Prüfen von Schweißverbindungen: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 15. Oktober 2008, 20:01 Uhr

Allgemein

In der schweißtechnischen Fertigung werden neben Prüfmethoden für den Grundwerkstoff noch Prüfverfahren zur Beurteilung der Schweißnaht und des Schweißzusatzwerkstoffes eingesetzt. Dabei werden die bekannten Prüfverfahren der Werkstoffprüfung teilweise den Erfordernissen der Schweißtechnik angepasst. Man unterscheidet grundsätzlich zwischen zerstörenden und zerstörungsfreien Prüfverfahren. Diese Prüfungen werden nicht von Schweißer durchgeführt, sondern von speziell geschultem Personal. Zu den zerstörungsfreien Prüfverfahren gehören u.a.:

• Visuelle Prüfung
• Farbeindringprüfverfahren
• Magnetpulverprüfung
• Röntgenprüfung
• Isotopenprüfung
• Ultraschallprüfung
• Wirbelstromprüfung

Zu den zerstörenden Prüfverfahren gehören u.a.:

• Härteprüfung
• Metallographische Prüfung (Makroschliff)
• Kerbschlagbiegeversuch

Fehler in der Schweißnaht

Das äußere Erscheinungsbild der Schweißnaht lässt auf Grund von Erfahrungen gewisse Rückschlüsse über die Güte einer Schweißverbindung zu.

Äußere Fehler einer Schweißnaht sind zum Beispiel:

• Risse in oder neben der Naht
• Zündstellen neben der Naht
• Schweißspritzer
• nicht aufgefüllte Endkrater
• mangelhafter Nahtansatz
• Einbrandkerben beiderseits der Wurzel
• Einbrandskerben beiderseits an der Nahtoberseite
• unregelmäßige Nahtbreite bzw. Verwurzelung#
• ungenügende Durchschweißung der Wurzel
• zu große Nahtüberhöhung#
• übermäßig eingefallene Stellen in der Schweißnaht
• Kantenversatz der Werkstoffe#
• überhöhte, durchhängende Wurzel
• eingezogene Wurzel
• Fehlerhafte Nahtzeichnung (Schuppenabstandsverhältnis)
• Anlauffarben im Schweißbereich#
• Oberflächenporen#

(#) Diese Merkmale sind in einem bestimmten Toleranzbereich zulässig.

Farbeindringprüfverfahren

Zur Sichtbarmachung an Rissen können so genannte Kapillarverfahren verwendet werden. Dabei macht sich die Kapillarität von niedrigviskosen Flüssigkeiten in Spalten oder Rissen zunutze. Ein Bekanntes Verfahren ist das Farbeindringverfahren, mit dem selbst Risse nachgewiesen können, die nicht mit dem bloßen Auge sichtbar sind. Farbeindringprüfverfahren, wie z.B. Dye-Check, können in Großanlagen (im Tauchverfahren) zur Kontrolle von Massenteilen, aber auch in kleinem Rahmen zur Kontrolle rissverdächtiger Bereiche nach dem Sprüh- oder Streichverfahren angewendet werden. Das Verfahren arbeitet mit sichtbaren Farbstoffen oder mit Fluoreszensmitteln, die den Riss erst unter UV-Lichtquelle sichtbar machen (Zyglo-Check, veralteter Begriff), was den Vorteil hat, das noch sehr viel feinere Risse erkannt werden können. Dazu ist aber ein größerer Geräteaufwand erforderlich. Das Prinzip des Rissprüfverfahrens besteht darin, das auf die gereinigte rissverdächtige Stelle das Eindringmittel (Penetrant) aufgetragen wird und in den Rissspalt eindringt. Bei der anschließenden Reinigung mit Remover werden nur die außen anhaftenden Farbpigmente entfernt. Der nachfolgend aufgetragene Entwickler (Developer) drückt die Farbpigmente aus dem Rissspalten an die Oberfläche und ermöglicht damit die Risserkennung.

