Praxistipp
Das Ende einer Schweißelektrode ist in der Regel nicht von Flussmittel bedeckt. - © Olympus
19.11.2020

Röntgenfluoreszenzanalyse: Drei Tipps zur Prüfung von Schweißnähten

Röntgenfluoreszenzanalyse: Drei Tipps zur Prüfung von Schweißnähten

Beim Lichtbogenschweißen werden zwei Teile mithilfe eines elektrischen Lichtbogens verbunden, der das Grundmetall und den Zusatzwerkstoff schmilzt. In diesem Praxistipp erfahren Sie, wie Sie die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) dazu nutzen können, die Qualität von Schweißnähten zu überprüfen.

Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) ist auch unter der Bezeichnung Röntgenfluoreszenzspektroskopie (RFS) bekannt. Die Methode gehört als Durchstrahlungsprüfung und bildgebendes Verfahren zu den zerstörungsfreien Prüfverfahren. In Maschinen-, Anlagen- und Apparatebau sowie in vielen anderen Bereichen der metallverarbeitenden Industrie wird seit vielen Jahren die RFA genutzt. In der Schweißtechnik dient sie unter anderem dazu, die Qualität von Schweißnähten zu kontrollieren.

Das Prinzip der Röntgenfluoreszenzanalyse beruht darauf, mithilfe primärer Röntgenstrahlung Proben bzw. Werkstoffe dazu anzuregen, ihrerseits Fluoreszenzröntgenstrahlung abzugeben. Aus dem Spektrum dieser emittierten Strahlung können Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Materials oder, wie im Falle der Schweißnahtprüfung, auf die Qualität der Schweißnaht gezogen werden. Denn durch die Röntgenstrahlung werden Poren, Risse oder Schlacken deutlich sichtbar.

Wichtig:

Zur Berechnung der erwarteten Endzusammensetzung der Schweißraupe muss die Zusammensetzung aller drei Werkstoffe, also vom Grundwerkstoff, vom Zusatzwerkstoff und dem zu verbindenden Werkstoff bekannt sein.

Zusatzwerkstoffe, z. B. Schweißelektroden oder Schweißdraht, werden im Vergleich zu den zu verbindenden Werkstoffen angereichert, um die Verdünnungseffekte in der geschmolzenen Schweißraupe zu kompensieren. Theoretisch hat die Schweißraupe eine gemischte Zusammensetzung und besteht aus etwa 70 Prozent Zusatzwerkstoff und 30 Prozent Grundwerkstoff (jeweils 15 Prozent der beiden zu verschweißenden Grundwerkstoffe). Sollen zum Beispiel zwei Metallteile miteinander verschweißt werden, dürfte die endgültige Zusammensetzung der Schweißraupe zu 70 Prozent aus dem Elektroden-Zusatzwerkstoff, zu 15 Prozent aus Grundwerkstoff A (PMA) und zu 15 Prozent aus Grundwerkstoff B (PMB) bestehen. Bei jeder Anwendung ist es wichtig, die chemische Zusammensetzung des Materials der Schweißraupe zu kennen, um sicherzustellen, dass sie die richtigen mechanischen Eigenschaften oder die richtige Korrosionsbeständigkeit hat. Es sei auch darauf hingewiesen, dass die verwendeten Werkstoffe und die Art der Schweißung die chemische Zusammensetzung der Schweißraupe beeinflussen.

Das Berechnen der Materialmenge in einer Schweißraupe:
  PMA PMB Zusatzwerkstoff Schweißraupe
Material SS 304 5Cr 1/2 Mo ER Ni Cr3 Berechnet
Ni 18   70 2,7+49=51,7
Cr 8 5 20 1,2+0,75+14=15,95
Mo   0,5   0,075
FE 71 93 3 10,65+13,95+2,1=26,7
1. Verwendung der Schweißbibliothek des Analysegeräts

Das Elektrodenmaterial weist oft höhere Gehalte der Hauptlegierungselemente auf, um den Verdünnungseffekt beim Schweißen zu kompensieren. Vanta RFA-Handanalysatoren werden mit einer vorinstallierten, erweiterbaren Basis-Schweißbibliothek geliefert. Durch Verwendung eines Analysators mit integrierter Schweißbibliothek vor und während des Schweißvorgangs lässt sich die chemische Zusammensetzung des Materials bzw. die Legierungs-ID des verarbeiteten Materials überprüfen. Dies hilft, Materialverwechslungen auf der Baustelle zu minimieren.

