Grundlagen der zerstörungsfreien Prüfung für geschmiedete Bauteile

Stellen Sie sich vor, Sie investieren in ein präzisionsgefertigtes geschmiedetes Stahlbauteil, und stellen danach fest, dass ein verborgener Fehler dessen Integrität beeinträchtigt hat. Die Risiken sind hoch – egal, ob Sie Fahrwerksteile für die Luftfahrt, Automobil-Aufhängungsarme oder Flansche für Ölplattformen herstellen. Genau deshalb ist die zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) für Schmiedeteile heute unverzichtbar in modernen Fertigungsinspektionen und ZfP-Protokollen.

Was ist eigentlich eine zerstörungsfreie Prüfung? ZfP bezeichnet Prüfmethoden, die die Integrität eines Bauteils bewerten, ohne es dabei zu verändern oder zu beschädigen. Sie wird auch als ZfE (zerstörungsfreie Evaluierung) oder ZfI (zerstörungsfreie Inspektion) bezeichnet – diese Begriffe werden branchenübergreifend synonym verwendet. Der Vorteil dieses Ansatzes? Laut ULMA Forged Solutions , im Gegensatz zu zerstörenden Prüfverfahren, bei denen nur Stichproben untersucht werden können, ermöglicht die zerstörungsfreie Prüfung (NDT), dass jedes einzelne hergestellte Bauteil getestet wird, wodurch die Produktsicherheit und Zuverlässigkeit erheblich gesteigert wird.

Warum geschmiedete Teile spezielle Prüfmethoden erfordern

Beim Vergleich von Guss und Schmieden erklären die Unterschiede in der Werkstoffstruktur, warum die Prüfung von geschmiedetem Stahl besondere Ansätze benötigt. Das Schmieden verfeinert das Korngefüge und erzeugt eine richtungsabhängige Festigkeit, die mit Guss nicht erreichbar ist. Die beim Warm- und Kaltumformen involvierten Prozesse führen zu überlegenen mechanischen Eigenschaften – bessere Duktilität, Schlagzähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit.

Dies bedeutet jedoch nicht, dass geschmiedete Bauteile fehlerfrei sind. Obwohl Vergleiche zwischen Schmieden und Guss geschmiedete Teile hinsichtlich der strukturellen Integrität durchgängig bevorzugen, kann der Schmiedeprozess selbst subtile Fehler verursachen. Unvollkommenheiten im Gesenkdesign, Temperaturschwankungen oder Materialinhomogenitäten können innere Hohlräume oder Oberflächenunregelmäßigkeiten erzeugen, die die Leistung beeinträchtigen.

Die zerstörungsfreie Prüfung erhält den vollen Wert geschmiedeter Bauteile, während sie gleichzeitig die Qualität sicherstellt – jedes geprüfte Teil kann weiterverwendet werden, da der Prüfprozess dem Material und seiner Funktionalität keinerlei Schaden zufügt.

Verborgene Fehler, die die Integrität von Schmiedestücken gefährden

Was macht diese Fehler so gefährlich? Sie sind oft mit bloßem Auge nicht erkennbar. Unterschichtige Einschlüsse, mikroskopisch kleine Risse oder fehlerhafte Kornflussmuster befinden sich unter scheinbar makellosen Oberflächen. In sicherheitskritischen Anwendungen können solche verborgenen Mängel zu katastrophalen Ausfällen führen.

Betrachten Sie die Branchen, die auf einwandfreie geschmiedete Stahlbauteile angewiesen sind:

• Luft- und Raumfahrt: Fahrwerke, Turbinenscheiben und strukturelle Rahmenkomponenten, bei denen ein Ausfall keine Option ist
• Automobilindustrie: Kurbelwellen, Pleuelstangen und Aufhängungsteile, die Millionen von Belastungszyklen ausgesetzt sind
• Öl und Gas: Flansche und Armaturen, die unter extremen Druckverhältnissen in korrosiven Umgebungen arbeiten
• Energieerzeugung: Turboschächte und Reaktorkomponenten, die absolute Zuverlässigkeit erfordern

Jeder dieser Sektoren ist auf strenge Prüfverfahren in der Fertigung und NDT-Protokolle angewiesen, um sicherzustellen, dass geschmiedete Teile exakten Spezifikationen entsprechen. Wie Industrielle Inspektion & Analyse anmerkt, ist die ZfP (Zerstörungsfreie Prüfung) in diesen Branchen mittlerweile „unverzichtbar“, genau deshalb, weil nicht erkannte Fehler zu gefährlichen Ausfällen oder kostspieligen Schäden an Ausrüstungen führen können.

Das grundlegende Prinzip ist einfach: Das Schmieden erzeugt Bauteile mit außergewöhnlichen Festigkeitseigenschaften, aber eine verantwortungsvolle Fertigung erfordert die Überprüfung. NDE-Verfahren (nichtzerstörende Evaluierung) bieten diese Sicherheit, ohne auch nur ein einziges Produktionsstück opfern zu müssen – was sie für jeden qualitätsorientierten Schmiedeprozess unverzichtbar macht.

Häufige Fehler in geschmiedeten Teilen und ihre Ursachen

Bevor Sie die richtige Prüfmethode auswählen, müssen Sie verstehen, wonach Sie suchen. Die Realität ist: Selbst das ausgefeilteste Schmiedeverfahren kann Fehler erzeugen. Zu wissen, wo diese Unregelmäßigkeiten entstehen – und wie sie sich äußern – beeinflusst direkt, welche ZfP-Verfahren sie erkennen können.

Stellen Sie sich Schmiedefehler als in drei Hauptkategorien unterteilt vor, basierend auf ihrem Ort und ihrer Entstehung. Jede Art erfordert unterschiedliche Nachweismethoden, und das Übersehen einer dieser Arten könnte den Unterschied zwischen einem zuverlässigen Bauteil und einem kostspieligen Versagen bedeuten.

Innere Fehler durch Material- und Prozessschwankungen

Interne Fehler sind besonders gefährlich, da sie bei einer Sichtprüfung vollständig unsichtbar sind. Diese Fehler verbergen sich unter der Oberfläche und können unter Betriebsbelastung zu Problemen führen.

Porosität und Schrumpfblasen entstehen, wenn Gase während des Warmumformens eingeschlossen werden oder wenn das Material nicht richtig fließt, um alle Bereiche des Gesenks auszufüllen. Wenn Sie mit einer Schmiedetemperatur von Stahl im Bereich von 1050 °C bis 1150 °C arbeiten, können bereits geringfügige Abweichungen Hohlräume mit eingeschlossener Luft erzeugen oder lokalisierte Schrumpfungen verursachen, da das Metall ungleichmäßig abkühlt.

INHALTE stellen eine weitere ernsthafte Problematik dar. Dabei handelt es sich um Fremdmaterialien – Oxidpartikel, Schlacke oder feuerfeste Bruchstücke – die in das geschmiedete Bauteil eingebettet sind. Laut FCC-NA's forging quality guide führen Verunreinigungen in der chemischen Zusammensetzung und Unbeständigkeiten in den Rohmaterialien zu Einschlüssen, die die strukturelle Integrität schwächen.

Schuppen sind innere Brüche, hervorgerufen durch Wasserstoffversprödung – ein besonders heimtückischer Fehler, da er möglicherweise erst lange nach der Produktion auftritt. Wie forschung, veröffentlicht in IRJET erklärt, führen Knüppel mit hohen Wasserstoffgehalten in Kombination mit ungeeigneten Abkühlgeschwindigkeiten zu diesen gefährlichen inneren Rissen, die die Bauteilfestigkeit erheblich verringern.

Bei der Bewertung des Unterschieds zwischen Guss und Schmieden unterscheiden sich die inneren Fehlermuster erheblich. Guss- im Vergleich zu Schmiedeteilen weisen deutlich unterschiedliche Fehlermerkmale auf – bei Gussteilen treten hauptsächlich Porositäten infolge der Erstarrung auf, während bei Schmiedestücken Fehler aus Materialfluss und Problemen bei der thermischen Verarbeitung entstehen.

Oberflächen- und Strukturschäden an geschmiedeten Teilen

Oberflächenfehler sind oft leichter erkennbar, jedoch nicht weniger kritisch. Sie entstehen typischerweise durch Wechselwirkungen mit der Form, Probleme bei der Temperaturregelung oder beim Materialhandling.

Überlappungen und Kaltverschweißungen entstehen, wenn sich Metall während der Formgebung überlappt. Bei geschlossenen Gesenk-Schmiedevorgängen führt eine Überfüllung des Formhohlraums oder eine falsche Ausrichtung der Gesenke dazu, dass überschüssiges Material zurückgefaltet wird und sich überlappende Schichten bilden, die nicht ordnungsgemäß verschmelzen. Kaltrisse (Cold shuts) entstehen speziell dann, wenn die Schmiedetemperatur zu stark absinkt und dadurch eine korrekte metallische Verbindung aneinandertreffender Oberflächen verhindert wird.

Oberflächenrisse entstehen durch mehrere Ursachen – Überhitzung des Billets, falsche Abkühlgeschwindigkeiten oder Bearbeitung des Materials unterhalb seiner Rekristallisationstemperatur. Diese Risse können als feine Linien sichtbar für das bloße Auge erscheinen oder erfordern zur Detektion eine Prüfung mittels magnetischer Partikel oder Eindringprüfmittel.

Zundersenken entstehen, wenn Oxidskala während des Schmiedevorgangs in die Oberfläche eingepresst wird. Lange Heizzeiten im Ofen oder unzureichendes Entzundern vor der Formgebung führen dazu, dass diese Oxide eingeschlossen werden und kleine Mulden oder raue Stellen hinterlassen, die die Oberflächenintegrität beeinträchtigen.

Strukturelle Fehler beeinflussen die gesamten Materialeigenschaften, anstatt diskrete Fehlerstellen zu erzeugen:

• Unkorrekter Kornfluss: Der Richtfestigkeitsvorteil des Schmiedens hängt von einer ausgerichteten Kornstruktur ab – eine schlechte Werkzeuggestaltung stört dieses Fließmuster
• Trennung: Eine ungleichmäßige Verteilung der Legierungselemente erzeugt lokal begrenzte Schwachstellen
• Unvollständige Schmiededurchdringung: Die Verwendung leichter, schneller Hammerstöße verformt nur die Oberfläche, wodurch das Innere eine nicht verfeinerte dendritische Struktur behält

Das Verständnis von Guss- und Schmiedefehlermustern hilft Qualitätsmannschaften, Prüfmethoden zu priorisieren. Die untenstehende Tabelle bietet eine umfassende Klassifizierungsmatrix zur Planung Ihres NDT-Vorgehens:

Fehlertyp	Typische Ursache	Standort	Kritikalitätsstufe
Porosität	Eingeschlossene Gase, ungeeigneter Metallfluss	Intern	Hoch
Schwindporosität	Uneinheitliche Abkühlung, unzureichendes Materialvolumen	Innerhalb/Unter der Oberfläche	Hoch
INHALTE	Verunreinigtes Rohmaterial, Schlackeeinschluss	Intern	Hoch
Schuppen	Wasserstoffversprödung, schnelle Abkühlung	Intern	Kritisch
Überlappungen	Formüberfüllung, übermäßiger Metallfluss	Oberfläche/Unter der Oberfläche	Mittel-Hoch
Kaltverschweißungen	Niedrige Schmiedetemperatur, schlechte Formgestaltung	Oberfläche	Mittel-Hoch
Oberflächenrisse	Überhitzung, unzureichende Kühlung, niedrige Arbeitstemperatur	Oberfläche	Hoch
Zundersenken	Unzureichende Entkalkung, längere Ofeneinwirkung	Oberfläche	Niedrig-Mittel
Werkzeugverschiebung	Fehlausrichtung von Ober- und Untermatrize	Abmessungen	Mittel
Unvollständiges Eindringen	Leichte Hammerschläge, unzureichende Schmiedekraft	Innenstruktur	Hoch

Beachten Sie, wie sich hohe Schmiedetemperaturen direkt auf die Entstehung von Fehlern auswirken. Die Bearbeitung oberhalb des Rekristallisationspunkts ermöglicht es dem Werkstoff, sich richtig zu verformen und zu verbinden, während Temperaturabfälle Kaltverschweißungen und Oberflächenrissbildung verursachen. Umgekehrt führt übermäßige Erwärmung zu Kornvergrößerung und Oxidationsproblemen.

