Zerstörungsfreie Prüfgeräte

Die zerstörungsfreie Prüfung oder Bewertung ist eine Materialprüfungsmethode zur Ermittlung der Eigenschaften einer Probe, ohne diese zu verändern oder zu zerstören. Die zerstörungsfreie Prüfung ist wichtig in der Materialprüfungsindustrie, wenn schnell zuverlässige Informationen zum endbearbeiteten Material oder Rohmaterial benötigt werden. Dies kann während der Produktionsphase, während der Nutzungsphase eines Materials oder Produkts oder als Diagnosewerkzeug im Fall eines Materialausfalls erforderlich sein.

Die zerstörungsfreie Prüfung ist das Gegenstück zu zerstörenden Prüfverfahren wie etwa die Belastungs- oder Biegeprüfung, bei der kritische Materialeigenschaften ermittelt werden, indem ein Versagen der Probe herbeigeführt wird. Wenngleich die zerstörende Prüfung von Natur aus aufschlussreicher ist, so ist sie für einen Fertigungsbetrieb aufgrund des Materialverlusts auch kostspieliger und aus nahe liegenden Gründen für die Prüfung während des laufenden Betriebs nicht geeignet.

Die Anwendungsbereiche für die zerstörungsfreie Prüfung umfassen eine breite Palette an Materialien und Branchen wie beispielsweise die Automobil-, Luftfahrt- und Bauindustrie und eine Vielzahl von Fertigungstypen. Ein klassisches Beispiel für die zerstörungsfreie Prüfung bei der Arbeit ist die Prüfung auf Schweißdefekte in der Fertigung und die regelmäßige Prüfung der Scheißstellen während der gesamten Nutzungsdauer. Zu weiteren typischen Anwendungen gehört die Risserkennung in der Außenhaut von Flugzeugen, Oberflächenfehler an Rohren oder Stangen und die Bewertung der Wärmebehandlung eines Produkts.

Die zerstörungsfreie Prüfung ist mittlerweile auch zu einem wertvollen Werkzeug im Bereich der Forschung und Entwicklung geworden, wo schnelle, zuverlässige Daten wichtige Informationen zu den Materialien liefern können. Zu den typischen Verfahren der zerstörungsfreien Untersuchung zählen Ultraschall-, Wirbelstrom-, Rückprall- und Ultraschallkontaktimpedanzprüfungen. Die Härteprüfung per Diamant oder Balleindrückung wird auch, manchmal strittig, als eine Form der zerstörungsfreien Prüfung betrachtet, da das Material in den meisten Fällen nur unmerklich beeinflusst wird. Die bei einer Härteprüfung angewandte Kraft ermöglicht im Zusammenhang mit der Eindringtiefe oder mit der Eindringfläche eine Maßangabe der Härte. Normalerweise werden die Eigenschaften und die Brauchbarkeit des Materials nicht beeinträchtigt. Die Mikrohärteprüfung ist das beste Beispiel für eine nicht zerstörende Härteprüfung. Einige der geläufigeren zerstörungsfreien Prüfverfahren sind nachfolgend beschrieben.

Allgemeine zerstörungsfreie Prüfungen
Ultraschallprüfung
Die Ultraschallprüfung nutzt Hochfrequenz-Schallenergie, um eine Vielzahl von Materialien auszuwerten und um so wichtige Informationen zu erhalten. Das Ultraschallverfahren wird üblicherweise für den Fehlernachweis, dimensionale Messungen und die Ermittlung der Oberflächendicke genutzt. Ein typisches System umfasst einen Impulsgeber/Empfänger, Messwertwandler und ein Anzeigegerät. Der Impulsgeber erzeugt Hochspannungsimpulse an den Messwandler, der wiederum die Ultraschallenergie erzeugt. Die Energie wird an den Prüfling weitergeleitet und strömt in Form von Wellen durch ihn durch. Fehlstellen erzeugen eine Diskontinuität im Wellengang, das resultierende elektrische Signal wird in der Anzeige sichtbar. Die Ultraschallprüfung ist eines der am häufigsten eingesetzten Verfahren der zerstörungsfreien Prüfungen und weist einige Vorteile auf, wie minimale Materialvorbereitung, sofortige Ergebnisse, hohe Genauigkeit und nur einseitiger Zugriff auf das Werkstück. Ultraschallprüfungen werden für Stahl, Beton, Holz und Verbundwerkstoffe angewandt.

