Rissprüfung - Die richtige Prüfstrategie finden

Begutachtet von:

Björn Wilcke, Technischer Direktor und leitender Ingenieur ZfP

Mit fast 15 Jahren Erfahrung im Bereich der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung (ZfP) bei Element verfügt Björn Wilcke über ein hohes Maß an technischer Expertise.

Bei einer Rissprüfung hängt die Prüfstrategie bzw. die Auswahl des Verfahrens von den Eigenschaften des Prüfobjekts sowie der Art der Fehler ab. Entscheidend sind dabei Kriterien wie Materialeigenschaften, die Geometrie und die Anzahl der Prüfobjekte. 

Prüfziel: Was soll die Rissprüfung erreichen?

Die Prüfstrategie wird daran ausgerichtet, welche Fehler, wie schnell und an welcher Anzahl von Prüflingen mit der Rissprüfung gefunden werden sollen. Manche Verfahren der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung lassen sich serienbegleitend für die Qualitätskontrolle einsetzen, während die Stärke anderer Verfahren bei kleineren Stückzahlen liegt. Zu klärende Fragen sind unter anderem:

• Soll auf Oberflächenrisse oder innere Fehlstellen oder beides untersucht werden? 
  Je nach Lage des Risses scheiden einige Verfahren aus, wenn sie mit Eindringmitteln nicht mehr erreicht werden können

• Gibt es gesicherte Informationen oder Vermutungen über Lage, Größe und Form der zu findenden Fehlstellen? 
  Vereinfacht gesagt: Je kleiner und versteckter die Risse, desto weniger Verfahren kommen in Frage, um die Risse zuverlässig aufzuspüren. 

• Sollen die Prüfobjekte auf produktionsbedingte Fehlstellen untersucht werden (Qualitätskontrolle) oder auf Veränderungen durch den laufenden Betrieb (z.B. Verschleiß, Ermüdung)?
  Frisch produzierte Bauteile, die vor der Auslieferung oder Montage noch einer Qualitätskontrolle unterzogen werden sollen, können vergleichsweise leicht untersucht werden. Bereits montierte oder installierte Komponenten müssen oft abgebaut werden, wodurch der laufende Betrieb unterbrochen wird. Müssen die Teile dann noch zur Untersuchung ins Labor gesendet werden, kann viel Zeit verloren gehen. 

• Nach welchen Standards oder Normen soll geprüft werden? 
  Sicherheitskritische Branchen wie die Luftfahrt und die Nuklearenergie haben strengere Anforderungen an die Rissprüfung, d.h. es müssen kleinere Risse entdeckt werden können. Dafür können empfindlichere Prüfmittel und besonders geschultes Personal erforderlich sein. 

• Welche Stückzahlen sollen geprüft werden? 
  Für die Serienprüfung von großen Mengen sind einige Verfahren wegen geringerer Stückkosten und höherer Prüfgeschwindigkeit besonders gut geeignet. 

• Wie soll eine Sortierung in "Bestanden" und "nicht Bestanden" erfolgen? 
  Im einfachsten Fall werden die fehlerhaften Bauteile als Ausschuss gekennzeichnet und aussortiert. Um die Ausschussquote zu reduzieren, können fehlerhafte Bauteile bis zu einem bestimmten Grad nachbearbeitet und anschließend erneut geprüft werden.

• Welche Informationen muss der Prüfbericht enthalten? 
  Intern reicht vielen Unternehmen ein "Bestanden"-Vermerk. In anderen Fällen kann ein Prüfzertifikat oder ausführlicher Prüfbericht nötig sein, bevor eine Komponente an Kunden ausgeliefert oder installiert werden darf. 

• Sollen vor- oder nachgelagerte Schritte wie zum Werkstoffidentifikation, Oberflächenreinigung, Härteprüfung, Nachbearbeitung oder Verpackung erfolgen? 
  Diese Schritte neben dem eigentlichen Prüfprozess können unsere Prüflabore teilweise für Sie übernehmen.
  
  

Geometrische Eigenschaften des Prüfobjekts

Grundsätzlich gilt, je einfacher die äußere und innere Form eines Bauteils ist, desto besser kann es untersucht werden. Allerdings gibt es Einschränkungen: Sehr  große und schwere Bauteile können nicht immer im Labor untersucht werden, wenn der Transport zu aufwendig wäre oder sie die Kapazität der Prüfgeräte übersteigen. Auch bestimmte Formen erschweren den Einsatz einzelner Verfahren, etwa wenn überstehende Schweißnähte oder Unebenheiten den Kontakt von Ultraschallprüfköpfen behindern. Bereiche, in denen sich flüssige Prüfmittel ansammeln können, erschweren möglicherweise die Magnetpulverprüfung und Farbeindringprüfung.