Nachdem Sie nun wissen, welche Fehler auftreten können und wo sie entstehen, besteht der nächste Schritt darin, diese Fehlerarten den Prüfmethoden zuzuordnen, die am besten geeignet sind, um sie nachzuweisen – beginnend mit der Ultraschallprüfung, der wichtigsten Methode zur Auffindung verborgener innerer Unregelmäßigkeiten.

Ultraschallprüfverfahren und technische Parameter

Wenn es darum geht, die zuvor besprochenen versteckten inneren Fehler zu erkennen, ist die Ultraschallprüfung die bewährte Methode bei der Schmiedeinspektion. Warum? Weil Schallwellen tief in das Metall eindringen können – Porosität, Einschlüsse und Risse aufdecken, die mit keiner Oberflächenprüfmethode jemals gefunden werden könnten.

So funktioniert es: Ein Wandler sendet hochfrequente Schallwellen in das geschmiedete Bauteil. Wenn diese Wellen auf eine Unstetigkeit stoßen – einen Hohlraum, Riss oder Einschluss – werden sie reflektiert. Das Gerät misst Zeit und Amplitude dieser Reflexionen und lokalisiert damit exakt, wo sich Fehler befinden und wie groß sie sind.

Laut der Technisches Handbuch der US-Luftwaffe zur Ultraschallprüfung , kann Ultraschall innere und äußere Unstetigkeiten erkennen, die von großen Delaminationen bis hin zu den kleinsten Fehlern reichen, sowie auch die gesamte Materialdicke und die Tiefe bestimmter Fehler messen.

Auswahl des Ultraschallprüfkopfs für verschiedene Schmiedegeometrien

Die Auswahl der richtigen Prüffrequenz ist kein Raten – es ist eine berechnete Entscheidung, die auf den Eigenschaften Ihres Schmiedestücks basiert. Das grundlegende Prinzip? Höhere Frequenzen erkennen kleinere Fehler, dringen aber weniger tief ein, während niedrigere Frequenzen dicke Abschnitte durchdringen, jedoch feine Unstetigkeiten übersehen.

Für die meisten Schmiedestücke und offenen Schmiedegüter liefert ein Frequenzbereich zwischen 1 und 5 MHz optimale Ergebnisse:

• 1 MHz: Am besten geeignet für dicke Abschnitte, grobkörnige Materialien und austenitische Edelstähle mit hoher Dämpfung
• 2,25 MHz: Die Standardarbeitsfrequenz für die allgemeine Stahlschmiedeprüfung – bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Eindringtiefe und Empfindlichkeit
• 5 MHz: Ideal für dünnere Abschnitte, bei denen eine höhere Auflösung und die Erkennung kleinerer Unstetigkeiten erforderlich ist
• 10 MHz: Vorbehalten für spezielle Anwendungen, die maximale Empfindlichkeit in feinkörnigen Materialien erfordern

Hier ist eine praktische Regel: Fehler müssen mindestens eine Abmessung aufweisen, die gleich oder größer als die halbe Wellenlänge ist, um zuverlässig erkannt zu werden. Bei einer Prüffrequenz von 2,25 MHz an Aluminium beträgt die minimale nachweisbare Fehlergröße etwa 0,055 Zoll. Erhöhen Sie dies auf 5 MHz, und Sie können Fehler bis zu einer Größe von 0,025 Zoll erkennen.

Das offene Schmiedeverfahren erzeugt Bauteile mit unterschiedlichen Dicken und Geometrien, was eine sorgfältige Auswahl der Prüfköpfe erfordert. Für große Wellenschmiedeteile sind möglicherweise 1-MHz-Prüfköpfe erforderlich, um eine vollständige Durchdringung zu erreichen, während präzise geschmiedete Kohlenstoffstahllegierungen mit engeren Toleranzen von einer Prüfung mit höherer Frequenz profitieren.

Kontakt- vs. Tauchprüfung

Zwei Hauptmethoden verbinden Ihren Wandler mit dem Schmiedeteil:

Kontaktprüfung platziert den Wandler direkt auf der Oberfläche des Teils mit einer Koppelsschicht (typischerweise Öl, Glycerin oder handelsübliche Gele), um Luftzwischenräume zu vermeiden. Dieses Verfahren eignet sich gut für:

• Feldinspektionen und mobile Anwendungen
• Große Schmiedeteile, die nicht in Tauchbehälter passen
• Schnelle Ausschussprüfung

Tauchprüfung taucht sowohl den Wandler als auch das Schmiedeteil in Wasser ein, wodurch eine gleichmäßige Koppelung gewährleistet und automatisierte Abtastung ermöglicht wird. Vorteile sind:

• Hervorragende Konsistenz der Koppelung
• Möglichkeit, fokussierte Wandler zur Verbesserung der Empfindlichkeit einzusetzen
• Einfachere C-Scan-Bildgebung zur Abbildung von Fehlerstellen

Die ASTM A388-Norm gibt an, dass Koppelmedien gute Benetzungseigenschaften aufweisen müssen – SAE Nr. 20 oder Nr. 30 Motoröl, Glycerin, Pinienöl oder Wasser sind akzeptable Optionen. Entscheidend ist, dass dasselbe Koppelmedium sowohl für die Kalibrierung als auch für die Prüfung verwendet wird, um konsistente Ergebnisse sicherzustellen.

Senkrechtstrahl- versus Schrägstrahl-Anwendungen

Ihre Fehlerorientierung bestimmt, welchen Abstrahlwinkel Sie benötigen:

Gerader Strahl (longitudinale Welle) die Prüfung sendet Schall senkrecht zur Eintrittsfläche. Diese Technik eignet sich hervorragend zum Nachweis von:

• Laminierungen parallel zur Oberfläche
• Porosität und Schrumpfblasen
• Horizontal ausgerichteten Einschlüssen
• Allgemeinen volumetrischen Fehlern

Schräger Strahl (Scherwelle) die Prüfung führt Schall in einem Winkel ein, typischerweise zwischen 30° und 70°. Gemäß ASTM A388 ist diese Technik zwingend erforderlich für Hohl­schmiedeteile mit einem Außen- zu Innen­durchmesser­verhältnis von weniger als 2,0:1 und einer axialen Länge von mehr als 2 Zoll. Die Schrägstrahlprüfung erfasst:

• Oberflächen-senkrecht orientierte Risse
• Umfangslage- und axiale Unstetigkeiten in zylindrischen Bauteilen
• Fehler in der Nähe von Kanten und Ecken

Interpretation von Ultraschallprüfungen bei kornorientierten Materialien

Geschmiedete Materialien stellen besondere Anforderungen an die Interpretation. Im Gegensatz zu Gussteilen mit zufälliger Kornstruktur weisen Schmiedeteile eine gerichtete Kornflussrichtung auf, die die Schallausbreitung beeinflusst. Die Schmiedetemperatur des Stahls während der Verarbeitung beeinflusst die endgültige Korngröße – gröbere Körner streuen die Ultraschallenergie, was die Empfindlichkeit verringert und Hintergrundrauschen erzeugt.

Achten Sie bei der Auswertung der Ergebnisse auf folgende wichtige Hinweise:

• Amplitude des Rückwandechos: Ein starkes, gleichmäßiges Rückwandecho bestätigt eine gute Ankopplung und Durchdringung. Ein Signalverlust von mehr als 50 % kann auf innere Unregelmäßigkeiten oder Probleme bei der Ankopplung hinweisen
• Signal-Rausch-Verhältnis: Grobkörnige Materialien erzeugen „Störungen“ oder Hintergrundrauschen. Wenn das Rauschen an die Detektionsschwelle heranreicht, sollte die Frequenz gesenkt werden
• Mehrfachreflexionen: Signale in regelmäßigen Abständen deuten oft auf laminare Fehler oder eng beieinander liegende Unregelmäßigkeiten hin

Die Härte von Stahl beeinflusst auch die Prüfparameter. Gehärtete Schmiedeteile mit höherer Härte können andere akustische Eigenschaften aufweisen als geglühtes Material, weshalb Bezugsstandards verwendet werden müssen, die dem tatsächlichen Zustand des Bauteils entsprechen.

ASTM E2375 Anforderungen für die Prüfung von Schmiedestücken

ASTM E2375 legt den Verfahrensrahmen für die Ultraschallprüfung von geschmiedeten Erzeugnissen, einschließlich Schmiedeteilen, fest. Zu den wichtigsten Anforderungen gehören:

• Qualifikation des Personals gemäß SNT-TC-1A oder vergleichbaren nationalen Normen
• Kalibrierung mithilfe von Referenzblöcken mit flachbodigen Bohrungen oder DGS (Entfernung-Verstärkung-Größe)-Skalen
• Überlappung beim Abtasten von mindestens 15 % zwischen einzelnen Durchgängen, um eine vollständige Abdeckung sicherzustellen
• Maximale manuelle Abtastgeschwindigkeit von 6 Zoll pro Sekunde
• Neukalibrierung, sobald Suchköpfe, Koppelmedien oder Geräteeinstellungen geändert werden

ASTM A388 befasst sich speziell mit schweren Stahlschmiedestücken und schreibt eine Prüfung nach der Wärmebehandlung zur Überprüfung der mechanischen Eigenschaften, jedoch vor den endgültigen Bearbeitungsvorgängen, vor. Dieser Zeitpunkt gewährleistet eine maximale Inspektionsabdeckung, während die Schmiedegeometrie noch einen vollständigen Zugang ermöglicht.

Einschränkungen und praktische Erwägungen

Die Ultraschallprüfung ist nicht frei von Einschränkungen. Das Verständnis dieser Grenzen verhindert ein falsches Vertrauen in die Ergebnisse:

Tote-Zone-Effekte: Der Bereich direkt unterhalb des Wandlers kann bei Kontaktprüfung nicht zuverlässig untersucht werden. Doppelt-elementige Wandler oder Verzögerungsleitungswandler helfen, diese Einschränkung zu minimieren.

Oberflächenrauheit: Raue Oberflächen streuen die Schallenergie und erzeugen inkonsistente Koppelungen. Das technische Handbuch weist darauf hin, dass die Oberflächenrauheit für optimale Ergebnisse 250 Mikrozoll nicht überschreiten sollte.

