Prüfung des Prüfbades

Bleibt ein Schleifbrand unerkannt und das Bauteil oder gar die gesamte Charge werden weiter verwendet, kann sich der entstandene Schaden unter Umständen auf Hunderttausende von Euro belaufen. Um Bauteile auf diese Oberflächenfehler zu prüfen, wird in der Produktion von Metallteilen meist das Nitalätz-Verfahren eingesetzt. Diese Methode ist bisher die einzige standardisierte Möglichkeit zur Schleifbrandprüfung. Die entsprechende Norm ISO 14104 verlangt jedoch, dass eine Überwachung der Prüfungen mittels Referenzproben, sogenannter Masterteile, erfolgen muss. Ein Hersteller solcher Referenzkomponenten ist die IMQ - Ingenieurbetrieb für Materialprüfung, Qualitätssicherung und Schweißtechnik GmbH, die dazu ein Laser-Verfahren entwickelt hat, mit dem definierte Ersatzfehler in Teile eingebracht werden können.

28. Oktober 2013

Die Deutlichkeit, mit der derartige Stellen nach dem Ätzen zu Tage treten, hängt zum einen vom Zustand des Ätzbades ab. Dieses wird jedoch beim Ätzvorgang „verbraucht“, so dass nach einer bestimmten Anzahl von geätzten Teilen auf der Teileoberfläche vorhandener Schleifbrand nicht mehr sichtbar wird. Eine weitere Fehlerquelle sind zum Beispiel Scheinanzeigen, die durch ungleichmäßiges Ätzen entstehen. Nicht zuletzt ist das Prüfergebnis entscheidend von der Erfahrung und der Aufmerksamkeit der eingesetzten Prüfer abhängig. Die ISO 14104 verlangt deshalb, dass neben regelmäßigen Schulungsmaßnahmen eine Überwachung der Prüfungen mittels Referenzproben, sogenannter Masterteile, erfolgen muss.

Masterteile ermöglichen eine Überwachung des Prüfvorganges

Dafür können Teile mit Schleifbrand verwendet werden, die beim Prüfen aussortiert worden sind. Dies hat aber wesentliche Nachteile: Zur Verwendung als Masterteil muss die beim Ätzen entstandene Oberfläche durch Schleifen entfernt werden. Nach mehreren Einsätzen ist der Schleifbrand abgetragen und das Teil kann nicht mehr verwendet werden. Da aber nicht bekannt ist, welche Tiefenausdehnung die Schleifbrandzone hat, kann auch nicht bestimmt werden, wie oft ein derartiges Teil verwendet werden kann.

Ein weiterer entscheidender Nachteil resultiert daraus, dass Schleifbrand beim Schleifen nicht definiert erzeugt werden kann, sondern eher zufällig entsteht. Es können also durch Schleifen selbst keine Masterteile mit vorher festgelegten Schleifbrandstellen hergestellt werden. Dies ist aber erforderlich, um für die Prüfung einheitliche Bewertungsmaßstäbe zur Verfügung zu stellen. So sollten sowohl die Lage auf dem Bauteil als auch die räumliche Ausdehnung auf der Oberfläche und in die Tiefe definiert eingestellt werden können. Je nach Anforderung an das Bauteil sollten entweder Neuhärtezonen oder nur Anlasszonen vorhanden sein.

Verfahren zur Herstellung von Masterteilen

Bei IMQ wurde daher ein Verfahren entwickelt, Masterteile mit den benötigten Eigenschaften herzustellen. Mittels eines Lasers wird an den vorgegebenen Stellen auf der Bauteiloberfläche kurzzeitig Wärme eingebracht, so dass die gewünschten Anlass-und Neuhärtezonen entstehen. Es ist auch möglich, die Laserenergie so zu dosieren, dass keine optisch sichtbaren Gefügeänderungen sondern lediglich Änderungen des Eigenspannungszustandes hervorgerufen werden.

Das Verfahren und die umfangreichen Erfahrungen, die mittlerweile bei der Fertigung einer Vielzahl von Masterproben bei IMQ gesammelt wurden, ermöglichen es, die geforderten Ersatzfehler mit hoher Genauigkeit und Wiederholbarkeit einzubringen. Selbst mehrere Ersatzfehler auf einem Referenzobjekt sind möglich.

Anhand von Gefügeuntersuchungen und Messungen der Eigenspannungen wurde nachgewiesen, dass die Ersatzfehler ähnliche Eigenschaften wie realer Schleifbrand besitzen. Nach jedem Einsatz muss zwar mittels eines Poliervorgangs die Ätzschicht entfernt werden, da aber die Tiefe des eingebrachten Fehlers bekannt ist und genügend groß gewählt werden kann, sind die Masterteile für mehrere Hundert Ätzungen einsetzbar.

Mit dem Auftraggeber werden die Art, Form und Größe der zu erzeugenden Ersatzfehler sowie ihre Lage auf dem Bauteil besprochen und definiert. Nach diesen Vorgaben werden stets mindestens zwei Teile unter identischen Bedingungen behandelt. Eines der Teile wird für zerstörende Untersuchungen verwendet, um die Eigenschaften der erzeugten Ersatzfehler wie Tiefe oder laterale Ausdehnung bestimmen und dokumentieren zu können. Die anderen werden als Master verwendet. Der Auftraggeber erhält zudem zu jedem Masterteil ein Zertifikat, in dem die Eigenschaften der Ersatzfehler erfasst sind.

Anwendung zur Überwachung des Nitalätzens nach ISO 14104

Die Masterteile können direkt in den laufenden Prüfprozess eingeschleust werden, anhand des Befundes lässt sich feststellen, ob das Ätzbad noch einsatzbereit ist. Darüber hinaus kann kontrolliert werden, ob die Prüfer aufmerksam arbeiten und alle Teile mit Schleifbrand erkennen und aussortieren.

Eine weitere Einsatzmöglichkeit besteht bei der Schulung der Prüfer. Hier dienen die Masterteile als Vergleichsstücke zum Erlernen der Technik des Ätzens und zur Beurteilung der Befunde. Schließlich können Masterteile zu sogenannten Ringversuchen eingesetzt werden, bei denen mehrere Laboratorien teilnehmen, um ihre angewandten Methoden zu überprüfen.

Neben dem Einsatz zur Überwachung des Nitalätzens können die Masterteile auch zur Kalibrierung und Überwachung zerstörungsfreier Prüfungen mit magnetinduktiven Prüfverfahren verwendet werden. Bislang wurden bereits Testteile für renommierte Automobilhersteller und -zulieferer, Wälzlagerhersteller und auch für Produzenten von zerstörungsfrei arbeitenden Prüfgeräten gefertigt.