Magnetpulverprüfung

Die Magnetpulverprüfung ist ein Prüfverfahren, dessen Anwendung bei allen ferromagnetischen Werkstoffen (Stahl, ausgenommen austenitische Stähle sowie Nickel und Cobalt) möglich ist. Mit Hilfe dieses Verfahrens lassen sich, sofern die richtigen Prüfbedingungen eingehalten werden, Oberflächenfehler sowie oberflächennahe Schweißnahtfehler nachweisen.

Die magnetischen Kraftlinien durchsetzen bevorzugt einen Werkstoff mit einem kleinen magnetischen Widerstand wie z.B. ferromagnetische Stähle. Ändert sich die magnetische Durchlässigkeit des Werkstückes, wie z.B. durch einen Riss, werden Veränderungen des im gesunden Materials gleichmäßigen magnetischen Flusses hervorgerufen. An der Störstelle treten auf Grund des höheren magnetischen Widerstandes verschiedene Kraftlinien auf. Bei der Magnetpulverprüfung wird zusätzlich in einer dünnflüssigen Lösung enthaltenes Magnetpulver (ummantelt mit Fluoreszensmittel) auf die Werkstückoberfläche aufgebracht. Die Flüssigkeit erleichtert das Auftragen, während das Fluoreszensmittel unter einer UV-Lichtquelle den Rissverlauf durch helles Aufleuchten anzeigt. Dieses Verfahren ist auch als Magna-Flux-Verfahren geläufig.

An der Störstelle des Streufeldes bildet sich eine dicke Pulverraupe (Verdichtung der Magnetflusslinien) aus, die auch mikroskopisch kleine Risse sichtbar macht. Die Grenze der Erkennbarkeit liegt für Oberflächenrisse bei ca. 0,0001mm Rissbreite, wenn sehr feines Pulver verwendet wird.

Materialtrennungen unter der Werkstückoberfläche ergeben keine oder ungünstigstenfalls nur schwache oder undeutliche Anzeigen. Je nach Art der Magnetisierung des Bauteils unterscheidet man unter Polmagnetisierung und der Stromdurchflutung.

Wirbelstromverfahren

Bei dem Wirbelstromverfahren zur Prüfung von Schweißnähten nach DIN EN 1711 werden Bindefehler an Schweißnähten durch die Phasenauswertung des Stromdurchflusses messbar ermittelt.

Ultraschallprüfung

Ultraschallprüfung einer Behälterwand
Bildquelle:Europa-Verlag Chemietechnik

Die Ultraschallprüfung arbeitet meistens nach dem Impuls-Echo-Verfahren. Ein von einer Schallquelle kommender hochfrequenter Schallimpulse
(t=µs, f=50Hz) wird vom Sendequarz in das Werkstück abgegeben, durchläuft es, wird dann am Werkstückende reflektiert und kommt dann als Echo zurück. Das Prinzip ist darauf zurückzuführen, das Stahl an der Grenzfläche zweier Medien entsprechend dem Verhältnis ihre Schallwiderstände reflektiert wird. An der Grenzfläche Metall-Luft tritt praktisch Totalreflektion ein, selbst wenn der Luftspalt nur 10-6 beträgt. Zwischen Anfangsimpuls und dem Wiedereintreffen des Echoimpulses vergeht je nach Länge der Prüfstrecke eine bestimmte Zeit, die dann auf einem Bildschirmgerät sichtbar gemacht wird. Dieser Vorgang wird in schneller Folge wiederholt, so dass auf dem Bildschirm der Eindruck eines stehenden Bildes entsteht. Risse, Lunker und starke Absätze im Prüfling reflektieren je nach Lage und Größe den Schall bereits vor erreichen der Endfläche, so das das Rissecho vor dem Endecho eintrifft. Aus den gezeichneten Echobildern kann damit die Lage und etwaige Größe von Rissen, Lunkern etc. errechnet bzw. angeschätzt werden. Mit dem Ultraschallverfahren können auch vergleichende Dicken- und Schichtmessungen durchgeführt werden.

