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10 häufige Schweißnahtfehler, die Sie kennen sollten.

Die Welt der Technik hat sich schon immer mit der Existenz von Abweichungen befasst und mit Toleranzen gearbeitet. Toleranz ist der Begriff, der den Grad der Akzeptanz vor der Bezeichnung als Fehler definiert. Daher sollte jede Toleranz nur für eine bestimmte Anwendung, einen bestimmten Prozess und ein bestimmtes Material definiert werden.

Abweichungen sind bekannt als jeder Unterschied in Bezug auf die geplante Struktur. Sie sind in der Technik unvermeidlich, aber nicht alle sollten als Fehler oder inakzeptabel behandelt werden. Dieser Artikel beschäftigt sich mit solchen Abweichungen im Bezug auf Schweißnähte.

Was sind die Oberkategorien von Schweißfehlern?

Die Ungänzen beim Schweißen können in 3 Oberkategorien eingeteilt werden:

  • Dimensionale Ungänzen
    • In der Schweißnaht
    • Am Werkstoff
  • Unterbrechungen oder Diskontinuitäten
  • Ungänzen der Materialeigenschaften

Dieser Artikel behandelt die Ungänzen, die als Diskontinuitäten bezeichnet werden können und stellt 10 dieser Arten vor.

Welding action

Content

Was sind Schweißnahtdiskontinuitäten?

Eine Diskontinuität ist eine Unterbrechung in der typischen physikalischen Struktur eines Materials, die seine Eigenschaften stark verändert. Die einfache Veränderung der Eigenschaften charakterisiert also keine Diskontinuität. Allerdings sollten nur Diskontinuitäten, die die Toleranzgrenze überschreiten, als Schweißnahtfehler betrachtet werden.

Somit kann eine Schweißnaht mit einem bestimmten Riss für verschiedene Anwendungen als akzeptabel oder fehlerhaft betrachtet werden.

Welche Schweißnahtfehler gibt es?

Unter den Ungänzen im Zusammenhang mit dem Schweißprozess kann man diese 10 Typen nennen:

  1. Unzureichende Durchdringung (engl. Lack Of Penetration oder Incomplete Penetration)
  2. Bindefehler (engl. Lack Of Fusion oder Incomplete Fusion)
  3. Hinterschnitt (engl. Undercut)
  4. Spritzer (engl. Spatter)
  5. Schlackeeinschlüsse (engl. Slag Inclusions)
  6. Risse (engl. Cracks)
  7. Poren (engl. Porosity)
  8. Überlappung (engl. Overlap)
  9. Verzug (engl. Warpage)
  10. Durchbrandstelle (engl. Burn Through)
Weld Defects Overview

1. Typ: Unzureichende Durchdringung

Ein unvollständige Durchdringung (engl. Lack Of Penetration oder Incomplete Penetration) tritt auf, wenn die Wurzel der Verbindung nicht zum Ende Bauteile reicht. Um diese Ungänze zu korrigieren, können Sie den Strom erhöhen, die Schweißgeschwindigkeit verringern oder die Geometrie der Verbindung ändern.

Weld With Lack Of Penetration
weld_lack_of_penetration_rafael
© Nunes R. 2020

2. Typ: Bindefehler

Ein Bindefehler tritt mit lokaler fehlender Verbindung von Schweißgut und Bauteil auf, entweder an der Nahtflanke oder an der Stirnseite des zuvor abgelagerten Schweißgutes. Um diese Ungänze zu korrigieren, können Sie den Strom erhöhen, die Schweißgeschwindigkeit verringern, die Nahtgeometrie ändern oder eine spezielle Technik anwenden, um magnetisches Blasen zu vermeiden.

Weld With Lack Of Fusion
weld_lack_of_fusion_santos_p165
© Santos A. G. M. - 2019

3. Typ: Hinterschnitt

Dieser tritt mit einer Vertiefung, als Kerbe, am Fuss der Naht auf. Er wird auf Englisch als Undercut bezeichnet. Um diese Ungänze zu korrigieren, können Sie den Strom reduzieren oder die Schweissgeschwindigkeit verringern.

Weld With Undercut
weld_undercut_rafael
© Nunes R. 2020

4. Typ: Spritzer

Spritzer (engl. Spatter) treten beim Wegschleudern von geschmolzenen Partikeln beim Schweißen auf. Um diese Ungänze zu korrigieren, kann man den Strom reduzieren und die Instabilität des Metalltransfers kontrollieren.

Hier erhalten Sie mehr Informationen zu Ursachen und Folgen von Schweißnaht-Spritzern: Spatter in Welding.

Weld With Splatter
weld_spatter_santos_p100
© Santos A. G. M. - 2019

5. Typ: Schlackeeinschlüsse

Diese treten beim Zurückbleiben von festen Materialien, metallisch oder nicht, innerhalb des Schweißguts auf und werden auf Englisch Slag Inclusions genannt. Ursache ist eine unzureichende Reinigung der Schweißoberfläche zwischen den Durchgängen. Es kann auch bei einlagigen Schweißnähten auftreten, wenn Schlacke in der Wurzel und dem Fuß der Schweißnaht eingeschlossen wird.

Weld With Slag Inclusion

6. Typ: Risse

Unter den Ungänzen metallurgischen Ursprungs sind Risse (engl. Cracks) zu nennen. Sie treten in der von der Schweißnaht betroffenen Zone (Schmelzzone oder Wärmeeinflusszone) aufgrund verschiedener Faktoren, wie der Kontraktion des erstarrenden Metalls und dem Wachstum von Partikeln, auf. Sie können als Kaltrisse, Erstarrungsrisse und Wiedererwärmungsrisse klassifiziert werden.

Weld With Crack

7. Typ: Poren

Sie entstehen durch die Bildung von Gasblasen, die in der Schmelzzone zurückbleiben. Poren (engl. Porosity) können im Inneren und auch an der Oberfläche auftreten. Um diese Ungänzen zu korrigieren, ist es nötig, die Strömung des Schutzgases zu anzupassen und Gase besserer Qualität (Reinheit) zu verwenden.

weld_porosity_santos_p162
© Santos A. G. M. - 2019

8. Typ: Überlappung

Eine Überlappung (engl. Overlap) tritt auf, wenn sich die Schweißfläche weit über den Fuß der Schweißnaht erstreckt. Dies wird meist durch die Verwendung zu großer Elektroden oder eine schlechte Schweißtechnik verursacht.

Weld With Overlap

9. Typ: Verzug

Verzug (engl. Warpage) ist eine unerwünschte Veränderung der Form und Position der Metallteile. Er tritt auf, wenn die Temperatur falsch ist und wird durch die Kontraktion/Ausdehnung der geschweißten Teile verursacht.

Weld With Warpage

10. Typ: Durchbrandstelle

Wenn das Schweißgut die Werkstücke durchdringt, spricht man von Durchbrand (engl. Burn Through). Dies ist eine häufige Ungänze beim Schweißen dünner Teile. Es passiert, wenn die Wurzelöffnung zu groß ist oder zu viel Spannung verwendet wird.

Weld With Burn Through

Wie findet man Schweißfehler?

Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP)!

Um eine Schweißnaht zu prüfen werden mehrere Verfahren durchgeführt, um die Fehlern, die die Schweißkonstruktion gefährden, zu finden und nachzuweisen. Im Gegensatz zu den zerstörenden Prüfungen zielen die zerstörungsfreien Prüfungen (ZfP oder engl. non-destructive testing – NDT) auf die Möglichkeit ab, Ungänzen zu beobachten, ohne das geschweißte Teil zu beschädigen, und werden in den Phasen der Herstellung, Konstruktion, Montage und Wartung durchgeführt.

