Schweißnahtprüfung
Als Schweißnahtprüfung bezeichnet man verschiedene Verfahren zur Überprüfung und Bewertung von Schweißnähten.
Inhaltsverzeichnis
Was ist eine Schweißnahtprüfung?
Dort, wo geschweißte Verbindungen zum Einsatz kommen, ist die Güte von Schweißnähten ein Kernpunkt in der Qualitätssicherung. Der Zweck von Schweißnahtprüfungen ist also, die Qualität der Schweißnähte zu bewerten und sicherzustellen, dass sie den gültigen Standards und Anforderungen entsprechen.
Bei der Schweißnahtprüfung werden die Nähte, die bei der Verbindung zweier Werkstücke entstehen, auf die Erfüllung festgelegter Gütekriterien überprüft. Sie müssen zum Beispiel frei von Rissen, Lunkern und anderen Fehlern sein, um voll einsatzfähig zu sein. Um das festzustellen, werden sowohl zerstörende als auch zerstörungsfreie Prüfverfahren angewendet.
Dadurch lässt sich nicht nur Qualitätssicherung betreiben, sondern es können auch gezielt Rückschlüsse auf Optimierungspotenziale im Schweißprozess und der Schweißtechnik gezogen werden. Entsprechend der Wichtigkeit der Schweißnahtprüfung gibt zahlreiche Normen, die sich nach den Anforderungen, die an das Bauteil gestellt werden, unterscheiden.
Wozu ist eine Schweißnahtprüfung nötig?
Beim Schweißen werden zwei Objekte durch Wärme dauerhaft miteinander verbunden. Das können etwa Objekte aus Stahl, Aluminium, Kupfer, Glas oder Kunststoff sein. Dabei sollen Verbindungen entstehen, die gewährleisten, dass das Produkt die zu erwartenden Anforderungen über eine erwartete Lebensdauer erfüllen kann. Das ist nur möglich, wenn die Schweißnähte anforderungsgerechte Qualitätskriterien oder Gütemerkmale erfüllen. Diese lassen sich jedoch nur schwer generalisieren, da sie von den Anforderungen, die das jeweilige Werkstück erfüllen muss, abhängen.
Fehler in Schweißverbindungen können die Ursache für ein Versagen des Bauteils sein, das mitunter schwere Folgeschäden nach sich zieht. Durch Schweißnahtprüfungen werden Risse und andere Fehlstellen zuverlässig und normkonform nach vorhandenen Toleranzwerten und Bewertungsgruppen aufgespürt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass nur ein voll belastbares, ausfallsicheres Bauteil zum Einsatz kommt und defekte Komponenten ausgeschlossen wurden.
Deshalb ist die Überprüfung von Schweißnähten in vielen Branchen ein unverzichtbares Verfahren, um die Qualität und Sicherheit von Produkten mit Schweißverbindungen zu gewährleisten. Denn Schweißfehler können die Belastbarkeit und Langlebigkeit der Verbindungen beeinträchtigen. Das liegt daran, dass es beim Schweißen durch den Wärmeeintrag zu einer unerwünschten Veränderung der Werkstoffeigenschaften kommen kann, die in der Folge wiederum zu einer geringeren Plastizität, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffs führt. Außerdem besteht die Gefahr der Bildung von Rissen mit anschließendem Materialversagen.
Schweißnahtprüfung
bei Quality Analysis
Neben der Prüfung der Schweißnahtgeometrie und der Härteprüfung über den gesamten Bereich einer Schweißnaht bieten wir unseren Kunden im Rahmen der Gefügeuntersuchung eine detaillierte Analyse der Mikrostruktur jeder Schweißnaht. Unsere Experten setzen sowohl bei der Schadensanalyse als auch bei der Qualitätskontrolle Ihrer Schweißproben auf modernste technische Anlagen.
Unsere Akkreditierung nach DIN EN ISO/IEC 17025 gibt Ihnen die Sicherheit, dass jede Prüfung einer Schweißnaht in unserem Labor hinsichtlich ihrer technologisch korrekten Ausführung, sowie hinsichtlich Risse und Poren und andere Fehler mit höchster Präzision und nach anerkannten Standards durchgeführt wird. Die Ergebnisse Ihrer Schweißnahtprüfungen erhalten Sie in einem verständlichen Prüfbericht. Darin werden Ihre Fragen beantwortet und Sie erhalten konkrete Empfehlungen, um Fehler zu beheben.
Die Schweißnahtuntersuchung bei Quality Analysis ist durch die Deutsche Akkreditierungsstelle GmbH (DAkkS) nach DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditiert, das bedeutet, wir entsprechen den nationalen und internationalen Normen und Ansprüchen.
