Zerstörungsfreies Aufspüren winziger Oberflächenrisse
Materialien können neben klassischen Verfahren wie Ultraschall auch mittels Wärme auf Schäden geprüft werden. Hierbei wirken Materialfehler als Wärmewiderstände, an denen sich die Wärme staut und um den Fehler herumfließt.
Dieser Effekt lässt sich dann mit einer Wärmebildkamera an der Oberfläche eines Bauteils sichtbar machen. Wissenschaftler der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung in Berlin nutzen zur Verbesserung der Nachweismöglichkeit den Effekt der radialen Wärmeausbreitung bei punktförmigen Wärmequellen (wie sie durch einen Laser erzeugt wird) aus, und haben ein lasergestütztes Prüfverfahren entwickelt, mit dem man zerstörungsfrei auch sehr feine Risse erkennen kann.Angewandt wird zunächst folgendes Prinzip der Laserthermographie: Ein Laser erwärmt an einer winzigen Stelle das zu prüfende Material. Mit einer Wärmebildkamera wird dann die Wärmeverteilung an der Oberfläche inspiziert. Dabei rastert man die Oberfläche mit einer Geschwindigkeit von bis zu zehn Metern pro Sekunde ab. An der Rissflanke entsteht ein Wärmestau. Somit kann man an der Flanke einen Bereich mit einem sehr steilen Anstieg der Temperaturverteilung sehen. Um bei der Laserthermographie den heißen Punkt des Lasers auszublenden, entwickelten die BAM-Experten für die zerstörungsfreie Prüfung ein mathematisches Verfahren, mit dem es möglich ist, auf der einen Seite das Signal des Risses (durch eine so genannte örtliche Ableitung) zu verstärken, auf der anderen Seite aber das Signal des Lasers auszulöschen. Es resultiert die physikalische Größe des Wärmewiderstandes. Nach diesem Verfahren können mögliche Defekte in alle Richtungen festgestellt werden. Risse sind in Abhängigkeit der eingesetzten Laserleistung bis zu einer Tiefe von zehn Mikrometern nachweisbar. Die Ortsauflösung ist sehr gut und lässt Risse noch in einem Abstand von nur 100 Mikrometern einzeln erkennen. Das Verfahren ist schnell, berührungslos und mittels kommerziell erhältlicher Komponenten zu realisieren. Das Verfahren kann vor allem als Hilfe in der Industrie und bei Dienstleistern, die die zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) automatisieren möchten, angewendet werden.