Schweißnahtprüfung beim Laserschweißen: Sicht-, Röntgen- und Schliffprüfung

Warum Laserschweißnähte anders geprüft werden

Die Schweißnahtprüfung beim Laserschweißen unterscheidet sich signifikant von anderen Schweißverfahren. Lasergeschweißte Nähte sind typischerweise schmal und tief, was ein geringes Nahtvolumen und eine präzise Wärmeeinflusszone zur Folge hat. Diese Eigenschaften erfordern spezielle Prüfmethoden und ein hohes Maß an Prozessüberwachung, um die Schweißnahtqualität sicherzustellen. Typische Parameter für Laserschweißverfahren umfassen Leistungen von einigen Hundert Watt bis zu etwa 6 kW für Präzisionsanwendungen, mit Einschweißtiefen von bis zu 5 mm, abhängig vom Werkstoff und den spezifischen Prozessparametern.

Besonderheiten der Laserschweißnähte

Laserschweißnähte weisen oft feine innere Unregelmäßigkeiten auf, die mit herkömmlichen Verfahren schwer zu detektieren sind. Die hohe Anzahl an Nähten bei kurzen Taktzeiten, wie sie in automatisierten Produktionslinien üblich ist, stellt zusätzliche Herausforderungen dar. Daher sind zerstörungsfreie Prüfungen (ZfP) unerlässlich, um die Integrität der Naht zu gewährleisten. Die DIN EN ISO 13919-1 spezifiziert die Bewertung von Unregelmäßigkeiten bei Laserstrahlschweißverbindungen und bietet einen Rahmen für die Beurteilung der Nahtqualität DIN EN ISO 13919-1:2019-04.

Technologische Lösungen und Prüfmethoden

Zur Verbesserung der Schweißnahtqualität können Echtzeit-Prozessüberwachungssysteme eingesetzt werden. Diese ermöglichen es, kritische Parameter während des Schweißvorgangs zu überwachen. Ergänzend bieten Verfahren wie die Laserthermografie detaillierte Einblicke in die Nahtstruktur, ohne die Bauteile zu beschädigen. Diese Technologien sind besonders in Branchen mit hohen Sicherheitsanforderungen, wie der Luft- und Raumfahrt oder der Medizintechnik, von Bedeutung. Die zerstörungsfreie Prüfung mittels Ultraschall, wie in der DIN EN ISO 17640 beschrieben, ist eine gängige Methode, um die innere Struktur der Schweißnaht zu beurteilen DIN EN ISO 17640:2019-05.

Prüfanforderungen und Normen

Die Auswahl der geeigneten Prüfverfahren sollte in Übereinstimmung mit relevanten Normen wie DIN EN ISO 9712 und ISO 3834 erfolgen. Diese Normen legen die Anforderungen an Prüfpersonal und -verfahren fest, um eine gleichbleibend hohe Qualität zu gewährleisten. Während Sigma Laser selbst keine Prüfdienstleistungen anbietet, sind unsere Anlagen darauf ausgelegt, die Anforderungen dieser Normen zu unterstützen und die Schweißnahtprüfung effizient zu gestalten. Die Einhaltung dieser Normen ist entscheidend, um die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Schweißverbindungen in kritischen Anwendungen zu gewährleisten.

• Hohe Präzision durch schmale, tiefe Nähte
• Erweiterte Prozessüberwachung mit modernen Technologien
• Kompatibilität mit internationalen Qualitätsstandards

Welche Prüfverfahren kommen infrage?

Die Schweißnahtprüfung beim Laserschweißen ist ein essenzieller Bestandteil der Qualitätssicherung in industriellen Produktionsprozessen. Um die Schweißnahtqualität zuverlässig zu beurteilen, kommen verschiedene Prüfverfahren zum Einsatz, die entweder zerstörungsfrei oder zerstörend sind. Die Wahl des geeigneten Prüfverfahrens hängt von den spezifischen Anforderungen des Einsatzfalls und den zu erfassenden Fehlerarten ab.

Zerstörungsfreie Prüfverfahren

Zerstörungsfreie Prüfverfahren ermöglichen die Inspektion der Schweißnähte, ohne die Bauteile zu beschädigen. Sie sind besonders wichtig, wenn die Integrität und Funktionalität des Werkstücks erhalten bleiben muss. Hier sind einige gängige Verfahren:

• Sichtprüfung (VT): Ein einfaches und schnelles Verfahren zur Erkennung grober Oberflächenfehler.
• Farbeindringprüfung (PT): Dient dem Nachweis von Oberflächenrissen und Poren bei nicht porösen Materialien.
• Durchstrahlungsprüfung (RT): Ermöglicht die Erkennung von inneren Fehlern wie Lunkern oder Einschlüssen, häufig eingesetzt in der Luft- und Raumfahrt.
• Ultraschallprüfung (UT): Effektiv zur Erkennung von inneren Fehlern und zur Bestimmung der Einschweißtiefe, häufig genutzt im Automobilbau. Die Norm DIN EN ISO 17640:2019-05 spezifiziert die Verfahren der Ultraschallprüfung von Schweißverbindungen.
• Dichtheitsprüfung: Prüft die Dichte von geschweißten Behältern und Rohren.

Zerstörende Prüfverfahren

Zerstörende Prüfverfahren werden angewendet, um detaillierte Informationen über die Materialeigenschaften und die Qualität der Schweißverbindungen zu erhalten. Diese Verfahren sind geeignet, um strukturelle Integrität und mechanische Eigenschaften zu testen.

• Schliffprüfung/Metallografie: Wird genutzt, um die Mikrostruktur der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone zu untersuchen. Häufig in der Forschung und Entwicklung eingesetzt.

Die Wahl des richtigen Prüfverfahrens ist entscheidend für die Sicherstellung der Schweißnahtqualität und die Erfüllung der technischen Anforderungen. Eine umfassende Prozessüberwachung beim Laserschweißen, ergänzt durch geeignete Prüfmethoden, garantiert die Einhaltung hoher Qualitätsstandards und die Langlebigkeit der produzierten Bauteile. Die Bewertung von Unregelmäßigkeiten in Laserstrahlschweißverbindungen erfolgt gemäß DIN EN ISO 13919-1:2019-04.

Sichtprüfung: der erste und wichtigste Schritt

Die Sichtprüfung ist ein essenzieller Bestandteil der Schweißnahtprüfung beim Laserschweißen. Sie ermöglicht die frühzeitige Erkennung von Oberflächenfehlern wie Nahtüberhöhung, Kantenversatz und Anlauffarben. Diese Inspektion ist entscheidend, um die Schweißnahtqualität sicherzustellen und potenzielle Schwachstellen im Produktionsprozess zu identifizieren. Die integrierte Beobachtungsoptik, wie das Leica-10×-Mikroskop in Sigma-Laser-Anlagen, spielt hierbei eine zentrale Rolle, da sie die direkte Sichtkontrolle am Arbeitsplatz erleichtert.

Erkennung von Oberflächenfehlern

Oberflächenfehler können die Integrität einer Schweißnaht erheblich beeinträchtigen. Eine gründliche Sichtprüfung identifiziert solche Mängel, bevor sie zu größeren Problemen führen. Die Verwendung von hochauflösenden Mikroskopen in den Sigma-Anlagen unterstützt die genaue Analyse der Schweißnahtoberfläche.

Typische Oberflächenfehler, die durch Sichtprüfung erkannt werden können, umfassen Porosität, Risse und ungleichmäßige Nahtgeometrie. Diese können die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht beeinträchtigen und sind gemäß DIN EN ISO 13919-1 zu bewerten.

Qualitätssicherung durch integrierte Optik

Die in die Sigma-Laser-Anlagen integrierte Beobachtungsoptik ermöglicht nicht nur die Erkennung von Fehlern, sondern auch die Echtzeit-Prozessüberwachung, was die Effizienz der zerstörungsfreien Prüfung steigert. Diese Technologie verbessert die Prozessüberwachung beim Laserschweißen und trägt zur Optimierung der Wärmeeinflusszone bei.

Die Wärmeeinflusszone (WEZ) ist besonders kritisch bei hochpräzisen Anwendungen, da sie die Materialeigenschaften beeinflussen kann. Typische WEZ-Breiten liegen im Bereich von wenigen Millimetern, abhängig von der Laserleistung und der Materialdicke. Die präzise Steuerung der WEZ ist entscheidend für die Qualität der Schweißverbindung.

Industrieanwendungen

Die Sichtprüfung ist in vielen Branchen unerlässlich, von der Automobilindustrie bis zur Luft- und Raumfahrt. Die Möglichkeit, Schweißnähte direkt nach dem Laserschweißen zu überprüfen, minimiert das Risiko von Produktfehlern und gewährleistet die Einhaltung von Qualitätsstandards wie der DIN EN ISO 13919-1. Damit trägt die Technologie von Sigma Laser zur Steigerung der Produktionsqualität bei.