Lesen Sie hier mehr darüber, welche Vorteile Ihnen unsere Akkreditierung bietet:
DIN EN ISO 5817 als Norm zur Prüfung einer Schweißnaht
An jede Schweißnaht werden bestimmte Anforderungen gestellt. Diese richten sich nach den jeweiligen Anforderungen an die Festigkeit, das optische Erscheinungsbild und weitere Kriterien. Aber auch die Schwere der Folgen eines möglichen Versagens des Bauteils sind von Bedeutung. Anhand dieser Vorgaben wird jede Schweißnaht einer Bewertungsgruppe von B (hohe Anforderungen) bis D (niedrige Anforderungen) zugeteilt.
Je nach Bewertungsgruppe erlaubt die DIN EN ISO 5817 gewisse Toleranzen für Unregelmäßigkeiten an einer Schweißnaht. Werden diese überschritten, spricht man von einem Schweißnahtfehler. Die DIN Norm 5817 gilt für die Bewertung von Schweißnähten bei Bauteilen aus Stahl, Titan, Nickel und Legierungen dieser Metalle. Sie gilt für manuelles, mechanisiertes und automatisches Schweißen und für alle Schweißpositionen. Beurteilt werden Oberflächenunregelmäßigkeiten anhand einer Sichtprüfung sowie innere Schweißnahtfehler im metallografisch polierten Schliff. Für Schweißverbindungen bei Aluminium gilt hingegen die DIN EN ISO 10042. Zu beachten ist zudem, dass an einem Bauteil in der Regel Schweißnähte mehrerer Bewertungsgruppen zu finden sind.
Verfahren zur Schweißnahtprüfung in der Praxis
Bei der Schweißnahtprüfung wird grundsätzlich zwischen zerstörenden und zerstörungsfreien Prüfverfahren unterschieden. Zu den zerstörenden Prüfverfahren gehören unter anderem der Zugversuch nach DIN EN ISO 4136, der Faltversuch nach DIN EN ISO 5173 sowie die diversen Härteprüfverfahren. Zu den zerstörungsfreien Prüfverfahren (ZfP-Verfahren) gehört die visuelle Inspektion, die Durchstrahlungsprüfung, die Wirbelstromprüfung und die Ultraschallprüfung sowie die Magnetpulverprüfung (DIN EN ISO 17638).
Typische Fehler, die die Schweißnahprüfung aufdeckt
Bei einer Schweißnahtprüfung wird sowohl nach inneren als auch nach äußeren Fehlern gesucht. Schweißnahtfehler, die zur Oberfläche hin offen sind, werden Oberflächenfehler genannt. Oberflächenfehler können anhand einer Sichtprüfung, Farbeindringprüfung oder Magnetpulverprüfung mit hoher Präzision nachgewiesen werden. Der häufigste Fehler unter diesen Oberflächenfehlern sind Risse.
Schweißnahtfehler, die im Inneren der Schweißnaht liegen, werden Volumenfehler genannt. Diese werden zuverlässig mit Ultraschall– oder Durchstrahlungsprüfungen nachgewiesen. Die häufigsten Fehler an Schweißnähten sind Risse, Bindefehler, Poren (Gaseinschlüsse), ungenügende Durchschweißung und Feststoffeinschlüsse (Schlacke).
Zerstörungsfreie Schweißnahtprüfung
In vielen Bereichen ist es notwendig, die Qualität der Schweißnähte zu prüfen, ohne das betreffende Bauteil zu zerstören. Zu diesem Zweck existieren zahlreiche Verfahren, die entweder einen direkten Blick in das Innere der Naht erlauben (z. B. mit Röntgenstrahlen) oder indirekte Rückschlüsse auf Beschädigungen zulassen. Angesichts der größeren Zahl von Verfahren zur zerstörungsfreien Schweißnahtprüfung beschränkt sich die folgende Darstellung auf eine kurze Übersicht über die wichtigsten Methoden.
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Visuelle Prüfung oder Sichtprüfung einer Schweißnaht
Eines der wichtigsten Verfahren zur Prüfung von Schweißnähten ist die visuelle Inspektion der Schweißnähte. Einem erfahrenen Sachverständigen ist es bereits durch den optischen Eindruck möglich, Rückschlüsse auf die Qualität der Schweißverbindungen zu ziehen. Mithilfe von Schweißnahtlehren kann darüber hinaus die Geometrie der Naht (z. B. das a-Maß) beurteilt werden.
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Magnetpulverprüfung
Wird ein Werkstück magnetisiert, so verlaufen die Feldlinien parallel zu seiner Oberfläche, sofern diese frei von Rissen und anderen oberflächlichen Fehlern ist. Sollte dies nicht der Fall sein, entsteht ein Streufeld, an dem sich das Magnetpulver (z. B. Eisenpulver) sammelt.
