Materialprüfung im industriellen Umfeld

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Harald Maurer
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1 Industrielle Computertomographie Grundlagen und Anwendungen aus der Prüf- und Messtechnik Dr. Martin Simon / Christoph Gall Wenzel Volumetrik GmbH, Singen Die neue Generation industrieller Computertomographie aus dem Hause WENZEL Volumetrik in Singen ermöglicht es hochgenau Bauteile zu scannen und zu analysieren. Grundlage für die präzisen CT-Systeme ist zum einen die hochgenaue, granitbasierte Mechanik, die eigens entwickelte Detektortechnologie sowie das durchgängige Softwarepaket basierend auf Windows 64-bit Technologie. Die Anwendungsfelder sind weitläufig und reichen von Materialprüfung an Bauteilen bis hin zur dimensionellen Auswertung der Scandaten von Kunststoff-, Metall sowie auch Multimaterial-Bauteilen. Themen: - Einführung in die Industrielle Computertomographie - Vorstellung der CT-Systeme der Firma WENZEL Volumetrik und deren Vorteile - Einführung in die Software-Prozesskette für Computertomographie von WENZEL - Anwendungsbeispiele: Materialfehleranalyse von Bauteilen, Dimensionelle Messtechnik an CT-Daten mit der Koordinatenmesstechnik-Software von WENZEL, Soll-Ist-Vergleich der Scan-Daten gegen CAD-Daten und Master-Bauteilen, Reverse Engineering, Kompensation von Schwund und Verzug beim Spritzgießen Einsatzmöglichkeiten der Röntgen-Computertomographie in der Qualitätssicherung und der Schadensanalyse Miriam Rauer, B. Eng. Im Labor für zerstörungsfreie Prüfungen werden mittels einer Röntgen-Computertomographie-Anlage Industrieprojekte bearbeitet, welche der Qualitätssicherung, der Schadensanalyse, dem Reverse Engineering und der Optimierung von Produktionsprozessen dienen. Der Röntgen-Computertomograph zählt zu den Mikro-CTs und kann mit einer Beschleunigungsspannung von 130 kv Bauteile mit einer Höhe von bis zu 45 mm und einem Durchmesser von bis zu 60 mm durchstrahlen. Die Voxelauflösung, auch Detailerkennbarkeit genannt, liegt hierbei zwischen 5 μm und 40 μm. Im Rahmen der Fachtagung sollen erstmalig projektspezifische Untersuchungsergebnisse vorgestellt werden. Hierzu wurden Probestücke bezüglich einer konkreten Problemstellung aus der Industrie untersucht und in Kooperation mit den Auftraggebern beurteilt. 1

2 Zuverlässigkeit von Ultraschallprüfsystemen bei der Prüfung von elektronenstrahlgeschweißten Kupferbehältern für die Endlagerung von hoch radioaktivem Abfall Dipl. Ing. Daniel Kanzler, M. Eng. Bundesanstalt für Materialforschung und prüfung, Berlin Die Endlagerung von hochradioaktivem Abfall muss in naher Zukunft gelöst werden. In diesem Belang sind Finnland und Schweden Vorreiter. Beide sind im Moment dabei ein Aufbewahrungsort für den radioaktivem Müll zu bauen. Um die Sicherheit zu gewährleisten wurde ein mehrschichtiges Sicherheitsmodell mit dem Namen KBS-3 entworfen. Eine Barriere stellt ein Kupferbehälter dar, der nach strengen Auflagen mit vier verschiedenen zerstörungsfreien Prüfsystemen geprüft wird. Für jedes Prüfsystem muss die Zuverlässigkeit gewährleistet werden, bevor es zum Einsatz kommt. Die Zuverlässigkeit wird in drei Phasen nachgewiesen: - Bei der Prüfung mit Referenzprüfkörpern und künstlichen Fehlern - Bei der Prüfung von realen Fehler, die mit Absicht gemacht wurden - Bei der Prüfung der später eingesetzten Kupferbehälter Im Vortrag soll eine kurze Einführung in die Zuverlässigkeitsbestimmung mit Hilfe einer Probability of Detection gegeben werden und von darauf aufbauend einen Überblick über mögliche Probleme und Lösungsansätze für die zerstörungsfreie Prüfung im Bereich von kritischen Anwendungen. Zerstörungsfreie Prüflösungen bei GE Sensing & Inspection Technologies Dr. Albrecht Maurer GE Inspection Technologies, Alzenau GE Sensing & Inspection ist ein weltweit aktives Unternehmen, das Prüflösungen anbietet mit dem Ziel der Erhöhung von Qualität, Sicherheit und Produktivität. Das Spektrum umfaßt die Modalitäten Ultraschall, Wirbelstrom, Röntgen sowie videoskopische Sichtprüfung. Es werden sowohl tragbare oder transportable Lösungen als auch stationäre Prüfanlagen angeboten. Im Rahmen des Vortrags wird die Produkt- und Lösungspalette vorgestellt und darüber hinaus die Aktivitäten des bayrischen Standorts Alzenau näher beschrieben. 2

