Bedeutung der mobilen Härteprüfung
Die portable Härteprüfung ermöglicht die Werkstoffbeurteilung direkt am eingebauten Bauteil, ohne aufwendige Probenpräparation oder Transport in ein Labor. Sie ist unverzichtbar bei der Qualitätskontrolle von Schweißnähten, bei der Überprüfung von wärmebehandelten Bauteilen (PWHT, Post Weld Heat Treatment) und bei der Schadensanalyse im Betrieb.
UCI-Verfahren (Ultrasonic Contact Impedance)
Das UCI-Verfahren nutzt einen in Längsrichtung ultraschallschwingenden Stab, an dessen Spitze ein Vickers-Eindringkörper (Diamant, 136°-Pyramide) befestigt ist. Wenn die Spitze mit definierter Prüfkraft (typisch 1 N, 10 N oder 98 N) in die Werkstoffoberfläche eingedrückt wird, verändert sich die mechanische Kontaktfläche — und damit die Resonanzfrequenz des schwingenden Systems. Die Frequenzverschiebung ∆f ist proportional zur Kontaktfläche und damit zum Härtemesswert (HV). Die Umrechnung in HB, HRC oder andere Skalen erfolgt über hinterlegte Konversionstabellen.
Der Vorteil des UCI-Verfahrens liegt in der kurzen Messzeit (1–3 Sekunden), der geringen Eindringtiefe (kaum sichtbarer Eindruck) und der Eignung für eingebaute Bauteile und enge Geometrien. Grenzen bestehen bei groben Gefügestrukturen (Guss, Schweißgut mit grobem Korn), die eine hohe Streuung der Messwerte verursachen können, sowie bei zu rauer Oberfläche.
Rückprallverfahren (Leeb-Härteprüfung)
Beim Rückprallverfahren nach Leeb (DIN EN ISO 16859) wird ein definierter Aufprallkörper (Hartmetallkugel oder Diamantkegel) mit einer Feder oder durch Freifall auf die Prüffläche beschleunigt. Ein Geschwindigkeitssensor misst die Aufprallgeschwindigkeit vi und die Rückprallgeschwindigkeit vr. Der Leeb-Härteindex L ergibt sich aus:
L = (vr / vi) · 1000
Über materialspezifische Umrechnungstabellen wird L in Brinell (HB), Rockwell C (HRC), Vickers (HV) oder andere Härteskalen umgerechnet. Das Verfahren ist robust, schnell und für große, schwere Bauteile gut geeignet. Nachteilig wirken sich Oberflächenrauheit, Werkstückgeometrie und -masse aus: zu leichte oder dünne Bauteile können beim Aufprall federn (Koppeleffekt) und falsche Werte liefern.
Anwendungen in der Schweißnahtprüfung und PWHT-Kontrolle
Nach einer Spannungsarmglühung (PWHT) wird die Schweißnahthärte gemessen, um sicherzustellen, dass Härtespitzen in der Wärmeeinflusszone (WEZ) auf zulässige Werte abgebaut wurden. Nach EN ISO 15614 und ASME Section IX sind Maximalhärten für verschiedene Werkstoffe definiert. Portable Geräte ermöglichen die Prüfung direkt nach der Wärmebehandlung, ohne Bauteilentnahme. Ebenso wird die Härte bei Mischverbindungen oder nach Reparaturen überprüft, um unzulässige Aufhärtungen oder Entfestigungen zu erkennen.
Kalibrierung und Grenzen
Beide Verfahren erfordern eine Kalibrierung auf Referenz-Härteplatten vor jeder Messserie. Kalibrierplatten müssen rückverfolgbar kalibriert sein (DAkkS oder akkreditiertes Labor). Grenzen beider Verfahren: Bei Härtewerten unter ca. 80 HB und über 650 HV nehmen die Ungenauigkeiten zu. Für hochgenaue Messungen bleibt das stationäre Vickers- oder Brinell-Verfahren im Labor die Referenz.