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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstückoberflächen mittels einer Eindringprüfung.
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Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstückoberflächen sind bekannt. Bei der so genannten Eindringprüfung wird ein Eindringmittel auf eine gereinigte und zu überprüfende Werkstückoberfläche aufgebracht. Die Kapillarwirkung von feinen Oberflächenrissen und Poren begünstigt das Eindringen des Eindringmittels in derartige Ausnehmungen an der Werkstückoberfläche. Farbeindringprüfverfahren arbeiten mit nicht-fluoreszierenden Farblösungen als Eindringmittel (z.B. „Rot-Weiß-Verfahren“). Bei der so genannten fluoreszierenden Eindringprüfung wird mit einem fluoreszierenden Eindringmittel gearbeitet. Nach einer vorgegebenen Einwirkzeit wird dann überschüssiges Eindringmittel in einem Zwischenreinigungsvorgang abgewaschen. Anschließend wird ein Entwickler auf die zu prüfende Werkstückoberfläche aufgetragen. Der Entwickler fördert die Rückbenetzung des Eindringmittels an der Ausnehmung der Werkstückoberfläche, wobei durch den Entwickler das Eindringmittel aus der Ausnehmung an die Oberfläche gesaugt wird. Damit werden mögliche Unregelmäßigkeiten in der Werkstückoberfläche, wie z. B. rissartige Materialtrennungen deutlich sichtbar.
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Die fluoreszierende Eindringprüfung wird insbesondere im Flugzeug-, Schiffs- und Automobilbau sowie anderen metallverarbeitenden Industrien eingesetzt. Aber auch andere Stoffe, wie z. B. Keramik können auf entsprechende Oberflächenrisse und Poren untersucht werden.
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Nachteilig an dem bekannten Verfahren, insbesondere bei der Verwendung im Flugzeugbau, ist jedoch, dass nach dem Auftrag des Entwicklers und der entsprechenden Darstellung der Ausnehmungen bzw. Oberflächenrisse zur Verifikation der Anzeige die entsprechenden Bereiche der vermuteten Ausnehmungen manuell oberflächengereinigt werden müssen, um überschüssiges Eindringmittel, welches durch den Auftrag des Entwicklers sich wieder an der Werkstückoberfläche um den Bereich der Ausnehmung herum verteilt hat, zu entfernen. Erst nach dieser mechanischen Reinigung wird das ausschließlich die Ausnehmung bzw. den Oberflächenriss auskleidende Eindringmittel sichtbar. Nur dadurch ist eine exakte Beurteilung und Bemaßung der Ausnehmung möglich. Dieser manuelle Reinigungsschritt ist jedoch zeitaufwändig und kostenintensiv. Zudem ist er nur schwer standardisierbar, wodurch auch eine standardisierte Klassifikation möglicher Ausnehmungen bzw. Fehlstellen in der Werkstückoberfläche schwierig ist.
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Ein weiteres Prüfverfahren ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2013 213 369 B3 bekannt. Allerdings ist das Signal-Rausch-Verhältnis von der Hintergrundstrahlung und zur Rissstrahlung sehr schlecht. Die Helligkeit der Hintergrundstrahlung ist zum Teil sogar größer als die Helligkeit der zu ermittelnden Rissstrahlung. Damit können vorhandene Risse bzw. Ausnehmungen an der Werkstückoberfläche überhaupt nicht erkannt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstückoberflächen zu schaffen, welches eine schnellere und kostengünstigere Überprüfung der Werkstückoberflächen ermöglicht und effektiv die Hintergrundfluoreszenz unterdrückt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstückoberflächen von Werkstücken mittels einer Eindringprüfung, nämlich einer fluoreszierenden Eindringprüfung und/oder Farbeindringprüfung umfasst folgende Schritte:
- a) Reinigen des zu überprüfenden Bereichs der Werkstückoberfläche;
- b) Aufbringen eines Eindringmittels auf den zu überprüfenden Bereich der Werkstückoberfläche, wobei das Eindringmittel in mögliche Ausnehmungen der Werkstückoberfläche eindringt und ein flüssiges fluoreszierendes Eindringmittel und/oder ein flüssiges nicht-fluoreszierendes Farbeindringmittel ist;
- c) Entfernen des überschüssigen Eindringmittels von der Werkstückoberfläche;
- d) Aufbringen eines Entwicklers auf den zu prüfenden Bereich der Werkstückoberfläche; und
- e) Optische Auswertung des in den vorhandenen Ausnehmungen der Werkstückoberfläche verbliebenen fluoreszierenden Eindringmittels und/oder nicht-fluoreszierenden Farbeindringmittels. Ferner umfasst das erfindungsgemäße Verfahren mindestens einen weiteren Schritt:
c1) Bleichen des fluoreszierenden Eindringmittels und/oder des nicht-fluoreszierenden Farbeindringmittels mittels eines gasförmigen oder flüssigen Oxidationsmittels, wobei dieser Verfahrensschritt c1) vor dem Verfahrensschritt d) durchgeführt wird.
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Der Entwickler bewirkt, dass das in den entsprechenden Ausnehmungen (Rissen) gesaugte Eindringmittel an die Werkstückoberfläche gefördert wird. Erfolgt nun das Bleichen des Eindringmittels vor dem Entwickeln, wird wirksam verhindert, dass das in der entsprechenden Ausnehmung vorhandene Reservoir an Eindringmittel nicht mitgebleicht wird. Durch das Bleichen des fluoreszierenden Eindringmittels und/oder des nicht-fluoreszierenden Farbeindringmittels vor dem Aufbringen der Entwicklerschicht wird daher das Rausch-Signal-Verhältnis von der unerwünschten Hintergrundstrahlung zur Rissstrahlung deutlich verbessert. Die optische Auswertung erfolgt anhand des sich noch in den genannten Ausnehmungen befindlichen fluoreszierenden Eindringmittels und/oder nicht-fluoreszierenden Farbeindringmittels, so dass die Ausnehmungen klar gegenüber der umgebenden Werkstückoberfläche abgegrenzt sind. Zudem wird ein Teil des sich in den Ausnehmungen befindlichen Eindringmittels aufgrund des osmotischen Drucks wieder in die Entwicklerschicht über und/oder neben den entsprechenden Ausnehmungen gedrückt. Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise eine Art Vergrößerungseffekt, der die Ausnehmungen deutlicher hervorhebt und erkennen lässt. Des Weiteren werden Anteile am Eindringmittel, die sich nicht in den Ausnehmungen angesammelt haben, sondern an diversen Unebenheiten oder diversen Fremdkörpern auf der Oberfläche des Werkstücks, zuverlässig gebleicht, so dass die verbleibenden, nicht gebleichten Anteile an Eindringmittel eindeutig auf das Vorhandensein von Ausnehmungen schließen lassen. Durch das Bleichen des auf der Werkstoffoberfläche verbliebenen Eindringmittels und/oder des nicht-fluoreszierenden Farbeindringmittels mittels des gasförmigen oder flüssigen Oxidationsmittels wird eine Hintergrundfluoreszenz zuverlässig beseitigt, die möglicherweise bei Werkstücken mit rauen Oberflächen auftreten kann. Damit kann die Prüfung von Werkstückoberflächen einfach und zuverlässig durchgeführt werden.
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Eine manuelle Oberflächenreinigung erübrigt sich. Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren standardisiert werden, so dass eine ebenfalls standardisierte Klassifikation möglicher Fehlstellen bzw. Ausnehmungen an Werkstückoberflächen möglich ist. Zudem ist eine Automatisierung der Eindringprüfung möglich. Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren kostengünstig durchgeführt werden.