• Kann das Prüfobjekt zur Untersuchung ins Labor transportiert werden? 
  Fest installierte und in Einsatz befindliche Objekte können in der Regel nur vor Ort, also mit mobilen Prüfverfahren untersucht werden. Zu große oder zu schwere Bauteile, wie lange Rohre oder große Lagerringe, passen nicht in jede Prüfanlage, wodurch ebenfalls nur eine vor-Ort-Prüfung in Frage kommt. 

• Ist der zu untersuchende Teil des Prüfobjekts nur eingeschränkt oder von allen Seiten frei zugänglich?
  Für einige Verfahren wie z.B. die mobile Röntgenprüfung muss das Prüfobjekt von zwei Seiten aus gut zugänglich sein, um Röntgenquelle und Detektor richtig zu positionieren.

• Welche Maße (Höhe, Breite und Tiefe) hat das Prüfobjekt und wie schwer ist es? 
  Fast jedes Prüfgerät hat eine Maximalgröße für die zu prüfenden Gegenstände. Das Gewicht ist nicht nur wichtig für die Tragfähigkeit der Prüfgeräte. Auch das Personal muss die Gegenstände sicher heben und bewegen können.

• Wie komplex ist die Oberflächengeometrie, d.h. wie glatt/rau und wie flach/gerundet sind die zu untersuchenden Bereiche?
  Raue oder poröse Oberflächen sind ungünstig für Prüfungen mit Pulvern und Flüssigkeiten, wie Magnetpulverprüfung oder Farbeindringprüfung.

• Begünstigt die Geometrie "Pfützenbildung"? 
  Wenn sich Prüfflüssigkeiten an manchen Stellen sammeln, kann eine Prüfung z.B. mit Farbeindringmitteln erschwert bis unmöglich werden. 

• Hat der Prüfkörper innere Geometrien und sind diese von außen zugänglich?
  Von außen nicht sichtbare Bereiche eines Prüfobjekts können am besten mit Röntgenstrahlung untersucht werden, eventuell auch mit Endoskopie. Ultraschall und Wirbelstrom sind unter Umständen auch geeignet. 

• Ist das Prüfobjekt achsensymmetrisch? 
  Mit einigen Prüfgeräten können achsensymmetrische Bauteile besonders gut automatisiert und schnell untersucht werden. 

• Ermöglicht die Geometrie das stabile Hinlegen oder Aufhängen der Prüfobjekte?
  Besonders bei einer (automatisierten) Serienprüfung ist es wichtig, dass die Prüfobjekte stabil aufgestellt und sicher transportiert werden können.
  
  

Materialeigenschaften

Im Prinzip kann jedes feste Material auf Risse untersucht werden. Vor allem für metallische Bauteile können alle hier genannten Verfahren eingesetzt werden, wobei sehr dichte Materialien wie Stahl nur schwer mit Röntgenstrahlen durchdrungen werden können. Bei nichtmetallischen Materialien wie Polymeren, Verbundwerkstoffen, Keramik oder Glas gibt es andere Einschränkungen, auf die hier aber nicht in Detail eingegangen wird.

• Wie reagiert das Material auf Prüfmittel?
  Metallische Werkstoffe sind in der Regel unempfindlich gegenüber den gängigen Magnetpulvern oder Ultraschall-Kontaktmitteln. Allerdings können beispielsweise Kompositwerkstoffe delaminieren, wenn sie mit Farbeindringmitteln in Berührung kommen.

• Sind die zu untersuchenden Materialien magnetisierbar oder elektrisch leitend? 
  Eisen, Stahl, Nickel und Cobalt sind bei Raumtemperatur ferromagnetisch und daher für die Magnetpulverprüfung geeignet.

• Welche Dichte hat der Werkstoff und wie groß ist die kumulierte Wandstärke des Prüfobjekts? 
  Bei Röntgenprüfungen und Computertomographie gibt es Grenzen für die Dicke des Prüfobjekts, abhängig von der Dichte und Geometrie des Materials. 

• Ist die Oberfläche des Prüfobjekts beschichtet (z.B. Lackierung) oder durch Herstellungsprozesse verschmutzt? 
  Für die Ermittlung von Oberflächenrissen benötigen die meisten Verfahren eine frei zugängliche Oberfläche, was eventuell eine Reinigung oder Vorbehandlung des Prüfobjekts nötig macht.

Es gibt nicht den einen "Königsweg", um Risse in Bauteilen aufzuspüren. Neben den genannten technischen Auswahlkriterien kommen oft noch Zeit und Geld hinzu: Bis wann muss die Prüfung abgeschlossen sein, hat das Prüflabor ausreichend Kapazitäten und können sich beide Seiten auf einen Preis einigen? 

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