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Werkstoffprüfung – von Durchschlagen bis Durchleuchten

| Autor/ Redakteur: Carsten Brandt / Simone Käfer

Klassische Prüfmethoden zerstören das Bauteil. Damit ist es für weitere Prüfungen verloren. Aber es gibt auch die zerstörungsfreien Verfahren und jüngere Methoden, die das Prüfteil erhalten.

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Nicht alle Prüfverfahren zerstören das Prüfteil. Manche haben auch den Röntgenblick.
Nicht alle Prüfverfahren zerstören das Prüfteil. Manche haben auch den Röntgenblick.
(Bild: © Petra Steinkuehler-Nitschke - stock.adobe.com)
  • Neben den bekannten Verfahren der zerstörenden und zerstörungsfreien Werkstoffprüfungen erschließt sich die Branche neue Prüfverfahren.
  • Während die Computertomografie das Prüfteil in virtuelle Scheiben zerlegt, findet die digitale Radiologie feinste Schäden im Material.
  • Um innen liegende Fehler zu entdecken, eignet sich eine Ultraschallprüfung.

Neben zerstörenden und zerstörungsfreien Werkstoffprüfungen spielen auch innovative Verfahren zunehmend eine Rolle. Die Durchleuchtung mit bildgebenden Verfahren wie Computertomografie, digitaler Radiologie und Ultraschall liefert schnelle und ausgesprochen genaue Ergebnisse. Anders als bei Mensch und Tier können im Bereich der industriellen Prüfung von Werkstoffen Objekte von winzig klein bis riesengroß untersucht und bewertet werden – auch Verbundmaterialien sind für diese Verfahren geeignet. Dennoch spielen die herkömmlichen Verfahren eine große Rolle.

Zerstörende Werkstoffprüfungen

Bei der zerstörenden Materialprüfung werden Chemikalien oder physikalische Verfahren angewendet, die auf dem Werkstück Spuren hinterlassen oder es gänzlich zerstören. Folgende Prüfmethoden sind unter anderen anerkannt:

  • Härteprüfung
  • Zugversuch zur Prüfung der Zugfestigkeit
  • Blaubruchversuch zur Prüfung von Stahl auf nichtmetallische Einschlüsse
  • Kerbschlag-Biegeversuch
  • Biege- und Faltversuch
  • Torsionsversuch
  • Metallografie zur Schadensanalytik

Mit verschiedenen Messtechniken und Verfahren wird das komplette Spektrum der energetischen Wechselwirkungen ausgeschöpft. Allerdings gibt es eine wichtige Grundregel: Die dem Werkstück oder Werkstoff zugeführte Energie darf dessen Eigenschaften nicht verändern. Aus ökonomischer Sicht ist die zerstörende Materialprüfung deutlich weniger attraktiv als ihr Pendant, die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung – denn bei der zerstörenden Prüfung gehört das Bauteil danach zum Ausschuss. Deshalb wird nach Möglichkeit auf zerstörungsfreie Verfahren zurückgegriffen.

Zerstörungsfreie Werkstoffprüfungen

Im Bereich der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) gibt es zahlreiche Verfahren, die sich seit langer Zeit bewähren. Die Prüfung erfolgt im Einklang mit den gesetzlichen Regelwerken und Normen. Darüber hinaus verfügen die meisten Dienstleister über spezifische Prüfvorschriften und Maßnahmen zur Qualitätssicherung. Folgende Verfahren sind üblich und werden je nach Eignung angewandt:

  • Die Magnetpulverprüfung wird an der Oberfläche eines Werkstückes durchgeführt und eignet sich für magnetisierbare Materialien.
  • Bei der Farbeindringprüfung werden Fehlstellen an der Oberfläche ermittelt.
  • Durchstrahlungsprüfungen basieren auf der Röntgentechnik.
  • Mit Schattenaufnahmen, On-­Stream-Aufnahmen oder Projektionsaufnahmen ist die Bewehrung in Stahlbeton auf Korrosion möglich.
  • Wirbelstromprüfungen für elektrisch leitfähige Materialien erkennen Werkstofffehler, Gefügeveränderungen oder Eigenspannungsentwicklungen.
  • Optische Prüfungen gehören zu der am weitesten verbreiteten zerstörungsfreien Prüfmethode. Diese erfolgen durch Menschen rein visuell oder automatisiert über Kameradaten, die von Computern analysiert und bewertet werden.

Neben den klassischen Verfahren der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung kommen zunehmend neue Methoden auf den Markt. Diese liefern durch den Einsatz digitaler Techniken präzise Ergebnisse in kurzer Zeit.

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Computertomografie als Werkstoffprüfung

Mit der industriellen Computertomografie lassen sich Fehler innerhalb von Bauteilen effizient und präzise aufspüren. Durch die große Individualität der Bauteile und Werkstücke muss das Gerät in diesem Bereich sehr flexibel und individuell einstellbar sein. Ein Röntgenkegelstrahl übernimmt die Durchleuchtung, das bildgebende Verfahren zeigt anhand des Schattenwurfes Unregelmäßigkeiten und Risse im Gefüge. Das Bauteil wird um 360° gedreht und die Röntgenaufnahmen anschließend rekonstruiert. So entsteht die Möglichkeit, beliebig viele Schnitte durch das Werkstück herzustellen. Computertomografien eignen sich neben der Werkstoffprüfung auch zur Untersuchung von Compounds (Verbundstoffen) oder Spritzgussteilen, für die Schweiß- und Klebenahtanalyse oder zur Bauteilvermessung.

Die digitale Radiologie

Mit der digitalen Radiologie, die in die Bereiche Radioskopie und Radiografie untergliedert ist, lassen sich auch feinste Schäden im Material zuverlässig lokalisieren und bewerten. Risse in Schweißnähten, die Integrität von Rohrwänden und viele andere Einsatzbereiche kommen infrage. Gekennzeichnet ist dieses bildgebende Verfahren durch einen hohen Softwareeinsatz und hochauflösende Bilder. Die Vorteile des zerstörungsfreien Prinzips liegen dabei klar auf der Hand: Ergebnisse können vor Ort betrachtet und ausgewertet werden, nicht-homogene Bereiche sind leicht zu orten und die erzielten Bilder sind sehr detailreich und damit aussagekräftig. In der Industrie wird die digitale Radiografie hauptsächlich benutzt, um Schwachstellen im Material aufzudecken. Mögliche Anwendungs­bereiche sind Schweißnähte oder Wanddickenbestimmungen. Das Verfahren der Radioskopie kommt unter anderem für Serienprüfungen oder Bauteiluntersuchungen zum Einsatz.

Werkstoffprüfung mit Ultraschall

Zum Aufspüren innen liegender Fehlstellen eignet sich das Ultraschallverfahren. Auch Risse, Bindefehler, Einschlüsse oder Dopplungen zeigt dieses bildgebende Verfahren. Mobile Kleingeräte ermöglichen den Einsatz direkt vor Ort. Mit der Ultraschallprüfung lassen sich ebenso Wand­dicken ermitteln. Dies dient zum Nachweis von Materialermüdung durch Erosion oder Korrosion. Neben den klassischen Methoden des Reflexionsschallverfahrens und des Durchschallungsverfahrens existieren etwa 50 Sonderverfahren wie „Phased Array“, „Guided Waves“ oder TOFD.

Der Trend geht Richtung Flexibilität

Vor allem die modernen bildgebenden Verfahren stellen die Zukunft im Bereich der Werkstoffprüfung dar. Die ökonomischen Vorteile der zerstörungsfreien Methoden liegen dabei auf der Hand. Weiterhin punkten die Verfahren durch Flexibilität, Individualität und ein großes Spektrum an Anwendungsbereichen. Die Zukunft wird zunehmend auch den mobilen Geräten gehören. Kann eine Werkstoffprüfung direkt auf der Baustelle oder während des Fertigungsprozesses durchgeführt werden, steigert das die Effizienz des Produktionsprozesses und beschleunigt Arbeitsabläufe. Zusätzlich ist die ZfP ein Garant für eine durchgängig hohe Qualität von homogenen wie von Verbundmaterialien.

* Carsten Brandt ist Head of Corporate Communications bei „Wer liefert was”, Tel. (0 30) 2 57 62 05 - 19

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