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In vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Oxidationsmittel gasförmiges Ozon verwendet. Dabei kann das Werkstück mit der Werkstückoberfläche zur Ausführung des Verfahrensschritts c1) in einen mit Ozon gefüllten Raum oder Behälter eingebracht werden. Es ist auch möglich, dass das Werkstück mit der Werkstückoberfläche zumindest im Bereich der Werkstückoberfläche einem Ozonstrom ausgesetzt wird. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass das Werkstück mit der Werkstückoberfläche zur Ausführung des Verfahrensschritts c1) zumindest im Bereich der Werkstückoberfläche einem Sauerstoffstrom und gleichzeitiger intensiver UV-Strahlung zur Bildung des Ozons ausgesetzt wird. Es hat sich gezeigt, dass sich Ozon als Oxidationsmittel für den Bleichvorgang des erfindungsgemäßen Verfahrens hervorragend eignet. Auch andere gasförmige oder flüssige Oxidationsmittel können verwendet werden, wobei diese ein vollständiges oder nahezu vollständiges Bleichen des Eindringmittels in der durch den Auftrag des Entwicklers auf der Werkstückoberfläche gebildeten Schicht gewährleisten müssen. Es ist auch möglich, dass das Oxidationsmittel zur Ausführung des Verfahrensschritts c1) erwärmt wird. Dadurch wird der Bleichvorgang vorteilhafterweise erheblich beschleunigt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verfahren die weiteren Schritte:
- i.) Reinigen des zu überprüfenden Bereichs der Werkstückoberfläche;
- ii.) Aufbringen eines Eindringmittels auf den zu überprüfenden Bereich der Werkstückoberfläche, wobei das Eindringmittel in mögliche Ausnehmungen der Werkstückoberfläche eindringt und ein flüssiges fluoreszierendes Eindringmittel und/oder ein flüssiges nicht-fluoreszierendes Farbeindringmittel ist;
- iii.) Entfernen des überschüssigen Eindringmittels von der Werkstückoberfläche;
- iv.) Aufbringen eines Entwicklers auf den zu prüfenden Bereich der Werkstückoberfläche; und
- v.) Optische Auswertung des in den vorhandenen Ausnehmungen der Werkstückoberfläche (10) verbliebenen fluoreszierenden Eindringmittels und/oder nicht-fluoreszierenden Farbeindringmittels,
wobei die Verfahrensschritte i.) bis v.) vor dem Verfahrensschritt a) durchgeführt werden.
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Damit kann eine erste optische Kontrolle möglicher Ausnehmungen bzw. Fehlstellen in der Werkstückoberfläche durchgeführt werden, so dass sich das anschließende Bleichen des fluoreszierenden Eindringmittels und/oder des nicht-fluoreszierenden Farbeindringmittels auf diejenigen Bereiche der Werkstückoberfläche konzentriert, in denen möglichen Ausnehmungen bzw. Fehlstellen festgestellt werden. Dies kann zu einer weiteren Beschleunigung des Verfahrensablaufs beitragen.
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In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die optische Auswertung gemäß den Verfahrensschritten e) und/oder v.) bei Verwendung eines fluoreszierenden Eindringmittels mittels Bestrahlung der zu überprüfenden Werkstückoberfläche mit einer UV-Quelle erfolgen. Dadurch können mit dem fluoreszierenden Eindringmittel ausgefüllte bzw. benetzte Ausnehmungen an der Werkstückoberfläche deutlich erkannt werden. Durch die verwendete UV-Strahlung ist eine deutliche und exakte Sichtbarmachung von Ausnehmungen in der Werkstückoberfläche möglich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nach Beendigung des Verfahrensschrittes e) und/oder nach Beendigung des Verfahrensschrittes v.) eine Reinigung der Werkstückoberfläche erfolgen, so dass das Werkstück unmittelbar einer Weiterbearbeitung, insbesondere einem Reparaturverfahren unterzogen werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Werkstückoberfläche eine Oberfläche einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Bauteils einer Gasturbine. Bauteile von Strömungsmaschinen, wie z. B. eines Flugzeugtriebwerks, sind besonders kritisch bezüglich Unregelmäßigkeiten an den Bauteiloberflächen, wie z. B. feinen Rissen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Eindringmittel ein fluoreszierendes Farbeindringmittel. Durch die Verwendung eines fluoreszierenden Farbeindringmittels ist neben der Fluoreszenzanzeige auch eine farbliche Ausgestaltung möglicher Ausnehmungen in der Werkstückoberfläche möglich. Dadurch kann die optische Auswertung der entsprechenden Ausnehmungen an der Werkstückoberfläche sehr einfach und exakt durchgeführt werden.
