Schweißnähte mit der Röntgenfluoreszenzanalyse prüfen
Beim Lichtbogenschweißen sorgt ein elektrischer Lichtbogen dafür, dass das Grundmetall und der Zusatzwerkstoff schmelzen. Dadurch können zwei Bauteile miteinander verbunden werden. Um die Qualität der Schweißnaht anschließend zu prüfen, kann die sogenannte Röntgenfluoreszenzanalyse, kurz RFA, zum Einsatz kommen.
Inhalt
Was ist die Röntgenfluoreszenzanalyse?
Die Röntgenfluoreszenzanalyse wird auch als Röntgenfluoreszenzspektroskopie (RFS) bezeichnet. Als Durchstrahlungsprüfung und bildgebendes Verfahren gehört sie in die Gruppe der zerstörungsfreien Prüfverfahren.
In sehr vielen Bereichen der metallverarbeitenden Industrie wie zum Beispiel dem Maschinen-, dem Anlagen oder dem Apparatebau wird die RFA schon seit langem eingesetzt. In der Schweißtechnik kommt die RFA unter anderem bei der Qualitätskontrolle von Schweißnähten zur Anwendung.
Das Prinzip hinter der Röntgenfluoreszenzanalyse ist, Werkstoffe oder Proben davon mittels primärer Röntgenstrahlung dazu anzuregen, selbst Fluoreszenzröntgenstrahlen abzugeben.
Das Spektrum der abgegebenen Strahlung ermöglicht dann, Rückschlüsse auf die Materialzusammensetzung oder bei einer Prüfung der Schweißnaht auf deren Qualität zu ziehen.
Möglich wird das deshalb, weil die Röntgenstrahlung Poren, Risse oder Schlacken deutlich sichtbar macht.
Was ist bei der Prüfung von Schweißnähten mittels RFA wichtig?
Um die erwartete Endzusammensetzung der Schweißraupe berechnen zu können, muss bekannt sein, wie die drei Werkstoffe, also der Grundwerkstoff, der zu verbindende Werkstoff und der Zusatzwerkstoff, zusammengesetzt sind.
Zusatzwerkstoffe wie zum Beispiel Schweißelektroden oder Schweißdrähte werden im Vergleich zu den Werkstoffen, die verbunden werden sollen, angereichert. Auf diese Weise werden die Verdünnungseffekte in der geschmolzenen Schweißraupe ausgeglichen.
Prinzipiell ist eine Schweißraupe gemischt zusammengesetzt. Etwa 70 Prozent macht der Zusatzwerkstoff aus, 30 Prozent entfallen auf die beiden Grundwerkstoffe.
Sollen zum Beispiel zwei Bauteile aus Metall miteinander verschweißt werden, wird die Schweißraupe am Ende wohl zu 70 Prozent aus der Elektrode als Zusatzwerkstoff, zu 15 Prozent aus dem einen Metall-Grundwerkstoff und zu 15 Prozent aus dem anderen Grundwerkstoff bestehen.
Bei jeder Anwendung muss die chemische Zusammensetzung des Materials, aus dem die Schweißraupe besteht, bekannt sein.
Denn nur so ist sichergestellt, dass die Schweißraupe die notwendigen mechanischen Eigenschaften oder die benötigte Korrosionsbeständigkeit aufweist.
Der Schweißer sollte aber im Hinterkopf haben, dass sich neben den verwendeten Werkstoffen auch das Schweißverfahren auf die chemische Zusammensetzung der Schweißraupe auswirkt.
Worauf sollte bei einer Prüfung der Schweißnaht mittels Röntgenfluoreszenzanalyse geachtet werden?
Damit die RFA die gewünschten Ergebnisse bringt, sollte sich der Schweißer zum einen die Vorteile zunutze machen, die ihm ein Analysegerät bietet. Zum anderen sollte er darauf achten, die Messung an der richtigen Stelle durchzuführen.
Auf die Schweißbibliothek des Analysegeräts zurückgreifen
Im Elektrodenmaterial sind oft höhere Anteile der Hauptlegierungselemente enthalten, damit die verdünnenden Effekte beim Schweißen kompensiert werden können.
Zum Lieferumfang eines Handanalysators für die RFA gehört in aller Regel eine vorinstallierte Schweißbibliothek. In der Basisvariante sind die gängigsten Materialien aufgeführt und die Bibliothek kann jederzeit um eigene Einträge erweitert werden.
Verwendet der Schweißer einen Analysator mit integrierter Schweißbibliothek, kann er die chemische Zusammensetzung des Materials und die Legierungs-ID des Materials, das verarbeitet werden soll, vor und beim Schweißvorgang überprüfen.
Verwechslungen von Materialien auf der Baustelle lassen sich dadurch weitgehend vermeiden.
Mit der Punktkollimation arbeiten
Wird eine Schweißnaht mit der Röntgenfluoreszenzanalyse geprüft, darf nicht der umgebende Grundwerkstoff, sondern tatsächlich nur die Schweißnaht getestet werden. Ist die Schweißnaht nicht isoliert, kann es aber schwierig sein, nur sie anzuvisieren.
Ein Punktkollimator als Zubehör für den Analysator verengt den Röntgenstrahl. Dadurch kann die Messung auf den Schweißpunkt konzentriert werden. Außerdem macht es der Punktkollimator einfacher, das Ausgangsmaterial und die Wärmeeinflusszone zu analysieren.
Die integrierte Mikrokamera wiederum ermöglicht, Bilder von der Probe für die Qualitätskontrolle oder für Inspektionsberichte aufzunehmen.
Ein anderes Zubehörteil ist eine Schweißnahtmaske. Weil sie den Analysebereich ohne Kollimation verkleinert, eignet sich die Schweißnahtmaske vor allem für die Prüfung von größeren Schweißnähten.
Während die Schweißnahtmaske ihre Stärken bei einer schnellen Analyse des Materials und der Schweißnaht ausspielt, ermöglicht der Punktkollimator, die Lage der Schweißnaht visuell genau zu überprüfen und durch weitere Tests leichte Elemente zu identifizieren.
Den richtigen Punkt für die Messung wählen
Viele Schweißelektroden sind mit Flussmittel beschichtet. Das Flussmittel verbessert zwar den Schweißprozess, das Material ist aber anders chemisch zusammengesetzt als die eigentliche Schweißelektrode.
Nun handelt es sich bei der Röntgenfluoreszenzanalyse aber um eine Oberflächenprüfung. Prüft der Schweißer das Flussmittel, sagen die Ergebnisse deshalb nichts über die Zusammensetzung der Schweißelektrode selbst aus.
Hat die Elektrode keine Beschichtung, ist eine direkte Prüfung möglich. Ist sie beschichtet, sollte der Schweißer den Test am flachen Ende der Schweißelektrode durchführen.
Denn dieser Bereich ist oft frei von Flussmitteln und eignet sich so für eine Prüfung mittels Röntgenfluoreszenzanalyse. Aber auch wenn die gesamte Elektrode mit Flussmittel beschichtet ist, kann eine Kontrolle erfolgen.
Dazu setzt der Schweißer einen Prüfschweißpunkt mit der Schweißelektrode. Sobald der Schweißpunkt erstarrt ist, kann der Analysator zur Prüfung direkt auf dem Punkt positioniert werden.
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