DACH - Jahrestagung 2004 Salzburg

ZfP in Forschung, Entwicklung und Anwendung

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Stand der Normung bei der Prüfung von Prüfmitteln für die Eindring- und Magnetpulverprüfung

König, Wolfgang, Dipl.-Ing., MPA-Hannover, Garbsen
Baugatz, Jürgen, Dipl.-Ing., MPA-Hannover, Garbsen

Kontakt: Dipl.-Ing. Wolfgang König

0 Abstract

DIN EN ISO 3452-2 beschreibt Verfahren zur Feststellung und Überwachung der Eigenschaften von Prüfmitteln für die Eindringprüfung. Dadurch soll sichergestellt werden, dass Veränderungen dieser Eigenschaften erkannt und Schädigungen korrosiver Art an den geprüften Teilen durch die verwendeten Mittel soweit wie möglich vermieden werden. Durch die Revision der DIN EN ISO 3452-2 werden u.a. völlig neue Empfindlichkeitsklassen definiert die jetzt mit Hilfe von Referenzprüfmitteln bestimmt werden. Diese Vorgehensweise sowie die Ermittlung von div. Teileigenschaften orientiert sich am amerikanischen Regelwerk "Aerospace Material Specification (AMS 2644)".

Die im Jahr 2002 erschienene DIN EN ISO 9934-2 hat DIN 54132 abgelöst. Erstmals wird damit für Magnetpulverprüfmittel eine Muster-, Chargen- und Betriebsprüfung beschrieben, so wie es für Eindringprüfmittel seit vielen Jahren üblich ist. Darüber hinaus gibt es jetzt 2 genormte Vergleichskörper. Neben der Bestimmung von div. Teileigenschaften wird beschrieben, wie das Anzeigevermögen des Prüfmittels mit Hilfe der Vergleichskörper zu ermitteln ist.

1 Eindringmittel / DIN EN ISO 3452-2

DIN EN ISO 3452-2, 2000-06 "Prüfung von Eindringprüfmitteln" hat DIN 54152 Teil 2 abgelöst. Die Norm enthält Verfahrensbeschreibungen für die Durchführung der +
  • Musterprüfung
  • Chargenprüfung
  • Kontrollprüfung im Verfahrensablauf

Die erstmalige Feststellung der Eigenschaften eines Prüfmittelsystems erfolgt im Rahmen einer Musterprüfung durch ein unabhängiges Laboratorium, das über die Ergebnisse einen detaillierten Bericht sowie ein Zertifikat ausstellt. Diesem Bericht sind nicht nur die physikalischen Kennwerte der Prüfmittel zu entnehmen, er enthält auch das Ergebnis der Klassifizierung der Empfindlichkeit eines Prüfmittels.


Abb 1:
Kontrollkörper 2 (EN ISO 3452-3)

Die Chargenprüfung ist vom Prüfmittelhersteller zu veranlassen. Dabei wird kontrolliert, ob die im Rahmen der Musterprüfung ermittelten Teileigenschaften und die Empfindlichkeit von den Prüfmitteln der jeweiligen Charge eingehalten werden. Der Hersteller bescheinigt dies mit einem Zertifikat nach EN 10204.

Die Kontrollprüfung im Verfahrensablauf wird vom Anwender veranlasst und dokumentiert. Die notwendige Überprüfung der Systemleistung erfolgt unter Verwendung des Kontrollkörpers 2 nach EN ISO 3452-3 (Abbildung 1).

1.1 Anwendung der Norm

Die Prüfung von farbigen Eindringmittelsystemen kann ohne besondere Probleme nach der Norm durchgeführt werden. Bei fluoreszierenden Eindringmitteln ist jedoch die vorgeschriebene Verfahrensweise zur Empfindlichkeitsbestimmung nicht umsetzbar. Die Messtechnik sowie die vorgeschriebene Referenzanzeige (spezielles, fluoreszierendes Pulver in Sägeschnitten) eignen sich nicht zur Eingruppierung in die vorgesehenen 3 Empfindlichkeitsklassen.

1.2 Revision der Norm

Die grundsätzlichen Probleme bei der Empfindlichkeitsklassifizierung fluoreszierender Eindringmittel führten zu intensiven Beratungen und zur Revision durch CEN/TC 138/WG4 unter deutscher Federführung.

Im 4. Quartal 2004 ist mit dem Normentwurf DIN EN ISO 3452-2 zu rechnen.

