Einbrandfehler und Optimierung von Messung und Prüfung

Nicht nur Grundwerkstoffe, sondern auch deren Schweißverbindungen (Schweißraupen und Einbrand), bestehen aus metallischen Werkstoffen, in denen Schweißzusatz (wie Schweißdrähte und -stäbe) aufgeschmolzen und erstarrt sind.
Beim klassischen Lichtbogenschweißen verändert sich beispielsweise das Metallgefüge nicht nur im Schweißgut, sondern auch in den von der Schweißwärme betroffenen Teilen des Grundwerkstoffs. Mit dieser ständigen Veränderung ändern sich auch die mechanischen Eigenschaften der metallischen Werkstoffe kontinuierlich. Auf der anderen Seite weist die Verstärkung, die sich auf der Schweißraupenoberfläche bildet, Unregelmäßigkeiten auf. Die Konzentration dieser Unregelmäßigkeiten führt zu einer Abweichung der mechanischen Eigenschaften und damit zu Brüchen aufgrund von Spannungskonzentration.

Die Auswahl der Werkstoffe bei der Festigkeitsauslegung von Metallprodukten erfolgt im Allgemeinen durch die Annahme der auf die Produkte einwirkenden Beanspruchung und die Bestimmung der auf die einzelnen metallischen Werkstoffe einwirkenden Beanspruchung. Auch die auf die Schweißnähte der einzelnen Werkstoffe einwirkenden Beanspruchungen müssen bei der Festigkeitsauslegung berücksichtigt werden, wonach die Schweißqualität erreicht werden muss.
Daher ist es wichtig, die Schweißqualität auf der Grundlage der Festigkeitsauslegung zu prüfen, indem z. B. die Schweißnahtdicke (oder der Schweißnahtquerschnitt, die Größe des Schweißraupenquerschnitts nach dem Schweißen), die Nahtlänge und die Einbrandtiefe gemessen werden. Die Qualität von Schweißnähten kann durch makroskopische Messung von Querschnitten nach dem Schweißen beurteilt werden.

Die Einbrandtiefe steht in engem Zusammenhang mit der Fügefestigkeit. Jegliche Einbrandfehler an Schweißnähten, wie z. B. ein ungeeignetes Verhältnis zwischen Einbrandtiefe und Grundwerkstoff, beeinträchtigen die Qualität und Festigkeit der Schweißnaht erheblich. Am Beispiel des Stumpfschweißens werden im Folgenden typische Einbrandfehler beschrieben.

Unterschiedliche Fugen bewirken auch unterschiedliche Einbrandmuster, was zu Unterschieden in der Festigkeit der Schweißnähte führt.

Schweißverbindung, bei der das Schweißgut mit vollständiger Wurzelschmelze vollständig in die Fuge des zu verbindenden Grundwerkstoffs eindringt, wie beim Stumpfschweißen.
Allgemein kann gesagt werden, dass Durchschweißungen eine hohe Zuverlässigkeit in der Festigkeitsauslegung aufweisen, da sie die gleiche Dehngrenze wie der Grundwerkstoff haben. Andererseits erfordern sie eine hohe Schweißqualität. Besondere Aufmerksamkeit ist an den Enden der Schweißnähte erforderlich, um Mängel wie z. B. Hinterschneidungen zu vermeiden. Ebenso ist es wichtig, die Verstärkung zu kontrollieren und anzupassen, da sich die Beanspruchung auf die übermäßige Verstärkung konzentriert und Risse oder andere Probleme verursacht.

Die Querschnitte von Schweißnähten erschweren manchmal die Beurteilung und Messung aufgrund des geringen Kontrasts der Schweißnahtgrenzen sowohl für den Einbrand als auch für den Grundwerkstoff.

Mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX lassen sich Kanten mit hochauflösenden 4K-Aufnahmen klar erfassen. Selbst bei den Querschnitten von Überlappungen bei Kehlnähten, deren Grenze zwischen Schweißgut und Grundwerkstoff nur schwer zu erkennen ist, lassen sich nun schnell und deutlich klare Kanten, Unterschiede im Metallgefüge und fehlerhafte Bereiche erkennen. Diese Betrachtungen beseitigen Unklarheiten bei der Dimensionsmessung des Einbrandes und reduzieren die Arbeitszeit bei gleichzeitiger Verbesserung der Prüfgenauigkeit.

Die Dimensionsmessung von Schweißnahtquerschnitten ist eine wichtige Prüfung in Bezug auf Festigkeit und Qualität. Es ist jedoch schwierig, Messpunkte aufgrund des geringen Kontrasts zwischen dem Grundwerkstoff und den Schweißraupen zu beurteilen. Zudem müssen die ermittelten Messwerte manuell übertragen werden, was zu anwenderabhängigen Schwankungen führen kann.

Dank der hochauflösenden 4K-Aufnahmen, die Schweißnahtgrenzen klar darstellen können, ermöglicht das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX die 2D-Dimensionsmessung von Nahtlänge, Nahttiefe und Einbrandtiefe durch einfaches Anklicken des Messpunktes. Präzise Messungen lassen sich einfach und in kurzer Zeit durchführen, was zu einem deutlich reduzierten Arbeitsaufwand führt.
Außerdem ermöglicht die automatische Kantenerkennung benutzerunabhängige Messungen. Darüber hinaus wird eine Vielzahl von Prüfanforderungen dank dieser Funktion erfüllt, selbst Dimensionsmessungen können sich durch einfache Auswahl gemessener und gespeicherter Daten aus dem Album reproduziert werden.

Schweißraupen haben durchgehend ungleichmäßige Formen. Bei (diskontinuierlichen) Schweißfehlern auf der Schweißraupenoberfläche, wie z. B. unzureichende Verstärkung, Überlappung, Hinterschneidung, Vertiefungen und Risse, können die vorgegebenen mechanischen Eigenschaften nicht erfüllt werden und es kann zu Brüchen kommen.

Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX setzt einfach und schnell mehrere Fokuspositionen zusammen und ermöglicht eine vollständige Fokussierung und 3D-Dimensionsmessung für Objekte mit unebenen Oberflächen. Zudem lässt sich durch die 3D-Anzeige nicht nur die Schweißraupenform frei aus verschiedenen Winkeln betrachten, sondern auch das Profil eines beliebigen Querschnitts messen. Da Formen und Rauheiten analysiert werden können, lassen sich auch Spritzer, Risse und ähnliche Fehler auf der Grundwerkstofffläche im Bereich der Schweißraupen untersuchen.

Bisher war für den Anwender nicht nur die komplizierte Messung und Prüfung, sondern auch der große Arbeitsaufwand bei der Berichterstellung herausfordernd.
Dank der Berichtfunktion der Digitalmikroskope der Modellreihe VHX können Mess- und Analyseergebnisse in einem Excel-Format exportiert werden. Mithilfe vorab eingerichteter Vorlagen können Sie nicht nur Aufnahmen mit den dazugehörigen Abmessungen, sondern auch Messwerte und OK/NG-Beurteilungen einfach in Berichte konvertieren. Mit diesen Vorlagen wird der Zeit- und Arbeitsaufwand für die Berichterstellung erheblich reduziert.