Manual Inspection Of Welds

Mehr zum Thema zerstörungsfreie Prüfung:

“Die 5 Arten – Was ist Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP)?”

Die zerstörungsfreie Prüfung trägt zur Überwachung der Qualität von Gütern und Dienstleistungen, zur Kostensenkung, zum Schutz von Leben und Umwelt bei und ist ein Wettbewerbsfaktor für die Unternehmen, die sie anwenden. Sie ist auch ein grundlegendes Werkzeug für Untersuchungen, um die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Industrieanlagen zu erhöhen.

Bei richtiger Anwendung bringt ZfP große Vorteile, indem sie Zeit spart, die Ausfallraten von Geräten reduziert, die diagnostische Genauigkeit erhöht und die Zuverlässigkeit von Industrieanlagen steigert.

Manche zerstörungsfreien Prüfungen sind extrem komplex und besonders für unerfahrenen Prüfer und Auswerter schwierig zu verstehen, da sie komplexe Signal- und Bild-Interpretationen voraussetzen.

Rafael Gomes Nunes Silva

Forscher für Lichtbogen- und Laserschweißen - Federal University of Santa Catarina (Brazil)

Beispiel: Ultraschall Prüfung - Phased Array

Bei der konventionellen Ultraschallprüfung (UT) sendet ein einzelner Kopf Ultraschallwellen in das Material. Phased-Array-Prüfköpfe enthalten mehrere Schallquellen. Durch die Einführung einer Verzögerung zwischen den von jeder Quelle ausgesandten Impulsen können Strahlwinkel, Brennpunkt und Brennpunkt der erzeugten Wellenfront beeinflusst werden.

Die Phased-Array-Ultraschallprüfung ist eine moderne Technologie. Sie kann für Schweißnahtprüfungen, Riss- und Fehlerprüfungen, Dickenmessungen und Korrosionsprüfungen verwendet werden. Diese Technik kann auch für Echtzeitanalysen der Schweißnähte verwendet werden.

Aufgrund der detaillierten Visualisierung der Fehlergröße, -form, -tiefe und -orientierung kann Phased Array oft anstelle der Durchstrahlungsprüfung verwendet werden. Da keine ionisierende Strahlung verwendet wird, ist es nicht notwendig, eine Sicherheitszone zu schaffen, was in der Regel eine Unterbrechung der Produktion bedeutet.

Was ist die Zukunft von Schweißnähten und ZfP?

Das Schweißen und ZfP können von der Digitalisierung und neuen Technologien profitieren. Durch die Kombination von Computer Vision, Robotik und künstlicher Intelligenz bieten sie nicht nur ein verbessertes Vertrauen in den Inspektionsprozess, sondern auch die Möglichkeit von Mehrfachinspektionen. Außerdem  helfen Sie bei Schweißprozessen, bei der Überprüfung der Positionierung von Komponenten, bei der Klassifizierung von Fehlern und bei der Automatisierung der Korrekturmaßnahmen des Schweißprozesses.

Über den Autor

Rafael Nunes

Rafael Gomes Nunes Silva

Forscher für Lichtbogen- und Laserschweißen​

Rafael Gomes Nunes Silva erforscht Lichtbogen- und Laserschweißen an dem Precision Engineering Laboratory – LMP/EMC/UFSC, welche ein Teil der brasilianischen Federal University of Santa Catarina – UFSC Maschinenbau-Fakultät ist. Er verfügt über internationale Erfahrungen in den Bereichen Metallurgie, Automatisierungsphysik des Lichtbogen- und Laserschweißens.

Er ist der Gründer und Autor von “The Welding Land” und wurde ausgezeichnet als Feedspot’s Top 15 Materials Science Blogs und Website zum Folgen im Jahr 2020.

Quellen

Ein großes Dankeschön an Arthur Santos für seine Hilfe mit den Bildern und für die Bereitstellung seiner Dissertationen.

Santos A. G. M., Análise da Influência da Rotação do Eletrodo no Processo MIG/MAG e Estudo para Aplicação em Soldagem Narrow Gap, Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina, Santa Catarina, Brazil, 2019

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Die 5 Arten – Was ist Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP)?

Die zerstörungsfreie (Werkstoff-) Prüfung (ZfP) ist eine Untersuchung von Bauteilen oder Werkstücken auf ihre Qualität und Struktur, die diese nicht beschädigt oder beeinträchtigt. Sie wird in der internationale Norm DIN EN ISO 9712 geregelt und in diversen industriellen Branchen angewendet wie dem Anlagen-, Maschinen-, Stahl-, Kraftwerks- oder Fahrzeugbau.

Die ZfP oder auch NDT (engl. ‚non-destructive testing‘) unterliegt einem strengen Zertifizierungsprozess, um Personen- und Sachschäden zu verhindern. Man spricht in diesem Zusammenhang auch über das Finden und Bewerten von sog. Ungänzen, da die tatsächliche Einschätzung, ob ein Defekt vorliegt, dem Prüfregelwerk unterliegt.

Inhalt

Welche Arten von Zerstörungsfreien Prüfungen gibt es?

Die wichtigsten 5 Arten der ZfP sind die folgenden, sie unterscheiden sich in den eingesetzten Hilfsmitteln und der Auswertung z.B. bildgebende Verfahren.

  • VT – Sichtprüfung
  • MT – Magnetpulverprüfung
  • PT – Eindringprüfung
  • UT – Ultraschallprüfung
  • RT/DR – Durchstrahlungsprüfung und Digitale Radioskopie

Weitere Arten sind bspw. Wirbelstromprüfung (ET), Dichtheitsprüfung (LT), Schallemissionsprüfung (AT) oder Thermografieprüfung (TT).

VT - Sichtprüfung

Die Sichtprüfung oder Visual Testing (VT) ist ein optisches Verfahren, um Objekte auf Ungänzen zu überprüfen. Man kann sowohl mit dem bloßen Auge als auch mit Hilfsmitteln wie Lupen oder Spiegeln prüfen. 

Viele Ungänzen wie bspw. äußere Risse lassen sich bereits mit der Sichtprüfung finden, was diese Art der Prüfung zu einem einfachen aber starken Verfahren macht. Mit Ihr lassen sich einige Ungänzen von Schweißnähten, Bruchflächen, Korrosionserscheinungen oder Schliffen überprüfen.

MT - Magnetpulverprüfung

Mit der Magnetpulverprüfung oder Magnetic Particle Testing (MT) lassen sich magnetisierbare Werkstoffe mit einem geringen Zeitaufwand prüfen. Dazu bringt man magnetische Partikel mit einer Flüssigkeit oder als Pulver auf das zu prüfende Objekt. Ungänzen offenbaren sich dann durch eine Änderung des magnetischen Feldes, die die Partikel dann anders ausrichten, als den ‚guten‘ Teil des Objektes.

So lassen sich Risse oder Einschlüsse von nicht magnetischen Stoffen schnell erkennen. Besonders bemerkenswert ist die Erkennbarkeit von kleinen Rissen mit einer Breite von 0.001 mm und einer Tiefe von 0.01 mm. Zum Vergleich: ein menschliches Haar hat eine Dicke von 0.04mm oder mehr.

PT - Eindringprüfung

Die Eindringprüfung oder Penetrant Testing (PT) ist ein flexibles Verfahren, das die Kapillarkräfte von Rissen oder Poren nutzt. Dazu bringt man auf ein gereinigtes Bauteil Farb- oder fluoreszierende Eindringmittel (Kontraster) z.B. mit einer Sprühdose und danach einen Entwickler auf. Das Eindringmittel ‚kriecht‘ dann in kleinste Risse und offenbart die Ungänzen. Wichtig für den Umgang mit den Stoffen sind Umwelttechnische Gesichtspunkte, die Lagerung, Entsorgung und der korrekte Transport. Bei der Farbeindringprüfung wird meist mit den Farben Rot-Weiß (Kontraster-Entwickler) gearbeitet. Vorsicht ist bei rauen oder spröden Oberflächen geboten, da es hier zu sog. Scheinanzeigen kommen kann, oder bei der Anzeigenintensität, da diese nicht zwingend auf die Tiefe eines Risses schließen lassen.

PT-Prüfung - Auftragen des Kontrasters

Karl Deutsch Prüf- und Messgerätebau GmbH + Co KG https://www.karldeutsch.de
Lizensiert unter Creative Commons Attribution 3.0 Germany

UT - Ultraschallprüfung

Die Ultraschall-Prüfung oder Ultrasonic Testing (UT) erlaubt einen Blick in das Innere eines Bauteils. Dazu wird ein Prüfkopf über die Oberfläche eines Bauteils bewegt und die davon ausgegebenen Ultraschall-Wellen bzw. deren Reflektionen auf einem Bildschirm verfolgt. Es kann auch eine bildgebende Ultraschallprüfung (Phased-Array) durchgeführt werden, die eine einfachere Interpretation erlaubt. Es lassen sich sowohl flächige und voluminöse Ungänzen prüfen. Bei flächigen Ungänzen ist sie der radiografischen Prüfung (RT) oft überlegen. Sie wird z.B. zur Wanddickenmessung mit Senkrechtprüfkopf und für einfache Geometrien mit Winkelprüfköpfen eingesetzt.

RT/DR - Durchstrahlungsprüfung und Digitale Radioskopie

Die Röntgen- oder Durchstrahlungsprüfung (engl. Radiographic Testing – RT) bezeichnet bildgebendes Prüfverfahren mit dem sich ein Blick in das Innere eines Bauteils werfen lässt. Bei der Durchstrahlungsprüfung wird je nach Bauteil und Größe eine Röntgenröhre oder ein radioaktives Material zur Bestrahlung eines Films eingesetzt. Ein Vorteil dieser Methode im Vergleich zur Ultraschallprüfung liegt darin, dass die Art der Ungänze, z.B. ob Pore oder Schlacke, besser bestimmt werden kann. Da der Umgang mit den Präparaten spezielle Sicherheitsvorschriften unterliegt, wird die Aufnahme häufig von Dienstleistern durchgeführt. Eine Bewertung der Ungänzen kann dann separat erfolgen. Die Digitale Radioskopie (DR) mittels Röntgenbildverstärker oder Radioskopieanlagen erfährt zunehmende Beliebtheit, da Aufnahmen digital aufbewahrt und bewertet werden können.

Welche Produkte/Sektoren werden geprüft?

Die am häufigsten geprüften Bauteile und Produkte sind:

  • Gussstücke – Pc
  • Schmiedestücke – Pf
  • Geschweißte Produkte – Pw
  • Rohre und Rohrleitungen – Pt
  • Walzerzeugnisse  – Pwp

Eine Prüfung kann sowohl bei der Herstellung als auch im Betrieb stattfinden. Je nach Regelwerk und Sicherheitsanspruch an ein Bauteil. Die Produkte und Sektoren sind in DIN EN ISO 9712 geregelt und umfassen zudem noch einige Industriesektoren:

  • Herstellung – Im 
  • Dienstleistungsprüfung bei Fertigung und Instandhaltung – Is 
  • Eisenbahn-Instandhaltung – Ir
  • Luft- und Raumfahrt – Ia

und Thermografie-Techniken:

  • Aktive Thermografie – TA
  • Passive Thermografie – TP
  • Aktive und Passive Thermografie – TAP

Wer darf eine zerstörungsfreie Prüfung vornehmen?

Die normgerechte Prüfung verlangt einen zertifizierten Prüfer, der je nach Erfahrung und Ausbildung eine der folgenden drei Stufen in der jeweiligen Prüfart (VT, MT, PT, UT, RT) erreicht hat.

  • Stufe 1: Darf Prüfverfahren durchführen und die Prüfergebnisse protokollieren
  • Stufe 2: Darf zusätzlich Prüfergebnisse nach Normen und Regelwerken bewerten
  • Stufe 3: Darf zusätzlich Prüfverfahren auswählen, Verfahrensbeschreibungen erstellen und trägt Verantwortung für Prüfeinrichtung

Das Prüfpersonal muss eine gute Nahsehfähigkeit und ein gutes Farbsehvermögen aufweisen. Ebenso gibt es berufsethische Regeln, die Personen- und Sachschäden vermeiden sollen.

Diverse Zertifizierungsstellen wie der TÜV NORD oder die unabhängige Personalzertifizierungsstelle (DPZ) der Deutschen Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP) oder American Society for Nondestructive Testing (ASNT) geben nach einer erfolgten Prüfung des Kandidaten Zertifikate aus. Sie selbst benötigen eine Bestätigung der Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS), um Personal nach der DIN EN ISO/IEC 17024:2012 zertifizieren zu dürfen. Die internationale Norm DIN EN ISO 9712 verlangt, dass Zertifikate alle 5 Jahre erneuert bzw. rezertifiziert werden müssen.

Wie erreicht man eine höhere Stufe?

Die Ausbildung zum Prüfer einer Stufe erfolgt in Lehrgängen über diverse Ausbildungszentren wie dem GSI – SLV Duisburg

Zu den Anforderungen zählen neben des Fachwissens auch eine gewisse Erfahrung in Einsätzen oder Dauer in der Tätigkeit der vorangegangen Stufe. Eine ausführliche Übersicht kann hier gefunden werden (DGZFP – Der Weg zum Zertifikat).

Was sollte man über Schweißnähte wissen?

Bemessung einer Schweißnaht

Die Prüfung von Schweißnähten ist wichtiger Bestandteil der Industrie und Anlagensicherheit. In dem Artikel ‘Diese 11 Arten von Schweißnähten sollte man kennen.‘ wird kurz erläutert, welche Unterschiede es gibt und wie eine Schweißnaht bemessen wird.

Wie kann eine Prüfung digital erfolgen?

Die digitale Radioskopie (DR) und das Arbeiten mit Speicherfolien wird zunehmend beliebter, aber auch andere bildgebende Verfahren wie dem Phased-Array (UT) bieten Bildmaterial, das digital ausgewertet werden kann. Um bei der Prüfung und Auswertung Zeit- und Nerven zu sparen, sollte man das richtige Werkzeug verwenden. Oft ist eine Interpretation von Ungänzen auch nicht eindeutig, sodass man einen Kollegen um Rat fragt. Der sentin EXPLORER erleichtert die Auswertung durch die automatische Analyse und Markierung von Ungänzen.

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Neues Teammitglied: Frederik Strothmann

​Mit gemeinsamen Kräften

Wir freuen uns, ein neues Mitglied der sentin-Familie begrüßen zu dürfen. Frederik Strothmann hilft uns seit Anfang Oktober bei Inhalten rund um Deep Learning. Nach kurzem Kennenlernen konnte er uns von seinem tiefen technischen Verständnis und seinem herzlichen Charakter überzeugen.

Knowhow vom CERN

Während seines Physikstudiums an der Bergischen Universität Wuppertal hat er sich mit Datenanalysen verschiedener Teilchen und der Weiterentwicklung eines Softwaretools im Rahmen eines CERN-Projektes beschäftigt. Ebenso konnte er seine Expertise im Bereich von Deep Learning und Convolutional Neural Networks aufbauen, die er nun in die Bildverarbeitung bei sentin einfließen lässt.

Spannende Zeit voraus

Auch für uns wird die gemeinsame Reise spannend, denn Technik lebt von einem intensiven Austausch und der Diskussion. Wir freuen uns darauf, von einander zu lernen und gemeinsam Dinge zu bewegen. Aber auch abseits der Arbeit werden wir weiterhin gemeinsame Stunden verbringen und z.B. unsere Fähigkeiten bei dem ein oder anderen Rennen an der Retrokonsole messen. Mit Frederik haben wir ein begabtes neues Teammitglied gefunden, mit dem wir gerne zusammen arbeiten.

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Diese 11 Arten von Schweißnähten sollte man kennen.

Diese 11 Arten von Schweißnähten sollte man kennen.

Welche Arten von Schweißnähten gibt es?

Die bekanntesten zwei Typen von Schweißnähten sind Stumpf- und Kehlnähte. Insgesamt lässt sich eine Schweißnaht anhand verschiedener Charakteristiken unterscheiden wie bspw. ihrer Durchdringung, der Anordnung der Bauteile (Stoßart), der Form und ihrer Überhöhung.

Dieser Artikel beschäftigt sich mit den gängigsten Typen von Schweißnähten und Stoßarten bei Schweißverbindungen. Er ist eng angelehnt an die DIN EN ISO 2553 und diverse Schulungsmaterialien sowie Skripte von Universitäten.

 

Inhalt

Was ist der Unterschied zwischen Stumpf- und Kehlnähten?

Flachnaht
Flache Kehlnaht am T-Stoß
V-Naht
Flache Stumpfnaht (V)

Der Hauptunterschied dieser beiden Schweißnahtarten ist die Stoßart. Bei Stumpfnähten werden beide Werkstücke in einer Ebene angeordnet. Bei Kehlnähten (z.B. bei einem T-Stoß) liegen diese winkelig zu einander und bilden eine Kehlfuge.

Welche Stoßarten gibt es bei Schweißnähten?

Je nach Anordnung der Werkstücke gibt es verschiedene Bezeichnung für die Stoßart. Die gängigsten lauten:

  • Stumpfstoß
  • T-Stoß bzw. Doppel-T-Stoß
  • Schrägstoß
  • Eckstoß
  • Mehrfachstoß
  • Parallelstoß
  • Überlappstoß
  • Brödelstoß

Stumpfstoß

Stumpfstoß

Beim Stumpfstoß liegen die Werkstücke in einer Ebene. Diese können an ihren Enden verschiedene Formen aufweisen und so die Nahtform bestimmen. Dazu mehr im Abschnitt:Welche Formen können Schweißnähte haben?

T-Stoß und Doppel-T-Stoß

Doppel-T-StoßT-Stoß

Der T-Stoß ist ein gutes Beispiel für eine Kehlnaht. Die Werkstücke liegen in einem rechten Winkel zu einander, wobei eines über das andere hinaus ragt. Ein Doppel-T-Stoß liegt vor, wenn jeweils ein Stück von beiden Seiten im rechten Winkel an ein anderes geschweißt werden soll.

Schrägstoß

Schrägstoß

Bei einem Schrägstoß wird ein Werkstück in einem Winkel angeschweißt. Im Gegensatz zu einem rechten Winkel beim T-Stoß ist dieser spitzer oder flacher.

Eckstoß

Eckstoß

Die Enden beider Werkstücke stoßen bei einem Eckstoß aneinander. Dabei ist es egal, ob diese im 90 Grad Winkel oder einem beliebigen anderen Winkel (< 180 Grad) zu einander liegen.

Mehrfachstoß

Mehrfachstoß

Liegen 3 oder mehr Teile aneinander, spricht man von einem Eckstoß. Diese müssen nicht symmetrisch ausgerichtet sein und können in unterschiedlichen Winkeln zu einander liegen.

Parallelstoß

Parallelstoß

Liegen zwei Teile parallel aufeinander, können diese mit einem Parallelstoß aneinander geschweißt werden. Dazu bieten sich z.B. eine Punkt- oder Lochnaht an.

Überlappstoß

Überlappstoß

Der Überlappstoß besteht, wenn mehrere Teile parallel auf einander liegen und sich überlappen. Dabei ragt ein Werkstück über ein anderes hinaus.

Bördelstoß

Bördelstoß

Sind zwei Teile gebogen und liegen mit ihrer Pfalz aneinander, können diese dort zusammen geschweißt werden.  Diese Stoßart nennt sich Bördelstoß.

Welche Formen können Schweißnähte haben? Diese 11 sind die Bekanntesten.

Schweißnähte können sich in der Form ihrer Naht bzw. des Schweißgutes unterscheiden. Dabei spielen die Stoßart und die Enden der Werkstücke eine Rolle. Diese 11 sind die Bekanntesten:

  • Kehlnaht
  • I-Naht
  • V-Naht
  • HV-Naht
  • Y-Naht
  • HY-Naht
  • U-Naht
  • Steilflankennaht
  • Punktnaht
  • Lochnaht
  • Gegennaht

Weitere Nähte sind Wulst- und Gratnaht. Diese sind jedoch weniger bekannt und werden an dieser Stelle nicht weiter betrachtet. Neben den einfachen Varianten gibt es auch doppelte Schweißnähte (z.B. Doppelkehlnaht) und Kombinationen (z.B. V-Naht mit Gegennaht).

Welche Schweißnahtsymbole gibt es?

Die zuvor genannten Schweißnahtformen und ihre Symbole sind in der DIN EN ISO 2553 Norm festgelegt. Im Folgenden sind diese mit Illustration und ihrer doppelten Ausführung (D) aufgelistet.

Kehlnaht und Doppelkehlnaht

KehlnahtKehlnaht Symbol

 

DoppelkehlnahtDoppelkehlnaht Symbol

 

Eine Kehlnaht bzw. Doppelkehlnaht wird mit einem bzw. zwei rechtwinkeligen Dreiecken mit der Hypothenuse nach rechts dargestellt. Bei einer Doppelkehlnaht wird von beiden Seiten eines Werkstücks eine Kehlnaht gezogen.

I-Naht

I-NahtI-Naht Symbol

 

Bei einer I-Naht sind die Schweißnaht und die Enden der Werkstücke gerade. Sie wird mit zwei parallelen und gleich langen Strichen nach unten visualisiert.

V-Naht und DV-Naht

V-NahtV-Naht Symbol

 

DV-NahtDV-Naht Symbol

 

Die V-Naht läuft zur Wurzel hin spitz zu und die beiden Werkstücke sind angeschrägt. Wird von beiden Seiten eine V-Naht gezogen und treffen sich die Wurzeln beider Nähte, spricht man von einer DV-Naht. Diese werden mit einem V bzw. einem Kreuz (Querschnitt beider V-Nähte) dargestellt.

HV-Naht und DHV-Naht

HV-NahtHV-Naht Symbol

 

DHV-NahtDHV-Naht Symbol

 

Bei einer HV-Naht ist nur ein Werkstück angeschrägt und das andere gerade, sodass die Wurzel noch spitzer als bei einer V-Naht (halbiert) zuläuft. Eine DHV-Naht wird von beiden Seiten geschweißt und die Wurzeln treffen sich. Sie werden mit einem senkrechten und einem schrägen Strich symbolisiert, die unten aneinander enden (HV Symbol), und einer Kombination aus dem HV-Symbol und seinem gespiegelten Gegenstück, sodass das Symbol einem K ähnelt (DHV Symbol).

