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Zukunftsweisende ZfP: Laser-Ultraschall zur automatisierten Härtetiefenbestimmung und Insitu-Gefügeanalyse

S. Zerobin - RECENDT

Laser-Ultraschall stellt eine innovative und zukunftsweisende Technologie für die berührungslose und zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) von Metallen und Stählen dar. Der Beitrag präsentiert aktuelle Entwicklungen zur automatisierten Härtetiefenbestimmung sowie zur In-situ-Gefügeanalyse auf Basis laserinduzierter und -detektierter Ultraschallsignale.
Die Methode nutzt Unterschiede in der mikrostrukturellen Beschaffenheit, insbesondere variationsbedingte Korngrößen, um gehärtete von nicht gehärteten Zonen thermisch behandelter Bauteile zu unterscheiden. Aufbauend auf über 15 Jahren Forschungs- und Entwicklungsarbeit wurde nun ein industriell einsetzbares System zur Bestimmung der Härtetiefe realisiert. Anhand einer ersten industriellen Prüfanlage konnte der Einsatz unter realen Produktionsbedingungen demonstriert werden. Die präsentierten Messergebnisse an unterschiedlichen induktiv gehärteten Bauteilen zeigen die hohe Flexibilität der Methode und das breite Anwendungsspektrum. Neben klassischen Messansätzen sind sowohl Axial- als auch Umfangsscans möglich – bei gleichzeitig drastisch reduzierter Durchlaufzeit im Vergleich zu konventionellen zerstörenden Prüfverfahren.
Über die klassische Härtetiefenprüfung hinaus können mit der Technologie Laser-Ultraschall zusätzliche materialwissenschaftliche und temperaturabhängige Parameter ermittelt werden. Ein neu entwickelter thermischer Simulator erlaubt die Untersuchung von einfachen Blech- und Plattenproben unter definierter thermischer Belastung. Basierend auf der neuen, innovativen Analyse von Plattenresonanzen können damit Parameter wie Kornwachstum, Rekristallisation, Phasenumwandlung sowie elastische Eigenschaften wie z.B. E-/G-Modul bestimmt werden. Konzipiert für Untersuchungen im Labor, ist das System auch auf industrielle Prozesse überführbar. Damit steht eine leistungsfähige und zugleich kosteneffiziente Alternative zu bislang deutlich komplexeren Verfahren für eine effiziente Gefügeanalyse zur Verfügung.