Triebwerksüberholung:
Materialschäden auf der Spur

Kriechöl entlarvt bei der Fluorescent Penetrant Inspection

Nach ihrer Reinigung gehen rund 95 Prozent aller Triebwerksteile zur Fluorescent Penetrant Inspection (FPI). Mit diesem Verfahren werden sie auf äußere Risse und Beschädigungen untersucht. Die restlichen fünf Prozent erlauben aufgrund der ferromagnetischen Eigenschaften ihres Materials eine Magnetic Particle Inspection (MPI). Die MPI macht nicht nur Schäden an der Oberfläche, sondern auch Unregelmäßigkeiten, die dicht unter der Oberfläche liegen, sichtbar. Beide Verfahren gehören zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung (NDT).

Eine Voraussetzung für die Durchführung der Fluorescent Penetrant Inspection ist, dass die Prüflinge absolut trocken sind. Sie werden deshalb bei 120 Grad Celsius im Umluftofen getrocknet, zusätzlich kommen sie noch in den Vakuumofen mit einem Unterdruck von 20 Millibar. Damit wird sichergestellt, dass auch die kleinsten Risse feuchtigkeitsfrei zurückbleiben.

Bei der Prüfung mit FPI wird über elektrostatische Anziehung ein Penetrant, ein Kriechöl mit fluoreszierenden Farbpigmenten, aufgesprüht. Kleine Partikel setzen sich aufgrund der Kapillarwirkung in den unsichtbaren Oberflächenrissen ab. Unter UV-Licht sind sie dann an einem giftig-grünen Schimmer zu erkennen.

Auch beim Penetrant wird wieder fein in vier Stufen unterschieden, je nachdem wie hoch der fluoreszierende Anteil ist. Bauteile mit einer raueren Oberfläche brauchen ein weniger empfindliches Penetrant, ansonsten wären Risse kaum mehr gegenüber der Rauheit der Oberfläche zu erkennen. Grundsätzlich verwendet die Rissprüfung bei WT nur chargenreines Kriechöl.

Nachdem das Öl 30 Minuten einwirken konnte, wird es sorgfältigst entfernt: Zuerst reinigen die Facharbeiter die Teile mit einem Wasserstrahl mit einer Temperatur zwischen 20 und 32 Grad Celsius und einem maximalen Druck von 2,8 bar. Es folgt ein Bad im Emulgator für exakt 90 Sekunden und danach das Wasserbad. Damit auch sicher alle sichtbaren Reste des Penetrants an der Oberfläche beseitigt sind, werden die Triebwerksteile unter UV-Licht mit der Handbrause abgespült. Nachdem sie bei 60 Grad Celsius getrocknet sind, wird über elektrostatische Anziehung eine Schicht Entwickler, ein synthetisch hergestelltes Pulver, aufgesprüht. Es zieht die Reste des Penetrants aus den feinsten Rissen. Unter UV-Licht sucht eine erfahrene Fachkraft dann Zentimeter für Zentimeter des Bauteils ab. Verborgene Risse offenbaren sich jetzt in den haarfeinen grünen Punkten und Linien: die Farbpigmente des Penetrants im Pulver.

Für die saubere Vorgehensweise müssen auch die Geräte genauestens eingestellt sein. Im ersten Arbeitsschritt morgens werden deshalb die UV Lampen auf Funktionsfähigkeit und ihre Lichtzusammensetzung geprüft: Ihre Weißlichtintensität darf maximal 20 Lux, die Schwarzlichtintensität muss mimimum zehn Watt pro Quadratmeter betragen. Überprüft wird das System mit einem Testkörper, der künstliche Fehler und unterschiedlich raue Flächen hat. 

Feinstes Eisenpulver mit Farbpigmenten für magnetisierbare Bauteile

Die ferromagnetischen Bauteile aus Stahl können mit der Magnetic Particle Inspection (MPI) auf Unregelmäßigkeiten untersucht werden. Das Bauteil wird dabei in eine Prüfbank zwischen zwei Kontaktstellen eingespannt und mit einem entspiegelten Magnetisierungsöl, einer Suspension, bespült.