Beide sind im Moment dabei ein Aufbewahrungsort für den radioaktivem Müll zu bauen. Um die Sicherheit zu gewährleisten wurde ein mehrschichtiges Sicherheitsmodell mit dem Namen KBS-3 entworfen.

3 Metallographie als leistungsstarke Methode zur Charakterisierung von Fügeverbindungen und Bauteilen Dipl. Ing. (FH) Timo Schreck, M. Sc. Trotz der immer weiter fortschreitenden Entwicklung zerstörungsfreier Prüfverfahren stellt die klassische Metallographie auch heute noch ein unerlässliches Werkzeug zur Charakterisierung von Werkstoffen und Bauteilen dar. Vermehrt wird die Metallographie neben der mikroskopischen Gefügeuntersuchung von Metallen nun auch zur Analyse von modernen Werkstoffen und Schadensfällen an komplexen Bauteilen eingesetzt und entwickelt sich somit zur Materialographie weiter. Die Ausstattung der Labors der Hochschule Aschaffenburg und des ZeWis lässt nahezu alle metallographischen Untersuchungsmethoden zu. Im Rahmen der Fachtagung werden einige Ergebnisse materialographischer Untersuchungen dargestellt und mit zerstörungsfreien Prüfmethoden verglichen. Problemlösungsorientierte Oberflächenanalytik Dipl.-Phys. Rainer Ziel Analytik Service, Obernburg Je kleiner Strukturen werden, umso größer wird die Bedeutung ihrer Oberfläche für die Eigenschaften. Die Oberflächenanalytik dient dazu, den chemischen Aufbau und die Struktur der Oberfläche zu charakterisieren und damit wesentlich zum Verständnis der Funktion eines Bauteils beizutragen. Speziell im Schadensfall ist es wichtig, gezielt die richtige, bzgl. der Problemstellung optimierte, Analysenmethode einzusetzen. Dieses gilt für Verunreinigungen genauso wie für Haftungsprobleme oder innere Fehlstellen. Manche Verfahren wie ESCA sind extrem oberflächenempfindlich und können Veränderungen der obersten Atomlagen analysieren. Mikroskopische Verfahren wie REM-EDX stellen die Oberflächenmorphologie dar, können aber auch eingesetzt werden, um die Elementzusammensetzung kleiner Details punktgenau zu analysieren. In dem Vortrag wird eine kurze Übersicht über verschiedene Methoden der Oberflächenanalytik beim Analytik Service Obernburg gegeben und anhand von Beispielen die typische Vorgehensweise bei der Schadensanalyse dargestellt. 3

Trotz der immer weiter fortschreitenden Entwicklung zerstörungsfreier Prüfverfahren stellt die klassische Metallographie auch heute noch ein unerlässliches Werkzeug zur Charakterisierung von