Geometrieeinschränkungen: Komplexe Schmiedeformen können blinde Flecken erzeugen, in denen der Schall nicht eindringen kann oder bei denen Reflexionen mit Fehlstellensignalen verwechselt werden können.

Materialdämpfung: Einige Materialien – insbesondere austenitische Edelstähle und Nickellegierungen – dämpfen Ultraschallwellen stark, was die Prüftiefe begrenzt.

Anforderungen an die Oberflächenvorbereitung für die Ultraschallprüfung

Vor dem Aufbringen des Wandelers ist eine ordnungsgemäße Oberflächenvorbereitung erforderlich, um zuverlässige Ergebnisse zu gewährleisten:

• Entfernen Sie alle locker sitzenden Zunder-, Farb-, Schmutz- und Korrosionsrückstände
• Erzielen Sie eine Oberflächenrauheit von 250 Mikrozoll oder glatter für die Kontaktprüfung
• Stellen Sie einen einheitlichen Oberflächenzustand sicher – partielle Lackierung oder ungleichmäßige Beschichtungen müssen entfernt werden
• Überprüfen Sie, ob die Oberflächen frei von Öl, Fett oder Verunreinigungen sind, die die Koppelung beeinträchtigen könnten
• Bei rauen Oberflächen kann lokales Schleifen mit Genehmigung des Konstruktionsbüros zugelassen werden
• Der Referenzstandard für den Oberflächenzustand muss dem tatsächlichen Zustand des Schmiedestücks entsprechen

Als Technischer Leitfaden von Sonatest betont, dass die Überprüfung der Oberflächenrauheit Teil der täglichen Amplitudenverifikationsroutinen sein sollte – selbst kleine Anzeigen ab 10 % Bildschirmhöhe können für die Berichterstattung an den Kunden aufgezeichnet werden müssen.

Während die Ultraschallprüfung hervorragend geeignet ist, um innere Unstetigkeiten zu finden, erfordern oberflächenbrechende Fehler oft ergänzende Prüfmethoden. Die Magnetpulver- und Farbeindringprüfung schließen diese Lücke und ermöglichen eine empfindliche Erkennung von Oberflächen- und nahe der Oberfläche liegenden Fehlern, die Ultraschallwellen möglicherweise übersehen.

Oberflächenprüfung mittels Magnetpulver- und Eindringprüfung

Die Ultraschallprüfung findet, was tief im Inneren verborgen ist – aber was ist mit Fehlern direkt an der Oberfläche? Risse, Lunker und Nähte, die bis zur Außenfläche reichen, entgehen häufig der Ultraschallerkennung, insbesondere wenn sie parallel zum Schallstrahl ausgerichtet sind. Hier werden die Magnetpulverprüfung und die Farbeindringprüfung zu unverzichtbaren Partnern in Ihrer Prüfstrategie.

Stellen Sie sich diese Methoden als Ihre Oberflächen-Detektive vor. Während die Ultraschallprüfung (UT) in das Innere des Materials blickt, spezialisieren sich die magnetische Partikelprüfung (MT) und die Eindringprüfung (PT) darauf, Unregelmäßigkeiten aufzudecken, die an der Oberfläche offenliegen – genau dort, wo sich Spannungskonzentrationen bilden und Ermüdungsbrüche entstehen.

Magnetpulverprüfung für ferromagnetische Schmiedeteile

Die Magnetpulverprüfung beruht auf einem elegant einfachen Prinzip: Wenn man ein ferromagnetisches Material magnetisiert, stört jede Unregelmäßigkeit an der Oberfläche oder nahe unter der Oberfläche das Magnetfeld. Trägt man feine Eisenpartikel auf die Oberfläche auf, sammeln sie sich genau an diesen Störstellen an – und bilden sichtbare Hinweise, die die Lage Ihrer Fehler anzeigen.

Für Anwendungen mit Edelstahlschmiedestücken gibt es eine Einschränkung: MT funktioniert nur bei ferromagnetischen Materialien. Martensitische und ferritische Edelstähle eignen sich gut für die Magnetpulverprüfung, aber austenitische Sorten wie 304 und 316 sind ungeeignet – sie sind nicht magnetisierbar. Bei der Herstellung von Schmiedestücken aus austenitischem Edelstahl müssen Sie stattdessen auf die Eindringprüfung zurückgreifen.

Magnetisierungsverfahren und Anforderungen an die Feldstärke

Die Erreichung der richtigen Magnetisierungsstufen bestimmt Ihre Prüfempfindlichkeit. Gemäß ASTM E1444 , dem Leitdokument für die magnetpulvermagnetische Prüfung, kommen verschiedene Magnetisierungstechniken bei unterschiedlichen Schmiedestückgeometrien zum Einsatz:

• Direkte Magnetisierung (Kopfmethode): Der Strom fließt direkt durch das Bauteil und erzeugt ein zirkulares Magnetfeld. Effektiv zur Erkennung von Längsfehlern in zylindrischen Schmiedestücken
• Indirekte Magnetisierung (Spulenmethode): Das Bauteil wird in eine stromdurchflossene Spule eingelegt, wodurch ein Längsfeld erzeugt wird. Am besten geeignet zur Auffindung von Querrissen
• Yoke-Magnetisierung: Tragbare Elektromagnete erzeugen lokal begrenzte Felder – ideal für Feldprüfungen großer geschmiedeter Edelstahlbauteile
• Prods: Handelektroden erzeugen kreisförmige Felder zwischen den Kontaktstellen zur Stichprobenprüfung

Die Feldstärke muss an der Prüfoberfläche 30–60 Gauss erreichen, um eine zuverlässige Detektion sicherzustellen. Ist sie zu schwach, sammeln sich die Partikel an Unstetigkeiten nicht an. Ist sie zu stark, erhält man Fehlanzeigen durch raue Oberflächenmerkmale oder geometrische Veränderungen.

Nass- und Trockenpartikel-Verfahren

Die Wahl zwischen Nass- und Trockenpartikeln hängt von Ihren Anforderungen an die Detektion ab:

Nassverfahren suspendiert fluoreszierende oder sichtbare Partikel in öligem oder wässrigem Trägermedium. Bei der Prüfung von geschmiedeten Bauteilen aus rostfreiem Stahl oder Kohlenstoffstahl, bei denen maximale Empfindlichkeit erforderlich ist, liefern nasse fluoreszierende Partikel unter UV-A-Licht die besten Ergebnisse. Die Partikel fließen leicht in feinste Unstetigkeiten ein, und die Fluoreszenz erzeugt hochkontrastige Anzeigen.

Trockenverfahren verwendet farbiges Pulver, das direkt auf die magnetisierte Oberfläche aufgebracht wird. Dieses Verfahren eignet sich besser für:

• Prüfungen heißer Oberflächen (bis zu 600 °F)
• Raue Oberflächenbedingungen, bei denen sich Flüssigkeit nicht gleichmäßig ausbreiten würde
• Erkennung von Untergrundfehlern, bei denen tiefereindringende Felder erforderlich sind

ASTM E709 bietet unterstützende Anleitungen für Magnetpulverprüfverfahren und beschreibt empfohlene Vorgehensweisen für verschiedene Größen und Formen ferromagnetischer Teile. Dieses Dokument ergänzt ASTM E1444, um vollständige Prüfverfahren festzulegen.

Anwendungen der Eindringprüfung und Überlegungen zur Eindringzeit

Wenn Ihr Schmiedeteil nicht ferromagnetisch ist – oder wenn Sie absolute Sicherheit bezüglich oberflächenbrechender Fehler benötigen – liefert die Eindringprüfung die Antwort. Diese Methode funktioniert praktisch mit jedem nicht porösen Material und ist daher die bevorzugte Wahl für geschmiedeten rostfreien Stahl in austenitischer Qualität, Aluminiumschmiedeteile und Titanbauteile.

Der Prozess folgt einer logischen Abfolge: Eindringmittel auftragen, Einwirkzeit einhalten, überschüssiges Mittel entfernen, Entwickler auftragen und Anzeigen interpretieren. Jeder Schritt ist wichtig, aber die Einwirkzeit bestimmt oft Erfolg oder Misserfolg.

Richtlinien zur Eindringmitteldurchdringungszeit

Die Einwirkzeit – der Zeitraum, in dem das Durchdringungsmittel vor der Entfernung auf der Oberfläche verbleibt – variiert je nach Werkstoff und erwarteter Fehlerart erheblich. Gemäß ASTM E165/E165M kann die Eindringprüfung Oberflächenfehler wie Risse, Längsrisse, Überlappungen, Kaltrisse, Schrumpfungen und unvollständige Fugen erkennen.

Allgemeine Empfehlungen für die Einwirkzeit:

• 5–10 Minuten: Glatte bearbeitete Oberflächen, offene Fehler, Aluminium- und Magnesiumlegierungen
• 10–20 Minuten: Standard-Schmiedestücke aus Kohlenstoffstahl und niedriglegiertem Stahl, typische Ermüdungsrisse
• 20–30 Minuten: Enge Risse, Spannungsrißkorrosion, Bauteile für Hochtemperaturbetrieb
• 30+ Minuten: Extrem enge Unstetigkeiten, Titan- und Nickellegierungen, kritische Luft- und Raumfahrtanwendungen

Die Oberflächenbehandlung von Stahl vor der Prüfung beeinflusst die erforderliche Eindringzeit erheblich. Schmiedeteile, die einer Kugelstrahlbehandlung oder anderen mechanischen Oberflächenbehandlungen unterzogen wurden, können verdichtete Oberflächenschichten aufweisen, die das Eindringen des Prüfmittels verlangsamen – dies erfordert verlängerte Eindringzeiten.

Auswahl des Penetrationsmittelsystems

ASTM E1417 und SAE AMS 2644 klassifizieren Penetrationsmittelsysteme nach Empfindlichkeitsstufe (1–4) und Entfernungsmethode (wasserwaschbar, nachemulgierbar, lösemittelentfernbar). Höhere Empfindlichkeitsstufen ermöglichen die Detektion feinerer Unstetigkeiten, erfordern jedoch eine sorgfältigere Verarbeitung, um Überwaschung zu vermeiden.

Für die meisten Schmiedeteile aus rostfreiem oder Kohlenstoffstahl bietet Typ I (fluoreszierend), Methode C (lösemittelentfernbar), bei Empfindlichkeitsstufe 2 oder 3, ein hervorragendes Gleichgewicht zwischen Nachweisempfindlichkeit und praktischer Anwendbarkeit.

Einfluss der Wärmebehandlung nach dem Schmieden auf den Zeitpunkt der Prüfung

Hier ist eine entscheidende Überlegung, die sowohl MT als auch PT betrifft: Wann sollte die Prüfung in Bezug auf die Wärmebehandlung erfolgen?

