstellen — sichtbar als Amplitudenspitzen synchron zum Umlenkblech-Muster.

⊙

Nadellöcher

Durchgehende Perforationen bis hinab zu ~1 mm Durchmesser in dünnwandigen Rohren.

◐

Ein-/Auslauf-Erosion

Strömungsbedingte Verdünnung nahe den Rohrenden — mit Bobbin-Sonden zugänglich.

Geeignete Werkstoffe

Werkstoff	ECT	PSEC	FSEC	Hinweis
Kupfer-Nickel (90/10, 70/30)	✓ erste Wahl	—	—	Seewasser-Kondensatoren — ECT als Primär-Screening
Messing (Admiralty, Aluminium)	✓ erste Wahl	—	—	Ältere Kondensatoren, nach wie vor sehr verbreitet
Titan (Gr 2, Gr 7, Gr 12)	✓ erste Wahl	—	—	Aggressive Chemie — ECT ideal
Austenitischer Edelstahl (304/316/321) — gezogen	✓ erste Wahl	—	○ anwendbar	Kaltverformung / Schweißzonen fügen δ-Ferrit / Martensit hinzu → FSEC, wenn µ merklich wird; mehrdeutige Anzeigen mit Magnetsonde verifizieren
Inconel 600 / 625 / 825	✓ erste Wahl	—	—	Wärmetauscher im petrochemischen Einsatz
Monel 400	—	—	✓ erste Wahl	Schwach ferromagnetisch — Vollsättigung routinemäßig erreichbar. FSEC ist Standard.
Duplex / Super-Duplex-Edelstahl	✕ ungeeignet	—	✓ erste Wahl	Geringerer ferromagnetischer Anteil + typische Wand → Vollsättigung erreichbar. FSEC ist erste Wahl.
Ferritischer Edelstahl — dünn (< 3 mm)	✕ ungeeignet	—	✓ erste Wahl	Dünne Wand ermöglicht Vollsättigung
Ferritischer Edelstahl — dick (≥ 3 mm)	✕ ungeeignet	✓ erste Wahl	✕ ungeeignet	Dicke Wand → nur Teilsättigung erreichbar
Kohlenstoffstahl / LAS (Wärmetauscher)	✕ ungeeignet	✓ erste Wahl	✕ ungeeignet	Stark ferromagnetisch + typische 2–5 mm Wand → Vollsättigung nicht erreichbar. PSEC Standard; RFT für dicke Wand > 4 mm; IRIS für absolute Wanddicke.
P91 / T22 / T11 (ferritisch, warmfest)	✕ ungeeignet	✓ erste Wahl	✕ ungeeignet	Hohes µr + dicke Wand → PSEC. IRIS für absoluten Wanddicken-Bezugswert.

Vorteile (familienweit)

+Deckt jeden gängigen Rohrwerkstoff ab — ECT, PSEC und FSEC teilen sich Gerät und Analyse
+Sehr hohe Prüfgeschwindigkeit — bis 100 Rohre/h (ECT), 70 Rohre/h (PSEC/FSEC)
+Kein Koppelmittel — trockene Prüfung über alle Varianten
+Differenzkanal findet lokale Fehler, Absolutkanal findet allmählichen Wandverlust
+Der Phasenwinkel trennt ID- von OD-Fehlern
+Tolerant gegenüber mäßigen Ablagerungen / Zunder
+In der Screening-Phase unabhängig von der Fehlerart

Einschränkungen

−Keine absolute Wanddicken-Messung — die Größenbestimmung ist relativ zu einem Kalibriernormal
−PSEC/FSEC: schwerer Magnet → nur gerade Abschnitte, größerer Sondendurchmesser
−Die FSEC-Sättigung flacht die Riss-Signatur ab; bei Rissen mit rotierenden/Array-Sonden kombinieren
−Kaltverformter Edelstahl kann metallurgisches Rauschen zeigen — Magnetsonden-Verifizierung empfohlen
−Das Referenznormal muss Werkstoff und Geometrie des Produktionsrohrs eng abbilden
−Kompetenzabhängig: Bei gemischten Anzeigen ist ein erfahrener Auswerter unverzichtbar

Typischer Prüfablauf

1

Verfahrensauswahl

ECT / PSEC / FSEC anhand von Rohrwerkstoff und Permeabilität wählen. Gleiches Gerät; nur die Magnet-Hardware der Sonde unterscheidet sich.
2

Vorbereitung & Kalibrierung

Referenzrohr abgestimmt auf die Produktion (OD, Wand, Werkstoff). Kalibrierbohrungen nach ASTM E243 / E2884 einbringen: 100 % Durchgangsbohrung, 4× 20 % Flachbodenbohrung, OD-/ID-Kerben. Frequenz nach der Eindringtiefen-Gleichung einstellen. Phasendrehung so festlegen, dass OD ≈ 40°, ID ≈ 140°.
3

Bobbin-Screening (100 %)

Alle Rohre mit der 2-Spulen-Bobbin-Sonde (D₁ D₂) gescannt. Das Gerät zeichnet beide Kanäle gleichzeitig auf — Differenzmodus für lokale Fehler, Absolutmodus für allmählichen Wandverlust. Konstante Ziehgeschwindigkeit; Encoder protokolliert die Tiefe.
4

Analyse & Triage

Jede Anzeige auf der Impedanzebene aufgetragen. Größenkurven aus den Kalibrierbohrungen ergeben den prozentualen Wandverlust. Anzeigen oberhalb der Akzeptanzschwelle werden zur Nachprüfung markiert.
5

Rotierende / Array-Nachprüfung

Markierte Rohre mit rotierender oder Array-Sonde auf Risse, Rohrbodenzone und Längsfehler nachgeprüft. C-Scan aufgezeichnet.
6

Berichterstattung & FFS

Rohr-für-Rohr-Bericht (% Wandverlust, Fehlerart, Position). Wird die absolute Wanddicke für den API-579-RSF benötigt → IRIS an der markierten Teilmenge einplanen.

Normen & Personalqualifikation

ASME Section V, Art. 8	Eddy Current Examination of Tubular Products
ASTM E243	Electromagnetic (Eddy-Current) Examination of Copper and Copper-Alloy Tubes
ASTM E309	Eddy-Current Examination of Steel Tubular Products Using Magnetic Saturation
ASTM E2884	Eddy Current Examination of Tubing Using Partial Saturation (PSEC / FSEC)
ASTM E2096	In Situ Examination of Ferromagnetic Heat-Exchanger Tubes (RFT)
EN 1971	Copper and copper alloys — Eddy current test for tubes
ISO 15549	Non-destructive testing — Eddy current testing — General principles
ISO 9712	Personnel qualification — Levels I / II / III for ET method

ECT, PSEC oder FSEC für Ihren nächsten Stillstand nötig?

Unsere Teams prüfen Rohrbündel in Raffinerien, Petrochemie, Düngemittel- und Kraftwerksanlagen im gesamten GCC. Bobbin-, rotierende und Array-Sonden mit PSEC-/FSEC-Magnetvarianten, vollständige FFS-Unterstützung.

Kontakt aufnehmen

DELTA TEST ME LLC · ZfP-Dienstleistungen

Verwandte Leistungen