Einleitung
Im Luft- und Raumfahrtsektor birgt selbst der kleinste Defekt enorme Risiken. Ob Mikrorisse in einer Turbinenschaufel oder Hohlräume in einer Verbundwerkstoff-Rumpfverkleidung – versteckte Mängel können die Sicherheit, die Leistungsfähigkeit einer Marke und die Zertifizierung nach gesetzlichen Vorschriften gefährden. Bei der Qualitätskontrolle in der Luft- und Raumfahrt geht es daher nicht nur um die Einhaltung von Vorschriften, sondern um die Vermeidung von Ausfällen in den anspruchsvollsten und am strengsten kontrollierten Umgebungen.
Standardinspektionstechniken wie visuelle und ultraschallbasierte Untersuchungen beschränken sich auf die Erkennung von Oberflächenfehlern und einigen Fehlern unter der Oberfläche. Diese Methoden liefern keine Erkenntnisse über komplexe innere Strukturen. In diesen Fällen sind Röntgeninspektionen und CT-Scans (Computertomographie) von entscheidender Bedeutung. Diese Techniken sind eine Form der zerstörungsfreien Prüfung (NDT) und ermöglichen es den Herstellern, die inneren Strukturen von Luft- und Raumfahrtkomponenten detailliert zu beurteilen, ohne sie zu beschädigen. Die Röntgentechnologie ist heute ein Eckpfeiler der Qualitätssicherung in der Luft- und Raumfahrt und hilft Herstellern und MRO-Anbietern (Maintenance, Repair and Overhaul), strenge Sicherheits-, Rückverfolgbarkeits- und Konformitätsstandards einzuhalten.
Table of Contents
Echtzeit-Röntgenprüfung von Turbinenschaufeln in der Fertigungslinie, um fehlerfreie Luft- und Raumfahrtkomponenten zu gewährleisten.
Mit Hilfe von Röntgenstrahlung aufgedeckte versteckte Fehler in Luft- und Raumfahrtkomponenten
Luft- und Raumfahrtkomponenten, egal ob sie gefräst, gegossen, 3D-gedruckt oder geklebt sind, sind anfällig für innere Fehler, die von außen oft nicht zu erkennen sind. Diese Fehler können in verschiedenen Produktionsphasen entstehen und ein ernsthaftes Risiko für die strukturelle Integrität, die Ermüdungsfestigkeit und die Sicherheit in Hochleistungsumgebungen darstellen.
Durch Röntgenuntersuchungen erkennbare typische interne Defekte sind:
- Porosität: Kleine Lufteinschlüsse oder Hohlräume, die beim Gießen oder bei der additiven Fertigung entstehen.
- Schrumpfhohlräume: Größere innere Hohlräume, die durch ungleichmäßige Abkühlung in Metallteilen entstehen.
- Einschlüsse: Fremdkörper (z. B. Schlacke, Oxid), die in Metallkomponenten eingeschlossen sind.
- Delamination: Schichtablösung in Verbundwerkstoffen, insbesondere bei Carbonfaserteilen.
- Unvollständige Schweißverbindung: Lücken oder fehlende Verbindung zwischen den geschweißten Oberflächen.
- Mikrorisse: Winzige Risse, die unter Belastung oder Hitze entstehen, insbesondere in Turbinenschaufeln.
- Nicht verbundene Schnittstellen: Hohlräume zwischen unterschiedlichen Materialien (z. B. Metall-Verbundwerkstoff-Verbindungen)
Diese Fehler können das Bauteil erheblich schwächen, die Lebensdauer verringern und die Leistung unter hoher Belastung oder extremen thermischen Bedingungen beeinträchtigen.
Wie Röntgen und CT die zerstörungsfreie Prüfung in der Luft- und Raumfahrt verbessern
Röntgeninspektion und CT-Scanning sind beides zerstörungsfreie Bildgebungsverfahren, mit denen Inspektoren das Innere von Bauteilen betrachten können, ohne diese zu zerschneiden, zu schleifen oder auf andere Weise zu beschädigen. Bei der 2D-Röntgenbildgebung wird eine flache Projektion erfasst, die häufig für Schnellprüfungen oder Bewertungen in der Fertigungslinie verwendet wird. Im Gegensatz dazu rekonstruiert das CT-Scanning das Objekt in 3D, erzeugt detaillierte Querschnittsschnitte und ermöglicht eine volumetrische Analyse.