Die Antwort hängt davon ab, wonach Sie suchen:

Prüfen SIE VOR der Wärmebehandlung, wenn:

• Sie nach Schmiedefehlern wie Überschlägen, Nahtfehlern und Kaltverschweißungen suchen, die während des Schmiedeprozesses entstanden sind
• Überprüfung der Materialbeschaffenheit vor teuren thermischen Prozessen
• Das Bauteil nach der Wärmebehandlung einer umfangreichen Bearbeitung unterzogen wird (dadurch werden Prüfflächen entfernt)

Prüfen SIE NACH der Wärmebehandlung, wenn:

• Abschreckrisse durch schnelle Abkühlung erkannt werden sollen
• Schleifrisse aus der Nachbearbeitung nach der Wärmebehandlung gefunden werden sollen
• Die endgültige Abnahmeprüfung durchgeführt wird
• Material unterliegt erheblichen Eigenschaftsänderungen (gehärtete Oberflächen beeinflussen die MT-Empfindlichkeit)

Viele Spezifikationen verlangen die Prüfung in beiden Stadien – um prozessbedingte Fehler frühzeitig zu erkennen und gleichzeitig sicherzustellen, dass die Wärmebehandlung keine neuen Unstetigkeiten eingeführt hat.

MT vs. PT: Auswahl der geeigneten Oberflächenprüfmethode

Wenn beide Verfahren technisch anwendbar wären – wie erfolgt die Wahl? Der folgende Vergleich behandelt die entscheidenden Auswahlkriterien:

Faktor	Magnetpulverprüfung (MT)	Eindringprüfung (PT)
Anwendbare Materialien	Nur ferromagnetisch (Kohlenstoffstahl, martensitisch/ferritisches Edelstahl)	Alle nicht porösen Materialien (alle Metalle, Keramiken, Kunststoffe)
Erkennbare Fehler	Oberflächlich und leicht unter der Oberfläche (bis zu einer Tiefe von 0,25")	Nur oberflächenbündige Fehler
Empfindlichkeit gegenüber Fehlerausrichtung	Beste für Fehler senkrecht zum Magnetfeld	Gleich empfindlich für alle Orientierungen
Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit	Mäßig—kann durch dünne Beschichtungen hindurch funktionieren	Kritischer—Oberfläche muss sauber und frei von Verunreinigungen sein
Relative Empfindlichkeit	Sehr hoch für ferromagnetische Materialien	Hoch (hängt vom Eindringmittel-Empfindlichkeitslevel ab)
Verarbeitungszeit	Schnell—sofortige Anzeigebildung	Langsamer—benötigt Einwirk- und Entwicklungszeit
Unterflächenprüfung	Ja—kann nahe der Oberfläche liegende Fehler erkennen	Nein—Unregelmäßigkeit muss die Oberfläche erreichen
Mobilität	Gut mit Joch-Ausrüstung	Ausgezeichnet—minimale Ausrüstung erforderlich

Bei ferromagnetischen Schmiedestücken ist MT in Bezug auf Geschwindigkeit und Erkennung von Unterflächenfehlern in der Regel überlegen. Wenn Sie jedoch mit nichtmagnetischen Materialien arbeiten oder eine gleichmäßige Empfindlichkeit unabhängig von der Fehlerausrichtung benötigen, ist PT die klare Wahl.

Beide Verfahren eignen sich hervorragend zur Erkennung von Oberflächenfehlern, die häufig bei Ultraschallprüfungen übersehen werden. Bei bestimmten Schmiedegeometrien und Fehlertypen sind jedoch noch spezialisiertere Methoden erforderlich. Die radiografische und die Wirbelstromprüfung erweitern Ihre Erkennungsmöglichkeiten weiter—insbesondere bei komplexen Formen und Anwendungen mit schneller Prüfung.

Anwendungen der radiografischen und Wirbelstromprüfung

Was passiert, wenn Ultraschallwellen nicht jede Ecke Ihres Schmiedeteils erreichen können? Komplexe Geometrien, verwickelte innere Kanäle und beengte Zugangspunkte erzeugen Prüfungsblindenstellen, die konventionelle Ultraschallprüfung einfach nicht erfassen kann. Hier kommen die Durchstrahlungsprüfung und die Wirbelstromprüfung zum Einsatz – sie schließen entscheidende Detektionslücken, die andere Methoden hinterlassen.

Diese Verfahren bieten einzigartige Vorteile, die Ihr bestehendes Prüfwerkzeug ergänzen. Die Durchstrahlung liefert eine dauerhafte visuelle Aufzeichnung der inneren Struktur, während die Wirbelstromprüfung eine schnelle Oberflächenuntersuchung ohne die von MT oder PT benötigten Verbrauchsmaterialien ermöglicht.

Durchstrahlungsprüfung für komplexe Schmiedeteilgeometrien

Die Durchstrahlungsprüfung verwendet durchdringende Strahlung – Röntgen- oder Gammastrahlen –, um Bilder der inneren Struktur eines Schmiedeteils zu erzeugen. Stellen Sie sich dies wie ein medizinisches Röntgenbild für Metall vor: Die Strahlung durchdringt das Bauteil, und Unterschiede in Materialdichte oder Dicke erscheinen als Kontrastunterschiede auf dem resultierenden Bild.

ASTM E1030 legt die Standardpraxis für die radiografische Untersuchung von metallischen Gussteilen fest, wobei die Prinzipien ebenso auf Schmiedestücke mit komplexen inneren Merkmalen anwendbar sind. Das Verfahren überzeugt in Situationen, in denen Ultraschalluntersuchungen (UT) an ihre Grenzen stoßen:

• Komplexe innere Hohlräume: Schmiedestücke mit maschinell bearbeiteten Bohrungen, quer gebohrten Kanälen oder Hohlräumen, in denen sich Schallwellen unvorhersehbar streuen
• Variable Wanddicke: Bauteile, bei denen Dickenänderungen Tote Zonen für Ultraschallstrahlen erzeugen
• Geometrische Komplexität: Komplexe Schmiedewerkzeugausführungen, die Formen erzeugen, welche den Zugang für Wandler erschweren
• Dokumentation: Langfristige Aufzeichnung Anwendungen, die archivierte Bilddokumente zur Rückverfolgbarkeit erfordern

Die beim Gesenk schmieden verwendeten Schmiedewerkzeuge erzeugen zunehmend komplexe Geometrien, die herkömmliche Prüfmethoden herausfordern. Da sich die Gesenk schmiedetechniken weiterentwickeln, um nahezu endformnahe Bauteile herzustellen, gewinnt die Radiografie an Bedeutung, um die innere Dichtheit zu verifizieren.

Film- vs. digitale Radiografie

Die traditionelle Filmradiographie hat der Industrie jahrzehntelang gedient, doch digitale Radiographie (DR) und computergestützte Radiographie (CR) bieten heute erhebliche Vorteile:

• Sofortige Bildverfügbarkeit: Keine Verzögerungen durch chemische Entwicklung – Bilder erscheinen innerhalb von Sekunden
• Verbesserte Bildbearbeitung: Digitale Kontrastanpassung macht subtile Fehler sichtbar, die bei Filmaufnahmen übersehen werden könnten
• Verringerte Strahlenbelastung: Detektoren mit höherer Empfindlichkeit benötigen geringere Strahlendosen
• Einfache Speicherung und Übertragung: Digitale Dateien lassen sich nahtlos in Qualitätsmanagementsysteme integrieren

Für die Prüfung von Schmiedewerkzeugen und die Produktionsqualitätskontrolle beschleunigen digitale Systeme die Inspektionszyklen erheblich und verbessern gleichzeitig die Fähigkeiten zur Fehlercharakterisierung.

Radiographische Einschränkungen

Trotz ihrer Vorteile weist die Radiographie bestimmte Einschränkungen auf, die Sie kennen sollten:

• Anforderungen an den Strahlenschutz: Strenge Vorgaben bezüglich Exposition, Abschirmung und Zertifizierung des Personals erhöhen den Aufwand und die Kosten
• Orientierung planarer Fehler: Risse, die parallel zum Strahlenbündel ausgerichtet sind, können unsichtbar bleiben – die Ausrichtung ist entscheidend
• Dickebeschränkungen: Sehr dicke Bauteilbereiche erfordern leistungsstarke Strahlenquellen und lange Belichtungszeiten
• Rüstzeit: Die Positionierung von Strahlenquelle, Bauteil und Detektor erfordert eine sorgfältige geometrische Anordnung

Kaltgeschmiedete Bauteile mit ihren engeren Toleranzen und verbesserten Oberflächen stellen oft ideale Kandidaten für die radiographische Prüfung dar – die glatten Oberflächen und präzisen Geometrien begünstigen eine optimale Bildqualität.

Wirbelstromprüfung für schnelle Oberflächeninspektion

Hier ist eine Methode, die bei Diskussionen zur Schmiedeinspektion oft übersehen wird: die Wirbelstromprüfung. Doch bietet die WST bemerkenswerte Fähigkeiten zur Erkennung von Oberflächen- und Unterflächenfehlern in leitfähigen Materialien – und das ohne Verbrauchsmaterialien, besondere Oberflächenvorbereitung oder Kontakt mit dem Bauteil.

Das Prinzip ist elegant: Ein Wechselstrom, der durch eine Spule fließt, erzeugt ein elektromagnetisches Feld. Wenn sich diese Spule einem leitfähigen Material nähert, induziert sie darin zirkulierende Ströme – sogenannte Wirbelströme – in den oberen Schichten. Jede Unstetigkeit stört diese Ströme und verändert den Spulenimpedanz auf messbare Weise.

Vorteile der Wirbelstromprüfung für die Schmiedeinspektion

Warum sollte die Wirbelstromprüfung einen festen Platz in Ihrem Schmiedeinspektionsprogramm erhalten?

• Geschwindigkeit: Abtastgeschwindigkeiten von mehreren Metern pro Sekunde machen die WST ideal für die Serienprüfung in Hochdurchsatzproduktionen
• Keine Verbrauchsmaterialien: Im Gegensatz zu PT und MT erfordert ECT keine Eindringmittel, Partikel oder Trägerstoffe – was die laufenden Kosten und Umweltbelastungen reduziert
• Automatisierungsfreundlich: Spulen lassen sich problemlos in robotergestützte Handhabungssysteme integrieren, um eine konsistente und wiederholbare Prüfung zu gewährleisten
• Toleranz gegenüber Oberflächenzustand: Dünne Oxidschichten und geringfügige Oberflächenrauheit behindern die Prüfung nicht
• Materialsortierfähigkeit: ECT kann den Wärmebehandlungszustand verifizieren, gemischte Materialien erkennen und Legierungsqualitäten bestätigen

Für Schmiedewerkzeuge, die wiederholten thermischen Belastungen ausgesetzt sind, bietet ECT eine effiziente Methode zur Überprüfung der Oberflächenintegrität, ohne die Pressenanlage demontieren zu müssen.

Einschränkungen der Wirbelstromprüfung und Überlegungen zu Fehlalarmen

Die Wirbelstromprüfung ist nicht frei von Herausforderungen. Das Verständnis dieser Einschränkungen verhindert Fehlinterpretationen:

• Skineffekt: Wirbelströme konzentrieren sich nahe der Oberfläche – eine tiefere Durchdringung erfordert niedrigere Frequenzen, was die Empfindlichkeit verringert
• Abstandsempfindlichkeit: Schwankungen im Abstand zwischen Sonde und Oberfläche erzeugen Signale, die Fehler maskieren oder simulieren können
• Randeffekte: Bauteilränder und geometrische Änderungen erzeugen starke Signale, die eine sorgfältige Interpretation erfordern
• Materialvariabilität: Schwankungen in der Korngröße, Musterspannungen und lokale Härteunterschiede beeinflussen alle die Reaktion

Kaltumformprozesse, die Bauteile mit verfestigten Oberflächen erzeugen, können Wirbelstromprüfreaktionen aufgrund des Verfestigungsgradienten selbst zeigen – nicht auf tatsächliche Fehler. Passende Referenznormale, die dem tatsächlichen Materialzustand entsprechen, helfen dabei, echte Unregelmäßigkeiten von Fehlalarmen zu unterscheiden.

