Schweißqualitätsprüfung: Methoden zur Dichtheits- und Dichtheitsprüfung von Schweißverbindungen

Die Schweißqualitätsprüfung umfasst jede Prüfung, die bestätigt, dass eine geschweißte Struktur solide, zuverlässig, sicher und für die vorgesehene Aufgabe geeignet ist. Die Dichtungsprüfung ist der Teil dieses Programms, der sich eher mit der Dichtheit als mit der Festigkeit befasst und nach Abschluss der Festigkeitsprüfungen durchgeführt wird. Die folgenden Methoden reichen vom einfachen Blaseneintauchen an kleinen Komponenten bis hin zur Helium-Massenspektrometrie an Behältern, bei denen selbst ein mikroskopisches Leck nicht akzeptabel wäre.

Wozu dient die Dichtungsprüfung?

Eine Schweißverbindung kann ihre Zug- und Biegeanforderungen erfüllen und dennoch durch ein Nadelloch, eine unvollständige Schweißlinie oder eine an der Oberfläche offene Porositätsgruppe lecken. Mithilfe der Dichtungsprüfung werden diese Mängel erkannt, überprüft, ob ein Behälter oder eine Rohrleitung ihren Inhalt aufnehmen kann, und um nachgeschaltete Geräte, die Produktreinheit und die Umwelt zu schützen. Die Wahl der Methode richtet sich nach dem Druck, dem das Bauteil ausgesetzt ist, der Gefährlichkeit des Mediums, der Geometrie der Verbindung und der tolerierbaren Leckrate.

Sinktest und Wasserimmersionstest

Sinktest:Wird für kleine Behälter und Rohrleitungen verwendet, die nur einem geringen Innendruck ausgesetzt sind. Der Gegenstand wird mit Druckluft, typischerweise 0,4 bis 0,5 MPa, unter Druck gesetzt und dann in Wasser getaucht. Entweichende Luft bildet an der Leckage Blasen, wodurch kleine Defekte durch die Wand leicht lokalisiert werden können. Der Druck muss aus Sicherheitsgründen und für die Festigkeit des Prüflings begrenzt werden.

Wassertest:Der Artikel wird mit Wasser gefüllt und der statische Druck wird verwendet, um Leckagen festzustellen, im Allgemeinen durch Sichtprüfung. Es eignet sich für geschweißte Strukturen, die nicht druckbelastet sind, aber dicht bleiben müssen, wie z. B. Tanks und Reservoirs.

Ammoniak- und Kerosin-Lecktests

Beide Tests basieren auf einem Markierungsstoff, der durch einen eindringenden Defekt wandert und eine Indikatorbeschichtung auf der anderen Seite der Schweißnaht markiert.

Ammoniak-Lecktest:Die Verbindung bzw. der Raum dahinter wird mit trockener Luft beaufschlagt, die einen geringen Ammoniakanteil, üblicherweise etwa 1 Vol.-%, enthält, und die zugängliche Seite wird mit Indikatorpapier oder -band abgedeckt, das mit Phenolphthaleinlösung befeuchtet ist. Durch Leckage verfärbt sich der Indikator deutlich rot. Der Test ist empfindlicher als die Kerosinmethode und wird bei Tanks, Rohren und Schweißnähten eingesetzt, bei denen die Verbindung nur von einer Seite erreichbar ist.

Kerosin-Lecktest:Die Schweißnaht wird auf einer Seite mit einer Kalk-{0}}Wasser- oder Kreideschicht überzogen und auf der anderen Seite mit Kerosin bestrichen. Kerosin hat eine sehr niedrige Viskosität und dringt in enge Defekte ein, so dass jeder eindringende Riss oder fehlende Verschmelzung dunkle Flecken oder Streifen auf der Beschichtung hinterlässt. Die Standardbeobachtungszeit beträgt 15 bis 30 Minuten und der Test eignet sich für geschweißte Strukturen, die einem geringen Innendruck ausgesetzt sind und abgedichtet werden müssen.

Helium-Massenspektrometrie-Tests

Die Helium-Massenspektrometrie ist die empfindlichste Dichtheitsprüfung im industriellen Routineeinsatz. Ein auf Helium abgestimmtes Massenspektrometer erkennt Konzentrationen bis zu etwa einem Teil pro Million, also einem Volumenanteil von etwa 10-6, den keine Blasen- oder Farbstoffmethode erreichen kann. Das Bauteil wird evakuiert oder mit Helium gefüllt und die Außenseite der Schweißnaht mit einer Sonde abgetastet. Da Helium langsam in einen sehr feinen Defekt eindringt, kann es bei dickwandigen Gefäßen eine lange Verweilzeit, manchmal mehrere Stunden, erfordern, bis das Gleichgewicht erreicht ist. Sofern es das Verfahren zulässt, verkürzt eine kontrollierte Erwärmung den Test. Die Haupteinschränkungen sind die Kosten für Helium und die Länge des Inspektionszyklus. Daher wird die Methode dort eingesetzt, wo die Dichtheit von entscheidender Bedeutung ist, und nicht als allgemeine Werkstattprüfung.

