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Zerstörungsfreie Materialprüfung

Unter der zerstörungsfreien Materialprüfung (ZfP oder NDT oder non destructive testing / EN 1330) versteht man die Bauteiluntersuchung auf Fehler, ohne dass die Teile beschädigt werden. Die zerstörungsfreie Materialprüfung wird in zwei physikalische Methoden aufgeteilt – in Qualimetrie und Defktoskopie. Im Unterschied zur zerstörenden Werkstoffprüfung bedeutet die zerstörungsfreie Materialprüfung, dass eine Beeinflussung oder eine Minderung des Werkstoffs oder Werkstücks bei der Schadensanalyse ausgeschlossen werden muss. Sie dient der Qualitätssicherung in der zerstörungsfreien Materialprüfung. 

Definition: Zerstörungsfreie Materialprüfung oder zerstörungsfreie Prüfung

Die zerstörungsfreie Materialprüfung nutzt die physikalische Messtechnik und bedient sich aller möglichen Wechselwirkungen von Energie im breitgefächerten Spektrum der Physik. Verglichen mit der zerstörenden Prüfung ergeben sich bei der zerstörungsfreien Materialprüfung viele Vorteile wirtschaftlicher Natur. Der Grundsatz lautet dabei – die verwendete Energie darf den Werkstoff nicht verändern. Verwendete Energieformen sind mechanische, magnetische und statische elektrische Kraftfelder und gleiche Wellenfelder dynamischer Art.

Das Suchen von Fehlern im Material, die unbedingt zu vermeiden sind, muss zerstörungsfrei ablaufen. Eine Gewährleistung der Sicherheit und einwandfreien Materialien kann nur die zerstörungsfreie Prüfung liefern. Gerade in der Mechanik und bei der Struktur von Bauteilen stellt die Durchstrahlungsprüfung einen bedeutenden Faktor dar. Das Endergebnis ist die Vermeidung von Fehlern im Material, um das Produkt ohne Ausfälle verwenden zu können. Es muss nach dem Einbau in eine Anlage einwandfrei funktionieren.

Es wird zwischen verschiedenen Prüfarten in der zerstörungsfreien Materialprüfung unterschieden:

Sichtprüfung

Die Sichtprüfung hat von allen weltweit eingesetzten zerstörungsfreien Materialprüfungen den höchsten Verbreitungsgrad. Der Prüfer sucht mit bloßem Auge oder mit einem Vergrößerungsglas nach Besonderheiten und Auffälligkeiten. Diese zerstörungsfreie Materialprüfung nimmt er nach einer Prüfanweisung vor. Bei Betreibern von Flugzeugen kommt die optische Prüfung am meisten vor. Vor jedem Start führt der Pilot selbst eine Sichtprüfung durch und prüft zusätzlich die bewegbaren, mechanischen Teile wie Propeller. Bei Brücken, Tunneln von Eisenbahnstrecken und Autobahnen, auch in Chemiebetrieben und Kraftwerken findet die Sichtprüfung eine große Anwendung.

Der Mensch ist in der Lage mithilfe seines Gehirns zu assoziieren. Er hat die Fähigkeit, Situationen im Bild zu erfassen und Besonderheiten von typischen Prüfbildern wiederzuerkennen. Mit dieser Eigenschaft ist der Mensch der automatisierten Sortierung von Merkmalen und der Erkennung von Mustern überlegen. Der große Nachteil des Menschen liegt in der Ermüdung und der emotionalen Beeinflussung, die eine Konzentration bei seiner Arbeit möglicherweise behindern. Erkrankt ein Mensch oder hat er private Probleme mit Kollegen oder Familienmitglieder, treten diese negativen Eigenschaften unter Umständen auf.

Optische Prüfungen (die sogenannten Sichtprüfungen) finden in der Fertigung zunehmend automatisiert statt. Beleuchtung, die in der Einfallsrichtung, im Spektrum und in der Intensität angepasst werden kann, ist dabei von außergewöhnlicher Bedeutung. Über digitale Matrix- oder Zeilenkameras, die hohe Wiederholungsfrequenzen haben, erfolgt die Datenaufnahme. Auf Computern wird die Bildinformation ausgewertet. Die derzeit verfügbaren Rechner sind sehr komplex und können mit Kontrastfiltern Merkmale heraus filtern und in Klassen einteilen. Diese zerstörungsfreie Materialprüfung wird bei der Oberflächenprüfung von Papier, Gewebe und Stoffen oder auch bei der Oberflächenprüfung von Feinblech (nach dem Kaltwalzen) angewendet. Es können damit auch Teile, die unterschiedlich geometrische Formen aufweisen, sortiert werden und eine Maßhaltigkeit von gefertigten Teilen geprüft werden.