1.3 Wichtige Neuerungen

Die Empfindlichkeitsklassen werden grundsätzlich neu definiert und jetzt mit Hilfe von Referenzprüfmitteln bestimmt. Diese Vorgehensweise sowie die Ermittlung von div. Teileigenschaften orientiert sich am amerikanischen Regelwerk "Aerospace Material Specification (AMS 2644)". Die wichtigsten Änderungen sind:

  • 5 Empfindlichkeitsklassen (1/2 - 1 - 2 - 3 - 4) für fluoreszierende Eindringmittel; bisher 3 (normal - hochempfindlich - ultrahochempfindlich)
  • Einstufung der Anzeigefähigkeit unter Verwendung von zertifizierten Referenzprüfmitteln und Testkörpern (z.B. Typ 1, EN ISO 3452-3)
  • Bewertung der Anzeigen mit alternativen Techniken möglich (z.B. Bildverarbeitung)
  • Korrosive Verträglichkeit mit speziellen Metallen
  • Begrenzung des Wassergehaltes der Eindringmittel
  • Korngrößenbestimmung des Entwicklers

Ein Beispiel für die Bewertung von Anzeigen auf dem Kontrollkörper 1 (EN ISO 3452-3) ist in Abbildung 2 dargestellt. Mit Hilfe einer Videokamera und einer Bildverarbeitungssoftware wird der Lichtstrom von ausgewählten Anzeigen gemessen. Die Norm legt Referenzprüfmittel in jeder Empfindlichkeitsklasse fest. Der Lichtstrom der Anzeigen dieser Referenzen wird mit den Anzeigen des zu prüfenden Eindringmittels (Kandidat) verglichen. Erreicht das Prüfmittel mindestens 90% der Anzeigefähigkeit des Referenzprüfmittels, so wird es in die entsprechende Empfindlichkeitsklasse eingruppiert (Abbildung 3).

Abb 2: Anzeigenbewertung mit Kontrollkörper 1 (EN ISO 3452-3) und Bildverarbeitungssoftware
Abb 3: Klassifizierung der zu prüfenden Eindringmittel (Kandidaten) durch Vergleich mit Referenzeindringmitteln

2 Magnetpulverprüfmittel / DIN EN ISO 9934-2

DIN EN ISO 9934-2 (2003-03) basiert u.a. auf DIN 54132 (1980-08) und beschreibt erstmals für Magnetpulverprüfmittel die Durchführung der
  • Musterprüfung
  • Chargenprüfung
  • Betriebsprüfung

Bei der Musterprüfung wird die Eignung des Produktes für den vorgesehenen Gebrauch nachgewiesen. Hierfür werden die wichtigsten Eigenschaften der Prüfmittel erstmalig ermittelt. Die Chargenprüfung dient zur Sicherstellung der Qualität während der Produktion und weist die Übereinstimmung zwischen der Charge und dem Produktmuster nach. Verantwortlich für die Muster- und Chargenprüfung ist der Hersteller oder Vertreiber. Die durchgeführten Prüfungen werden durch ein Zertifikat nach EN 10204 bescheinigt.

Die Betriebsprüfung dient der ständigen Kontrolle durch den Anwender. Die entscheidende Anwenderkontrolle besteht in der Überprüfung der Anzeigenerkennbarkeit an Kontrollkörpern.

Neben der Bestimmung von div. Teileigenschaften wird in der Norm beschrieben, wie das Anzeigevermögen des Prüfmittels mit Hilfe von zwei genormten Vergleichskörpern zu ermitteln ist.

2.1 Vergleichskörper

Die Norm enthält die Beschreibung und Herstellung von zwei in Europa bereits bekannten Vergleichskörpern:

  • Vergleichskörper 1 - baugleich mit MTU Nr. 3
  • Vergleichskörper 2 - baugleich mit AFNOR NF-A09.570 (AFNOR C)

Beim Vergleichskörper 1 (Abbildung 4) entstehen durch die nach dem Härten durchgeführten spanabhebenden (Schleifen) und chemischen (Brünieren) Arbeitsgänge natürliche Risse unterschiedlicher Abmessungen. Der Vergleichskörper ist remanent magnetisiert, so dass für die Anwendung keine weitere Magnetisierung erforderlich ist. Die Form und die Anzahl der Risse sowie das Rissbild sind bei jedem Vergleichskörper 1 unterschiedlich. Er eignet sich daher nur zur vergleichenden Prüfung.


