Untersuchung der Charakterisierungsmöglichkeit von kritischen Lötnahtmerkmalen mittels der zerstörungsfreien Ultraschallprüfung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Tillmann
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 348677458

Grundsätzlich steht es im Interesse des Löters die Sprödphasen im Gefüge zu vermeiden, jedoch müssen zuverlässige Methoden zur zerstörungsfreien Qualitätssicherung gerade bei sicherheitsrelevanten Bauteilen existieren, um potentielle Gefahrenquellen frühzeitig identifizieren zu können. Zwar wird die Ultraschallprüfung vereinzelt zur zerstörungsfreien Analyse von Lötnähten eingesetzt, jedoch werden ihre Potentiale nicht vollständig ausgenutzt. Aktuell liegt der Fokus bei der Anwendung der Ultraschallprüfung insbesondere in der Detektion von markanten Fehlstellen wie Porosität oder Risse im Lötgut, wobei aufgrund der Übergänge Material/Luft hohe Anzeigen vorliegen. Die eigenen Vorarbeiten haben allerdings die weiteren noch ungenutzten Möglichkeiten der Ultraschallprüfung aufgezeigt, bei denen auch geringe Änderungen der Materialeigenschaften detektiert werden. Somit gliedert sich das Ziel dieses Antrages in zwei entscheidenden wissenschaftlichen Fragestellungen, deren Klärung im Fokus des Forschungsvorhabens stehen:Die Detektion von festigkeitsmindernden Sprödphasen, die gerade für industrielle Anwender eine entscheidende Bedeutung haben, da sie die Lebensdauer der Fügeverbindung beeinträchtigen und insbesondere bei sicherheitsrelevanten Bauteilen zu katastrophalen Schäden führen können. In dem Forschungsvorhaben soll daher untersucht werden, in wie weit die Möglichkeit für ein sicheres Identifizieren dieser Sprödphasen in verschiedenen Lötungen besteht. Daneben muss aus prüftechnischer Sicht auch der geometrische Einfluss in Form von längeren akustischen Vorlaufstrecken im Grundwerkstoff bis zum Erreichen der Lötnaht berücksichtigt werden, da hierdurch sich die Auflösung des Prüfverfahrens reduzieren kann. Für eine sichere Detektion der Sprödphasen müssen sich die akustischen Eigenschaften der spröden Gefügebestandteile im Lötgut vom restlichen Lötgut deutlich unterscheiden, wie es exemplarisch in den Voruntersuchungen festgestellt wurde. Die Einflüsse der Geometrie des Bauteils sowie der Änderung der akustischen Kennwerte durch Sprödphasen werden durch grundlegende wissenschaftlichen Untersuchungen bestimmt. Die Ultraschallprüfung bietet Potential anhand einer Mehrfrequenzprüfung die Spaltbreite des Lötguts zerstörungsfrei zu bestimmen. Im Vergleich zu einer Schweißverbindung setzt sich die Lötnaht aus zwei, teils nur wenige µm auseinanderliegenden, Grenzflächen zusammen, die zu starken von der Prüffrequenz abhängigen Interferenzen bei der US-Prüfung führen können. Diese Interferenzen erschweren auf der einen Seite eine präzise Prüfung von Lötnähten und fordern eine erhöhte Sorgfalt bei der Auswahl der verwendeten Prüffrequenzen. Andererseits können diese Interferenzen eine Möglichkeit bieten, nach erfolgter Lötung den Lötspalt zerstörungsfrei im Bauteil zu kontrollieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen