Das Schweißen wird beim Verbinden von Metallen in den verschiedensten Bereichen eingesetzt, u. a. im Anlagenbau und im Automobilbereich. Schweißnaht, Grundwerkstoff und Schweißraupe können bei Langzeitgebrauch spannungs- oder korrosionsbedingte Defekte aufweisen. Daher ist es wichtig, die Oberfläche und den Querschnitt von geschweißten Teilen zu betrachten und zu analysieren. In diesem Abschnitt wird die Vorgehensweise zusammen mit Anwendungsbeispielen für die Betrachtung und Analyse mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX vorgestellt.

Methoden zur Betrachtung der Einbrandstruktur und zur Fehleranalyse

Bedeutung der Schweißnahtanalyse

Neben anderen Metallverbindungstechniken ist das Schweißen ein rationelles, luftdichtes Fertigungsverfahren, das in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt wird. Für Infrastruktur, Gebäudestrukturen, Fahrzeuge, Elektrogeräte und elektronische Geräte werden je nach Zweck und Grundwerkstoff verschiedene Schweißverfahren eingesetzt, darunter verschiedene Arten von Lichtbogenschweißen, Laserstrahlschweißen und Widerstandspunktschweißen.

Insbesondere verfahrenstechnische Anlagen sind für einen jahrzehntelangen Einsatz vorgesehen. Diese Anforderung verlangt ein Höchstmaß an Schweißqualität. Es gibt viele Arten von Anlagen, darunter Wärmekraftwerke, petrochemische Anlagen, in denen aus Erdöl neue Materialien hergestellt werden, Anlagen zur Herstellung von allgemeinen Chemikalien, Medikamenten und Lebensmitteln, Wasseraufbereitungsanlagen zur Reinigung von Abwässern und industrielle Abfallentsorgungsanlagen, die Recyclingprozesse durchführen. Alle diese Anlagen sind riesige Einrichtungen, die mit Flüssigkeiten und Gasen mit unterschiedlichen Eigenschaften und in unterschiedlichen Zuständen umgehen. Wenn eine Alterung oder ein Defekt beim Schweißen festgestellt wird, sind die Betrachtung und Analyse der Oberfläche und des Querschnitts von Metallgefügen entscheidend für die Identifizierung des Problems und der Ursache, auch wenn dies keine einfachen Aufgaben sind.

Methoden zur Betrachtung und Analyse von Schweißnähten (Metallgefüge)

Bei Großanlagen wie z. B. Fabrikanlagen kann die Mikroanalyse nicht an der Schweißkonstruktion durchgeführt werden. Für die mikroskopische Betrachtung und Analyse von Oberflächen- oder Innenfehlern, wie z. B. schlechte Schmelze, Schlackeneinschlüsse oder Risse (Spannungskorrosionsrisse und Ermüdungsrisse) im Schweißteil, werden in den meisten Fällen die folgenden zwei Arten von Probenherstellungsmethoden verwendet:

Mikroskopische Betrachtung der mit Harz gefüllten Probe (Einbettung)
Das fehlerhafte Schweißteil wird als Probe ausgeschnitten und zur mikroskopischen Betrachtung des Schweißfehlers bzw. -defekts in Harz eingebettet. Aufgrund des Herausschneidens der Probe ist es möglich, den Querschnitt des Schweißnaht zu betrachten.
Mikroskopische Betrachtung durch SUMP
„SUMP“ steht für Suzuki‘s Universal Micro Printing (Suzukis Universal-Mikrodruck). Wenn eine Probe nicht für die mikroskopische Betrachtung ausgeschnitten werden kann, wird die Oberfläche der Probe auf eine Zelluloidplatte übertragen und mit einem Mikroskop vor Ort betrachtet.

Diese Betrachtungsmethoden einschliesslich der Probenherstellung werden nicht nur in Anlagen eingesetzt, sondern auch im Automobilbau, in der Luft- und Raumfahrt, bei Schienenfahrzeugen und Schiffen, wo Schweißfehler bzw. -defekte zu schweren Unfällen führen können. Dabei wird jeweils das Metallgefüge des Schweißteils mittels Oberflächen- und Querschnittsbetrachtung und anderen Techniken betrachtet und analysiert.

Aktuelle Beispiele für die Betrachtung und Analyse von Schweißnähten

Dank des technologischen Fortschritts in den letzten Jahren haben Digitalmikroskope die Auflösung bei hohen Vergrößerungen deutlich verändert und die Verarbeitbarkeit von Proben für die Betrachtung und Analyse von Schweißnähten verbessert.

Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX von KEYENCE verwendet modernste Bildverarbeitungstechnologien, wie beispielsweise hochauflösende Objektive, einen 4K-CMOS-Sensor und innovative Beleuchtungsoptionen und ermöglicht so Betrachtungen mit klaren Bildern und effizienten Analysen.

Querschnittsbetrachtung und Fehleranalyse der Einbrandstruktur

Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX ermöglicht eine schnelle und einfache Betrachtung der gesamten Probe mit Aufnahmen, die durch die Tiefenzusammensetzung in Echtzeit komplett tiefenscharf angezeigt werden. Mit diesen tiefenscharfen Aufnahmen lassen sich der Zustand des Metallgefüges der Schweißnaht und feine Risse im Grundwerkstoff unabhängig vom Kenntnisstand des Anwenders klar erkennen, so dass Probleme nicht übersehen werden können.

Betrachtung eines Risses im Schweißnahtquerschnitt mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Betrachtung eines Risses im Schweißnahtquerschnitt mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX

Betrachtung der Einbrandstruktur mit SUMP-Proben

Dank der Tiefenzusammensetzung in Echtzeit ermöglicht das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX eine Betrachtung und Analyse von SUMP-Proben und -Abdrucken mit unebenen Oberflächen und geringem Farbton. Diese können mit bei vollständiger Fokussierung auf die gesamte Probe und mit klaren hochauflösenden Aufnahmen durchgeführt werden.

Betrachtung der SUMP-Probe mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Betrachtung der SUMP-Probe mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX

Durchführung von Mikroanalysen vor Ort mit handgeführter Betrachtung

Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX ermöglicht handgeführte Betrachtungen und Analysen und liefert klare Aufnahmen mit hoher Vergrößerung, die durch die hohe Tiefenschärfe des entsprechenden Objektivs erzeugt werden. Mit dieser Betrachtung und Analyse lassen sich sowohl der Zeit- und Arbeitsaufwand für die Herstellung der Proben als auch die zerstörungsfreie Betrachtung und Analyse des eigentlichen Messobjekts vor Ort vermeiden.

Beispiel einer handgeführten Betrachtung
Beispiel einer handgeführten Betrachtung

Verschiedene 2D- und 3D-Messungen mit nur einem Gerät

Mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX sind nicht nur eine klare Vergrößerung und Betrachtung möglich, sondern auch Messungen und Quantifizierungen.
2D- und 3D-Messungen, Rauheitsmessung, Restschmutzanalyse, Korngrößenmessung und andere nützliche Funktionen für die Prüfung von Metallgefügen und Produkten können einfach per Mausklick mit nur einem Gerät durchgeführt werden.

Beispiel einer 3D-Messung
Beispiel einer 3D-Messung

Allgemeine Praktiken für die Betrachtung und Analyse von Schweißnähten

Die Betrachtung und Analyse von Schweißnähten und deren Metallgefüge sind von großer Bedeutung, da diese Vorgänge in engem Zusammenhang mit der Sicherheit verschiedener Metallerzeugnisse und -geräte stehen. Daher erfordern die Betrachtung und Analyse stets hohe Genauigkeit und Präzision. Darüber hinaus ist bei auftretenden Problemen auch Schnelligkeit gefragt.

Die Modellreihe VHX verfügt zusätzlich zu den hier vorgestellten Funktionen über eine Vielzahl weiterer Funktionen. Der automatische Zoom mit einer Vergrößerung von 20x bis 6000x ist einfach zu handhaben und ohne Austausch des Objektivs möglich. Der optische Schatteneffekt-Modus und die Multi-Lighting-Funktion sorgen dafür, dass feinste Details von unebenen Oberflächen klar dargestellt werden. 2D- und 3D-Messungen lassen sich einfach durchführen. Einstellungen können durch Auswahl gespeicherter Daten automatisch reproduziert werden und Berichte lassen sich automatisch mit gespeicherten Daten erstellen.
Dank dieser leistungsstarken Funktionen lassen sich die bisher gängigen Praktiken der Schweißnahtbetrachtung und -analyse hinsichtlich der Klarheit der Bilder, der Arbeitsabläufe sowie der Erfassung, Speicherung und Nutzung der Daten grundlegend verändern.

Für weitere Informationen zur Modellreihe VHX klicken Sie bitte auf die unten angezeigte Schaltfläche, um die Broschüre herunterzuladen. Für Anfragen klicken Sie bitte auf die entsprechende Schaltfläche, um KEYENCE zu kontaktieren.