7.9 Zerstörungsfreie Prüfung

Die American Society for Nondestructive Testing definiert eine zerstörungsfreie Prüfung (engl. nondestructive testing, NDT) als Untersuchung eines technologiegestützten Objektes, ohne die Gebrauchseignung dieses Objektes zu beeinflussen bzw. zu mindern. Unter NDT werden verschiedene Methoden zur Ermittlung von

  • inneren oder äußeren Fehlern
  • Struktur, Zusammensetzung und Materialeigenschaften
  • geometrischen Eigenschaften

zusammengefasst. Dabei stellen die Rissprüfung nach dem Eindringverfahren, die Magnetpulverprüfung und die Sicht- und optische Prüfung gängige Messmethoden dar, um Materialfehler mittels optischer Strahlung oder Licht zu entdecken. Mit Hilfe von Instituten und Normen (z. B. durch die American Society for Testing and Materials (ASTM), MIL und DIN) werden Standardverfahren festgelegt, mit denen eine Einheitlichkeit dieser Prüfungen erreicht werden soll.


Rissprüfung nach dem Eindringverfahren

Das häufig verwendete Farbeindringverfahren dient der Ermittlung von Oberflächenrissen bei porenfreien Materialien aus Metallen oder Nichtmetallen. Dabei gibt es zwei gängige Verfahren:

Farbeindringung

Durch Kapillarwirkung wird eine farbige Flüssigkeit oder ein Farbstoff auf die Oberfläche des Testobjekts angebracht, welche in alle vorhandenen Oberflächenrisse eindringen. Nach Entfernung des überschüssigen Farbmittels wird eine absorbierfähige weiße Schicht aufgetragen, die die farbige Flüssigkeit aus dem Riss aufsaugt und die defekte Stelle somit sichtbar macht. Eine angemessene Beleuchtung des Testobjektes mit weißem Licht dient der Kenntlichmachung des Kontrasts.

Fluoreszierende Eindringmittel

Für maximale Empfindlichkeit wird ein fluoreszierender Farbstoff als Eindringmittel verwendet. Der Test findet dabei unter ultraviolettem Licht statt, wobei überwiegend UV-A-Quellen, auch als Schwarzlicht bekannt, benutzt werden. Bei diesem Verfahren muss das Testobjekt mit einem angemessenen Niveau an UV-A-Beleuchtungsstärke mit niedrigem weißem Licht im Anteil bestrahlt werden, um zuverlässige Prüfungen mit fluoreszierenden Farbstoffen durchführen zu können.

Bei der Magnetpulverprüfung sowie der Sicht- und optischen Prüfung bedarf es ebenfalls angemessener Lichtpegel, um eine zuverlässige Qualitätskontrolle zu garantieren.

DIN EN 1956, ASTM und MIL geben Standards für die allgemeinen Bedingungen und Standardverfahren in Bezug auf Eindringverfahren vor, die auch für nachfolgende Verfahren gelten. Sie umfassen zudem Mindestanforderungen an die Beleuchtungs- bzw. Bestrahlungsbedingungen, Vorgangsweisen zur Überprüfung dieser Pegel und Anforderungen an geeignete Messgeräte.

Weiterhin ist durch diese Standards deutlich festgelegt, dass die Kalibrierung von Radiometern und Photometern zur Messung von Beleuchtungs- und Bestrahlungsstärke mittels Kalibrierstandards, die wiederum auf nationale Standards zurückzuführen sind, durchgeführt werden muss. Mit dem Prüfprotokoll müssen die Kalibrierprüfungen dokumentiert werden.

Zudem gilt es auch, die jeweilige Kalibriermethode zu beachten.

Einige der hierfür verwendeten UV-A-Radiometer werden bei einem bestimmten Punkt bei Erreichen des Spitzenwertes (i. d. R. bei 360 nm) der spektralen Detektor-Empfindlichkeit kalibriert. Alternativ können sie auch einfach an einige Messwerte in Bezug auf eine bestimmte Lichtquelle angepasst werden. Da es zu Messfehlern aufgrund von Lichtquellen mit unterschiedlicher spektraler Ausbeute kommen kann, verwendet Gigahertz-Optik zur Reduzierung dieser das integrale Kalibrierverfahren. Dabei erfolgt die Kalibrierung des Detektors in Anlehnung an einen gemessenen integrierten UVA- Bestrahlungsstärkestandard.

Zur weiteren Reduzierung von spektralen Fehlern weist der UV-A-Detektor von Gigahertz-Optik ein nahezu flaches Ansprechvermögen über den UV-A-Bandfilter auf, wobei es zu einem steilen Abfall bei 400 nm kommt, damit sichtbares Streulicht nicht die UV-Messwerte beeinflusst.

Die spektrale Ansprechfunktion des photometrischen Sensors ist aus dem oben genannten Grund ebenfalls wichtig. Spektrale Fehler zeigen sich bei der Messung der Einheiten Lux oder Footcandles und zwar bei der Prüfung von Lichtquellen, die sich von der Referenz-Kalibrierquelle unterscheiden. Zur Erreichung präziser photometrischer Messungen bedarf es daher eines Detektors, der am ehesten mit der photopischen Funktion gemäß CIE übereinstimmt. Die spektrale Funktion des photopischen Sensors von Gigahertz-Optik ist an die DIN-Grenzvorgabe für Klasse B Geräte (< 6 % Messabweichung im Vergleich zur photopischen Kurve gemäß CIE) angepasst.

Das räumliche (winkelbezogene) Ansprechvermögen des Detektors stellt ebenfalls eine potentielle Fehlerquelle bei Messungen dar.

Der Detektor wird von allen Richtungen mit Licht bestrahlt und ist zudem Umwelteinwirkungen ausgesetzt, woraus die Verwendung eines Diffusors für Kosinuskorrektur resultiert. Somit werden die ankommenden Lichtsignale in Bezug auf den Kosinus des Raumwinkels ins Verhältnis gesetzt. Damit erhält der Detektor Lichtsignale auf die gleiche Weise wie eine flache Oberfläche. Der Detektor bildet also die Testprobe nach. Entspricht das räumliche Ansprechvermögen nicht ausreichend der zutreffenden Kosinus-Funktion, sind erhebliche Messfehler zu erwarten.

Abb. 1: Schema des Eindringverfahrens

Abb. 1: Schema des Eindringverfahrens

UV-Quellen stellen ein potentielles Gesundheitsrisiko für Augen und Haut dar. Die beim Eindringverfahren verwendeten UV-A-Quellen emittieren einige der schädlichsten UV-C- und UV-B-Strahlen. UV-A-Strahlen werden zwar als weniger riskant eingeschätzt, jedoch geben die Richtlinien nach ACGIH / ICNIRP UV-A-Grenzwerte von 1 mW/cm2 bei einer achtstündigen Bestrahlungszeit vor. Die Grenzen für UV-B liegen deutlich darunter und zwar effektiv bei 0,1 W/cm2. Zur Gewährleistung der Mitarbeitersicherheit und der Qualitätskontrolle sollte die UV-Bestrahlung bei solchen Verfahren überprüft werden.