Y-Naht und DY-Naht

Y-NahtY-Naht Symbol

 

DY-NahtDY-Naht Symbol

 

Eine Y-Naht läuft zur Wurzel spitz zu (beide Teile angeschrägt mit einem geraden Rest) wird aber nicht durchgeschweißt. Analog dazu treffen sich die Wurzeln einer DY-Naht nicht. Symbolisiert werden diese mit einem Y bzw. Kreuz-ähnlichem Symbol bei dem die Mitte die nicht anliegenden Wurzeln darstellt.

HY-Naht und DHY-Naht

HY-NahtHY-Naht Symbol

 

DHY-NahtDHY-Naht Symbol

 

Analog zu den (D)Y-Nähten stellen die (D)HY-Nähte eine halbierte Variante dieser da. Dabei ist nur ein Werkstück angeschrägt und das andere gerade. Das Symbol für eine HY Naht ist ein senkrechter Strich mit einem rechts abgehenden “Ast”. Das K-ähnliche Symbol einer DHY-Naht ist in der Mitte gestreckt (wegen der nicht durchgeschweißten Wurzeln).

U-Naht und DU-Naht

U-NahtU-Naht Symbol

 

DU-NahtDU-Naht Symbol

 

Bei einer U-Naht haben beide Bauteile eine Rundung nach innen und einen Teil der gerade aneinander liegt. Die Wurzel wird nicht durchgeschweißt, weshalb das Symbol einem halben Oval mit einem senkrechten Strich entspricht. Die DU-Naht hat an beiden Seiten der Werkstücke Rundungen, wobei sich sie Wurzeln nicht treffen. Das Symbol einer DU-Naht fügt daher noch ein halbes Oval an das der U-Naht an.

Steilflankennaht

SteilflankennahtSteilflankennaht Symbol

 

Eine Steilflankennaht läuft zwar spitz zu wie eine V-Naht, ist aber am Wurzelende abgeflacht. Das Symbol ist ein abgeschnittenes V, das in einer horizontalen Linie endet.

Punktnaht

PunktnahtPunktnaht Symbol

 

Eine Punktnaht wird beim Parallel- oder Überlappstoß genutzt und befindet sich an der Außenkante der Werkstücke. Das Symbol einer Punktnaht ist ein nicht ausgefüllter Kreis.

Lochnaht

LochnahtLochnaht Symbol

 

Bei einer Lochnaht wird durch ein paralleles oder überlappendes Werkstück in ein anderes geschweißt. Sie wird mit einer eckigen Klammer, die nach unten gerichtet ist dargestellt.

Gegennaht

GegennahtGegennaht Symbol

 

V-Naht mit GegennahtV-Naht mit Gegennaht Symbol

 

Eine Gegennaht befindet sich auf der Rückseite eines Bauteils und ist rund. Sie wird mit einem ausgefüllten halben Oval (nach unten gewölbt) dargestellt. Sie kann in Kombination mit einseitigen Nähten angebracht werden. Die Symbole der Nähte werden dann kombiniert (z.B. V-Naht mit Gegennaht).

Welche weiteren Maße gibt es bei Schweißnähten?

Maße und Eigenschaften von Schweißnähten

 

Maße und Eigenschaften von Schweißnähten

Die Abbildung zeigt Maße und Eigenschaften, die man bei einer Schweißnaht benennen kann:

  1. Grundwerkstoff
  2. Schweißgut
  3. Nahtlänge
  4. Nahtbreite
  5. Gesamtnahtdicke
  6. Wurzelbreite
  7. Tatsächliche Nahtdicke
  8. Nahtüberhöhung
  9. Wurzelüberhöhung

Anhand dieser lassen sich Nähte verschieden charakterisieren. Je nach Bedingungen und Werkstoffen müssen diese Eigenschaften korrekt gewählt werden, um eine Festigkeit und Stabilität der Schweißnaht zu gewährleisten. Die folgenden Abschnitte gehen auf diese Maße und Formen ein.

Welche Schweißnahtüberhöhungen gibt es?

Die dort gezeigte Nahtüberhöhung bzw. die äußere Form der Naht lassen sich in drei Arten unterteilen: Flachnähte, Wölbnähte und Hohlnähte.

Flachnaht

Flachnaht Symbol

 

Symbol einer Flachnaht
Flachnaht

 

Flachnaht am T-Stoß
 

Wird eine Naht flach abgeschlossen (Nahtüberhöhung = 0), spricht man von einer Flachnaht. Die tatsächliche Nahtdicke ist hier recht einfach als Höhe des Dreieckes zu bestimmen, da sie bündig abschließt.

 

Wölbnaht

Wölbnaht Symbol

 

Wölbnaht Symbol (konvex)
Wölbnaht

 

Wölbnaht am T-Stoß
 

Bei einer Schweißnaht, die eine konvexe Form aufweist (Überhöhung > 0), spricht man von einer Wölbnaht. Man bestimmt die tatsächliche Nahtdicke als Höhe des Dreieckes zwischen der Wurzel und den beiden Übergängen zwischen Naht, Wölbung und Grundstoff. Man zeichnet also die korrespondierende, innenliegende Flachnaht ein und bestimmt ihre Höhe.

Hohlnaht

Hohlnaht Symbol

 

Hohlnaht Symbol (konkav)
Hohlnaht

 

Hohlnaht am T-Stoß
 

Beträgt die Überhöhung der Schweißnaht < 0 und ist somit konkav, spricht man von einer Hohlnaht. Hier wird die tatsächliche Nahtdicke als Höhe des Dreiecks von der Wurzel zu den Schnittpunkten der Tangente der Wölbung mit dem Übergang zwischen Naht und Grundstoff ermittelt. Also analog zu einer innenliegende Flachnaht, die an dem Bauch der Wölbung abschließt.

 

Wie sieht eine gute Schweißnaht aus?

Um bei der Prüfung und Auswertung Zeit- und Nerven zu sparen, sollte man das richtige Werkzeug verwenden. Der sentin EXPLORER erleichtert die Auswertung durch die automatische Analyse und Markierung von Ungänzen.

5 Arten – Was ist Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP)?

Bei der Bewertung von Schweißnähten spielen äußere und innere Merkmale eine Rolle. Durch zerstörungsfreie Werkstoffprüfung wie der visuellen Inspektion (Sichtprüfung – VT) oder bildgebender Verfahren (z.B. Durchstrahlungsprüfung mit Röntgen- oder Gammastrahlen – RT, oder Ultraschall mit Phased-Array – UT) können diese z.B. auf Risse oder Poren untersucht werden.  Im folgenden Artikel werden diese und weitere Schweißnahtfehler vorgestellt.

Quellen:

  • Zeichnerische Darstellung von Schweißnähten – Prof. Dr.-Ing. L. Müller – Hochschule für angewandte
    Wissenschaften Hamburg
  • Schweißnähte (Übersicht) – Baustatik Wiki – Fachhochschule Wismar
  • Sonder-Seminar :: Symbolische Darstellung von Schweißverbindungen – SLV Fellbach – GSI SLV

Anmerkungen:

Die hier genutzten Illustrationen und Symbole sind selbst erstellt und entsprechen nicht pixelgenau den Abbildungen der Norm. Sie können diese gerne verwenden, jedoch sollten Sie für Ihre technischen Zeichnungen die Normdarstellungen konsultieren.

