Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung - Eindringprüfung

Der Nachweis von Oberflächenfehlern gehört zu den ältesten zerstörungsfreien Prüfverfahren. Zunächst kannte man die Kalkmilchprobe. Dabei werden die zu prüfenden Werkstücke etwa 30 min lang in Öl gekocht und anschließend schnell und gründlich getrocknet. Danach taucht man die Werkstücke in eine Aufschlämmung von Schlämmkreide in Spiritus oder von Talkum in Tetrachlorkohlenstoff. Nach dem Herausnehmen verdunsten die Flüssigkeiten schnell, während auf der Oberfläche eine gleichmäßig dünne weiße Schicht haften bleibt. Nach kurzer Zeit tritt das in die Oberflächenöffnungen eingedrungene Öl heraus und färbt die weiße Schicht braun. Die Methode wird heute wegen ihrer Umständlichkeit nicht mehr angewendet. Das erste Patent über die Eindringprüfung wurde bereits 1933 im Gründungsjahr der Deutschen Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung DGZfP veröffentlicht (Berg 1993).

Die Aussagekraft von Eindringprüfungen beruht auf dem Vermögen des Eindringmittels, in Oberflächenungänzen einzudringen und die gesamte Oberfläche zu benetzen. Das Eindringverfahren kann deshalb nur durchgeführt werden, weil die nachzuweisenden Ungänzen zur Oberfläche hin offen und nicht mit Verunreinigungen bedeckt oder gefüllt sind. Im Allgemeinen lassen sich diesbezüglich bereits an den unbehandelten Prüfstückoberflächen nach dem Gießen, Schmieden, Walzen oder Schweißen zufriedenstellende Ergebnisse erzielen. In vielen Fällen liegen diese Oberflächen zur Eindringprüfung jedoch bereits im bearbeiteten Zustand oder gestrahlten Zustand vor, wodurch auch negative Aspekte hinsichtlich der Fehlererkennbarkeit auftreten können, was noch zu diskutieren ist. Auf jeden Fall müssen die zu prüfenden Oberflächen und auch angrenzende Prüfbereiche trocken und frei von Schmutz, Fasern, Fett, Öl, Zunder, Farbe, Rost, Salze, Schweißschlacke und -spritzern, Flussmitteln und anderen Fremdstoffen sein, die die Oberflächenöffnungen verstopfen oder sich auf sonstige Weise störend auf die Prüfung auswirken können.

Der Begriff Prüfmittel bezeichnet bei der Eindringprüfung das Prüfmittelsystem. Beim Eindringverfahren können verschiedene Prüfmittelsysteme verwendet werden. Unter einem Prüfmittelsystem versteht man im Allgemeinen die Kombination der Prüfmittel Reiniger, Eindringmittel, Emulgator Zwischenreiniger und Entwickler. Es kommt für eine optimale Prüfung darauf an, dass in einem Prüfmittelsystem alle Prüfmittel aufeinander abgestimmt sind. Es sollten deshalb vorwiegend Prüfmittel eines beliebigen Herstellers verwendet werden, die dieser als Prüfmittelsystem ausweist. Vom Vermischen von Prüfmitteln wird in den Normen und Regelwerken abgeraten. Der Nachweis für ein bestimmtes Prüfmittelsystem wird vom Hersteller mittels eines Musterzeugnisses einer unabhängigen Prüfstelle und für die einzelnen Prüfmittel anhand von Chargenzeugnissen und von Sicherheitsdatenblättern erbracht.

Bei der Eindringprüfung wurde noch bis vor relativ kurzer Zeit hauptsächlich manuell gearbeitet. Insbesondere in der Luftfahrt und Automobilindustrie entstand aufgrund der Vielzahl der zu prüfenden Teile in der Neufertigung und Revision die zwingende Notwendigkeit, die Prüfvorgänge zu automatisieren. Die Vorteile bei der automatischen Beschichtung der Prüfgegenstände mit Eindringmittel und Entwickler sowie bei der Zwischenreinigung sind technisch und wirtschaftlich erheblich. Ferner steigen die Durchsatzmengen an Prüfstücken bei sinkenden Prüfkosten und Personalaufwand. Wesentlich sind lediglich die Investitionskosten für solche Anlagen, wobei ihre Umweltfreundlichkeit nicht zu übersehen sind.