Neue Technologien zur Verbesserung der Fehlercharakterisierung

Der ZfP-Bereich entwickelt sich weiter, wobei fortschrittliche Technologien die Fähigkeiten zur Fehlererkennung und -charakterisierung erheblich verbessern:

Phased Array Ultraschallprüfung (PAUT)

Die Phased-Array-Technologie verwendet mehrere Ultraschallelemente, die individuell hinsichtlich Zeitsteuerung und Amplitude gesteuert werden können. Dies ermöglicht:

• Elektronische Strahlablenkung ohne mechanische Bewegung des Prüfkopfs
• Fokussierte Strahlen in mehreren Tiefen innerhalb einer einzigen Abtastung
• Sektorabtastungen, die eine querschnittsähnliche Darstellung ähnlich der medizinischen Ultraschalldiagnostik ermöglichen
• Schnellere Inspektion mit verbesserter Genauigkeit bei der Fehlergrößenbestimmung

Bei komplexen Geometrien von Druckgussteilen passt PAUT die Strahlwinkel in Echtzeit an und gewährleistet so optimale Prüfwinkel unabhängig von Oberflächenkonturen.

Zeit-of-Flight-Diffraktion (TOFD)

TOFD nutzt Beugungssignale von Defektrandstellen statt reflektierter Signale von Defektflächen. Diese Technik bietet:

• Genaue Riss-Tiefenmessung unabhängig von der Defektausrichtung
• Hohe Erkennungswahrscheinlichkeit für flächenhafte Fehler
• Dauerhafte Streifenbandaufzeichnungen zur Dokumentation

Computertomographie (CT)

Industrielle CT erstellt dreidimensionale Rekonstruktionen aus mehreren radiografischen Projektionen. Während die Gerätekosten die weite Verbreitung begrenzen, bietet die CT eine beispiellose volumetrische Charakterisierung für kritische Schmiedeanwendungen – sie zeigt Lage, Größe und Morphologie von Fehlern in voller Detailgenauigkeit.

Da Schmiedehersteller zunehmend komplexere Geometrien und engere Toleranzen anstreben, rechtfertigen diese fortschrittlichen Technologien ihre Investitionskosten durch verbesserte Fehlererkennung und reduzierte Fehlalarmraten immer stärker.

Vor dem Hintergrund des Verständnisses der verfügbaren Prüftechnologien stellt sich die nächste logische Frage: Welche Methode sollte für welchen Defekttyp verwendet werden? Der Aufbau eines systematischen Ansatzes zur Methodenauswahl stellt sicher, dass nichts durch das Qualitätsnetz rutscht.

Auswahl der richtigen zerstörungsfreien Prüfmethode für spezifische Defektarten

Sie wissen nun, welche Fehler gefräste Bauteile bedrohen, und kennen die verfügbaren Prüftechnologien, um diese zu entdecken. Doch hier liegt die Herausforderung, mit der viele Qualitätsabteilungen konfrontiert sind: Wie weist man die richtige Methode dem jeweiligen Fehler zu? Eine falsche Auswahl führt entweder zu übersehenen Fehlerstellen, zu verschwendeter Prüfzeit oder beidem.

Die Realität ist, dass keine einzige zerstörungsfreie Prüfmethode alle Fehler erkennt. Jede Methode hat ihre Blindstellen – bestimmte Fehlertypen, -ausrichtungen oder -positionen, bei denen die Erkennungswahrscheinlichkeit deutlich sinkt. Um ein effektives Prüfprogramm aufzubauen, müssen diese Grenzen verstanden und die Methoden gezielt kombiniert werden.

Entwickeln wir gemeinsam das Entscheidungsgerüst, das Sie benötigen, um für jedes in der Fertigung geschmiedeter Armaturen und bei der Prüfung von Stahllegierungen auftretende Fehlerszenario die optimalen Nachweismethoden auszuwählen.

Zuordnung von Fehlertypen zu optimalen Nachweismethoden

Stellen Sie sich die Fehlererkennung wie das Fischen mit verschiedenen Netzen vor – jedes Netz fängt bestimmte Fische, während andere hindurchschlüpfen. Ihre Prüfmethoden funktionieren genauso. Der Schlüssel liegt darin, zu wissen, welches „Netz“ welchen „Fisch“ fängt.

Innere volumetrische Fehler

Porosität, Schrumpfblasen und Einschlüsse verbergen sich tief in geschmiedeten Bauteilen aus Kohlenstoffstahl, wo Oberflächenmethoden nicht hinreichen. Ihre primären Erkennungswerkzeuge hier sind:

• Ultraschallprüfung: Erste Wahl für innere Unregelmäßigkeiten – hohe Empfindlichkeit gegenüber volumetrischen Fehlern bei korrekter Ausrichtung
• Radiographische Prüfung: Ausgezeichnet für Dichteunterschiede und unregelmäßig geformte Hohlräume; liefert dauerhafte visuelle Dokumentation

Warum beide? Ultraschallprüfung (UT) eignet sich hervorragend zur Erkennung planarer Unregelmäßigkeiten senkrecht zur Strahlrichtung, während die Durchstrahlungsprüfung (RT) Fehler unabhängig von ihrer Ausrichtung erfasst. Für kritische Anwendungen bei Schmiedestücken aus Kohlenstoffstahl gewährleistet die Kombination beider Methoden eine umfassende innere Abdeckung.

Oberflächenöffnende Risse

Für Risse, die an die Oberfläche treten, sind je nach Materialeigenschaften unterschiedliche Strategien erforderlich:

• Ferromagnetische Materialien: Die Magnetpulverprüfung bietet eine hervorragende Empfindlichkeit – die Teilchen sammeln sich deutlich an Rissstellen an
• Nichtmagnetische Materialien: Die Eindringprüfung wird zu Ihrem primären Werkzeug, wobei die Empfindlichkeitsstufen an die erwartete Rissöffnung angepasst werden
• Schnelle Prüfbedürfnisse: Die Wirbelstromprüfung ermöglicht eine hochgeschwindigkeitsbasierte Detektion ohne Verbrauchsmaterialien

Überlappungen und Nahtstellen

Diese gießspezifischen Fehler stellen besondere Anforderungen an die Detektion. Bei Gesenkschmiedeteilen bilden sich Überlappungen häufig entlang der Gratspalte oder dort, wo sich das Material beim Füllen der Form faltet. Die Orientierung des Fehlers bestimmt den besten Prüfansatz:

• Oberflächenbrechende Überlappungen: MT oder PT, abhängig von den magnetischen Eigenschaften des Materials
• Unterhalb der Oberfläche liegende Überlappungen: Schrägläufer-Ultraschallprüfung mit geeigneter Strahlausrichtung
• Komplexe Lap-Geometrien: Kombination von Oberflächen- und Volumenverfahren

Offene Schmiedevorgänge erzeugen unterschiedliche Lap-Muster – typischerweise mit Manipulatorspuren oder ungleichmäßiger Reduktion verbunden. Für die Detektion dieser Fehler ist oft eine Ultraschallprüfung aus mehreren Winkeln erforderlich, um eine sichere Erkennung unabhängig von der Orientierung zu gewährleisten.

Kornfluss und strukturelle Probleme

Ein unsachgemäßer Kornfluss erzeugt keine diskreten Unstetigkeiten – er stellt eine Verschlechterung der Materialeigenschaften über ganze Bereiche dar. Die Detektion erfordert spezialisierte Verfahren:

• Makro-Ätzen: Zeigt Kornflussmuster an quer geschnittenen Proben (zerstörend)
• Ultraschall-Geschwindigkeitskartierung: Geschwindigkeitsänderungen weisen auf Änderungen der Kornorientierung hin
• Wirbelstrom-Leitfähigkeitsmessung: Erkennt Materialeigenschaftsänderungen, die mit der Kornstruktur verbunden sind

Die Matrix zur Wirksamkeit von Fehlererkennungsverfahren

Hier ist der umfassende Zuordnungsleitfaden, der alle Erkennungsfähigkeiten zusammenführt. Verwenden Sie diese Matrix bei der Erstellung von Prüfplänen zur Qualitätssicherung von Schmiede- und Gussstücken:

Fehlertyp	Ut	MT	Pt	RT	Usw.	Anmerkungen
Porosität (intern)	★★★★☆	N/A	N/A	★★★★★	N/A	RT zeigt Größe/Verteilung; UT erkennt größere Hohlräume
Schwindporosität	★★★★☆	N/A	N/A	★★★★☆	N/A	Beide Methoden wirksam; UT liefert Tiefeninformationen
INHALTE	★★★★★	N/A	N/A	★★★☆☆	N/A	UT hochsensibel; RT könnte Einschlüsse mit geringer Dichte übersehen
Oberflächenrisse	★★☆☆☆	★★★★★	★★★★★	★★☆☆☆	★★★★☆	MT/PT primär; ECT für schnelle Vorscreening-Untersuchungen
Unterflächenrisse	★★★★★	★★★☆☆	N/A	★★★☆☆	★★☆☆☆	UT hervorragend geeignet; MT erkennt nur nahe der Oberfläche liegende Risse
Falten (Oberfläche)	★★☆☆☆	★★★★★	★★★★☆	★★☆☆☆	★★★☆☆	Enge Falten erfordern möglicherweise PT mit hoher Empfindlichkeit
Laps (Unterflächen)	★★★★☆	★★☆☆☆	N/A	★★☆☆☆	★☆☆☆☆	Schrägschallprüfung mit korrekter Orientierung entscheidend
Nahtstellen	★★★☆☆	★★★★★	★★★★☆	★★☆☆☆	★★★★☆	MT am empfindlichsten für ferromagnetische Werkstoffe
Kornflussprobleme	★★★☆☆	N/A	N/A	N/A	★★☆☆☆	Spezialisierte Ultraschallprüfverfahren erforderlich; Makro-Ätzung zur Bestätigung
Flocken (H₂-Risse)	★★★★★	N/A	N/A	★★★☆☆	N/A	Ultraschallprüfung ist die primäre Nachweismethode für innere Flocken

Bewertungsskala: ★★★★★ = Hervorragender Nachweis | ★★★★☆ = Gut | ★★★☆☆ = Mäßig | ★★☆☆☆ = Begrenzt | ★☆☆☆☆ = Schlecht | N/A = Nicht anwendbar

Aufbau einer mehrmethodischen Inspektionsstrategie

Warum versagen einmethodische Ansätze? Betrachten Sie folgendes Szenario: Sie prüfen legierte Stahlschmiedeteile ausschließlich mittels Ultraschallprüfung. Ihre Ultraschalluntersuchung zeigt keine inneren Unregelmäßigkeiten – das Bauteil erscheint einwandfrei. Doch ein oberflächennahes Lap, das parallel zur Schallausbreitungsrichtung orientiert ist, bleibt vollständig unentdeckt. Dieses Lap wird zum Ausgangspunkt eines Ermüdungsanrisses, und das Bauteil versagt im Einsatz.