Abb 4:
Anwendung Vergleichskörper 1

Abb 5:
Anwendung Vergleichskörper 2

Der Vergleichskörper 2 (Abbildung 5) besteht aus zwei zusammengesetzten weichmagnetischen Stahlquadern (Abmessung 10 x 10 x 100 mm3), zwischen die ein definierter Spalt von 15 µm mit Hilfe einer Aluminiumfolie eingebracht wurde. Durch die Magnetisierung mit zwei an den Stirnseiten angebrachten Permanentmagneten entstehen Anzeigen, die aufgrund der abnehmenden Feldstärke zur Mitte hin schwächer werden. Die Länge der Anzeigen kann an der eingravierten Skala abgelesen werden und ist so ein Maß für die Anzeigefähigkeit des Prüfmittels.

2.2 Ermittlung des Anzeigevermögens

Die Ermittlung des Anzeigevermögens eines Magnetpulverprüfmittels erfolgt mit Hilfe der genormten Vergleichskörper:

  • Vergleichskörper 1: Vergleichsmessung (Abbildung 4 unten)
  • Vergleichskörper 2: Absolutmessung der Anzeigenlänge (Abbildung 5 unten)

Die Anzeigen werden z.B. mit einer Videokamera erfasst und dann mittels Bildverarbeitungssoftware bewertet. Dieses Messverfahren ermöglicht eine objektive Auswertung und Dokumentation der Anzeigen.

Während mit dem Vergleichskörper 2 die Gesamtlänge der zwei Anzeigen ermittelt und protokolliert wird, erfolgt mit dem Vergleichskörper 1 die Auswertung durch Vergleich mit dem Referenzprüfmittel. Da die Norm ein solches Referenzprüfmittel nicht definiert, erscheint es sinnvoll das zu prüfende Magnetpulverprüfmittel marktüblichen Prüfmitteln verschiedener Anwendungsbereiche gegenüber zu stellen.

Eine Einteilung in Empfindlichkeitsklassen ist nicht vorgesehen.

2.3 Teileigenschaftsbestimmung

Zur Beschreibung eines Magnetpulverprüfmittels werden div. Teileigenschaften bestimmt. Dies sind z.B.:

  • Mechanische Beständigkeit
  • Korngrößenbereich
  • Fluoreszenzkoeffizient und Fluoreszenzbeständigkeit
  • Korrosionsverhalten
  • weitere chemische und physikalische Werte


Abb 6:
Beispiel für Korngrößenverteilungen (Laserbeugung)

Die Widerstandsfähigkeit gegen die Zerstörung der Magnetpulverteilchen wird als mechanische Beständigkeit bezeichnet. Sie wird mit einer Pumpeinrichtung über 120 Stunden (Langzeitprüfung) bzw. einem Rührwerk über 2 Stunden (Kurzzeitprüfung) unter zu Hilfenahme der Vergleichskörper 1 und 2 ermittelt. Merkliche Veränderungen der Anzeigefähigkeit im Vergleich zum Originalzustand führen zur Zurückweisung des Prüfmittels. Im unteren Bereich der Abbildung 4 ist die Verringerung der Anzeigefähigkeit nach dem Langzeittest im Vergleich zum Originalgebinde beispielhaft dargestellt.

Die Korngrößenbestimmung erfolgt z.B. mittels Laserbeugung (Abbildung 6). Ermittelt werden der untere Korndurchmesser (dl), der mittlere Korndurchmesser (da) und der obere Korndurchmesser (du).

2.4 Anwendung der Norm

Bei der Anwendung der Norm ergab sich für einige Teileigenschaften Diskussionsbedarf bezüglich der Anforderungen:

  • Fluoreszenzstabilität - sehr hohe Anforderungen
  • Korngröße - vorgeschriebener Korngrößenbereich für Nassprüfmittel nicht praxisgerecht
  • Langzeit-/Kurzzeittest - jede merkliche Veränderung, also auch Verbesserung ist unzulässig
  • Korrosionstest für organische Trägerflüssigkeit - Notwendigkeit?
  • Bestimmung korrosiver Bestandteile - nur bei Chargenprüfung gefordert

Die vorgenannten Punkte sollen in den Normenausschüssen diskutiert werden. Gegebenenfalls wird in Kürze eine Revision der EN ISO 9934-2 erfolgen.

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