Außerdem wurden die Informationen sorgfältig aus diversen Quellen zusammengetragen. Dennoch verweisen wir an dieser Stelle auf unserenHaftungsausschluss.

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Die 2 Gefahren bei Qualitätskontrollen

Routine in monotonen Jobs

Eine Entwicklung, wie die Untersuchungen desInstituts für Arbeitsmarkt- und Berufsforschung (IAB) zeigen, ist, dass Beschäftigte mit hohem Routineanteil seltener Weiterbildungsmaßnahmen nutzen als solche mit geringerem Anteil. Dies kann besonders bei Aufgaben, die leicht zu automatisieren, sind kritisch sein.

T3N schreibt dazu im Artikel “Paradox – durch Maschinen ersetzbare Mitarbeiter bilden sich seltener weiter”:

” […] Es scheint somit vor allem um Menschen zu gehen, die sich wohlfühlen, lediglich Routineaufgaben zu erledigen. […]”

Ein anderer Faktor kann aber auch das betriebliche Weiterbildungsangebot sein. Gerade in der Produktion soll alles so effizient wie möglich sein, ein Vorgesetzter wird sich dann genau überlegen, wo eine Schulung für Beschäftigte und Unternehmen am vielversprechendsten sind. Denn der Produktionsstandort Deutschland ist meistens sowieso schon mit hohen Personalkosten verbunden.

1. Menschen sind subjektiv

Egal ob bei Stichproben oder 100%-Prüfungen der Faktor Mensch ist nicht immer ein objektiver. Bei einer erfolgreichen Qualitätssicherung kommt es auf einen geregelten Prozess an, der am besten eine gleichbleibende Prüfqualität der einzelnen Qualitätskontrollen beinhaltet.

Ein häufiges Problem bei der visuellen Prüfung ist die Routine. Wenn ein Mensch sich über einen längeren Zeitraum immer wieder das gleiche Objekt anschaut, ist es wahrscheinlich, dass er ermüdet er oder es ihm langweilig wird. Tut er dies mehrmals die Woche, baut er zwar eine gewisse Expertise auf, kann aber auch gegenüber gewissen Fehlerbildern desensibilisiert werden. So kann es sein, dass Fehler übersehen werden und die Produkte an den Kunden ausgeliefert werden, die dann reklamiert werden.

2. Ermüdung - “Nach einer halben Stunden siehst du Dinge, die gar nicht da sind.”

Ein anderes Thema sind Fehler, die gar nicht da sind. Wenn man stark monotone Aufgaben verrichtet, kann es auch passieren, dass einem die Augen einen Streich spielen. Ist dort nun ein Kratzer oder nicht? Je mehr man sich dann versucht zu konzentrieren, desto anstrengender wird es und mehr Dinge können schief gehen. Ebenso kann es sein, dass man mit dem falschen Fuß aufgestanden ist und Dinge pessimistischer bewertet, als sie eigentlich sind. Stichwörter sind Reklamationen und Pseudoausschuss.

Im Rahmen der Digitalisierung und Bestrebungen der Industrie 4.0 ist es daher ein Umdenken gegenüber Automatisierungslösungen gefordert. Im Laufe der Zeit wurden immer wieder Aufgaben automatisiert und neue Aufgaben geschaffen. Wir glauben daran, dass moderne Methoden wie maschinelle Bildverarbeitung Potential bieten, um Menschen neue Aufgaben und mehr Zeit (z.B. für die Bearbeitung von kritischen Fällen) zu geben. Der Mensch kann so Hand-in-Hand mit dem System arbeiten und so z.B. Umwelt und Ressourcen schonen.

Wie kann eine Prüfung digital erfolgen?

Die sentin GmbH entwickelt und vertreibt auf künstlicher Intelligenz basierende visuelle Inspektionssysteme für den industriellen Einsatz. Heben Sie Ihre Qualitätskontrolle auf die nächste Ebene –  erfahren Sie hier mehr zu einem sentin VISION System.
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Von Solingen ins Bergische Land

Der Anfang

Nach dem spannenden Finale des Berg-Pitch vor einigen Wochen haben wir Solingen als sehr interessanten und herzlichen Ort wahrgenommen. Wir freuen uns außerdem, unsere Zusammenarbeit mit dem Coworking Space coworkit und Unternehmen in Solingen weiter ausgebaut zu haben.

Die Neuigkeiten

Kurz darauf haben wir uns mit Michael Kremer und Michael Schütz vom Solinger Tagesblatt für ein Interview und Fotos getroffen. Im Interview beschreiben wir unsere Tätigkeit und unsere KI-gestützten Software sentin.ai vision, die zur Automatisierung von manuellen Prüfprozessen z.B. in der Qualitätssicherung genutzt werden kann. Besonders für Kratzer oder Fehler auf metallischen Oberflächen können unsere Modelle genutzt werden, um die Genauigkeit und Prüfgeschwindigkeit zu erhöhen.
Den vollständigen Artikel “Verlässlicher als das menschliche Auge” kann man hier nachlesen.

Die Zukunft

Wie auch im Artikel angedeutet, wollen wir Solingen als Ausgangspunkt für Kooperationen in das Bergische Land nutzen. Gerade die dort ansässigen mittelständischen Unternehmen sind Experten für die Produktion und können von einer automatisierten Qualitätskontrolle profitieren und so z.B. Reklamationen verringern. Unsere KI-Lösungen können diese anspruchsvollen Aufgaben automatisch lernen und komplexe Fehlerbilder erkennen.

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Neuer Mitarbeiter: Dominik Nestler

Endlich an Board

Wir sind begeistert, verkünden zu können, dass unser langer Freund, Dominik Nestler, uns nun offiziell unterstützt. Nachdem wir Dominik schon einige Monate bei seiner Masterarbeit begleiten durften und wir von seinen erforschten Methoden zur Analyse und Bewertung von Risikofaktoren in der Unternehmensentwicklung profitieren konnten, ist er nun seit dem 1. August ein Teil der sentin Familie.

Gemeinsame Vergangenheit

Viele Startups klagen darüber, wie schwierig es ist neue und gute Mitarbeiter zu finden. Für uns ist Dominik ein Glücksgriff, denn der hochqualifizierte Experte für Business Development hat mit uns bereits einige Jahre in der Industrie bei Bosch Rexroth zusammen gearbeitet. Dort haben wir alle zusammen eine Big Data Plattform zur Analyse von Maschinendaten entwickelt. Daher wissen wir, dass er immer alles gibt und das Team, um einen sympathischen Charakter ergänzt.

Gemeinsame Zukunft

Ein neuer Beruf ist immer aufregend. Ebenso war es für uns ein großer Schritt als Startup, unser Team zu vergrößern. Dominik kommt gerade zur rechten Zeit, um uns beim Thema strategische Ausrichtung und Außendarstellung zu unterstützen. Wir freuen uns auf die gemeinsame Zeit und die Aktivitäten abseits der Arbeit bei unserer Freizeitreihe “sentin goes …”.

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Top 5 beim 6. Berg-Pitch in Solingen

Das Event

Am vermeintlich heißesten Tag des Jahres fand der 6. Berg-Pitch vom Gründer- und Technologiezentrum Solingen und dessen Coworking Space coworkit statt. Er ist eines der größten Startup-Events im Bergischen Land mit ca. 200 Gästen aus Unternehmen und Institutionen.
Nach der Bewerbungsphase mit über 50 Startups und 18 in der Vorrunde konnte Christian im Finale mit seinem Pitch überzeugen und den 5. Platz sichern.