Eine umfassende Qualitätssicherung erfordert mehrschichtige Inspektionsstrategien. So erstellen Sie eine solche:

Schritt 1: Kritische Fehlerarten identifizieren

Beginnen Sie damit, alle Fehler aufzulisten, die bei Ihrer spezifischen Schmiedeverschraubung oder Komponentenanwendung zur Ablehnung oder zum Ausfall im Einsatz führen könnten. Berücksichtigen Sie:

• Welche Fehler sind basierend auf Ihrem Schmiedeprozess am wahrscheinlichsten?
• Welche Fehler bergen das größte Risiko für die Leistung im Endgebrauch?
• Welchen Kundenanforderungen oder Spezifikationen müssen Sie entsprechen?

Schritt 2: Primäre Nachweismethoden zuordnen

Verwenden Sie die obige Effektivitätsmatrix, um jeder kritischen Fehlerart eine primäre Nachweismethode zuzuweisen. Diese Methode sollte die höchste Erkennungswahrscheinlichkeit für diese spezifische Unstetigkeit bieten.

Schritt 3: Komplementäre Methoden hinzufügen

Bei sicherheitskritischen Anwendungen sollten sekundäre Methoden hinzugefügt werden, die die blinden Flecken der primären Methode abdecken. Typische komplementäre Kombinationen sind:

• UT + MT: Interne volumetrische Prüfung plus Oberflächenrissprüfung für ferromagnetischen geschmiedeten Kohlenstoffstahl
• UT + PT: Gleiche ergänzende Prüfabdeckung für nichtmagnetische Materialien
• RT + UT: Vollständige innere Prüfabdeckung mit richtungsunabhängiger Detektion sowie Tiefeninformation
• MT + ECT: Hochsensible Oberflächenprüfung plus schnelle Durchmusterungsfähigkeit

Schritt 4: Festlegung der Prüfreihenfolge

Die Reihenfolge der Prüfverfahren ist entscheidend. Befolgen Sie diese allgemeine Reihenfolge für optimale Ergebnisse:

1. Sichtprüfung: Immer zuerst – identifiziert offensichtliche Oberflächenbedingungen und Geometrieprobleme
2. Oberflächenverfahren (MT/PT): Vor der Ultraschallprüfung durchführen, um Oberflächenbedingungen zu erkennen, die die Koppelung beeinträchtigen könnten
3. Volumetrische Verfahren (UT/RT): Innere Prüfung abschließen, nachdem die Oberflächenüberprüfung erfolgt ist
4. Abschließende Sichtprüfung: Bestätigen, dass alle Anzeigen ordnungsgemäß dokumentiert und bewertet sind

Nach Der NDT-Verfahrensvergleich von The Modal Shop , jedes Verfahren bietet spezifische Vor- und Nachteile – die Ultraschallprüfung zeichnet sich durch hohe Durchdringungsfähigkeit und Empfindlichkeit gegenüber Rissen aus, während die Magnetpulverprüfung eine kostengünstige, tragbare Inspektion mit Fähigkeit zur Unterflächenfehlererkennung bietet.

Praktisches Anwendungsbeispiel

Stellen Sie sich vor, Sie entwickeln einen Prüfplan für eine geschmiedete Stahlverbindungswelle, die für Hochleistungs-Anwendungen im Automobilbereich bestimmt ist. Ihre mehrstufige Strategie könnte wie folgt aussehen:

1. 100 % Sichtprüfung: Prüfung auf offensichtliche Oberflächenbedingungen und dimensionsgerechte Übereinstimmung
2. 100 % Magnetpulverprüfung: Nassfluoreszenzverfahren zur Erkennung von Oberflächen- und unterflächigen Rissen, insbesondere in Bereichen mit hoher Spannungskonzentration
3. 100 % Ultraschallprüfung: Senkrecht einfallender Schall zur Erfassung innerer Einschlüsse und Porosität; schräg einfallender Schall an den Radiusübergängen
4. Statistische Stichproben-Röntgenprüfung: Periodische radiografische Überprüfung der inneren Dichtheit auf Grundlage von Stichproben

Dieser mehrschichtige Ansatz stellt sicher, dass kein kritischer Fehler übersehen wird, und gewährleistet dabei ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Prüfkosten und Risiko.

Nachdem Sie den Rahmen für die Auswahl Ihrer Methode festgelegt haben, stellt sich als nächstes die Frage, wie sichergestellt werden kann, dass Ihr Prüfprogramm branchenspezifische Anforderungen erfüllt. Unterschiedliche Branchen – Luft- und Raumfahrt, Automobil, Öl und Gas – stellen unterschiedliche Annahmekriterien und Dokumentationsstandards auf, die beeinflussen, wie Sie diese Nachweismethoden implementieren.

Branchennormen und Annahmekriterien für die Schmiedeprüfung

Sie haben die geeigneten ZfP-Verfahren ausgewählt und eine fundierte mehrmethodische Inspektionsstrategie entwickelt. Doch hier ist die entscheidende Frage: Was gilt eigentlich als bestandenes Ergebnis? Die Antwort hängt vollständig davon ab, für welche Branche Ihr geschmiedetes Bauteil bestimmt ist – und von den spezifischen Normen, die für diese Schmiedeanwendung gelten.

Verschiedene Branchen stellen dramatisch unterschiedliche Akzeptanzkriterien. Eine Unregelmäßigkeit, die im allgemeinen industriellen Einsatz vollkommen akzeptabel ist, kann in der Luft- und Raumfahrt oder bei militärischen Schmiedeanwendungen sofortige Ablehnung zur Folge haben. Das Verständnis dieser Anforderungen stellt sicher, dass Ihr Prüfprogramm Bauteile liefert, die den Erwartungen der Kunden und den behördlichen Vorgaben entsprechen.

Prüfstandards für Schmiedeteile in der Luft- und Raumfahrt und AMS-Anforderungen

Die Luft- und Raumfahrt stellt die anspruchsvollste Umgebung für geschmiedete Bauteile dar. Wenn ein Ausfall katastrophale Folgen hat, lassen Prüfstandards keine Zufälle zu.

Nach Umfassender AMS-Leitfaden von Visure Solutions , von SAE International entwickelte Aerospace Material Standards, definieren nicht nur Materialeigenschaften, sondern auch die Prüfverfahren und Akzeptanzkriterien, die für luft- und raumfahrttechnische Anwendungen erforderlich sind. Diese Spezifikationen gewährleisten, dass Materialien in Flugzeugen und Raumfahrzeugen strengen Anforderungen an Sicherheit, Leistung und Haltbarkeit genügen.

Wichtige AMS-Spezifikationen für die Schmiedeprüfung

Mehrere AMS-Dokumente regeln direkt die NDT-Anforderungen für Luftfahrt-Schmiedeteile:

• AMS 2630: Ultraschallprüfung von warm- und kaltverformten Metallen – legt Kalibrierstandards, Abtastanforderungen und Annahmegrenzen für die Ultraschallprüfung fest
• AMS 2631: Ultraschallprüfung von Titan- und Titanlegierungsstangen und -Billet – behandelt die besonderen Herausforderungen bei der Prüfung von Titanschmiedestücken
• AMS 2640–2644: Spezifikationen für die Magnetpulver- und Eindringprüfung, die Prozesskontrollen, Materialien und Annahmekriterien abdecken
• AMS 2750: Anforderungen an die Thermoprozessmesstechnik (Pyrometrie) zur Sicherstellung einer korrekten Temperaturführung während des Schmiedens und der Wärmebehandlung

Die Schmiedeindustrie, die Luftfahrtkunden beliefert, muss eine strikte Einhaltung dieser Spezifikationen gewährleisten. Die AMS-Zertifizierung bestätigt, dass die Materialien den standardisierten Anforderungen hinsichtlich Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und thermischer Stabilität entsprechen – wodurch das Risiko struktureller Ausfälle verringert und die Lufttüchtigkeitszulassung sichergestellt wird.

Annahmekriterien Einzelheiten

Luft- und Raumfahrt-Annahmekriterien geben typischerweise vor:

• Maximal zulässige Anzeigegröße (häufig ausgedrückt als äquivalenter Durchmesser eines flachen Bodenlochs)
• Mindestabstand zwischen akzeptablen Anzeigen
• Verbotene Fehlerarten unabhängig von der Größe (Risse, mangelnde Verschweißung)
• Zonenbezogene Anforderungen basierend auf den Spannungsniveaus im Endanwendungsbereich

Für das Material ASTM A105 und ähnliche a105 Stahlqualitäten, die in Luft- und Raumfahrtarmaturen verwendet werden, bezieht sich die Ultraschall-Akzeptanz häufig auf ASTM E2375 mit zusätzlichen kundenspezifischen Einschränkungen hinsichtlich der Anzeigegröße und -dichte.

Normen für Druckbehälter und Energiesektor

ASME-Codes regeln die Prüfung von Schmiedestücken bei druckführenden Geräten – Kessel, Druckbehälter und Rohrleitungssysteme, bei deren Versagen Explosions- oder Umweltgefahren bestehen.

ASME Abschnitt V Anforderungen

Der ASME-Boiler and Pressure Vessel Code, Abschnitt V, legt Prüfverfahren fest, während Konstruktionscodes (Abschnitt I, VIII usw.) die Annahmekriterien definieren. Gemäß Dem Annahmekriterien-Leitfaden von OneStop NDT behandelt der ASME Abschnitt V, Artikel 4, die Anforderungen an die Ultraschallprüfung von Druckbehälter-Schweißnähten und -Schmiedestücken.

Wichtige ASME-Annahmebestimmungen umfassen:

• Anzeigen, die 20 % des Bezugspegels überschreiten, erfordern Untersuchung und Charakterisierung
• Risse, unzureichende Verschmelzung und unvollständige Durchdringung sind unabhängig von der Größe nicht zulässig
• Grenzen für die Länge linearer Anzeigen basierend auf der Materialdicke (von 1/4 Zoll bei dünnen Bauteilen bis 3/4 Zoll bei schweren Schmiedestücken)

Für das häufig für Flansche und Formstücke vorgeschriebene Material a105 stellen die ASME-Anforderungen sicher, dass diese drucktragenden Komponenten ihre Integrität unter Betriebsbedingungen beibehalten.

Automotive Quality Control Protocols for Forged Components

Die Prüfung von Schmiedeteilen im Automobilbereich erfolgt im Rahmen eines Qualitätsmanagementsystems und nicht auf der Grundlage vorgeschriebener technischer Normen. Die Zertifizierung nach IATF 16949 – dem Qualitätsmanagementsystemstandard für die Automobilindustrie – bildet die Grundlage für die Prüfprotokolle.

IATF-16949-Zertifizierungsanforderungen

Wie von Überblick zur Qualitätssicherung bei Singla Forging , globale Lieferketten treiben die Einführung international anerkannter Standards voran, darunter IATF 16949 für Zulieferer von Automobilschmiedeteilen. Diese Standards betonen risikobasiertes Denken, Rückverfolgbarkeit und kontinuierliche Verbesserung.

Prüfprogramme für zerstörungsfreie Prüfungen (NDT) im Automobilbereich gemäß IATF 16949 müssen folgende Aspekte abdecken:

• Prozessfähigkeitsuntersuchungen: Statistische Nachweise, dass Prüfverfahren Zielmängel zuverlässig erkennen
• Analyse von Messsystemen: Messmittelfähigkeitsuntersuchungen (Gage R&R), die die Wiederholbarkeit von Prüfern und Ausrüstung bestätigen
• Prüfpläne: Dokumentierte Prüfhäufigkeiten, -verfahren und Reaktionspläne bei Nichtkonformitäten
• Rückverfolgbarkeit: Vollständige Dokumentation, die Prüfergebnisse mit spezifischen Produktionschargen verknüpft

Stichprobenpläne und Prüfhäufigkeit

Im Gegensatz zur Luft- und Raumfahrt, bei der eine 100-prozentige Prüfung üblich ist, werden im Automobilbereich oft statistische Stichprobenverfahren basierend auf der Prozessfähigkeit angewendet:

• Neuprodukteinführung: 100-prozentige Prüfung, bis die Prozessstabilität nachgewiesen ist
• Stabiles Produktionsstadium: Reduzierte Stichprobenziehung (häufig gemäß AQL-Tabellen) mit erhöhter Häufigkeit bei Prozessänderungen
• Sicherheitsrelevante Komponenten: 100-prozentige Prüfung bleibt unabhängig von der Prozesshistorie bestehen

Die metallurgische Prüfung von Schmiedestücken ergänzt die zerstörungsfreie Prüfung im Automobilbereich – Härteprüfung, Gefügeuntersuchung und mechanische Prüfungen stellen sicher, dass die Wärmebehandlung die geforderten Eigenschaften erreicht hat.

Qualifizierungsstandards für Personal in der Zerstörungsfreien Prüfung

Die Zuverlässigkeit von Prüfergebnissen hängt direkt von der Qualifikation des prüfenden Personals ab. Internationale Standards legen Anforderungen fest, um die Kompetenz der Prüfer sicherzustellen:

• ISO 9712: Internationaler Standard für die Zertifizierung von Prüfpersonal in der zerstörungsfreien Prüfung – legt Anforderungen an Ausbildung, Schulung und Prüfung für die Stufen 1, 2 und 3 fest
• SNT-TC-1A: ASNT-Empfehlungspraxis, die in Nordamerika weit verbreitet ist – zertifizierungsprogramm, das vom Arbeitgeber durchgeführt wird
• EN ISO 9712: Europäische Übernahme der internationalen Anforderungen an die Zertifizierung von Personal
• NAS 410: Zertifizierungsanforderungen speziell für die Luft- und Raumfahrt, häufig von Hauptauftragnehmern referenziert

Umfassender Normenüberblick

Bei der Entwicklung von Prüfprogrammen für geschmiedete Bauteile bieten diese wichtigsten Normen die technische Grundlage:

• ASTM-Normen: E2375 (ZfP von geschmiedeten Produkten), E1444 (MT), E165 (PT), A388 (ZfP von schweren Stahlschmiedestücken), A105 (Schmiedestücke aus Kohlenstoffstahl für Rohrleitungen)
• ISO-Standards: ISO 9712 (Qualifikation von Personal), ISO 10893-Reihe (Prüfung von Rohren und Tubing), ISO 17636 (RT von Schweißverbindungen)
• ASME-Normen: Abschnitt V (Prüfverfahren), Abschnitt VIII (Konstruktion und Zulassung von Druckbehältern)
• EN-Normen: EN 10228-Reihe (ZfP von Stahlschmiedestücken), EN 12680 (Ultraschallprüfung von Stahlguss)
• AMS-Spezifikationen: AMS 2630-2632 (UT), AMS 2640-2644 (MT/PT), werkstoffspezifische AMS für Luftfahrtlegierungen

Für militärische Schmiedeanwendungen gelten oft zusätzliche Anforderungen gemäß MIL-STD-Spezifikationen, die über kommerzielle Normen für kritische Verteidigungskomponenten hinausgehen.

Zu verstehen, welche Normen für Ihre spezifische Schmiedeanwendung gelten, verhindert sowohl eine übermäßige Prüfung (Verschwendung von Ressourcen) als auch eine unzureichende Prüfung (Risiko von Kundenreklamationen oder Ausfällen im Feld). Vor dem Hintergrund dieses regulatorischen Rahmens wird die letzte Überlegung zur praktischen Umsetzung dieser Anforderungen in Ihrer Produktionsumgebung.

Einführung effektiver zerstörungsfreier Prüfprogramme in Schmiedebetrieben

Sie beherrschen die technischen Details – Fehlerarten, Nachweismethoden, Annahmekriterien und Industrienormen. Nun stellt sich die praktische Frage: Wie setzen Sie all dies tatsächlich in einem realen Schmiedebetrieb um? Die Lücke zwischen dem Wissen, was zu prüfen ist, und dem Aufbau eines nachhaltigen Prüfprogramms entscheidet oft darüber, ob Qualitätsziele konsequent erreicht werden.

Eine effektive NDT-Implementierung erstreckt sich über den gesamten Lebenszyklus der Schmiedeproduktion. Von der Ankunft des Rohmaterials in Ihrer Einrichtung bis zur abschließenden Produktprüfung stellen Inspektionspunkte sicher, dass Fehler frühzeitig erkannt werden – zu einem Zeitpunkt, an dem die Behebungskosten geringer sind und die Auswirkungen auf den Kunden minimiert werden.

Integration von NDT in Ihren Schmiedeproduktionsprozess

Stellen Sie sich Ihr NDT-Programm als eine Reihe von Qualitätskontrollen vor, die strategisch an verschiedenen Stellen innerhalb des Produktionsablaufs positioniert sind. Jede Kontrolle erfasst bestimmte Fehlerarten, bevor diese in nachfolgende Prozesse gelangen.

Eingangsgüterprüfung

Die Qualität beginnt bereits vor dem Schmiedevorgang. Bei geschmiedeten Bauteilen aus legiertem Stahl und Kohlenstoffstahl bildet die Prüfung der eintreffenden Barren die Grundlage für Ihre Qualität:

• Ultraschallprüfung: Erkennung innerer Fehler, Entmischungen und Reste von Lunkerbildungen im Stabmaterial oder in Barren
• Oberflächenprüfung: Sichtprüfung sowie MT/PT-Prüfung auf Nahtfehler, Überlappungen und Oberflissen, die durch die Primärwalzproduktion entstanden sein können
• Materialprüfung: Positive Materialidentifikation (PMI) oder Wirbelstromsortierung bestätigt die korrekte Legierungsqualität
• Dokumentenprüfung: Überprüfen Sie, ob die Materialzertifizierungen den Beschaffungsanforderungen entsprechen

Nach Qualitätssicherungsleitfaden von Singla Forging , wobei die Überprüfung der chemischen Zusammensetzung, Reinheit und Rückverfolgbarkeit von Brammen oder Blöcken entscheidend ist – Materialzertifizierung und Wareneingangsprüfung stellen sicher, dass nur zugelassene Werkstoffgüten verwendet werden, wodurch das Risiko innerer Fehler oder unerwarteten mechanischen Verhaltens minimiert wird.

Zwischenprüfungen

Strategische Prüfung während der Produktion erfasst auftretende Probleme, bevor sie gesamte Produktionschargen beeinträchtigen:

• Visuelle Prüfung nach dem Schmieden: Unmittelbare Überprüfung auf offensichtliche Fehler – wie Unterfüllungen, Gratabrisse oder Anzeichen von Matrizenverschleiß
• Erstteilmessung: Umfassende zerstörungsfreie Prüfung an Anfangsstücken der Serienproduktion validiert die Matrizeneinstellung und Prozessparameter
• Stichprobenartige statistische Prüfung: Regelmäßige Inspektion gewährleistet die Prozesskontrolle über die gesamte Produktionsdauer hinweg
• Überprüfung der Wärmebehandlung: Prüfung nach der Wärmebehandlung erkennt Abschreckrisse und Fehler durch thermische Behandlung

Bei kundenspezifischen Stahlschmiedeprozessen zur Herstellung spezialisierter Bauteile ist die Häufigkeit der Zwischeninspektionen oft höher als bei Standardproduktionen – die Kosten, Fehler frühzeitig zu erkennen, sind im Vergleich zu Ausschusskosten in späteren Phasen deutlich geringer.

Anforderungen an die Oberflächenvorbereitung nach Methode

Jede zerstörungsfreie Prüfverfahren erfordert bestimmte Oberflächenbedingungen für zuverlässige Ergebnisse. Bei der Prüfung von Schmiedekolbenbolzen oder anderen Präzisionsbauteilen verhindert eine ordnungsgemäße Vorbereitung Fehleinschätzungen und übersehene Fehler:

ZfP-Verfahren	Oberflächenanforderungen	Vorbereitungsschritte
Ultraschallprüfung	Glatte Oberfläche (maximal 250 Mikroinch), sauber, trocken	Zunder entfernen, raue Stellen schleifen, entfetten, Koppelmedium auftragen
Magnetpulver	Sauber, frei von Öl/Fett, dünne Beschichtungen akzeptabel	Mit Lösungsmittel reinigen, schweren Zunder entfernen, gründlich trocknen
Eindringprüfung	Sauber, trocken, frei von allen Verunreinigungen	Mit Lösungsmittel entfetten, alle Beschichtungen/Zunder aus dem Prüfbereich entfernen, vollständig trocknen
Wirbelstrom	Konsistenter Oberflächenzustand, minimale Oxidbildung	Leichte Reinigung, sicherstellen einer einheitlichen Oberflächenstruktur
Röntgenografisch	Kein loses Zunder oder Schmutz, der die Bildaufnahme beeinträchtigt	Loses Material entfernen, sicherstellen der stabilen Bauteilpositionierung

Können Sie Edelstahl schmieden und gleichzeitig prüffähige Oberflächen beibehalten? Absolut – aber austenitische Sorten erfordern eine andere Vorbereitung als Kohlenstoffstähle. Ihre Oxidschichten verhalten sich anders, und Reinigungsverfahren müssen Chloridkontamination vermeiden, die Spannungsrißkorrosion verursachen könnte.

Prüfung des Endprodukts

Vor dem Versand bestätigt die abschließende Prüfung, dass die Komponenten alle Spezifikationsanforderungen erfüllen:

• Vollständige zerstörungsfreie Prüfung gemäß Kundenspezifikation: Alle erforderlichen Verfahren werden entsprechend den geltenden Normen durchgeführt
• Maßprüfung: Bestätigung, dass kritische Maße den Zeichnungstoleranzen entsprechen
• Bestätigung der Oberflächenbeschaffenheit: Prüfen Sie die Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit für funktionelle Flächen
• Dokumentationspaket: Sammeln Sie Zertifizierungen, Prüfberichte und Rückverfolgbarkeitsdokumente

Bei kundenspezifischen Schmiedeanwendungen aus rostfreiem Stahl umfasst die Endprüfung häufig zusätzliche Korrosionsprüfungen oder spezialisierte Untersuchungen, die über die standardmäßigen NDT-Anforderungen hinausgehen.

