Umso höher die Anforderungen …
desto aufwendiger die Prüfverfahren und desto höher die Kosten.

Röntgenprüfung

Umso höher die Anforderungen …

desto aufwendiger die Prüfverfahren und desto höher die Kosten. Um aber Fehler im Innern eines zu prüfenden Bauteils zu detektieren (ohne es zu zerstören), ist das Röntgen  als Durchstrahlungsverfahren für alle bei uns produzierten Werkstoffe derzeit Stand der Technik. Mit dem Röntgenverfahren können praktisch alle Werkstoffe auf Fehler geprüft werden. Röntgenstrahlen sind elektromagnetische Wellen und haben Wellenlängen im Nanometerbereich und eine Frequenz von ca. 10-17 bis 10-22 Hz.  Es handelt sich somit um sehr kurzwellige hochenergetische Strahlung.

Hohe Frequenzen bei kleinem Wellengang

Die konventionelle Röntgen- oder Durchstrahlungsprüfung (nach DIN EN 12681 (2003-06, in Verbindung mit VDG P541 82001 für dickwandige Teile) u. ASTM E689-10) ist ein zerstörungsfreies Verfahren zur zweidimensionalen Prüfung von Bauteilen auf innere Fehler. Infolge der hohen Frequenz und der kleinen Wellenlänge können Röntgenstrahlen in jegliche Materie eindringen. Das Durchdringen der Strahlen erfolgt dabei immer geradlinig, Röntgenstrahlen können nicht umgelenkt werden.

Beim Durchgang der Strahlen durch einen Körper werden die Strahlen jedoch von den Atomen geschwächt. Es kommt zur Absorption und Streuung der Strahlung. Wie stark die Schwächung ist, hängt von der Energie der Strahlung, sowie den Abmessungen (Dicke) und den physikalischen Eigenschaften (Dichte) des durchstrahlten Materials ab. Werkstofffehler, wie Risse, Einschlüsse, Inhomogenitäten, etc. bewirken infolge der unterschiedlichen Dichte des Materials an der entsprechenden Stelle im Vergleich zum fehlerfreien Werkstoff eine andere Schwächung der Strahlung als der fehlerfreie Werkstoff sie hervorruft. Dieser Sachverhalt wird mittels einer Registriereinrichtung (dem Röntgenfilm), welche die Intensität der Reststrahlung hinter dem Prüfkörper aufzeichnet, genutzt.

Röntgenfilme

Die Prüflinge werden mit einer energiereichen elektromagnetischen Strahlung beaufschlagt, welche das Bauteil durchdringt. Position und Intensität der Strahlungsquelle wird durch die Norm vorgegeben. Inhomogenitäten, Fehlstellen, Risse oder abweichende Materialstärken – aber auch (für die Prüfung auf innere Fehler nicht relevante) Oberflächenfehler – führen zu unterschiedlicher Schwächung der durchdringenden Strahlung, die mittels hinter dem Prüfling positionierter Filme (oder Folie) als Grauwertunterschied zweidimensionaler Bilder erfasst wird (und im Filmlageplan zu dokumentieren ist). Die Auswertung der so angefertigten Röntgenfilme/-folien erfolgt visuell.

Sicherste Methode für sicherheitskritische Bauteile

In der Vergangenheit wurden hochbeanspruchte Gussstücke überwiegend aus Stahlguss hergestellt. Dementsprechend sind zur Bewertung der Anzeigen bei der ZfP brauchbare Regelwerke fast ausschließlich für Stahlguss vorhanden. Die aktuellen Regelwerke sind deshalb laufenden Veränderungen unterworfen. Grundsätzlich ist gemäß DIN EN 12681 mit den entsprechenden Vergleichsbildreihen für Werkstoffe und Wanddickenbereiche zu bewerten. Die DIN 12681 referenziert dabei bis dato ausschließlich auf ASTM-Normen (vgl. Tabelle), wiederum für „Steel Castings“.

Die Festlegung einer Qualitätsklasse oder Gütestufe für ein Bauteil / den kritischen Bereich eines Bauteils obliegt dabei dem Konstrukteur auf Basis seiner Erfahrung mit ähnlichen Bauteilen und insbes. bei sicherheitsrelevanten Bauteilen entsprechenden Lastanalysen. Eine solche Vorgabe ist immer bauteilabhängig und anwendungsspezifisch; selbst bei Achsschenkeln im Pkw-Bereich ist es deshalb durchaus üblich über das Gesamtbauteil kritische und unkritische Bereiche zu unterscheiden und auch die Gütestufen unterschiedlich vorzugeben.

Oder anders formuliert: man kann für ein sicherheitskritisches Bauteil eine extrem hohe Güteforderung aufstellen und bezahlt dies mit hohen Prüfkosten in der Serie und bei jedem verbauten Teil mit einem (in der Kalkulation enthaltenen) hohen Ausschußanteil – oder man geht die ganze Sache deutlich entspannter und mit mehr Praxisbezug an. Grundsätzlich ist das Prüfergebnis immer subjektiv, d.h. vom Prüfer abhängig, weist häufig Mischbewertungen auf und kann nur einen Baustein für eine abgesicherte Bauteilqualität erbringen, da eine Flächenbetrachtung für einen Nachweis im Bauteilvolumen herangezogen wird.

Aber unabhängig von diesen Details (und dem Teufel), der in ihnen steckt, ist das Ziel immer das einsatzfähige, belastbare und sichere Bauteil – sei es ein Turboladergehäuse aus Ni-Resist oder eine Pumpenarmatur aus Sphäroguss, denn….

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