Durchstrahlungsprüfung mit Röntgen- und Gammastrahlen

Kurzwellige elektromagnetische Strahlen (Röntgen- und Gammastrahlen) durchdringen auch Metalle. Dabei werden sie nach Werkstoff, Werkstückdicke und verwendeter Wellenlänge abgeschwächt. Die Reststrahlung hinter dem Bauteil wird auf Fotomaterial (Röntgen- bzw. Gammafilm) registriert. Befindet sich im Bauteil eine Werkstofftrennung mit nennenswerter Ausdehnung parallel zur Strahlrichtung, so werden die Strahlen dort nicht abgeschwächt. Die Intensität der Strahlung hinter dem Bauteil ist folglich in diesen Bereichen höher und die Defekte werden durch stärkere Schwärzung des Films abgebildet. Damit die Fehler gut erkennbar sind, müssen Strahlungsintensität, Wellenlänge und Dicke des Bauteils, Belichtungszeit aufeinander abgestimmt sein. Zum überprüfen der Abstimmung und zum Bestimmen der Bildgüte werden amtlich geprüfte Drahtstege nach DIN bzw. ASTM verwendet. Sie werden auf das Bauteil gelegt und ebenfalls durchstrahlt. Der dünnste gerade noch erkennbare Draht kennzeichnet die Bildgütezahl (BZ) und damit das Maß der Fehlernachweisbarkeit. Als Strahlenquelle wird Röntgenstrahlung (X-Ray) aus einer Röntgenröhre oder die Strahlung eines radioaktiven Isotops wie z.B. Iridium 192(γ-Strahler) verwendet. Beide Strahlungsquellen sind gesundheitsschädlich und unterliegen dem Strahlenschutzgesetz (DIN 54113 und DIN 54115). Die Prüfung mit diesen Strahlen darf daher nur unter Sicherheitsvorkehrungen durchgeführt werden und obliegt speziell ausgebildetem Personal.

Metallographische Prüfung

Durch Makro- Mikroschliffe können Fehler im Nahtaufbau, Bindung, Poren, Risse, Einschlüsse und Ausbildung der Wärmeeinflusszone und dessen Kornstruktur sichtbar gemacht werden. Dazu werden durch den relevanten Untersuchungsbereich Nassschnitte gelegt, die Schliffe werden dann in Kunstharze eingebettet, fein geschliffen und poliert. Dieser Vorgang wird zur Reproduktion der Parameter teilweise automatisch durchgeführt. Die Auswertung erfolgt dann entweder makroskopisch mit bloßem Auge oder bei geringer Vergrößerung (Stereolupe). Man kann sich mit Makroschliffen einen Überblick über die Gesamtgeometrie der Schweißnaht verschaffen. In der Mikroskopie wird mit höheren Vergrößerungen (100-1000fach) gearbeitet und man untersucht den Gefügeaufbau, einzelne Gefügebestandteile oder die Struktur der Korngrenzen im Metallmikroskop. Bei beiden Untersuchungsformen kann man die Proben entweder im ungeätzten oder im geätzten Zustand betrachten. Mit dem chemischen Ätzvorgang werden bestimmte Gefügemerkmale sichtbar gemacht (z.B. Lage der WEZ der Schweißnaht).

Wasserdruckprobe

Die Wasserdruckprobe ist eine Prüfung der handwerklichen Praxis von Schweißverbindungen sowie auch von Lötverbindungen im Behälter- sowie im Rohrleitungsbau. Beim Abdrücken mit Wasser werden die Hohlräume des Behälters bzw. der Rohrleitung verschlossen und mit einem inneren Überdruck versehen. Anhand der vorher angebrachten Druckmanometer kann der Druck abgelesen werden. Sobald dieser fällt ist mit einer Undichtigkeit zu rechnen. An Rissen und oder durchgehenden Poren ist das austretende Wasser sichtbar. Der Prüfdruck ist für Druckbehälter im AD 2000 Regelwerk niedergeschrieben. Gängige Praxis sind das das 1,3-1,5fache des Betriebsdruckes.

--Anthony
--Egmont