Wirbelstromprüfung
Die Wirbelstromprüfung nutzt das Prinzip des „Elektromagnetismus“ als Grundlage für die Durchführung der Prüfungen. Bei der Wirbelstromprüfung wird ein Strom an das Material angelegt. Durch das Material hervorgerufene Veränderungen im Strom bieten wertvolle Informationen über den Werkstoff, beispielsweise zu Fehlstellen und Rissen in der Oberfläche. Die Wirbelstromprüfung kann auch genutzt werden, um die Materialhärte und die Material- und Beschichtungsdicke zu ermitteln.

Rückprall-Prüfung
Die Rückprallprüfung nutzt das Leeb-Prinzip. Ein Schlagkörper wird mittels einer Feder in einem Führungsrohr beschleunigt und prallt gegen das Werkstück. Ein Magnet im Schlagkörper induziert ein Signal in der im Führungsrohr integrierten Spule. Während des Rückpralls nach dem Aufprall wird ein weiteres Signal induziert. Das Gerät berechnet den Härtewert mittels des Verhältnisses der Spannungen und analysiert deren Phasen, um automatisch Änderungen in der Ausrichtung zu kompensieren. Da es sich um ein elektronisches Gerät handelt, sind die meisten Leeb-Instrumente so konzipiert, dass sie die Leeb-Zahl automatisch in eine konventionellere Härteskala konvertieren. Durch Verwendung der verschiedensten Konvertierungen zur Anpassung an die unterschiedlichen Werkstoffe ist diese Prüfmethode für sehr viele Metalle geeignet. Die Haupteinschränkungen für diese Methode sind die erforderliche gute Oberflächenbeschaffenheit der Probe bei einem Mindestgewicht von 5 kg. Die tragbaren Leeb-Härteprüfgeräte müssen senkrecht auf die Werkstückoberfläche aufgesetzt werden, die Funktion ist in jeder Winkellage gewährleistet.

Ultraschallkontaktimpedanz
Bei der Ultraschallkontaktimpedanzprüfung (oder UCI-Prüfung) wird ein Diamant-Eindringkörper verwendet, der dem bei einer klassischen Vickers-Mikrohärteprüfung verwendeten Diamanten entspricht. Während die konventionelle Vickers-Härteprüfung eine optische Bewertung der Fläche einer Eindrückung erfordert, erfolgt die Erkennung bei der UCI-Methode anhand einer Verschiebung der Ultraschallfrequenz. UCI-Härteprüfer verwenden eine Feder zur Aufbringung einer Kraft von ca. 5 kg auf einen Vickers-Eindringkörper, der am Ende eines Resonanzstabes befestigt ist. Durch das Eindringen des Resonanzstabes mit dem Vickers-Eindringkörper in die Probe ändert sich die Schwingungsfrequenz im Stab. Die zu messende Frequenzänderung hängt von der Eindringtiefe des Diamanten in die Probe ab. Die Ergebnisse werden elektronisch in die anderen Härtewerte wie Rockwell oder Vickers konvertiert. UCI-Instrumente sind unter Verwendung der verschiedenen Umrechnungen für den Einsatz an vielen unterschiedlichen Werkstoffen geeignet, solange die Probe eine glatte Oberfläche hat und eine Mindestdicke von 0,5 in aufweist.

Die zerstörungsfreie Prüfung ist ein wertvolles und immer häufiger eingesetztes Verfahren zur Beurteilung und Instandhaltung von Materialien. In unserer sich schnell verändernden und hochgradig mobilen Umwelt sind verlässliche, effiziente und effektive Werkzeuge erforderlich, um die Qualitätsanforderungen der Bereiche Fertigung, F&E und Inspektion zu erfüllen. Zerstörungsfreie Technologien spielen auch weiterhin eine wichtige Rolle in diesen Bereichen.

Lesen Sie dazu unsere Veröffentlichungen in der Publikation „Quality Magazine“, siehe folgender Link: