Qualitätskontrolle von rührreibschweissungen
Die Qualitätskontrolle für das Rührreibschweißen (FSW) ist entscheidend, um die Zuverlässigkeit und Leistung geschweißter Strukturen in verschiedenen industriellen Anwendungen sicherzustellen. Das Rührreibschweißen ist eine innovative Methode, die zahlreiche Vorteile bietet, darunter eine bessere mechanische Festigkeit und eine Reduzierung von Defekten im Vergleich zu traditionellen Schweißmethoden. Um jedoch sicherzustellen, dass diese Schweißnähte den Qualitäts- und Sicherheitsstandards entsprechen, sind strenge Inspektionen unerlässlich. Dieser Artikel untersucht verschiedene Methoden der Qualitätskontrolle, wobei der Schwerpunkt auf zerstörenden und zerstörungsfreien Techniken liegt, um eine umfassende Bewertung der Integrität von FSW-Schweißnähten zu ermöglichen.
Zerstörende Prüfungen beim Rührreibschweißen
Zerstörende Prüfungen sind ein wesentlicher Ansatz zur Bewertung der Qualität von Rührreibschweißnähten (FSW). Im Gegensatz zu zerstörungsfreien Methoden beinhalten diese Tests die teilweise oder vollständige Zerstörung des Probenstücks, um detaillierte Informationen über die innere Struktur und die mechanische Festigkeit der Schweißnaht zu erhalten. Obwohl dieser Ansatz für Serieninspektionen nicht geeignet ist, bietet er ein tiefes Verständnis potenzieller Defekte und der Gesamtleistung der Schweißnaht. Die am häufigsten verwendeten Methoden in dieser Kategorie umfassen Untersuchungen gemäß ISO 25239, Drucktests und Ermüdungstests.
Zerstörende Prüfungen gemäß ISO 25239
Makrographie
Makrographie ist eine wesentliche Technik zur Bewertung der Qualität von Rührreibschweißnähten (FSW). Diese Methode besteht darin, einen Querschnitt der Schweißnaht zu schneiden, auch metallographischer Schnitt genannt, um deren innere Struktur unter einem Mikroskop zu untersuchen. Die Hauptdefekte, nach denen gesucht wird, sind Wurmlöcher, die kontinuierliche Hohlräume in der Schweißnaht sind, und unzureichende Durchdringung (Lack of Penetration – LOP), die auf eine unzureichende Schweißnahtdurchdringung und damit einen Mangel an Vermischung an der Wurzel der Schweißnaht hinweisen. Diese Defekte können die strukturelle Integrität der Schweißnaht beeinträchtigen. Darüber hinaus ermöglicht die Makrographie die Identifizierung subtiler Defekte wie Hakenbildung (Hooking), eine Deformation in der Nähe der Schweißnaht, und Kissing Bond, ein Bindungsfehler zwischen den geschweißten Materialien. Obwohl weniger sichtbar, können diese die Leistung der Schweißnaht unter bestimmten Belastungsbedingungen (hauptsächlich zyklische Ermüdung) beeinflussen.
Entdecken Sie hier die 4 Schritte zur Makrografie:
U-Biegeversuch von Vorder- und Rückseite für Rührreibschweißnähte von Kante zu Kante (U)
Der U-Biegeversuch von Vorder- und Rückseite ist eine häufig verwendete Methode zur Bewertung der Duktilität und Festigkeit von Rührreibschweißnähten in Kante-zu-Kante-Konfiguration. Diese Methode hebt Defekte der unzureichenden Durchdringung (Lack of Penetration – LOP) auf der Rückseite der Schweißnaht hervor. Durch das Biegen der Probe werden Schwachstellen durch das Versagen der Schweißnaht offensichtlich, was die Identifizierung potenzieller Probleme erleichtert. Dieser Test ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die Schweißnaht eine gleichmäßige Festigkeit aufweist und keine kritischen Bereiche vorhanden sind, die unter Last zu einem Versagen führen könnten.
S-Biegeversuch für transparente Rührreibschweißnähte
Der S-Biegeversuch wird verwendet, um den Einfluss interner Defekte wie Hooking und Kissing Bond zu bewerten. Obwohl dieser Test diese Defekte nicht direkt sichtbar macht, hebt er deren Auswirkungen auf die Schweißnaht in Bezug auf Verformung und Festigkeit hervor. Durch das Einwirken komplexer Biegebelastungen auf die Schweißnaht liefert der Test wertvolle Informationen über die Spannungsverteilung und die Fähigkeit der Schweißnaht, unterschiedlichen Lastbedingungen standzuhalten.
Zugversuch für Kante-zu-Kante-Rührreibschweißnähte
Der Zugversuch ist eine wesentliche zerstörende Technik zur Bewertung der mechanischen Festigkeit von Kante-zu-Kante-Schweißnähten. Durch das Aussetzen der Schweißnaht einer Zugkraft bis zum Bruch ist es möglich, die Effizienz der Verbindung zu messen und ihre Fähigkeit zu bestimmen, mechanische Belastungen zu tragen. Die Ergebnisse dieses Tests liefern wichtige Daten zur mechanischen Festigkeit der Schweißnaht und gewährleisten, dass die Schweißnaht die angegebenen Leistungsanforderungen erfüllt. Dieser Test ist besonders wichtig für Anwendungen, bei denen die Festigkeit und Zuverlässigkeit der Schweißnaht von größter Bedeutung sind.
Weitere zerstörende Prüfmethoden
Drucktests
Der Drucktest, allgemein als „Burst-Test“ bezeichnet, ist eine zerstörende Methode zur Bewertung der Widerstandsfähigkeit einer Schweißnaht gegen hohen Innendruck. Diese Technik besteht darin, die Schweißnaht einem steigenden Druck auszusetzen, bis die Probe platzt. Ziel dieses Tests ist es, den maximalen Druck zu bestimmen, den die Schweißnaht aushalten kann, bevor sie versagt. Dieser Test ist besonders relevant für Anwendungen, bei denen Schweißnähte unter Druck stehende Flüssigkeiten oder Gase enthalten müssen, wie z.B. Wärmetauscher, Tanks oder Hydrauliksysteme. Die Ergebnisse liefern klare Hinweise auf die Qualität und Zuverlässigkeit der Schweißnaht, indem potenzielle Schwachstellen identifiziert werden, die im Betrieb zu Ausfällen führen könnten.
Ermüdungstests
Ermüdungstests sind entscheidend für die Bewertung der Haltbarkeit von Schweißnähten unter wiederholten zyklischen Belastungen. Diese Tests simulieren die realen Bedingungen, denen die Schweißnähte während ihrer Nutzungsdauer ausgesetzt sind. Es gibt zwei Hauptmethoden der Ermüdungsprüfung: wiederholtes Biegen und zyklisches Ziehen:
Diese Ermüdungstests sind entscheidend, um sicherzustellen, dass die Schweißnähte den Betriebsbedingungen standhalten können, ohne vorzeitig zu versagen, und somit die langfristige Sicherheit und Zuverlässigkeit geschweißter Strukturen gewährleisten.
Zerstörungsfreie Prüfungen beim Rührreibschweißen
Zerstörungsfreie Prüfungen (NDT) sind ein grundlegender Ansatz zur Bewertung der Qualität von Rührreibschweißnähten (FSW), ohne die geprüften Teile zu beschädigen. Diese Techniken ermöglichen die Erkennung interner und oberflächlicher Defekte und gewährleisten so die Integrität der Schweißnähte bei gleichzeitiger Beibehaltung ihrer Funktionalität.
Visuelle Inspektion
Die visuelle Inspektion ist oft der erste Schritt der zerstörungsfreien Prüfung einer Schweißnaht. Diese einfache und schnelle Methode ermöglicht die Erkennung sichtbarer Oberflächendefekte wie Risse, Porosität und Verformungen. Obwohl auf externe Defekte beschränkt, ist die visuelle Inspektion für eine erste Qualitätsbewertung der Schweißnaht unerlässlich.
Ultraschallprüfung
Die Ultraschallprüfung ist eine zerstörungsfreie Technik, die hochfrequente Schallwellen zur Erkennung interner Defekte in der Schweißnaht verwendet. Zwei Varianten sind besonders relevant für FSW:
Röntgenradiographie und -tomographie
Die Röntgenradiographie verwendet Röntgenstrahlen, um Bilder der inneren Struktur der Schweißnaht zu erzeugen. Diese Methode ist effektiv bei der Erkennung von Defekten wie Wurmlöchern und signifikantem LOP. Die Radiographie liefert eine zweidimensionale Ansicht der Schweißnaht und zeigt Dichtevariationen, die auf Defekte hinweisen.
Die Röntgentomographie, eine fortschrittlichere Variante, verwendet mehrere unter verschiedenen Winkeln aufgenommene Radiographiebilder, um ein dreidimensionales Bild der Schweißnaht zu erstellen. Diese Technik bietet eine detailliertere Visualisierung interner Defekte und ist besonders nützlich für komplexe Analysen, die eine tiefere Inspektion erfordern.
Eindringprüfung
Die Eindringprüfung ist eine einfache und effektive Methode zur Erkennung von offenen Oberflächendefekten wie Rissen und offenen Wurmlöchern. Diese Technik besteht darin, eine farbige oder fluoreszierende Eindringflüssigkeit auf die Schweißnahtoberfläche aufzutragen. Die Flüssigkeit dringt in die offenen Defekte ein. Nach einer bestimmten Zeit wird die überschüssige Flüssigkeit gereinigt und ein Entwickler aufgetragen, um die verbleibende Flüssigkeit in den Defekten hervorzuheben und sichtbar zu machen. Die Eindringprüfung ist besonders nützlich zur Erkennung unzureichender Durchdringung und Oberflächendefekte, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind.
Wirbelstromprüfung
Die Wirbelstromprüfung ist eine zerstörungsfreie Methode, die elektromagnetische Felder zur Erkennung von Oberflächen- und Untergrunddefekten in leitfähigen Materialien verwendet. Diese Technik umfasst die Anwendung eines Wechselstroms auf eine Spule, wodurch ein Magnetfeld erzeugt wird. Wenn die Spule nahe der Schweißnahtoberfläche platziert wird, interagieren induzierte Wirbelströme im Material mit Defekten und verändern das Magnetfeld. Diese Änderungen werden erkannt und analysiert, um Anomalien wie unter der Oberfläche liegende Wurmlöcher und unzureichende Durchdringung zu identifizieren. Die Wirbelstromprüfung ist schnell und empfindlich und bietet eine effektive Methode zur Bewertung von FSW-Schweißnähten mit einer Dicke von weniger als 5 mm.
Diese zerstörungsfreien Prüfmethoden sind entscheidend, um die Qualität und Zuverlässigkeit von Rührreibschweißnähten sicherzustellen und potenzielle Defekte zu erkennen und zu beheben, ohne die Integrität der geprüften Strukturen zu beeinträchtigen.
Die Qualitätskontrolle von Rührreibschweißnähten ist ein unverzichtbarer Prozess, um die Robustheit und Zuverlässigkeit geschweißter Strukturen sicherzustellen. Zerstörende Methoden wie die nach ISO 25239, Drucktests und Ermüdungstests bieten ein tiefes Verständnis der Leistung und potenzieller Defekte der Schweißnähte. Gleichzeitig bieten zerstörungsfreie Techniken wie visuelle Inspektion, Ultraschallprüfung, Röntgenradiographie und -tomographie, Eindringprüfung und Wirbelstromprüfung eine umfassende Bewertung, ohne die geprüften Teile zu beschädigen. Durch die Kombination dieser Ansätze kann sichergestellt werden, dass FSW-Schweißnähte den höchsten Qualitäts- und Sicherheitsstandards entsprechen und somit die Haltbarkeit und Leistung der Endprodukte in ihren jeweiligen Anwendungen gewährleistet sind.
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