Ultraschallprüflösungen zur Erkennung interner Defekte in CNC-bearbeiteten Teilen

Einleitung: Warum benötigen CNC-bearbeitete Teile eine Prüfung auf innere Fehler?

In der Präzisionsfertigung hängt die Bauteilqualität nicht nur von Maßgenauigkeit und Oberflächengüte ab, sondern vor allem von der Integrität der inneren Struktur. Als Ingenieure bei Neway beobachten wir im täglichen Qualitätsmanagement häufig, dass selbst optisch einwandfreie CNC-bearbeitete Teile verschiedene potenzielle innere Defekte enthalten können. Diese verborgenen Fehlstellen sind wie Zeitbomben, die nach Inbetriebnahme der Teile zu katastrophalen Ausfällen führen können.

Die Anforderungen an die Zuverlässigkeit von Komponenten in der modernen Industrie steigen stetig, insbesondere in sicherheitskritischen Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und Energieanlagen. Selbst eine winzige innere Pore oder ein kleiner Riss kann zum Totalausfall eines Systems führen. Daher ist es unerlässlich, wirksame zerstörungsfreie Prüfverfahren einzusetzen, um eine umfassende „Gesundheitsprüfung“ der Teile durchzuführen. Unter den vielen Prüftechnologien hat sich die Ultraschallprüfung aufgrund ihrer einzigartigen Vorteile zu unserer bevorzugten Methode zur Erkennung innerer Defekte entwickelt.

Ultraschallprüfung (UT) verständlich erklärt: Grundlagen und Vorteile

Wie funktioniert die Ultraschallprüfung?

Das Grundprinzip der Ultraschallprüfung basiert auf dem Ausbreitungsverhalten hochfrequenter Schallwellen in Werkstoffen. Wenn sich Ultraschallwellen in einem homogenen Material ausbreiten, behalten sie ihre Richtung und Energie bei. Sobald sie auf eine fehlerhafte Grenzfläche treffen, wird ein Teil der Schallenergie reflektiert. Durch die Analyse dieser reflektierten Signale können wir die Lage, Größe und Art innerer Defekte präzise bestimmen.

In unserem Labor besteht das Ultraschallprüfsystem hauptsächlich aus einer Ultraschallsonde, einem Impulsgenerator, einem Empfänger und einer Signalanzeigeeinheit. Die Sonde fungiert gleichzeitig als Sender und Empfänger der Schallwellen und wird mithilfe eines Koppelmittels an die Bauteiloberfläche angekoppelt, um eine einwandfreie Schallübertragung sicherzustellen. Nach dem Eindringen in das Bauteil breiten sich die Schallwellen im Inneren aus und erzeugen Echos, wenn sie auf unterschiedliche Mediengrenzen treffen. Diese Echos werden verstärkt, verarbeitet und als Wellenformen auf dem Bildschirm dargestellt. Erfahrene Prüfpersonal interpretiert die Eigenschaften dieser Wellenformen, um die innere Qualität des Bauteils zuverlässig zu bewerten.

Welche einzigartigen Vorteile bietet UT im Vergleich zu Röntgen- und Magnetpulverprüfung?

Im Vergleich zu anderen zerstörungsfreien Prüfverfahren bietet die Ultraschallprüfung unverzichtbare Vorteile. Erstens ist ihre Durchdringungsfähigkeit ausgezeichnet: UT kann innere Defekte in großen Schmiedeteilen und dickwandigen Komponenten nachweisen, bei denen Röntgenverfahren an ihre Grenzen stoßen. Zweitens ist die Ultraschallprüfung besonders empfindlich gegenüber flächenhaften Fehlstellen und kann kritische Unregelmäßigkeiten wie Risse und Bindefehler zuverlässig erkennen, wenn diese senkrecht zum Schallbündel orientiert sind.

Hinsichtlich der Empfindlichkeit kann UT deutlich kleinere Fehler nachweisen und theoretisch Anzeigen mit einem äquivalenten Durchmesser von bis zu einer halben Wellenlänge erkennen. Darüber hinaus ist Ultraschallausrüstung relativ mobil, kosteneffizient und erzeugt keine Strahlenbelastung. Diese Eigenschaften machen UT zu einem unverzichtbaren Bestandteil unseres Qualitätssicherungssystems für Präzisionsbearbeitungsdienste.