Der Inhalt

In seinem Pitch berichtete Christian von unserer KI-gestützten Software sentin.ai vision und wie man damit Schlupf, Reklamationen und Taktzeiten reduzieren kann. Neben der Anwendung in der zerstörungsfreien Werkstoff Prüfung (ZfP oder NDT non-destructive testing) lassen sich unsere Computer Vision Modelle (Maschinelles Sehen) auch nutzen, um die Qualitätssicherung in Unternehmen zu automatisieren.

Einen ausführlichen Artikel zum Event kann man hier nachlesen.

Wie kann eine Prüfung digital erfolgen?

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AWARDS

Top 3 bei der Industry Tech Innovation Night

Christian hat gestern unser Projekt zur automatische Schweißnaht-Prüfung bei der Industry Tech Innovation Night vom digihub vorgestellt. Das Publikum hat abgestimmt und unser Usecase ist gut angekommen. Christian konnte daraufhin noch tiefer ins Detail gehen.

Erste Runde

In der ersten Session erklärte Christian, welche Potentiale Methoden der künstlichen Intelligenz in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung (ZfP) haben. Gerade in der Qualitätsprüfung bei Konsumgütern, der 100%-Prüfung von Automobilteilen oder Bauteilprüfungen zur Anlagensicherheit lassen sich Prozesse mit Machine-Learning optimieren. So können Unternehmen die Qualität der Prüfung steigern und die benötigte Zeit verringern. Auch die Gefahr des Fachkräftemangels an zertifizierten Prüfern kann so relativiert werden.
Er stellt in Aussicht, wie das Produkt sentin.ai vision den Prüfprozess revolutionieren könnte, und stellt das Team von sentin vor.

sentin EXPLORER Hero Shot Overview

Die Abstimmung

Danach bzw. während der anderen sieben Pitches fand eine Online-Abstimmung statt. Der Anwendungsfall und der Vortrag konnten überzeugen, sodass wir in die zweite Runde einziehen konnten. Neben zwei weiteren Vorträgen wurde dann speziell auf den Anwendungsfall der automatisierten RT-Prüfung von Schweißnähten eingegangen.

Zweite Runde

Christian Els Industry Tech

Nach kurzer Überleitung der Moderation und großer Freude unsererseits präsentierte Christian, welche Probleme bei der ZfP von Rohren bestehen. Neben dem Fachkräftemangel sind besonders die Sicherheitsanforderungen an die Prozessindustrie und die Entdeckung von Schäden und Undichtigkeiten relevant. Die heutige radiographische Bildaufnahme und die manuelle Interpretation dieser Bilder erfordern hohe Konzentration und sind mit enormen Kosten verbunden. Die KI-Modelle, die wir entwickeln, helfen dem Prüfer, diese Aufgabe schneller und mit weniger Unsicherheit zu erledigen.
Eine nutzerfreundliche Bedienoberfläche und eine flexible Programmier-Schnittstelle sollen diesen Prozess revolutionieren und die ZfP auf eine neue Stufe bringen. Christian beschreibt außerdem, dass wir aktuell Projekte im Umfeld der ZfP und der Qualitätssicherung verfolgen und suchen. Unser außerordentliches Fachwissen und unser Maschinenbau Hintergrund erlauben es uns, schnell und Domänen-orientiert zu arbeiten.

Fazit

Insgesamt eine erfolgreiche Veranstaltung mit vielen interessanten Vorträgen. Wir haben einige Kontakte knüpfen können und freuen uns, dass der digihub uns zu einem so innovativen Event eingeladen hat. Wir sind gespannt, was die Industrie und die ZfP in der nahen Zukunft erwartet.

sentin EXPLORER Defect Labelling

Wie sieht eine gute Schweißnaht aus?

Um bei der Prüfung und Auswertung Zeit- und Nerven zu sparen, sollte man das richtige Werkzeug verwenden. Der sentin EXPLORER erleichtert die Auswertung durch die automatische Analyse und Markierung von Ungänzen.

Bei der Bewertung von Schweißnähten spielen äußere und innere Merkmale eine Rolle. Durch zerstörungsfreie Werkstoffprüfung wie der visuellen Inspektion (Sichtprüfung – VT) oder bildgebender Verfahren (z.B. Durchstrahlungsprüfung mit Röntgen- oder Gammastrahlen – RT, oder Ultraschall mit Phased-Array – UT) können diese z.B. auf Risse oder Poren untersucht werden. 

Mehr dazu in unserem Artikel:

5 Arten – Was ist Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP)?
 
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EXPLORER

Schweißnähte automatisch auswerten mit Python

Ungänzen von Schweißnähten automatisch auswerten mit Python

In diesem Artikel soll es darum gehen, wie man mit wenigen Zeilen Python-Code Röntgenbilder von Schweißnähten auswerten kann. Dazu wird während der Verarbeitung der Kontrast angepasst, die Farben des Bildes invertiert und die möglichen Ungänzen farblich hervorgehoben. Es wurde maßgeblich die skimage Bibliothek verwendet. Diese stellt klassische Algorithmen und Filter der Bildverarbeitung zur Verfügung.

Voraussetzungen

Für die Programmierung wurde ein Jupyter Notebook mit Python 3.7 verwendet. Besonders nützlich ist die Entkoppelung vom Host-System bzw. die Verwendung von Docker-Containern. Dies ist aber nicht zwingend notwendig. Um später ggf. tiefere Analysen mit Machine Learning durchzuführen, ist hier ein TensorFlow Docker Image verwendet worden. Wer Docker nicht verwenden will oder einfach nur den Python-Code sehen möchte, kann die nächsten Abschnitte einfach überspringen.

Einrichten des Docker Images

Wenn Docker installiert ist, kann wie folgt das Jupyter Notebook initialisiert werden. Dazu muss zunächst das TensorFlow Image heruntergeladen (docker pull) und danach gestartet (docker run) werden. Dann kann bequem über den Browser programmiert werden, da der localhost Port 8888 auf die Web IDE des Containers geleitet wird (-p 8888:8888). Die Option –name tf gibt dem Container den Namen tf (als Abkürzung für TensorFlow), um ihn später besser aufrufen zu können. Damit der erstellte Code auch gespeichert werden kann, muss ebenso ein Ordner “tf” erstellt werden (mkdir), der im Docker Container als Volume (mit der Option -v ) gemountet wird. Dieser kann auch beliebig heißen, muss allerdings dann in den Pfaden entsprechend angepasst werden.
Die folgenden Befehle müssen dazu ausgeführt werden:

cd <my-path>
mkdir tf
docker pull tensorflow/tensorflow:latest-py3-jupyter
docker run -p 8888:8888 --name tf -v <path-to-my-tf-folder>/tf:/tf/Entwicklung tensorflow/tensorflow:latest-py3-jupyter

Nun wird ein Jupyter Notebook Server auf dem lokalen Rechner gehostet. Folgt man den Anweisungen in der Konsole, kann man dann auf den korrespondierenden Pfad http://127.0.0.1:8888/?token=<token>im Browser gehen und im Ordner ‘Entwicklung ein Notebook erstellen. Dazu oben rechts auf den Button ‘New‘ und dann ‘Notebook: Python 3‘ klicken.

Danach sollte man zeitnah speichern per ‘File‘ – ‘Save And Checkpoint‘ , wo durch eine Datei ‘Untitled.ipynb‘ erstellt wird, die nun auch auf dem Host-System liegt und dadurch gesichert ist.