4 Multisensor Oberflächenmesstechnik für Entwicklung und Produktion Dipl.-Ing. (FH) Stefan Stöcker FRT GmbH, Bergisch Gladbach In Forschung und Produktion spielt die präzise Messung von Oberflächen (Rauheit, Kontur, Struktur, Schichtdicke) eine zentrale Rolle. Die Materialien können dabei hoch reflektiv, transparent oder auch porös sein. Die FRT GmbH stellt innovative optische Messgeräte her, die mit unterschiedlichen Sensoren für die Oberflächenmesstechnik im Millimeter-, Mikrometer- oder im Nanometer-Bereich ausgestattet werden können. Dabei werden in der Regel Punktsensoren und Schichtdickensensoren für schnelle, teilweise automatisierte Profilmessungen und zur Vermessung von kleinen und großen Flächen sowie Flächensensoren für die schnelle und präzise Vermessung von kleinen Strukturen und Flächen eingesetzt. Die Geräte können optional mit einem Rasterkraftmikroskop bestückt werden. Der Vortrag gibt mit Beispielen einen Überblick über diese Messtechniken. Findet die OCT (Optische Kohärenztomographie) ein Zuhause in den Materialwissenschaften? Dipl.-Ing. Martin Krah Thorlabs GmbH, Dachau Vorgestellt werden der Aufbau und die Funktion von modernen kommerziellen OCT Systemen und die wichtigsten heutigen kommerziellen Anwendungen. Anschließend werden Bildbeispiele aus Materialwissenschaft und anderen nichtmedizinischen Anwendungen gezeigt und die Chancen und Möglichkeiten diskutiert, die die OCT für die Materialprüfung und die Materialwissenschaften mitbringt. Optische Messtechnik und Materialprüfungen am ZeWiS Prof. Dr. Ralf Hellmann Der Vortrag gibt einen Überblick der Aktivitäten der Gruppe Materials Processing (Laseroptisches Labor) der Abteilung Materials am ZeWiS. Schwerpunkt sind dabei die der Gruppe zur Verfügung stehenden optischen Messtechniken, die anhand von ausgewählten Projektbeispielen erläutert werden. 4

Die Materialien können dabei hoch reflektiv, transparent oder auch porös sein.

5 Atomic Force Microscope Messprinzp und Anwendungsmöglichkeiten Florian Emmerich, B. Eng. Das Raster-Kraft-Mikroskop, aufgrund seiner Funktionsweise auch oft Atom-Kraft-Mikroskop (AFM) genannt, stellt seit seiner Erfindung im Jahre 1986 eines der Standardmessgeräte der Oberflächenforschung dar. Mit seinem bestechend einfachen Funktionsprinzip eröffnete es als erstes Messgerät den Einblick in die Nanowelt nichtleitender Materialien. Bei einer Messung detektiert das AFM die Wechselwirkung zwischen einem Biegebalken mit sehr feiner Spitze und der zu untersuchenden Oberfläche. Dabei können prinzipiell drei verschiedene Messarten angewandt werden, welche anhand des Lennard-Jones-Potentials voneinander abgegrenzt werden: Contact-Mode, Tapping-Mode und Non-Contact-Mode. So ist es dem AFM mit der richtigen Spitze möglich, neben der Topographie auch weitere Wechselwirkungen, wie elektrostatische oder magnetische, zu detektieren. Dies und die Möglichkeit verschiedenste Proben ohne Vakuum zu untersuchen haben für die starke Verbreitung des AFM gesorgt. Abseits der mannigfaltigen Forschungsmöglichkeiten bietet das AFM sehr interessante industrielle Anwendungen. Beispielsweise können mittels Scanning-Capacitance-Microscopy Dotierungskonzentrationen in Halbleitern durch kleinste Kapazitätsunterschiede hochauflösend untersucht oder mittels Nano-Intendation ortsaufgelöst Materialeigenschaften wie E-Modul und Härte bestimmt werden. 5

Oberflächenforschung dar. Mit seinem bestechend einfachen Funktionsprinzip eröffnete es als erstes Messgerät den Einblick in die Nanowelt nichtleitender Materialien.

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