Häufige Arten innerer Defekte in CNC-bearbeiteten Komponenten

Schrumpfungsporosität und Lunker

Diese Defekte treten hauptsächlich in Gussteilen und bestimmten Schmiedeteilen auf. Während der Bearbeitung von Superlegierungen können infolge des Volumenschwunds beim Erstarren Schrumpfungsporosität und Lunker entstehen. Solche Defekte verringern die mechanischen Eigenschaften erheblich und neigen dazu, bei zyklischer Belastung als Anrissstellen für Ermüdungsrisse zu wirken.

Innere Risse und nichtmetallische Einschlüsse

Innere Risse können aus metallurgischen Fehlern des Vormaterials stammen oder während der Mehrachsenbearbeitung durch die Freisetzung von Eigenspannungen entstehen. Nichtmetallische Einschlüsse wie Oxide und Sulfide werden während des Stahlherstellungsprozesses eingebracht. Bei der Bearbeitung von Titanlegierungen und der Bearbeitung von Edelstahl können diese Einschlüsse die Korrosionsbeständigkeit und Ermüdungsfestigkeit stark beeinträchtigen.

Bindefehler und Porosität

In additiv gefertigten und geschweißten Komponenten sind Bindefehler ein häufiges Prozessproblem. Während der Prototypenfertigung und Kleinserienproduktion kann Porosität durch eingeschlossene Gase oder ungeeignete Prozessparameter entstehen. Diese Defekte verkleinern den wirksamen tragenden Querschnitt und verursachen im Einsatz erhebliche Spannungsüberhöhungen.

Neways Ultraschallprüflösungen und Serviceprozess

Schritt 1: Vorabberatung und maßgeschneiderter Prüfplan

Unsere Dienstleistung beginnt mit einer gründlichen Bewertung der Kundenanforderungen. Unser Ingenieurteam analysiert die Einsatzbedingungen, Abnahmekriterien und potenziellen Fehlertypen der Bauteile und entwickelt auf dieser Grundlage einen maßgeschneiderten Prüfplan. In dieser Phase legen wir besonderen Wert auf die Kommunikation mit dem Kunden, um sicherzustellen, dass die Lösung sowohl wirtschaftlich als auch technisch fundiert ist.

Schritt 2: Oberflächenvorbereitung und Ankoppelung

Vor der Prüfung ist eine geeignete Oberflächenvorbereitung erforderlich, in der Regel mit einer Oberflächenrauheit von Ra ≤ 6,3 μm. Wir verwenden spezielle Koppelmittel, um Luftspalte zwischen Sonde und Werkstückoberfläche zu beseitigen und so eine effiziente Schallübertragung sicherzustellen. Für Bauteile mit komplexen Geometrien konstruieren wir spezielle Sondenhalterungen, um eine stabile Abtastung zu gewährleisten.

Schritt 3: Scannen mit moderner UT-Technik und Datenerfassung

Neway setzt moderne Phased-Array-Ultraschallprüfsysteme ein, die mit Sonden unterschiedlicher Frequenzen ausgestattet sind, um verschiedenen Werkstoffen und Prüfanforderungen gerecht zu werden. Während der Prüfung folgen unsere Prüfer festgelegten Scanpfaden, um eine vollständige Abdeckung sicherzustellen. Sämtliche Daten werden dabei in Echtzeit aufgezeichnet und für die nachfolgende Auswertung gespeichert.

Schritt 4: Datenauswertung und Erstellung eines professionellen Prüfberichts

Nach der Datenerfassung führen unsere nach Level II und höher zertifizierten Fachkräfte eine detaillierte Bewertung durch. Auf Basis relevanter Normen charakterisieren, quantifizieren und lokalisieren sie die festgestellten Unregelmäßigkeiten und erstellen einen formellen Prüfbericht mit Ergebnissen, Fehlstellen-Skizzen und technischen Empfehlungen. Sämtliche Prüfdaten und Berichte werden archiviert, um eine vollständige Rückverfolgbarkeit der Qualität sicherzustellen.