In der Automobilindustrie ist die Kontrolle von Schweißnähten entscheidend, um die strukturelle Integrität von Bauteilen sicherzustellen. In der Luft- und Raumfahrt sind die Anforderungen an die Schweißnahtqualität besonders hoch, da hier die Sicherheit im Vordergrund steht. Die Sichtprüfung ermöglicht es, diese hohen Standards zu erfüllen und gleichzeitig die Produktionskosten durch frühzeitige Fehlererkennung zu senken.

• Früherkennung von Nahtfehlern
• Verbesserte Prozessüberwachung beim Laserschweißen
• Optimierung der Schweißnahtqualität durch Laserthermografie
• Einhaltung von internationalen Qualitätsstandards

Wann lohnt sich Volumenprüfung per Röntgen oder Ultraschall?

Einleitung

Die Schweißnahtprüfung beim Laserschweißen ist ein wesentlicher Bestandteil der Qualitätssicherung in der Fertigung. Insbesondere bei hochpräzisen Laser-Nähten, die oft sehr schmal sind, stoßen konventionelle Techniken wie die visuelle Inspektion an ihre Grenzen. Innere Poren und Bindefehler können die Schweißnahtqualität erheblich beeinträchtigen und sind mit bloßem Auge schwer erkennbar. Hier kommen zerstörungsfreie Prüfmethoden wie die Röntgen- oder Ultraschallprüfung zum Einsatz.

Anwendungsbereiche und Technik

Die Entscheidung für eine Volumenprüfung per Röntgen oder Ultraschall hängt maßgeblich von der Stückzahl und der Sicherheitsrelevanz der Bauteile ab. Bei sicherheitskritischen Komponenten in der Luft- und Raumfahrt oder im Automobilsektor ist eine umfassende Prozessüberwachung beim Laserschweißen unerlässlich. Die Mikrofokus-Durchstrahlung bietet dabei präzise Einblicke in die inneren Strukturen der Schweißnähte.

In der Praxis werden häufig Materialien wie Edelstahl (z.B. 1.4301) oder hochfeste Stähle (z.B. 1.2343) verarbeitet, die aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften besondere Anforderungen an die Schweißnahtprüfung stellen. Die Anwendung der DIN EN ISO 13919-1 ist hierbei entscheidend, um die Bewertung von Unregelmäßigkeiten in Laserstrahlschweißverbindungen zu standardisieren DIN EN ISO 13919-1:2019-04.

Aufwand-Nutzen-Abwägung

Eine sorgfältige Abwägung zwischen Aufwand und Nutzen ist entscheidend. Während die Röntgenprüfung eine hohe Detailgenauigkeit liefert, ist sie mit höheren Kosten verbunden. Die Ultraschallprüfung hingegen ist kostengünstiger, jedoch abhängig von der Geometrie des Bauteils. Für Bauteile mit einer hohen Wärmeeinflusszone kann die Laserthermografie eine ergänzende Methode zur Echtzeit-Prozessüberwachung darstellen.

Die Laserschweißtechnik bietet durch die Möglichkeit der Echtzeit-Überwachung mittels moderner Sensorik eine präzise Kontrolle der Prozessparameter. Dies ist besonders relevant bei der Fertigung von Bauteilen mit engen Toleranzen, wo die Wiederholgenauigkeit oft im Bereich von ±0,1 mm liegt.

Normen und Standards

Die Anwendung dieser Prüfmethoden ist durch Normen wie DIN EN ISO 17636 und ISO 3834 geregelt. Diese stellen sicher, dass die Prüfanforderungen dem Stand der Technik entsprechen und die Schweißnahtqualität konstant hoch bleibt. Für detaillierte Anforderungen und Prüfparameter sollten stets die entsprechenden Originalnormen konsultiert werden.

Darüber hinaus ist die Qualifizierung und Zertifizierung des Prüfpersonals gemäß DIN EN ISO 9712 von entscheidender Bedeutung, um die Kompetenz und Zuverlässigkeit der zerstörungsfreien Prüfungen sicherzustellen DIN EN ISO 9712:2012.

• Hohe Sicherheitsanforderungen: Einsatz in der Luft- und Raumfahrt
• Kosteneffizienz: Abwägung zwischen Röntgen- und Ultraschalltechniken
• Regelkonforme Anwendung: Orientierung an relevanten Normen

Wann braucht es die Schliffprüfung?

Die Schliffprüfung ist eine zentrale Methode zur Beurteilung der Schweißnahtqualität beim Laserschweißen. Sie ermöglicht die präzise Bewertung von Einschweißtiefe, Anbindungsquerschnitt und Wärmeeinflusszone (WEZ) und ist ein fester Bestandteil der Verfahrensqualifizierung nach ISO 15614-11. Diese zerstörende Stichprobe bietet eine verlässliche Grundlage, um die Qualität der Schweißverbindungen sicherzustellen, insbesondere in sicherheitskritischen Anwendungen wie der Luft- und Raumfahrt oder der Automobilindustrie.

Wichtige Parameter der Schliffprüfung

Die Schliffprüfung liefert entscheidende Einblicke in die strukturelle Integrität der Schweißnaht. Zu den wichtigsten Parametern gehören:

• Einschweißtiefe: Die Tiefe, in die der Laserstrahl in das Material eindringt, ist entscheidend für die Festigkeit der Verbindung. Typische Eindringtiefen beim Laserschweißen liegen im Bereich von wenigen Millimetern bis zu mehreren Zentimetern, abhängig von der Laserleistung und den Materialeigenschaften.
• Anbindungsquerschnitt: Dieser Bereich zeigt, ob die Schweißnaht ausreichend mit den angrenzenden Materialien verbunden ist. Eine gute Anbindung ist essenziell für die mechanische Belastbarkeit der Naht.
• Wärmeeinflusszone (WEZ): Die Größe der WEZ beeinflusst die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs. Eine kleinere WEZ ist oft wünschenswert, um die Materialeigenschaften in der Nähe der Schweißnaht zu erhalten.

Die Schliffprüfung ist unverzichtbar, um die Einhaltung der Qualitätsstandards zu gewährleisten und wird häufig als Referenzpunkt in Kombination mit zerstörungsfreien Prüfmethoden wie der Laserthermografie und Prozessüberwachungs-Technologien eingesetzt. Die Norm DIN EN ISO 17640:2019-05 beschreibt beispielsweise die Ultraschallprüfung als ergänzende Methode zur Schliffprüfung.

Obwohl Sigma Laser als Hersteller von Laserschweißanlagen keine Prüfungen durchführt, sind diese Prüfungen essenziell, um die Leistungsfähigkeit und Sicherheit der Anlagen wie Sidanus Light und Sirius Light sicherzustellen. Für eine umfassende Qualifizierung bietet die Schliffprüfung eine tiefere Einblicksebene, die durch Echtzeit-Prozessüberwachung ergänzt werden kann. Die Kombination aus zerstörenden und zerstörungsfreien Prüfmethoden ermöglicht eine umfassende Bewertung der Schweißnahtqualität, insbesondere bei anspruchsvollen Werkstoffen wie 1.4301 (Edelstahl) oder 1.2343 (Werkzeugstahl).

Prüfumfang festlegen: Bewertungsgruppe bestimmt Prüfschärfe

Die Festlegung des Prüfumfangs bei der Schweißnahtprüfung im Laserschweißen ist entscheidend für die Sicherstellung der Schweißnahtqualität. Bewertungsgruppen B, C und D nach DIN EN ISO 13919 spielen hierbei eine zentrale Rolle. Sie bestimmen die Prüfschärfe und den notwendigen Verfahrensmix. Eine detaillierte Übersicht zu den Bewertungsgruppen finden Sie in unserem Blogartikel über DIN EN ISO 13919 Bewertungsgruppen.

Bewertungsgruppen und deren Einfluss

Die Bewertungsgruppen definieren die zulässigen Unregelmäßigkeiten in der Schweißnaht und beeinflussen direkt den Umfang der zerstörungsfreien Prüfung. Verfahren wie die Laserthermografie werden eingesetzt, um in Echtzeit eine Prozessüberwachung beim Laserschweißen zu ermöglichen. Dies ist besonders wichtig in Industrien, in denen die Schweißnahtqualität von kritischer Bedeutung ist, wie in der Luft- und Raumfahrt oder im Automobilbau.

