Porositätsanalyse
Eine geringe Porosität ist entscheidend, um eine hohe Materialfestigkeit und lange Lebensdauer eines Produktes zu gewährleisten. Durch eine präzise Porositätsanalyse können solche Schwachstellen frühzeitig erkannt und die Qualität und Zuverlässigkeit von Produkten sichergestellt werden.
Inhaltsverzeichnis
- Was ist die Porositätsanalyse?
- Poren, Lunker und Einschlüsse identifizieren
- Quality Analysis: ihre ganzheitliche Porositätsanalyse vom Experten
- Rasche und zuverlässige Messergebnisse
- Messmethoden der Porositätsanalyse
- Vorteile der Porositätsanalyse mittels Industrieller Computertomographie
- Welche Porositätsparameter gibt es?
- Wie erfolgt die Porositätsanalyse?
- Richtlinien der Porositätsanalyse
- Technische Einflussgrößen der Porositätsanalyse
- Porositäts- und Einschlussanalyse für verschiedene Anwendungsbereiche
- Kurz zusammengefasst: Porositätsanalyse
Was ist die Porositätsanalyse?
Die Porositätsanalyse ist ein Verfahren zur Materialuntersuchung im Inneren eines Bauteils. Sie ist darauf ausgelegt, Volumendefizite wie Poren, Lunker und Einschlüsse exakt zu identifizieren und zu quantifizieren. Diese Analyse spielt eine zentrale Rolle bei der Qualitätssicherung und der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) von Bauteilen, insbesondere in der Fertigungsindustrie.
Poren, Lunker und Einschlüsse identifizieren
Bei der Qualitätssicherung von Bauteilen ist es entscheidend, Defekte wie Poren, Lunker und Einschlüsse frühzeitig zu erkennen. Diese Fehlstellen entstehen häufig während des Herstellungsprozesses und können die Stabilität, Funktionsfähigkeit und Lebensdauer eines Bauteils negativ beeinflussen.
Porenanalyse
Die Porenanalyse beschäftigt sich mit der Identifikation und Bewertung von Hohlräumen innerhalb eines Materials, die als Poren bezeichnet werden. Diese entstehen meist durch eingeschlossene Luft oder Gase während des Herstellungsprozesses, etwa beim Gießen oder Spritzgießen.
Lunkeranalyse
Lunker sind größere Hohlräume, die oft beim Gussprozess entstehen und auf Materialschrumpfungen während des Abkühlens zurückzuführen sind. Sie können die Stabilität und Festigkeit des Bauteils erheblich beeinträchtigen. Die Lunkeranalyse dient dazu, diese Materialdefizite zu lokalisieren und zu bewerten.
Einschlussanalyse
Einschlüsse bezeichnen Fremdmaterialien, die während des Produktionsprozesses in das Bauteil eingebettet werden. Diese können aus verschiedenen Gründen entstehen, zum Beispiel durch Verunreinigungen des Ursprungsmaterials oder unsaubere Produktionsbedingungen. Die Einschlussanalyse ist entscheidend, um die Auswirkungen dieser Defekte auf das Material und die Bauteilqualität zu bestimmen.
Quality Analysis:
ihre ganzheitliche Porositätsanalyse vom Experten
Wir bieten Ihnen das gesamte Spektrum der Detektion und Analyse von Poren, Lunkern und Einschlüssen, inklusive der erweiterten Porositätsanalyse gemäß den Richtlinien P203, P202 und P201.
Rasche und zuverlässige
Messergebnisse
- zerstörungsfreie Prüfung und zerstörende Prüfungen
- 3D-Computertomographie
- Auswertung der CT-Daten durch Software VGSTUDIOMAX von Volume Graphics und ZEISS Inspect, ehemals GOM Inspect
- Elementanalyse von Einschlüssen mittels EDX-Analyse
- Soll-Ist-Vergleich
- Porositätsanalyse in metallischen Werkstoffen und Schichten
Messmethoden der Porositätsanalyse
Die Industrielle Computertomographie gilt als die bevorzugte Methode für eine hochpräzise, dreidimensionale Porositätsanalyse. Dennoch existieren auch andere Verfahren, die zur Identifizierung und Analyse von Porosität eingesetzt werden. Im Folgenden liegt der Fokus auf einem Vergleich der ICT und der Materialographie als zwei zentrale Ansätze.
Industrielle Computertomographie
Die Industrielle Computertomographie nutzt Röntgenstrahlen, um eine Serie von Querschnittsbildern des Bauteils zu erstellen, die anschließend zu einem detaillierten, dreidimensionalen Modell zusammengeführt werden. Dabei ermöglicht die CT eine vollständige, zerstörungsfreie Abbildung der inneren Strukturen.
Materialographie
Bei der Materialographie hingegen handelt es sich um eine zerstörende Methode, bei der ein Querschnitt des Materials präpariert und mikroskopisch untersucht wird. Diese Technik ermöglicht eine detaillierte Analyse von Poren und Einschlüssen und wird hauptsächlich in der metallischen Werkstoffprüfung angewendet.
Vorteile der Porositätsanalyse mittels Industrieller Computertomographie
Bei der Porositätsanalyse bietet die industrielle Computertomographie (ICT) entscheidende Vorteile gegenüber anderen Methoden. Dank ihrer zerstörungsfreien Prüfweise liefert die CT besonders schnelle Ergebnisse und das Bauteil bleibt während der Analyse intakt. Dies ermöglicht es, dasselbe Bauteil mehrfach zu untersuchen oder in unterschiedlichen Produktionsstadien zu überwachen. Das macht die ICT zur idealen Wahl für die kontinuierliche Prozessüberwachung und -optimierung.
3D-Computertomographie für präzise Porendetektion
Als Teil der CT liefert die 3D-Computertomographie (3D-CT) eine umfassende dreidimensionale Darstellung der inneren Strukturen. Auf diese Weise können Defekte, Lunker, Einschlüsse und Poren nicht nur leichter identifiziert, sondern auch äußerst präzise lokalisiert werden.
Zusätzlich ermöglicht die 3D-CT nicht nur präzise Messungen am Prüfobjekt selbst, sondern bietet auch die Möglichkeit, die Ergebnisse der 3D-Vermessung direkt mit den CAD-Daten durch einen Soll-Ist-Vergleich abzugleichen.
Welche Porositätsparameter gibt es?
Es gibt eine Vielzahl von Porositätsparametern, die als entscheidende Kenngrößen zur Bewertung der Materialqualität verwendet werden. Zu den wichtigsten Parametern gehören die Porengröße, das Porenvolumen, die Porendichte sowie die Verteilung der Poren im Bauteil. Diese Parameter geben Aufschluss darüber, wie stark das Bauteil von Porosität betroffen ist und wie sich diese auf die strukturelle Integrität auswirken.
Wie erfolgt die Porositätsanalyse?
1.
Datenerfassung mittels CT
Zu Beginn wird das Bauteil mittels Computertomographie gescannt. Röntgenstrahlen erfassen das Bauteil in einer Serie von 2D-Querschnittsbildern, die anschließend zu einem dreidimensionalen Modell zusammengefügt werden. Dies ermöglicht eine detaillierte Erfassung der gesamten inneren Struktur des Bauteils.
2.
Segmentierung der Volumendefizite
Durch spezialisierte Software werden die Volumendefizite segmentiert, wobei sie von der restlichen Materialstruktur getrennt und als eigenständige Bereiche markiert werden. Dies ermöglicht eine präzise Bestimmung von Größe, Form und Position der betroffenen Bereiche. So können kritische Stellen exakt lokalisiert und ihr potenzieller Einfluss auf die Bauteilfestigkeit bewertet werden.
3.
Analyse, Messung und Bewertung
Die Software misst nun die segmentierten Poren hinsichtlich ihrer Größe, Volumen und Position. Parameter wie das Porenvolumenverhältnis werden berechnet, um die Materialintegrität zu beurteilen. Anschließend erfolgt die Bewertung des Bauteils gemäß Normen oder Richtlinien (z.B. BDG-Richtlinie P 203), die festlegen, welche Porengrößen und -verteilungen akzeptabel sind und wann ein Bauteil als fehlerhaft gilt.
4.
Porositätsschlüssel
Die Vorgabe einer zulässigen Porosität erfolgt in Form eines Schlüssels. Dieser sogenannte Porositätsschlüssel dient als Referenz, um Porositätsparameter wie Porengröße, Porenvolumen oder Porendichte im Bauteil anhand festgelegter Kriterien zu bewerten. Er legt fest, welche Poren als kritisch angesehen werden und welche noch innerhalb der Toleranzen liegen.
Richtlinien der Porositätsanalyse
Die BDG-Richtlinien (Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie) dienen als wichtige Normen und Leitlinien für die Porositätsanalyse und werden in der Industrie oft als Referenz herangezogen, um die Qualität von Gussbauteilen zu bewerten. Besonders relevant sind die Richtlinien P 201, P 202 und P 203, die sich auf die Erfassung, Analyse und Bewertung von Poren und anderen Volumendefiziten in Gussstücken konzentrieren.
VDG P 201 und BDG 202
Das VDG-Merkblatt P 201 und die BDG-Richtlinie P 202 bieten zusammen eine umfassende Grundlage für die zerstörungsfreie Porositätsanalyse. P 201 ermöglicht die Klassifizierung grundlegender Porenparameter wie maximale Flächenporosität und Porendurchmesser in zweidimensionalen Schnittbildern. Die P 202 erweitert diese Analyse um zusätzliche Parameter, darunter die Anzahl der Poren und den kleinsten Abstand zwischen ihnen.
BDG-Richtlinie P 203
Die BDG-Richtlinie P 203 erweitert die Porositätsanalyse auf die dritte Dimension und ermöglicht die Untersuchung ganzer Volumendefizite in 3D-Modellen. Sie umfasst die dreidimensionale Charakterisierung von Poren hinsichtlich Größe, Form und Position sowie die gezielte Bewertung funktionsrelevanter Bereiche im Bauteil. Diese Richtlinie ist entscheidend, um Defekte in komplexeren Bauteilen und in kritischen Bereichen präzise zu bewerten.
Technische Einflussgrößen der Porositätsanalyse
Die Genauigkeit einer Porositätsanalyse hängt von mehreren entscheidenden Einflussgrößen ab. Eine sorgfältige Kalibrierung und Anpassung dieser Parameter ist daher unerlässlich, um präzise und aussagekräftige Ergebnisse zu gewährleisten.
Voxelgröße
Die Voxelgröße, also die Auflösung der CT-Bilder in drei Dimensionen, spielt eine wesentliche Rolle bei der Präzision der Porositätsanalyse. Kleinere Voxelgrößen ermöglichen eine detailliertere Darstellung der inneren Strukturen und Defekte, da sie eine höhere räumliche Auflösung bieten. Eine zu große Voxelgröße kann dazu führen, dass kleinere Poren oder feine Details nicht erkannt werden, was die Genauigkeit der Analyse beeinträchtigt.
Grauwertkontrast
Der Grauwertkontrast ist entscheidend für die Unterscheidung zwischen verschiedenen Materialbereichen und den darin enthaltenen Poren. Ein hoher Grauwertkontrast verbessert die Fähigkeit der Software, Poren von der restlichen Materialstruktur zu unterscheiden. Ein unzureichender Kontrast kann dazu führen, dass Poren nur ungenau oder gar nicht erkannt werden, was die Analyseergebnisse verfälschen kann.
Schwellwertsetzung
Die Schwellwertsetzung ist der Prozess, bei dem ein Grenzwert definiert wird, ab dem ein Bildbereich als Pore identifiziert wird. Die Wahl des richtigen Schwellwerts ist kritisch, da sie beeinflusst, welche Bereiche des Bildes als Poren betrachtet und welche als Material interpretiert werden. Ein zu niedriger Schwellwert kann dazu führen, dass kleinere oder weniger signifikante Poren erkannt werden, während ein zu hoher Schwellwert möglicherweise größere oder bedeutende Defekte übersieht.
Porositäts- und Einschlussanalyse für verschiedene Anwendungsbereiche
Automotive
In der Automobilindustrie ist die Porositätsanalyse eingesetzt, um sicherheitskritische Bauteile wie Zylinderköpfe, Getriebegehäuse oder andere funktionelle Komponenten auf Defekte wie Poren, Lunker und Einschlüsse zu untersuchen. Dank der industriellen Computertomographie können solche Fehler zerstörungsfrei erfasst und analysiert werden, wodurch die Qualität und Zuverlässigkeit der Bauteile sichergestellt werden.
Additive Fertigung
Porosität stellt in der additiven Fertigung ein erhebliches Risiko dar, da poröse Bauteile anfällig für Risse und strukturelle Schwächen sind. Mithilfe der industriellen Computertomographie wird der Porenanteil präzise bestimmt, und es lassen sich die genaue Lage und Größe der Poren, Lunker sowie das Lunker-Volumen-Verhältnis erfassen. Dies ermöglicht eine exakte Qualitätsbewertung und -optimierung der gefertigten Teile.
Kunststoffindustrie
Mit den steigenden Anforderungen an Toleranzen im Kunststoffspritzguss wird eine präzise Porositätsanalyse immer wichtiger. Sie ermöglicht es, Lufteinschlüsse und Porositäten frühzeitig zu erkennen und die Spritzgussqualität genau zu überprüfen. Besonders bei Erstmusterprüfungen tragen detaillierte Porositäts- und Einschlussanalysen zur Optimierung des Fertigungsprozesses und zur Sicherstellung der Bauteilqualität bei.
Kurz zusammengefasst: Porositätsanalyse
Die Porositätsanalyse ermöglicht es, Fehler und Defekte wie Poren, Lunker und Einschlüsse in Bauteilen präzise zu identifizieren. Besonders die industrielle Computertomographie hat sich als effektive Methode erwiesen, um die innere Struktur von Bauteilen vollständig zu erfassen und dreidimensional darzustellen. Die Einhaltung von Standards wie die BDG-Richtlinien und der Einsatz moderner Softwarelösungen gewährleisten eine zuverlässige und präzise Bewertung der Porosität und anderer Defekte.