Die Schweißbibliothek des Vanta Analysators. - © Olympus
Die Schweißbibliothek des Vanta Analysators. © Olympus
2. Messung am Ende der Schweißelektrode oder an einer Testschweißnaht

Schweißelektroden haben oft eine Beschichtung aus Flussmittel, die den Schweißprozess verbessert, aber eine andere chemische Zusammensetzung des Materials aufweist als der Rest der Schweißelektrode. Die RFA ist eine Oberflächenprüfung; wenn Sie das Flussmittel prüfen, liefern die Ergebnisse keine Angaben zur Zusammensetzung der Schweißelektrode selbst.

Wenn die Schweißelektrode nicht beschichtet ist, kann sie direkt geprüft werden. Wenn sie beschichtet ist, wird die Prüfung am flachen Ende der Schweißelektrode durchgeführt. Dieser Bereich ist nicht immer mit Flussmittel beschichtet; wenn er frei von Flussmittel ist, kann er mit dem RFA-Analysator getestet werden.

Das Ende einer Schweißelektrode ist in der Regel nicht von Flussmittel bedeckt. - © Olympus
Das Ende einer Schweißelektrode ist in der Regel nicht von Flussmittel bedeckt. © Olympus

Auch wenn die gesamte Schweißelektrode von Flussmittel umhüllt ist, kann sie geprüft werden. In diesem Fall wird ein Prüfschweißpunkt mit der Schweißelektrode gesetzt und dann der Analysator zur Prüfung direkt auf dem Schweißpunkt platziert, sobald dieser erstarrt ist.

3. Nutzung der Vorteile von Punktkollimator und Schweißmaskenzubehör des Analysators

Punktkollimation

Wenn eine Schweißnaht mit dem RFA-Analysator geprüft wird, darf nur die Schweißnaht und nicht der umgebenden Grundwerkstoff geprüft werden. Es kann jedoch problematisch sein, nur die Schweißraupe anzuvisieren, wenn sie nicht isoliert ist. Der optionale Punktkollimator des Analysators verengt den Röntgenstrahl, sodass die Messung auf den Schweißpunkt fokussiert wird.

Der Kollimator erleichtert auch die Analyse des Ausgangsmaterials und der Wärmeeinflusszone (WEZ). Eine interessante Zusatzfunktion des Punktkollimators ist die Mikro-Zielkamera, die Bilder der Probe für die Qualitätskontrolle oder Inspektionsberichte aufnehmen kann.

Blick durch die Zielkamera mit deaktivierter (links) und aktivierter (rechts) Punktkollimation. - © Olympus
Blick durch die Zielkamera mit deaktivierter (links) und aktivierter (rechts) Punktkollimation. © Olympus

Vanta Schweißnahtmaske

Die Vanta Schweißnahtmaske ist ein Zubehörteil, das den Analysebereich ohne Kollimation verkleinert. Die Vanta Schweißnahtmaske eignet sich hervorragend für größere Schweißnähte, die das Fenster der Schweißmaske ausfüllen.

Die Vanta Schweißnahtmaske eignet sich am besten für eine schnelle Schweißnahtanalyse und Materialüberprüfung. Im Gegensatz dazu ermöglicht der Punktkollimator eine präzise visuelle Analyse der Schweißnahtlage und eine Identifizierung der leichten Elemente durch eingehendere Tests.

(Quelle: OLYMPUS EUROPA SE & CO. KG), Autor: Alex Thurston, Olympus Applications Engineering Manager)

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FügetechnikLichtbogenschweißenQualitätssicherungRöntgenfluoreszenzanalyseSchweißnähteSchweißtechnik

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