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Verwendung findet das im Vorhergehenden beschriebene erfindungsgemäße Verfahren insbesondere bei der Herstellung, bei der Schlussprüfung und bei der Instandsetzung von Bauteilen einer Strömungsmaschine, insbesondere von Bauteilen einer Gasturbine.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in den Ausführungsbeispielen genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dabei zeigen:
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1 bis 6 ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstückoberflächen mittels einer Eindringprüfung.
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Die 1 bis 6 zeigen ein Ablaufschema eines Verfahrens zur zerstörungsfreien Prüfung einer Werkstückoberfläche 10 eines Werkstücks 18. 1 zeigt ein Werkstück 18 mit einer Werkstückoberfläche 10 und rissförmige Ausnehmungen 14 in der Werkstückoberfläche 10. Die Werkstückoberfläche 10 wurde von Verunreinigungen gereinigt. 2 zeigt das Werkstück 18 mit einem auf die Werkstückoberfläche 10 aufgetragenen Eindringmittel 12. Man erkennt, dass das Eindringmittel 12 neben dem schichtartigen Auftrag auf der Werkstückoberfläche 10 auch in die rissartigen Ausnehmungen 14 eindringt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein flüssiges fluoreszierendes Eindringmittel 12 verwendet. Entsprechende fluoreszierende Eindringmittel 12 sind in einer großen Vielzahl aus dem Stand der Technik bekannt. Auch andere, nicht-fluoreszierende Eindringmittel können verwendet werden. Dabei müssen je nach Art und Material des zu überprüfenden Werkstücks 18 Eindringmittel 12 verwendet werden, die aufgrund ihrer spezifisch eingestellten Eigenschaften jeweils das Bestreben haben, sich nicht nur auf der Werkstückoberfläche 10 auszubreiten, sondern gleichzeitig auch in die entsprechenden Ausnehmungen 14 der Werkstückoberfläche 10 einzudringen. Dabei können Eindringmittel 12 basierend auf Kohlenwasserstoffen und organischen Farbstoffen verwendet werden.
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Nach einer für das Eindringmittel 12 spezifischen Eindringzeit wird in einem nachfolgenden Verfahrensschritt überschüssiges Eindringmittel 12 von der Werkstoffoberfläche 10 entfernt. Man erkennt in 3 die gereinigte und getrocknete Werkstückoberfläche 10. Das Eindringmittel 12 ist vor allem in den Ausnehmungen 14 vorhanden. Wegen der Beschaffenheit der meist nicht glatten Werkstückoberfläche 10 kann darauf noch Rückstände an Eindringmittel 13 vorhanden sein. Solche Rückstände können unerwünschte Hintergrundstrahlung erzeugen.