Zusammenarbeit mit qualitätsorientierten Schmiedelieferanten

Hier ist eine Tatsache, die viele Beschaffungsteams übersehen: Ihr nachgeschaltetes NDT-Aufwand spiegelt direkt die Qualitätsleistung Ihres Lieferanten im Vorfeld wider. Die Zusammenarbeit mit Lieferanten, die strenge interne Qualitätskontrollen durchführen, reduziert die Prüfanforderungen in Ihrem Unternehmen erheblich.

Wenn Lieferanten in umfassende Qualitätssysteme und prozessbegleitende Inspektionen investieren, profitieren ihre Kunden durch geringere Eingangsprüfanforderungen, niedrigere Ausschussraten und schnellere Produktionsfreigabe für kritische Bauteile.

Was qualitätsorientierte Lieferanten bieten

Schmiedepartner, die sich für Qualität einsetzen, bieten in der Regel:

• IATF-16949-Zertifizierung: Zeigt Engagement für die Grundsätze des Qualitätsmanagements im Automobilbereich, die branchenübergreifend anwendbar sind
• Eigene NDT-Kapazitäten: Prüfung erfolgt als integraler Bestandteil der Produktion und nicht als nachträgliche Maßnahme
• Prozesssteuerungsdokumentation: Statistische Nachweise einer konsistenten Qualitätsleistung
• Ingenieursunterstützung: Kollaborativer Ansatz bei der Entwicklung von Spezifikationen und Problemlösung
• Rückverfolgbarkeitssysteme: Vollständige Dokumentation vom Rohmaterial bis zum fertigen Produkt

Für automotivtechnische Anwendungen, die eine präzise Warmumformung von Komponenten wie z. B. Federbeinachsen und Antriebswellen erfordern, Shaoyi (Ningbo) Metal Technology verkörpert dies den qualitätsorientierten Ansatz. Die IATF-16949-Zertifizierung und die internen Ingenieurkapazitäten stellen sicher, dass Komponenten exakt den Vorgaben entsprechen – von der schnellen Prototypenerstellung bis zur Serienproduktion – und reduzieren so die Ausschussraten bei der nachgeschalteten zerstörungsfreien Prüfung für ihre Kunden.

Bewertung der Qualitätssysteme von Lieferanten

Bei der Bewertung potenzieller Schmiedelieferanten sollten folgende Qualitätsindikatoren geprüft werden:

• Zertifizierungsstatus: Gültige ISO 9001 als Minimum; IATF 16949 für den Automobilbereich; AS9100 für die Luft- und Raumfahrt
• NDT-Kapazitäten: Eigene Prüfgeräte und qualifiziertes Personal
• Prozesskontrollen: Implementierung der statistischen Prozesslenkung, Kontrollpläne, Reaktionsverfahren
• Historische Leistung: PPM-Ausschussraten, pünktliche Lieferung, Kundenbewertungen
• Kontinuierliche Verbesserung: Nachweis laufender Initiativen zur Qualitätsverbesserung

Verringerung des Prüfaufwands durch Lieferantenpartnerschaft

Die wirtschaftlichen Vorteile sind überzeugend: Jeder Fehler, den Ihr Lieferant intern erfasst, verursacht nur einen Bruchteil der Kosten im Vergleich zu einer Entdeckung in Ihrem Werk – und nur einen winzigen Bruchteil der Kosten bei einem Feldausfall. Strategische Lieferantenpartnerschaften schaffen gemeinsame Anreize zur Qualitätsverbesserung:

• Reduzierte Eingangsprüfung: Zertifizierte Lieferanten mit nachgewiesener Leistung können für Stichprobenreduzierung oder Auslassprüfung in Frage kommen
• Schnellere Produktionszyklen: Zuverlässige Eingangsqualität beseitigt Prüfengpässe
• Geringere Gesamtkosten: Verringerte Kosten für Ausschuss, Nacharbeit und Garantieleistungen gleichen eventuelle Preiszuschläge des Lieferanten aus
• Technische Zusammenarbeit: Gemeinsame Problemlösung verbessert sowohl Design- als auch Fertigungsergebnisse

Als Der umfassende Leitfaden von Baron NDT betont, dass die Behandlung der zerstörungsfreien Prüfung als sich weiterentwickelnder Prozess bedeutet, Rückmeldungen über Fehlalarme oder nicht erkannte Fehler zu sammeln, um Techniken und Schulungen zu verbessern. Qualitätsorientierte Lieferanten leben diese Philosophie der kontinuierlichen Verbesserung und verfeinern ihre Prozesse basierend auf Kundenfeedback und Leistungsdaten aus dem Feld.

Langfristige Qualitätsbeziehungen aufbauen

Die effektivsten Programme für zerstörungsfreie Prüfung reichen über die Wände Ihres Betriebs hinaus und umfassen die gesamte Lieferkette. Wenn Ihr Schmiedelieferant das gleiche Engagement für Qualität zeigt, das Sie intern fordern, entsteht ein nahtloses Qualitätsystem, das Fehler so früh wie möglich erkennt – was die Kosten minimiert und die Zuverlässigkeit maximiert.

Ob Sie geschmiedeten Legierungsstahl für kritische Strukturanwendungen oder geschmiedete Kohlenstoffstahlverbindungsstücke für den industriellen Einsatz beschaffen – die Lieferantenqualität wirkt sich direkt auf Ihren Prüfaufwand und die Zuverlässigkeit Ihres Endprodukts aus. Die Investition von Zeit in die Qualifizierung von Lieferanten und deren kontinuierliche Leistungsüberwachung zahlt sich durch geringeren Prüfaufwand, weniger Kundenreklamationen und eine stärkere Wettbewerbsposition aus.

Die zerstörungsfreie Prüfung von Schmiedeteilen dient letztendlich einem einzigen Zweck: sicherzustellen, dass jedes Bauteil, das Ihr Werk verlässt oder von Ihren Lieferanten eintrifft, die Qualitätsstandards erfüllt, die Ihre Kunden erwarten und die Ihre Anwendungen erfordern. Durch die Implementierung systematischer Inspektionsprogramme über den gesamten Schmiedeprozess hinweg und die Zusammenarbeit mit qualitätsorientierten Lieferanten legen Sie den Grundstein für gleichbleibende, zuverlässige Leistung.

Häufig gestellte Fragen zur zerstörungsfreien Prüfung von Schmiedeteilen

1. Welche sind die 4 Hauptarten der ZfP-Prüfung für Schmiedeteile?

Die vier primären NDT-Methoden für Schmiedeteile sind Ultraschallprüfung (UT) zur Erkennung innerer Fehler, magnetische Partikelprüfung (MT) für Oberflächenfehler an ferromagnetischen Werkstoffen, Eindringprüfung (PT) für oberflächenverbindende Unregelmäßigkeiten an allen Materialien und radiographische Prüfung (RT) zur vollständigen inneren Abbildung. Jede Methode zielt auf bestimmte Fehlerarten ab – UT eignet sich hervorragend zur Auffindung von Porosität und Einschlüssen tief im Material, während MT und PT speziell auf die Erkennung von Rissen, Falten und Nähten an der Oberfläche ausgelegt sind. Qualitätsorientierte Schmiedelieferanten, wie etwa solche mit IATF-16949-Zertifizierung, setzen in der Regel mehrere Methoden ein, um eine umfassende Abdeckung aller Fehlerarten sicherzustellen.

2. Was ist die zerstörungsfreie Prüfung von Stahlschmiedestücken?

Die zerstörungsfreie Prüfung von Stahlschmiedestücken verwendet Untersuchungsmethoden, die die Integrität von Bauteilen bewerten, ohne das Teil zu beschädigen oder zu verändern. Im Gegensatz zur zerstörenden Prüfung, bei der Proben zerstört werden, ermöglicht die ZfP die Inspektion jedes einzelnen Schmiedestücks, das anschließend weiterhin in der Produktion verwendet werden kann. Zu den gängigen Verfahren gehören die Ultraschallprüfung mit Frequenzen von 1–5 MHz zur Erkennung innerer Fehler, die magnetische Partikelprüfung für Oberflächenfehler und die Eindringprüfung zur Rissdetektion. Diese Methoden folgen Normen wie ASTM E2375 und A388, die speziell für die Prüfung von Schmiedestücken entwickelt wurden, und stellen sicher, dass Stahlbauteile die Sicherheitsanforderungen für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbereich und bei Druckbehältern erfüllen.

3. Welche 8 gängigen ZfP-Verfahren gibt es?

Die acht am häufigsten verwendeten ZfP-Verfahren sind: Sichtprüfung (VT) als Erstlinieninspektionsmethode, Ultraschallprüfung (UT) für innere Unregelmäßigkeiten, Radiographische Prüfung (RT) für vollständige volumetrische Abbildung, Magnetpulverprüfung (MT) für Oberflächenfehler in ferromagnetischen Materialien, Farbeindringprüfung (PT) für offene Oberflächenfehler, Wirbelstromprüfung (ET) für schnelle Oberflächenuntersuchungen, Schallemissionsprüfung (AE) zum Nachweis aktiver Fehler und Dichtheitsprüfung (LT) zur Überprüfung von Druckbegrenzungen. Bei geschmiedeten Teilen werden insbesondere UT, MT, PT und RT angewendet, oft in Kombination, um sicherzustellen, dass kein Fehlertyp unentdeckt bleibt.

4. Woran erkennt man, ob ein Bauteil geschmiedet oder gegossen ist?

Geschmiedete Teile weisen deutliche Merkmale auf, die sie von Gussteilen unterscheiden. Schmiedestücke mit offener Form zeigen typischerweise Werkzeugspuren, wo die Schmiedeausrüstung das Werkstück geformt hat – oft sichtbar als mehrere flache Eindrücke durch wiederholte Hämmer- oder Pressvorgänge. Innerlich besitzen geschmiedete Bauteile eine ausgerichtete Kornstruktur, die dem Bauteilumriss folgt und eine höhere Festigkeit bietet. Gussteile weisen eine zufällige Kornstruktur auf und können Porositätsmuster infolge der Erstarrung aufweisen. ZfP-Verfahren können diese Unterschiede offenbaren: Ultraschallprüfung zeigt unterschiedliche Signale aufgrund der Kornausrichtung, und Makroätzungen machen die charakteristischen Fließlinien sichtbar, die nur bei geschmiedeten Materialien vorkommen.

5. Welches ZfP-Verfahren eignet sich am besten zum Erkennen innerer Fehler in Schmiedestücken?

Die Ultraschallprüfung ist die primäre Methode zur Erkennung innerer Fehler in geschmiedeten Teilen aufgrund ihrer hervorragenden Eindringtiefe und Empfindlichkeit gegenüber volumetrischen Fehlerarten. Mit Frequenzen zwischen 1–5 MHz, abhängig von Materialdicke und Kornstruktur, ermöglicht die Ultraschallprüfung eine effektive Detektion von Porosität, Schrumpfblasen, Einschlüssen und Wasserstoffrissen, die tief im Bauteil verborgen sind. Bei komplexen Geometrien, bei denen der Zugang für Ultraschallprüfungen eingeschränkt ist, bietet die radiografische Prüfung eine ergänzende Abdeckung des Inneren. Kritische Anwendungen kombinieren häufig beide Verfahren – die Ultraschallprüfung liefert Tiefeninformationen und hohe Empfindlichkeit gegenüber flächenhaften Fehlern, während die radiografische Prüfung Fehler unabhängig von deren Ausrichtung erfasst und eine dauerhafte Dokumentation erstellt.