Das "Öl" enthält sehr feines Eisenpulver mit Farbpigmenten, die unter UV-Licht zu leuchten beginnen. Nachdem das Bauteil gut benetzt ist, wird es für drei bis fünf Sekunden unter elektrischen Strom der Stärke 100 bis – 8.000 Ampère gesetzt. Auf welche Stärke genau der Facharbeiter den Regler einstellt, hängt von Größe und Materialstärke des Bauteils ab. Die entsprechende Prüfanweisung gibt sie vor.

Der Strom, der jetzt in Längsrichtung das Teil durchfließt, erzeugt im Prüfling ein Magnetfeld mit Feldlinien, die senkrecht zur Stromrichtung laufen. Die wiederum zwingen die Eisenpartikel sofort in Stellung.

Sobald die kleinste Veränderung an oder dicht unter der Oberfläche vorhanden ist, bildet sich ein Streufeld über dem Fehler, um das sich ihrerseits wiederum die Eisenspäne eifrig sammeln. Diese Anhäufung macht das UV-Licht sichtbar, mit dem das Bauteil anschließend Zentimeter für Zentimeter abgesucht wird. Ist eine Unregelmäßigkeit in Längsrichtung identifiziert, wird sie ordnungsgemäß dokumentiert.

Als nächstes werden nach dem gleichen Prinzip Unregelmäßigkeiten in Querrichtung aufgespürt. Nachdem das Bauteil von der ersten Prüfung entmagnetisiert ist, wird das Magnetfeld diesmal mithilfe einer Spule, oder mithilfe eines Jochs, in das Bauteil eingeleitet. Die Spule wird von Hand entlang des Prüfgegenstandes gefahren, die Eisenspäne formieren sich wieder, unter UV-Licht sind jetzt Unregelmäßigkeiten in Querrichtung auffindbar. 

Zusatzausbildung für Reinigung und Rissprüfung

Bei der Reinigung & Rissprüfung im Engine Schop führen Spezialfacharbeiter der Stufe 1 und 2 die Arbeiten durch. Die Stufe 3 ist die NDT-Aufsichtsperson, die unter anderem Prüfanweisungen freigibt, Mitarbeiter qualifiziert und die Arbeitsschritte überwacht.

Bevor sie bei der Reinigung & Rissprüfung starten, haben die Mitarbeiter eine Ausbildung zum Metallfacharbeiter oder Chemiefacharbeiter absolviert. Sie erhalten Grundlagenlehrgänge zum Thema Triebwerke und Triebwerksmuster, ebenso zu Vorschriften und Werkstoffkunde. Die Ausbildungsstätte muss, wie Airbus in Bremen vom National Aerospace NDT Board Germany zugelassen sein. Nach einer rund fünftägigen theoretischen und praktischen Einweisung werden die Lehrgangsteilnehmer auditiert und erhalten die Qualifikation und Zulassung für zerstörungsfreie Prüfung nach DIN EN 4179. Sie ist für den Sektor Luft- und Raumfahrttechnik gültig.

Das "geschulte Auge" spielt bei den Prüfverfahren eine wichtige Rolle. Es braucht seine Zeit, bis die Mitarbeiter im Triebwerkbereich mit seinen Tausenden unterschiedlicher Bauteile im FPI und MPI-Verfahren eigenverantwortlich arbeiten können: Ein guter Facharbeiter lernt für die Durchführung der FPI ein Jahr und sammelt mehrere Jahre Erfahrung, bevor er alle Bauteile prüfen kann. Jährlich gehen die Mitarbeiter zu Sehtests, nach einer längeren Abwesenheit von mehreren Monaten werden sie nachgeschult. Die gesetzlichen Regularien fordern den Qualifikationsnachweis in Form eines Tests alle drei bis fünf Jahre.