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Wirbelstromprüfung
Bei diesem Verfahren werden mittels Induktion Wirbelströme induziert. An Stellen, an denen sich die Amplitude und/oder Phase der Wirbelströme ändert, ist mit einer Beschädigung des Materials zu rechnen, da Fehlstellen und Verunreinigungen die elektrische Leitfähigkeit beeinflussen.
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Durchstrahlungsprüfung
Im Rahmen der Durchstrahlungsprüfung werden Bauteile mit Röntgen- oder Gammastrahlung durchleuchtet. Je heller eine Stelle erscheint, desto dicker ist das Material dort (da es weniger Strahlung hindurch lässt). So macht diese Untersuchung auch von außen verborgene Fehlstellen sichtbar. Insbesondere bei sicherheitsrelevanten Teilen ist diese Art der Werkstoffprüfung darum ein Standardverfahren.
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Ultraschallprüfung
Die akustischen Eigenschaften von Schallwellen ändern sich an Grenzflächen innerhalb eines Mediums. Wenn in Schweißnähten etwa Risse oder Lunker auftreten, werden die Schallwellen also in diesen Zonen abgelenkt oder ihre Impedanz verändert sich. Diese Eigenschaften des Ultraschalls macht man sich bei der Schweißnahtkontrolle zunutze.
Zerstörende Schweißnahtprüfung
Manche Eigenschaften von Schweißnähten können nur mit zerstörenden Prüfverfahren zuverlässig untersucht werden. Dies ist etwa bei der Prüfung der Merkmale Härte, Zugfestigkeit oder Verformbarkeit der Fall.
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Schliffprüfung
Bei diesem Verfahren wird ein Querschnitt der Schweißnaht poliert und geätzt, um das innere Gefüge sichtbar zu machen. Diese Präparation ermöglicht die detaillierte Betrachtung der Mikrostruktur unter einem Mikroskop. Die Schliffprüfung ist entscheidend für die Bewertung der Qualität der Schweißverbindung, da sie Aufschluss über wichtige Aspekte wie die Korngröße, die Verteilung der Phasen und das Vorhandensein von Mikrodefekten gibt.
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Geometrische Vermessung der Schweißnaht im Querschliff
Bei diesem Verfahren wird ein Querschnitt der Schweißnaht sorgfältig analysiert, um wichtige geometrische Parameter wie Nahtbreite, -tiefe und -profil zu erfassen. Die geometrische Vermessung hilft dabei, sicherzustellen, dass die Schweißnaht nicht nur äußerlich fehlerfrei, sondern auch in ihrer Struktur den spezifischen Anforderungen entspricht.
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Licht- und rasterelektronenmikroskopische Untersuchung
Bei der licht- und rasterelektronenmikroskopischen Untersuchung werden Schweißverbindungen im geätzten Schliff analysiert. Das geschieht z.B. mit einem speziellen Schweißnaht-Analysegerät. Diese mikroskopischen Techniken ermöglichen es, sehr feine Details in der Mikrostruktur der Schweißnaht, wie Korngrößenverteilung, Porosität und Einschlussmorphologie, zu identifizieren und zu bewerten.
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Härteprüfung
Warum ist die Härteprüfung bei Schweißnähten wichtig? Durch das Schweißen kommt es zu Hitzeeintrag in den Grundwerkstoff, wodurch sich dessen Härte verändern kann. Die Härteprüfung dient dazu, unzulässige hohe oder niedrige Härten im Bereich der Schweißnaht auszuschließen. Für die Härteprüfung von Schweißnähten wird die Prüfung nach Vickers verwendet. Auch die Erstellung eines Härtemappings ist möglich, wobei der gesamte Querschnitt einer Schweißnaht mit der Wärmeeinflusszone und den Grundwerkstoffen flächendeckend vermessen wird.
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Zugversuch
Will man die Zugfestigkeit quer zur Schweißnaht bestimmen, bedient man sich des Zugversuchs. Dieser Versuch endet erst mit dem Bruch des Prüflings, da bei einem Bruch in der Schweißnaht Rückschlüsse auf Unregelmäßigkeiten in derselben gezogen werden können.
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Faltversuch
Beim Falt- oder Biegeversuch wird das Werkstück bei einer vorgegebenen Umgebungstemperatur bis zu einem ebenfalls vorgegebenen Biegewinkel gefaltet. Dabei dürfen sowohl am Werkstück selbst als auch an der Schweißnaht keine Risse auftreten.
Kurz zusammengefasst: Schweißnahtprüfung
Der Begriff Schweißnahtprüfung bezeichnet die zerstörungsfreien und zerstörenden Verfahren zur Prüfung der Güte von Schweißnähten. Die Methoden umfassen dabei sowohl die visuelle Begutachtung als auch den Einsatz moderner technischer Geräte wie Röntgenapparate oder Computertomographen.