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In einem nachfolgenden, weiteren Verfahrensschritt wird nunmehr mittels eines Auftrags von gasförmigen Ozon bzw. eines Einbringens des Werkstücks 18 mit der Werkstückoberfläche 10 in eine gasförmigen Ozonumgebung das auf der Werkstückoberfläche 10 verbliebene fluoreszierende Eindringmittel 13 gebleicht. Das Bleichen erfolgt bis zur zumindest teilweisen und auch vollständigen Ausbleichen der fluoreszierenden Bestandteile innerhalb des auf der Werkstückoberfläche 10 verbliebenen Eindringmittels 13. Die 4 zeigt das Ende des Bleichvorgangs mit einem vollständigen Ausbleichen der fluoreszierenden Bestandteile des auf der Werkstückoberfläche 10 verbliebenen und gebleichten Eindringmittels 13‘. Nach dem Bleichvorgang kann das gebleichte Eindringmittel 13‘ nicht mehr von einer UV-Quelle 20 zum Leuchten angeregt werden. Durch den in der 4 dargestellten Bleichvorgang wird daher möglicherweise vorhandene Hintergrundfluoreszenz beseitigt, so dass die die rissartigen Ausnehmungen 14 kennzeichnenden fluoreszierenden Markierungen bzw. Bereiche deutlich erkennbar sind.
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In einem weiteren Verfahrensschritt (siehe 5) wird anschließend ein Entwickler 16 auf den zu prüfenden Bereich der Werkstückoberfläche 10 aufgebracht. Durch den Auftrag des Entwicklers 16 wird das Eindringmittel 12 aus der Ausnehmung 14 wieder an die Werkstückoberfläche 10 gezogen. Aus 5 wird deutlich, dass nunmehr das Eindringmittel 12 nicht nur in der Ausnehmung 14, sondern auch in den die Ausnehmung 14 umgebenden Bereichen an der Werkstückoberfläche 10 innerhalb der Entwicklerschicht 16 vorhanden ist. Die verwendeten Entwickler 16 sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt. Üblicherweise werden anorganische Substanzen in Pulverform verwendet.
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In 6 ist ein abschließender Verfahrensschritt, nämlich die optische Auswertung des in den vorhandenen Ausnehmungen 14 der Werkstückoberfläche 10 verbliebenen fluoreszierenden Eindringmittels 12 dargestellt. Durch den vorherigen Bleichvorgang befindet sich das noch fluoreszierende Eindringmittel 12 überwiegend nur noch innerhalb der rissartigen Ausnehmungen 14. Zwar kann noch an Unebenheiten oder Fremdkörpern auf der Werkstückoberfläche 10 gebleichtes Eindringmittel 13‘ vorhanden sein, das allerdings nicht durch die UV-Quelle 20 zum Leuchten angeregt werden kann. Die Ränder der rissartigen Ausnehmungen 14 sind markiert und können entsprechend beobachtet und ausgewertet werden. Zudem wird ein Teil des sich in den Ausnehmungen 14 befindlichen Eindringmittels 12 aufgrund des osmotischen Drucks in die Entwicklerschicht 16 über und/oder neben den Ausnehmungen 14 gedrückt. Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise eine Art Vergrößerungseffekt, der die Ausnehmungen 14 deutlicher hervorhebt und erkennen lässt. Nur das noch fluoreszierende Eindringmittel 12 wird mittels der UV-Quelle 20 zum Leuchten angeregt, so dass die Positionen der entsprechenden Ausnehmungen 14 sichtbar gemacht werden. Die Fluoreszenz kann, wie in der 6 abgebildet ist, durch den Menschen erfasst werden. Für die Automatisierung des Verfahrens ist es besser eine UV empfindliche Kamera zu verwenden, um die vom Eindringmittel abgestrahlte Fluoreszenz zu erfassen.
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Durch das beschriebenen Verfahren werden insbesondere folgende Vorteile erzielt: Ein automatisierbarer, exakt definierter Bleichvorgang, keine mechanische Verfälschung der Messergebnisse und die Möglichkeit einer mehrmaligen Verifikation des Verfahrens.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Werkstückoberfläche
- 12
- Eindringmittel (in 14)
- 13
- Fluoreszierendes Eindringmittel auf 10
- 13‘
- Gebleichtes Eindringmittel auf 10
- 14
- Ausnehmungen bzw. Risse
- 16
- Entwickler
- 18
- Werkstück
- 20
- UV-Quelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013213369 B3 [0005]