Gasdichtheitsprüfung und ihre Unterschiede zur pneumatischen Festigkeitsprüfung

Der Gasdichtheitstest, oft auch Luftlecktest genannt, ist der herkömmliche Abnahmetest für Kessel, Druckbehälter und andere geschweißte Konstruktionen, die Gas enthalten müssen. Das Medium ist saubere Luft und der Prüfdruck entspricht im Allgemeinen dem Auslegungsdruck. Der Druck wird stufenweise erhöht und nach Erreichen des Prüfdrucks werden die Schweißnähte und Dichtflächen mit Seifenlösung benetzt; Jede Blasenbildung weist auf eine Undichtigkeit hin. Da eine pneumatische Prüfung mit gespeicherter Energie ein Explosionsrisiko birgt, wird die Dichtheitsprüfung erst nach Abnahme der hydrostatischen Prüfung durchgeführt.

Beim Schreiben einer Spezifikation kommt es auf die Unterscheidung an: Ein pneumatischer Festigkeitstest überprüft die Druckfestigkeit des Geräts, während der Dichtheitstest seine Dichtungsleistung und seine Freiheit von kleinen eindringenden Mängeln überprüft. Ein Behälter kann den pneumatischen Test bestehen und trotzdem den Dichtheitstest nicht bestehen.

Auswahl der richtigen Versiegelungsmethode

Kleine Bauteile, geringer Druck, schnelle Durchlaufzeit: Sinktest oder Wasserimmersionstest.

Einseitiger Zugang, mäßige Empfindlichkeit: Ammoniak- oder Kerosin-Lecktest.

Stumpfschweißnähte in Rohren und Rohren, bei denen die Verbindung beschichtet werden kann: Kerosin-Dichtheitsprüfung mit einer 15- bis 30-minütigen Beobachtung.

Kritische Dichtheit, gefährliche Medien, Vakuumausrüstung: Helium-Massenspektrometrie.

Druckbehälter und Kessel vor der Abnahme: Gasdichtheitsprüfung bei Auslegungsdruck nach der hydrostatischen Prüfung.

Häufig gestellte Fragen

F: Welcher Versiegelungstest ist der empfindlichste?
Die Helium-Massenspektrometrie ist die empfindlichste Methode im Allgemeinen und weist Helium in einem Volumenanteil von etwa 10-6 nach. Im Hinblick auf die Empfindlichkeit folgt der Ammoniak-Lecktest, dann der Kerosintest und dann die Blaseneintauchmethoden.

F: Welcher Druck wird für einen Sinktest verwendet?
Normalerweise werden kleine Behälter und Rohrleitungen vor dem Eintauchen mit Druckluft von etwa 0,4 bis 0,5 MPa beaufschlagt. Ein höherer Druck erhöht die Empfindlichkeit, erhöht aber auch die gespeicherte Energie, sodass der Wert durch die Festigkeit des zu prüfenden Gegenstands begrenzt wird.

F: Wie lange sollte eine Kerosin-Leckprüfung durchgeführt werden?
Die normale Beobachtungszeit beträgt 15 bis 30 Minuten nach dem Auftragen des Kerosins auf die gegenüberliegende Seite der Schweißnaht. Vor dem Auftragen des Kerosins muss die Beschichtung trocken sein, sonst sind Durchdringungsflecken nicht erkennbar.

F: Warum wird die Gasdichtheitsprüfung nach der hydrostatischen Prüfung durchgeführt?
Denn ein pneumatischer Test speichert große Energiemengen und birgt Explosionsgefahr, wenn die Struktur versagt. Durch das Abschließen und Akzeptieren des hydrostatischen Tests wird zunächst bestätigt, dass das Gerät sicher mit einem komprimierbaren Medium unter Druck gesetzt werden kann.

F: Was ist der Unterschied zwischen einer pneumatischen Prüfung und einer Gasdichtheitsprüfung?
Bei der pneumatischen Prüfung handelt es sich um eine Festigkeitsprüfung, die beim 1,15-fachen Auslegungsdruck mit gegebenenfalls einer Temperaturkorrektur durchgeführt wird; Die Dichtheitsprüfung wird bei Auslegungsdruck durchgeführt und befasst sich eher mit der Dichtleistung und kleinen Mängeln als mit der Druckfestigkeit.

F: Kann eine Schweißnaht die Sicht- und Röntgenprüfung bestehen und trotzdem lecken?
Ja. Die Radiographie erkennt volumetrische und flächige Defekte, beweist jedoch nicht die Dichtheit, und ein mit der Oberfläche verbundenes Loch kann auf einer Röntgenaufnahme unsichtbar sein. Deshalb ist die Dichtungsprüfung ein separater Abnahmeschritt im Prüfprogramm.