Zerstörungfreie Bauteil- und Materialprüfung

Roboter zur präzisen Positionierung der Bauteile und schnellem Probenwechsel. © Weimin Gan / HZG

Die Verwendung von Neutronenstrahlen für die zerstörungsfreie Materialprüfung erlaubt einen Blick in das Innere von großen oder komplexen Bauteilen. Der große Vorteil liegt hierbei in dem besonderen Kontrast unterschiedlicher Materialien oder sogar unterschiedlicher Isotope eines chemischen Elements welcher für die Neutronen sichtbar ist. Hierdurch kann man sogar kleine Mengen von Wasserstoff haltigen Materialien wie Kleber oder Schmiermittel in einem metallischen Bauteil erkennen. So können zum Beispiel das Öl in einem laufenden Motor oder die Verteilung von Dichtmasse in einer Autotür sichtbar gemacht werden. In einem hochauflösenden Modus sind bei einer Durchleuchtung (Radiographie) Strukturen kleiner als 100 Mikrometer erkennbar.

Eine weitere Anwendung der Neutronenstrahlen zielt auf Strukturen im atomaren Bereich. Im Gegensatz zu den klassischen bildgebenden Verfahren (Durchleuchtung) ermöglicht uns ein durch das zu untersuchende Objekt abgelenkter oder gestreuter Neutronenstrahl Informationen über den Abstand der einzelnen Atome zu erhalten. Eine Mittlung über ein bis zu 1 mm³ kleinen Volumens (typischerweise 1mm³ < V < 8 mm⁸) zeigt uns die Verteilung von Eigenspannungen innerhalb eines Bauteils. Hier werden beispielsweise Schweißnähte, Kurbelwellen oder Zylinderköpfe aus der Automobilindustrie oder plastisch verformte Eisenbahnschienen untersucht.

Moderne Materialien haben typischerweise eine komplexe und für den Einsatz optimierte Mikrostruktur und bestehen häufig aus einer Vielzahl von metallischen Elementen. Insbesondere für die Anwendung unter extremen Bedingungen wie hohen Temperaturen oder starker Last müssen diese Mikrostrukturen den vorgegebenen technischen Einsatzbedingungen standhalten. Da die Neutronenstrahlen nicht nur das zu untersuchende Material mühelos durchdringen sondern auch die das Material umgebende Vorrichtung, können in-situ Messungen sowohl der Zusammensetzung als auch der Mikrostruktur unter extremen Bedingungen routinemäßig am MLZ durchgeführt werden.