Anwendungsgebiete der Ultraschallprüfung in kritischen Branchen

Luft- und Raumfahrt: Turbinenschaufeln und Fahrwerkskomponenten

Im Luft- und Raumfahrtsektor bieten wir Ultraschallprüfungen für Turbinenschaufeln und sicherheitskritische Fahrwerkskomponenten an. Diese Teile bestehen häufig aus Hochtemperaturlegierungen wie Inconel 718, deren innere Integrität unmittelbar mit der Flugsicherheit verknüpft ist. Unsere speziell ausgearbeiteten Prüfverfahren erkennen selbst sehr kleine innere Defekte zuverlässig und bieten unseren Kunden eine hohe Qualitätssicherheit.

Medizin: Implantate und chirurgische Instrumente

Für Hersteller von Medizinprodukten prüfen wir Komponenten wie orthopädische Implantate und präzise chirurgische Instrumente. Viele dieser Teile bestehen aus biokompatiblen Materialien wie Ti-6Al-4V, bei denen gefährliche innere Defekte absolut inakzeptabel sind. Unsere Prüfleistungen unterstützen Kunden dabei, die strengen regulatorischen Anforderungen der Medizintechnikbranche zu erfüllen.

Energie: Turbinenrotoren und drucktragende Komponenten

In der Energieerzeugungsbranche führen wir Ultraschallprüfungen an Turbogeneratorrotoren und verschiedenen drucktragenden Bauteilen durch. Diese Komponenten arbeiten unter hohen Temperaturen und Drücken, sodass innere Defekte zu schweren Unfällen führen können. Unsere Prüflösungen identifizieren potenzielle Risiken frühzeitig und gewährleisten den sicheren und stabilen Betrieb der Anlagen. Ebenso ist die Prüfung kritischer Bauteile wie Ventilgehäuse und Verteiler in der Öl- und Gasindustrie eines unserer Spezialgebiete.

Wesentliche Vorteile der Ultraschallprüfung mit Neway

Bei Neway betrachten wir die Ultraschallprüfung als einen zentralen Bestandteil unseres umfassenden One-Stop-Fertigungsservice. Unsere Stärken liegen nicht nur in moderner Ausrüstung und zertifizierten Prüfern, sondern auch in unserem tiefen Verständnis der Fertigungsprozesse. Als professionelles Fertigungsunternehmen kennen wir die Entstehungsmechanismen und Risiken unterschiedlicher Defekttypen genau und können unseren Kunden technisch fundierte Bewertungen und Empfehlungen geben.

Unser Prüfteam verfügt über internationale Zertifizierungen, darunter ASNT und EN473, und unsere Verfahren decken den gesamten Prozess von der Rohmaterialprüfung bis zur Endkontrolle ab. Bei wärmebehandelten Teilen achten wir besonders auf Mikrorisse, die während der Wärmebehandlung entstehen können. Für Teile, die Entgratungs- und Gleitschleifprozesse durchlaufen haben, stellen wir sicher, dass die Oberflächenbedingungen die Prüfergebnisse nicht verfälschen.

Hinsichtlich der Werkstoffe sind wir mit den akustischen Eigenschaften einer Vielzahl von Metallen vertraut – von konventionellem Edelstahl SUS304 bis hin zu verschiedenen Sonderlegierungen – und passen die Prüfparameter entsprechend an. Diese Fähigkeit, Prüfverfahren an die jeweiligen Werkstoffeigenschaften anzupassen, ermöglicht es uns, unsere Kunden mit höchster Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Fehlererkennung zu unterstützen.

FAQ

1. Wie klein können innere Defekte sein, damit sie noch mittels Ultraschallprüfung erkannt werden?

2. Verursacht die Ultraschallprüfung irgendwelche Schäden an meinen CNC-Teilen?

3. Ist die Ultraschallprüfung für alle Werkstoffe geeignet, zum Beispiel Kunststoffe und Keramiken?

4. Wie lange dauert es in der Regel, eine Ultraschallprüfung abzuschließen?

5. Mit welchen internationalen Normen sind Neways Ultraschallprüfdienstleistungen konform?