Die Revolution der zerstörungsfreien Materialprüfung - digitales Röntgen und die Computertomografie

Conrad Röntgen entdeckte Ende des 18. Jahrhunderts rein zufällig, die Röntgenstrahlen, die er X Strahlen nannte. Sie werden im Englischen immer noch als X-Ray bezeichnet. Bei einem anderen Experiment entdeckte er diese Strahlen, die eine einmalige Errungenschaft für die Medizin, Wissenschaft und Technik darstellt. Röntgenstrahlen erzeugen Bilder, die bei der zerstörungsfreien Materialprüfung wertvolle Dienste leisten. Conrad Röntgen erhielt dafür den Nobelpreis.

Geradezu eine Revolution erfuhr die zerstörungsfreie Materialprüfung mit detaillierten Aufnahmen mittels Röntgen- und Computertomografie. Dadurch wurde die berührungslose Prüfung möglich. Die industrielle Tomografie ist frei von Risiken. Es ergeben sich bei der Qualitätskontrolle von einzelnen Prototypen verschiedene Lösungen bei der Schadensanalyse, Serienprüfungen oder Schweißnahtprüfung, die jedes Unternehmen nutzen kann. Für radioskopische und radiografische Techniken und für die Tomografie werden die höchsten Frequenzen eingesetzt (Ionen- und Neutronenstrahlung, Elektronen, g-Strahlung, Röntgenstrahlung und Korpuskelstrahlung). 

Zur zerstörungsfreien Materialprüfung werden bei der Bauteiluntersuchung die Werkstoffe zum Teil oder ganz diesen Energien ausgesetzt. Es wird die Energieform gewählt, die den höchsten Nutzungsgrad für die Aufgabe bei der zerstörungsfreien Materialprüfung bereitstellt. 

Energien, die mit normalen Röntgenröhren erzielt werden, reichen zur Durchstrahlung großer, dichter Objekte ab gewissen Schichtdicken nicht mehr aus. Die Hochenergieradiografie bietet die besten Möglichkeiten für die zerstörungsfreie Materialprüfung, die mit einer normalen Röntgenröhre nicht zu erreichen sind.

Durchstrahlungsprüfung: Digitales Röntgen

In jeder Branche, wo man Bauteile oder Werkstücke einer zerstörungsfreien Materialprüfung unterzieht, ist eine Röntgenmessung von Vorteil. In der Luft- und Raumfahrt, der Entwicklung und Forschung und in der Medizin oder der digitalen Automotive in der Automobilindustrie wird digitales Röntgen angewandt.

Bei der industriellen Produktion sind bei Röntgenmessungen der festen Körper höhere Energien notwendig als im medizinischen Bereich. Die Röntgenröhren benötigen bis 450 KV. Hier wird beim Durchgang durch den Werkstoff die Abschwächung der Röntgenstrahlen genutzt. Diese wird mit einem Detektor empfangen. Digitales Röntgen erlaubt wesentlich deutlichere Ergebnisse als ein Verfahren durch Ultraschall. Der Aufwand ist wesentlich erhöht und die Stärke des Materials auch höher.

Mit der Röntgenprüfung kann die zerstörungsfreie Materialprüfung bei jeder Art von Schweißverbindung und verschiedenen Metallarten wie Stahl, Aluminium, Zink usw. durchgeführt werden. Dazu gehören beispielsweise Werkzeugbau, Formenbau, Pipelineschweißnähte, Teile aus der Gussbearbeitung, z. B. Druckgießformen wie Zinkdruckguss und Aluminiumdruckguss. Damit ist es möglich Schweißnähte von 5 bis 400 Millimetern Wanddicke zu prüfen.

Durch verschiedene Schwarzschattierungen wird die Dichte und Dicke bei dieser Baustoffprüfung vom Werkstück sichtbar. Bei hohen Unterschieden in der Dichte des Werkstoffes sind die Nachweise bei der Röntgenmessung am besten sichtbar. Bei verschiedenen Winkeln der Einstrahlung kann auch eine Rissprüfung erfolgen. Hohlräume mit Volumen, Poren oder Einschlüsse eignen sich besonders für digitales Röntgen und der Computertomografie (CT).

Industrielle Computertomografie - Verwendung bei der zerstörungsfreien Materialprüfung

Dank der industriellen Computertomografie, als Standardverfahren in der zerstörungsfreien Materialprüfung, können auch wir Ihre Bauteile und Werkstoffe präzise innen und außen prüfen. Eine Vermessung und Analyse sind ebenso möglich und liefern unverzichtbare Informationen. Vor allem, wenn ein Objekt unter realen Betriebsbedingungen geprüft werden kann. 