Nach Abb. 5.1 sind folgende grundsätzliche Kontrollen oder Empfindlichkeitsnachweise für die Prüfmittelsysteme einzuleiten:

Ungänzen in Halbzeugprodukten sind oft ursächlich auf das Erschmelzen, Gießen und Erstarren des Werkstoffes als Gussblock oder als Stranggussbramme zurückzuführen, ehe diese als Block, Bramme oder Knüppel weiterverarbeitet werden.

Die Einteilung nach DIN EN ISO 3452-1 (2013) entspricht der Einteilung nach DIN EN 571-1 und geht von der Kombination der in einem Prüfmittelsystem integrierten Bestandteile Eindringmittel, Zwischenreiniger und Entwickler aus, wobei die Kennbuchstaben in dieser Reihenfolge zur Bezeichnung des Prüfmittelsystems eingesetzt werden (Abb. 7.1). Da jedoch Eindringmittel, Zwischenreiniger und Entwickler aufeinander abgestimmt sein müssen, haben Prüfmittelsysteme mit derselben Kurzbezeichnung nicht automatisch die gleiche Wirksamkeit beim gleichen Einsatzfall.

Nicht alle bei einer Eindringprüfung festgestellten Anzeigen sind für die Beurteilung des Prüfstücks auf seine Verwendbarkeit „relevante“ oder „erhebliche“ Anzeigen. Es gibt auch „nichtrelevante“ oder „unerhebliche“ Anzeigen, die als Schein-, Form- oder Geometrieanzeigen bezeichnet werden. Scheinanzeigen sind im Wesentlichen auf Verfahrensfehler, wie falsche Verfahrensauswahl oder -durchführung oder auch auf unzureichende Prüfmittelqualität zurückzuführen, während Form- und Geometrieanzeigen konstruktiv, z. B. durch schroffe Querschnittsübergänge oder Pressverbindungen bedingt sind. Die Unterscheidung von relevanten und nichtrelevanten Anzeigen ist durch Veränderung der Prüftechnik, des Prüfzeitpunktes oder des Verfahrens möglich. Tabelle 8.1 gibt einen Überblick über die Anzeigenbewertung.

Die wichtigste Grenze der Eindringprüfung ist ihr Verfahrensprinzip, Prüfmittel auf Oberflächen aufzutragen und in von der Oberfläche ausgehende, bereits offene Ungänzen eindringen zu lassen. Damit können dicht unter der Oberfläche liegende Ungänzen nicht angezeigt werden. Die Anzeigeempfindlichkeit hängt demzufolge primär vom Oberflächenzustand und sekundär von den Prüfmitteleigenschaften ab. Sind beispielsweise Oberflächenfehler durch Strahlen oder durch mechanische Bearbeitung unmittelbar an der Oberfläche „zugeschmiert“, kann auch das beste Prüfmittelsystem die Ungänzen nicht in ihrer wahren Größe anzeigen.

Während Normen und Standards zumeist von nationalen oder internationalen Normenausschüssen erarbeitet werden und deshalb in den beteiligten Ländern verbindlichen Charakter besitzen, sind Regelwerke, wie z. B. HP 5/3 (2002) und der ASME-Code (2002) oder KTA 3201 Vorschriften spezieller Anwendungen (Druckbehälter) oder Anwender (Kernkraftwerke). Grundsätzlich sind verfahrens- und objektbezogene Regelwerke zu unterscheiden.

Zur Einhaltung des Arbeits- und Umweltschutzes sind eine Reihe von Gesetzen, Verordnungen, Unfallverhütungsvorschriften und berufsgenossenschaftliche Richtlinien zu beachten, die auszugsweise in Tab. 11.1 zusammengestellt worden sind.