Was diese Techniken in der Luft- und Raumfahrt auszeichnet, ist ihre Präzision und Flexibilität. Mit einer Auflösung im Mikrometerbereich können CT-Scans Risse oder Einschlüsse identifizieren, die mit bloßem Auge völlig unsichtbar sind. Darüber hinaus sind moderne Röntgensysteme in der Lage, Komponenten aus mehreren Materialien, wie z. B. Metall-Verbundbaugruppen, in einem einzigen Scan zu beurteilen.
Im Gegensatz zu Ultraschallprüfungen, die von der oberflächenabhängigen Kopplung und Interpretation durch den Bediener abhängig sind, liefern Röntgen- und CT-Scans digitale, hochauflösende und wiederholbare Ergebnisse. Sie sind relevant für Komponenten mit hochkomplexen geometrischen Merkmalen, wie z. B. den Gitterstrukturen von 3D-gedruckten Teilen oder den internen Kühlkanälen von Düsentriebwerken, die für herkömmliche Prüftechniken eine große Herausforderung darstellen.
Röntgen in jeder Phase der Luft- und Raumfahrtfertigung
Die Prüfung mittels Röntgen- und CT-Scans beginnt vor der Produktion und kann während der gesamten Fertigung des Artikels im Hinblick auf die Qualitätssicherung fortgesetzt werden.
Überprüfung der eingegangenen Materialien: Vor der Bearbeitung können Rohstoffe überprüft werden, um sicherzustellen, dass sie keinerlei Mängel aufweisen.
Prüfungen während des Prozesses: Während der additiven Fertigung und des Schweißens können Echtzeit-Röntgenprüfungen durchgeführt werden, um Fehler sofort zu erkennen und zu korrigieren.
Abschließende Qualitätssicherung: Vor der Freigabe des Bauteils kann es vollständig in 2D und 3D gescannt werden, um die Genauigkeit im Vergleich zum Entwurf sowie die Präzision der Einzelteile sicherzustellen.
Versagensanalyse: Im unglücklichen Fall, dass ein Teil während des Flugs oder bei Tests versagt, kann es mittels CT-Scan untersucht werden, um die Fehlerquelle aufzudecken, ohne das Bauteil zu zerstören, sodass die Beweise erhalten bleiben.
Die erhöhte Präzision auf jeder Ebene für Originalgerätehersteller (OEMs) und Zulieferer in der Luft- und Raumfahrt ist auf die Röntgeninspektionen zurückzuführen, die wiederum die Ausschussquote, Nacharbeiten und Produktionszeiten reduzieren.
Zusammenfassung
Die zunehmende Komplexität von Luft- und Raumfahrtkomponenten, bei denen fortschrittliche Verbundwerkstoffstrukturen, additive Fertigung und strenge Toleranzen zum Einsatz kommen, erhöht die Anforderungen an die Qualitätskontrolle. Mithilfe von Röntgeninspektionen und CT-Scans können Ingenieure und Hersteller versteckte Fehler erkennen, die Konformität sicherstellen und die Integrität kritischer Komponenten gewährleisten, ohne die Produktion zu verlangsamen oder die Leistung zu beeinträchtigen.
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Häufig gestellte Fragen
Warum wird bei der Inspektion von Luft- und Raumfahrtkomponenten die CT-Untersuchung gegenüber der Ultraschallprüfung bevorzugt?
Die CT-Untersuchung wird bevorzugt eingesetzt, da sie vollständige 3D-Visualisierungen komplexer Geometrien wie Wabenstrukturen, Turbinenschaufeln und Verbundschichten ermöglicht – ohne Oberflächenkontakt oder Kopplungsgele. Die CT bietet volumetrische Bildgebung, die eine präzisere Fehlererkennung und Dimensionsvalidierung in einem einzigen Scan ermöglicht, während die Ultraschallprüfung punktuelle Daten liefert. Für wichtige Luft- und Raumfahrtkomponenten, bei denen interne Fehler und geometrische Abweichungen gemeinsam bewertet werden müssen, ist dies die perfekte Lösung.
Können Röntgensysteme für die Echtzeit-Qualitätskontrolle während der Fertigung von Luft- und Raumfahrtteilen eingesetzt werden?
Ja. Um Fehler wie Porosität, Risse oder unvollständige Verschmelzung sofort zu erkennen, können hochentwickelte Echtzeit-Röntgensysteme in Schweiß- oder additive Fertigungsverfahren integriert werden. Dadurch können Hersteller Materialverschwendung reduzieren, Prozessparameter anpassen und die Produktion sofort stoppen. Um strenge Toleranzen und Fehlerfreiheitsziele zu erreichen, wird in bestimmten Luft- und Raumfahrtanwendungen während des automatisierten Schweißens oder der Prozessüberwachung eine Echtzeit-CT- oder Röntgeninspektion eingesetzt.