Fehler bei der Röntgenprüfung können nur entdeckt werden, wenn die Risse genau in der Richtung des Strahls verlaufen und die Risse entsprechend geöffnet sind. Darum eignet sich hier am besten die CT – eine industrielle Computertomografie. In kurzer Zeit ermöglicht es diese Art von Tomografie, ein Abbild in digitaler Weise vom Ist-Zustand eines Werkstückes zu generieren und das selbstverständlich zerstörungsfrei. Der Datensatz wird danach individuell analysiert und somit ist ein Vergleich direkt mit dem Soll-Ist-Zustand möglich.

Die Tomografie bietet erhebliche Vorteile gegenüber der herkömmlichen Messtechnik bei der zerstörungsfreien Materialprüfung. Risse, die mit der üblichen 2 D-Durchstrahlungsprüfung sehr schwer zu entdecken sind, erfasst die CT. Auch die Strukturbereiche, die optisch oder ertastend nicht zugänglich sind, können metrologisch bemaßt werden. Die industrielle Tomografie durch den Computer wird für die 3 D-Darstellung von Inhomogenitäten und Fehlstellen verwendet – zum Soll-Ist-Vergleich für die zerstörungsfreie Bemaßung, Reverse Engineering, Wandstärkenanalyse, Strukturanalyse und die Assembly Analyse.

Ökönomische Messtechnik ist gut in vorhandene Prozesse zu integrieren. Das optimale Messverfahren kann für jedes Unternehmen schnell vom Fachmann ermittelt werden. Natürlich auch, ob eine 2D Röntgenaufnahme reicht oder lieber eine 3D Aufnahme via CT ein besseres Ergebnis bietet. Es ist ebenso möglich, die Röntgenbilder sofort bereitzustellen oder die bestehenden Röntgenfilme zu digitalisieren oder die Energieergebnisse beim Soll-Ist-Vergleich gegenüberzustellen. 

Neue Dimensionen in der Qualitätssicherung: Zerstörungsfreie Materialprüfung mit Hochenergieradiografie

Die Hochenergieradiografie eignet sich für die zerstörungsfreie Untersuchung von großen (Stahl-) Containern. Die hohe Durchdringung von dicken Materialien liefert hier eine ausreichende Möglichkeit zur Qualitätsprüfung. Für die zerstörungsfreie Materialprüfung der Industrie sind Hochenergie-Strahlungsquellen vorhanden, mit denen Material aus Stahl bis zu einer Dicke von 250 mm untersucht werden können.

Die Hochenergieradiografie als zerstörungsfreie Materialprüfung wird z. B. bei Hochsee-Containern oder bei Untersuchungen von Luftfracht angewandt. Das Erkennen von Inhalten, wie gefährliche Inhalte an Material oder verstecktes Schmuggelgut, wird so verbessert. Das geschieht durch eine umfassende Analyse von radiografischen Bildern.

Zerstörungsfreie Materialprüfung ist demnach als die Sichtbarmachung und das Analysieren von Fehlern im Bauteil oder Werkstoff zu verstehen. Das Ziel, das die zerstörungsfreie Materialprüfung dabei verfolgt, ist vorrangig die Vermeidung von Gefahren für den Menschen, von Dingen und der Umwelt.

Eine Integration der zerstörungsfreien Materialprüfung in das Qualitätsmanagement eines Betriebes wird immer mehr zu einem wirtschaftlichen Bestandteil vieler Firmen und ist durchaus sinnvoll. Professionelle Beratung ist wichtig, um die optimale Messtechnik zu wählen – von der Durchführung der Röntgenanalyse bis hin zur Beschaffung von spezifischen Röntgengeräten für Ihren Betrieb, wie Röntgenkabinette oder Computertomografen.

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Serienprüfung

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Filmdigitalisierung

Über Jahrzehnte angesammelte Röntgenbild-Archive erfordern Platz, sorgfältige Pflege und großformatige Betrachtungsgeräte. Die zuverlässige Digitalisierung durch X-RAY Gampp sichert deren dauerhafte Archivierung in einer Auflösung bis hinunter zu 50 Mikrometern. Betrachten Sie die digitalisierten Bilder fortan direkt von jedem Arbeitsplatz.

Werkstoffprüfung

Die Computer-Tomographie bietet einen tiefen, zerstörungsfreien Einblick in Ihre fertigen Bauteile und Werkstücke. Ein vollständiger CT-Scan erlaubt es, die Lage etwaiger Störungen exakt zu visualisieren, zu vermessen und zu dokumentieren. Dieser zfp-Service wird von führenden Zulieferfirmen aus der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie stark genutzt.

Gussteilprüfung

Die Detektion von innenliegenden Rissen, Poren oder Lunkern in den komplexen Geometrien gegossener Druckbehälter, Kurbelwellen oder Turbinenschaufeln stellt hohe Ansprüche an die zerstörungsfreie Gussteilradiographie. X-RAY Gampp und seine Partner verfügen über langjährige Erfahrung. Wir halten Ihre Werksnormen sowie alle gängigen deutschen und internationalen Normen streng ein.

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