Typische Parameter beim Laserschweißen umfassen eine Leistung von bis zu 500 W für präzise Anwendungen, wie sie in den Sigma Laser Anlagen der Light-Serie vorkommen. Die Einschweißtiefe kann dabei bis zu 2 mm betragen, abhängig von der Materialdicke und den spezifischen Prozessparametern. Die Wärmeeinflusszone (WEZ) ist üblicherweise sehr schmal, was zu minimalen Verformungen führt. Diese Eigenschaften sind insbesondere bei der Bearbeitung von Edelstahl wie 1.4301 oder Werkzeugstahl 1.2343 von Bedeutung.

Dokumentationspflichten und Normen

Neben der eigentlichen Prüfung sind auch die Dokumentationspflichten gemäß ISO 3834 entscheidend. Diese Norm legt die Anforderungen an die schweißtechnische Qualität fest und bildet eine wesentliche Grundlage für die auditierbare Qualitätssicherung. Die Dokumentation der Schweißnahtprüfung umfasst nicht nur die Ergebnisse, sondern auch die eingesetzten Prüfverfahren und die zugehörigen Bewertungsgruppen.

Die zerstörungsfreie Prüfung gemäß DIN EN ISO 17640 ermöglicht die Detektion von inneren Unregelmäßigkeiten, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Diese Prüfungen sind entscheidend für die Sicherstellung der strukturellen Integrität der Schweißverbindungen.

• Verfahren: Laserthermografie, zerstörungsfreie Prüfung
• Normen: DIN EN ISO 13919, ISO 3834
• Prozessüberwachung: Echtzeit-Überwachung während des Laserschweißens

Die richtige Festlegung der Bewertungsgruppe und des Prüfumfangs ist ein wesentlicher Aspekt für die Qualitätssicherung im Laserschweißen. Eine fundierte Entscheidung basiert auf den spezifischen Anforderungen der Anwendung und den geltenden Normen. Die Verwendung von hochpräzisen Lasersystemen, wie sie von Sigma Laser angeboten werden, ermöglicht eine exakte Kontrolle der Schweißparameter und trägt zur Erfüllung der strengen Qualitätsanforderungen bei.

Vom Prüfbefund zur Abhilfe

Die Schweißnahtprüfung beim Laserschweißen ist entscheidend, um die Qualität der Schweißnähte sicherzustellen. Sie ermöglicht es, potenzielle Fehler frühzeitig zu erkennen und geeignete Maßnahmen zur Qualitätsverbesserung einzuleiten. In der industriellen Praxis werden Prüfbefunde in spezifische Ursachenkategorien wie Prozessparameter, Nahtvorbereitung, Werkstoff und Schutzgas übersetzt. Diese Kategorisierung unterstützt die Definition gezielter Abhilfemaßnahmen.

Prozessparameter

Nahtvorbereitung

Eine unzureichende Nahtvorbereitung kann zu ungleichmäßigen Schweißnähten führen. Techniken wie die Laserthermografie ermöglichen eine zerstörungsfreie Prüfung und bieten wertvolle Einblicke zur Optimierung der Nahtvorbereitung.

Die Vorbereitung der Nahtflächen ist entscheidend, um die Bildung von Unregelmäßigkeiten zu minimieren, wie sie in der DIN EN ISO 13919-1 beschrieben sind.

Werkstoff

Die Auswahl des richtigen Werkstoffs ist entscheidend für die Qualität der Schweißverbindung. Werkstoffnummern wie 1.4301 oder 1.2343 müssen sorgfältig geprüft werden, um Materialinkompatibilitäten zu vermeiden.

Die Kompatibilität der Werkstoffe beeinflusst direkt die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht. Edelstahl wie 1.4301 ist aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit häufig im Einsatz, während Werkzeugstahl wie 1.2343 für seine Härte und Verschleißfestigkeit geschätzt wird.

Schutzgas

Das verwendete Schutzgas beeinflusst direkt die Eigenschaften der Schweißnaht. Eine suboptimale Auswahl kann zu Porositäten oder unzureichendem Schutz führen. Die Anpassung der Schutzgaszusammensetzung ist daher ein häufiges Mittel zur Fehlerbehebung.

Übliche Schutzgase wie Argon oder Helium werden verwendet, um die Schweißnaht vor Oxidation zu schützen und die Qualität der Verbindung zu verbessern. Die Wahl des Schutzgases hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung und den verwendeten Materialien ab.

Weitere Informationen zu Normen und Sicherheitsanforderungen finden Sie in unserem Beitrag Laserschweißen Normen & Sicherheit.