Jupyter Notebook New

Einrichten der Python Umgebung

Nun müssen die erforderlichen Python Pakete installiert werden. Dazu sollte entweder im Docker Container oder mit Virtual Environments (falls Docker nicht verwendet wurde) gearbeitet werden. Mit dem Befehl (docker exec) kann im Container auf die Konsole zugegriffen werden und die Pakete per pip installiert werden. Hier wird hauptsächlich das Paket scikit-image oder skimage für die Verarbeitung und matplotlib zur Darstellung verwendet werden. Zusätzlich werden noch numpy zur Hilfe verwendet. Zur Installation müssen die folgenden Befehle ausgeführt werden.

docker exec -it tf /bin/bash 
#Console of container
pip install matplotlib numpy scipy scikit-image

Das Python Skript

Als erstes müssen die verschiedenen Pakete importiert werden. Wir erstellen einen neuen Abschnitt im Notebook oder unserem Skript und fügen die folgenden Zeilen ein:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import base64
from skimage import feature, io, filters, util, exposure, restoration
from matplotlib.colors import ListedColormap
Danach wird eine Funktion erstellt, die die Farben für die Markierung der Ungänzen und Schweißnahtfehler anpasst. Es sollen nämlich verschiedene Bild-Schichten übereinander gelegt werden. Daher müssen die nicht markierten Stellen der Ebene transparent sein.
def createTransparentMap(cmap):
  # Get the colormap colors
  my_cmap = cmap(np.arange(cmap.N))
  # Set alpha
  my_cmap[:,-1] = np.linspace(0, 1, cmap.N)
  # Create new colormap
  return ListedColormap(my_cmap)

Danach wird eine Funktion definiert, die Bilder base64 encoded einlesen kann. Hierzu wird zunächst auf die Formatierung des Bild Strings geprüft und danach eine Pixel-Matrix ausgegeben. Es könnte ebenso eine Datei geladen werden mithilfe der io.imread-Methode von skimage. Allerdings müsste diese dann auch gemountet werden. Hier wurde im Hinblick auf die Verwendung innerhalb eines möglichen Webservice die base64 Variante gewählt, da diese oft als Standard für RESTful-Interfaces genutzt wird.

def decode(base64_string):
  # check format
  if isinstance(base64_string, bytes):
    base64_string = base64_string.decode("utf-8")
  # decode
  imgdata = base64.b64decode(base64_string)
  img = io.imread(imgdata, as_gray=True, plugin='imageio')
  # pixel matrix
  return img

Um fortzufahren, werden danach im Skript einige Konstanten definiert. Ein Sigma-Wert der für die Kantenerkennung mit einem Canny-Filter genutzt wird. Zwei angepasste Farbpaletten für die Markierung der Ungänzen und ein Censure-Detektor, um Features im Bild zu erkennen. Die Schweißnahtfehler werden dann als Feature des Bildes automatisch erkannt und markiert.

sigma = 0.6
redMap = createTransparentMap(plt.cm.cool)
blueMap = createTransparentMap(plt.cm.GnBu)
detector = feature.CENSURE()

Im Anschluss kann die eigentlich Analysefunktion für die Markierung erstellt werden. Dazu wird das Bild zunächst in eine Pixel-Matrix überführt mit Hilfe der zuvor erstellten decode-Methode. Danach wird eine Sigmoid-Funktion angewendet, um den Kontrast des Bildes zu anzupassen. In der Bildverarbeitung wird die Sigmoid-Funktion neben der ReLU sehr häufig als Standard verwendet. Die angepasste Matrix dient dem Censure-Detektor als Input.

def process_image(baseImage):

  im = decode(baseImage)
  # Correction of image (contrast, noise etc)
  sigmoid_im = exposure.adjust_sigmoid(im)

  #Feature detection
  detector.detect(sigmoid_im)

Im Anschluss werden in den Variablen edges1 und edges2 die Ergebnisse der Kantenerkennung gespeichert. Dazu wird ein Canny-Algorithmus (mit dem zuvor definierten Sigma) und ein Sobel-Filter verwendet. Allerdings werden diese nicht auf die Sigmoid-adaptierte Matrix angewendet, da diese bei dem Testbild ein zu großes Rauschen verursacht.

# Compute the Canny filter for two values of sigma
  edges1 = feature.canny(im, sigma=sigma)
  edges2 = filters.sobel(im)

Nachdem nun die Features und Kanten des Bildes erkannt wurden, können diese mit matplotlib dargestellt werden. Dazu wird eine 1-achsige Grafik erstellt und mit den ax.imshow-Aufrufen die Bildebenen gezeichnet. In der untersten Ebene werden die Farben der Sigmoid-Matrix invertiert (util.invert) und danach die Kanten (Canny und Sobel) mit den zuvor angepassten Farben gezeichnet. Im Anschluss werden die erkannten Features des Censure-Detektors mit einem Scatter-Plot eingezeichnet und die Grafik final mit plt.show präsentiert.

# display edges
  fig, (ax) = plt.subplots(nrows=1, ncols=1, figsize=(32, 12), sharex=True, sharey=True)

  #draw pixels
  ax.imshow(util.invert(sigmoid_im), cmap=plt.cm.gray)
  ax.imshow(edges1, cmap=redMap)
  ax.imshow(edges2, cmap=redMap)

  # display censure features
  ax.scatter(detector.keypoints[:, 1], detector.keypoints[:, 0], 2 ** detector.scales, facecolors='none', edgecolors='r')
  ax.axis('off')
  plt.show()

Verwendet man nun die Funktion process_image mit einem Beispiel-Bild kann dies wie folgt aussehen. Dazu wurde eine JPEG-Datei mithilfe dieses Tools (im binary-Format) encodiert. Sie stellt ein typisches digitales RT-Bild einer Schweißnaht dar.

sampleImage = '...' 
processImage(sampleImage)
Weld defect
Analyzed weld with python

Zusammenfassung

Dieses kurze Skript zeigt, wie eine Bild einer Schweißnaht mit einfachen Funktion der skimage Bibliothek angepasst werden kann. Die Parameter und Filter-Funktionen wurden hier so gewählt, dass sie Fehler und Ungänzen auf dem Testbild erkennen können. Für den Einsatz in der Praxis empfiehlt es sich jedoch diese Parameter nicht starr vorzugeben sondern adaptiv zu wählen. Nächste Schritte zur Einbettung des Algorithmus in einen Cloud-Service könnten zum Beispiel AWS Lambda oder ein eigenes React Frontend sein. Außerdem kann die Umgebung mit TensorFlow verwendet werden, um weitere Algorithmen z.B. mit Machine Learning anzuwenden. Um erste Schritte in der Bildverarbeitung zu machen, bietet skimage allerdings noch genügend Filter und Optionen.

 

sentin EXPLORER

Um bei der Prüfung und Auswertung Zeit- und Nerven zu sparen, sollte man das richtige Werkzeug verwenden. Der sentin EXPLORER erleichtert die Auswertung durch die automatische Analyse und Markierung von Ungänzen.

Bei der Bewertung von Schweißnähten spielen äußere und innere Merkmale eine Rolle. Durch zerstörungsfreie Werkstoffprüfung wie der visuellen Inspektion (Sichtprüfung – VT) oder bildgebender Verfahren (z.B. Durchstrahlungsprüfung mit Röntgen- oder Gammastrahlen – RT, oder Ultraschall mit Phased-Array – UT) können diese z.B. auf Risse oder Poren untersucht werden.

Mehr dazu in unserem Artikel:

5 Arten – Was ist Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP)?

 

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