Physikalisches Prinzip der PT
Die Eindringprüfung (PT) nutzt die Fähigkeit von Flüssigkeiten, in feine Hohlräume einzudringen — selbst gegen die Schwerkraft. Dieses Phänomen heißt Kapillarität oder Kapillarwirkung.
Oberflächenspannung
Moleküle an der Oberfläche einer Flüssigkeit werden von den Nachbarmolekülen im Innern stärker angezogen als von außen (Luft/Gas) → Oberflächenenergie γ [N/m oder J/m²].
- Wasser: γ ≈ 0,072 N/m (hoch → schlechtes Eindringmittel)
- Eindringmittel (Petroleum-Basis): γ ≈ 0,025–0,030 N/m (niedrig → sehr gut)
- Quecksilber: γ ≈ 0,485 N/m (höchste Oberflächenspannung, nicht benetzend)
Benetzungswinkel (Kontaktwinkel θ)
Der Kontaktwinkel beschreibt das Verhalten einer Flüssigkeit auf einer Oberfläche:
- θ < 90°: Flüssigkeit benetzt die Oberfläche (hydrophil/lipophil) → Kapillarwirkung aufwärts
- θ > 90°: nicht benetzend (hydrophob) → Kapillarwirkung abwärts (z. B. Quecksilber in Glas)
Gute Eindringmittel haben θ sehr nahe 0° auf metallischen Oberflächen.
Steighöhe in der Kapillare
Die Jurin'sche Regel beschreibt, wie hoch eine Flüssigkeit in einem engen Rohr aufsteigt:
h = (2γ · cos θ) / (ρ · g · r)
- γ = Oberflächenspannung, θ = Kontaktwinkel
- ρ = Dichte, g = 9,81 m/s², r = Kapillarradius
Konsequenz: Je enger der Riss, desto höher steigt das Eindringmittel — bis zu einem Rissradius von wenigen Mikrometern. Sehr feine Risse (< 1 µm Öffnung) sind jedoch problematisch: Die Steigkräfte sind groß, aber die Entfernung des Überschussmittels aus solch engen Rissen ist schwierig.
Praktische Konsequenzen
Einwirkzeit
Das Eindringmittel braucht Zeit, um vollständig in den Riss einzudringen (Kapillaraufstieg). Die normativ geforderte Mindest-Einwirkzeit von ≥ 5 min nach ISO 3452-1 ist aus diesem physikalischen Prinzip abgeleitet. Bei niedrigen Temperaturen ist die Viskosität höher → längere Einwirkzeit.
Oberflächenvorbereitung
Öle, Fette, Farben oder Korrosionsprodukte in den Rissen verhindern die Benetzung → Fehlbefund (Übersehen eines Risses). Daher: Vorreinigung ist die kritischste Phase der PT.
Geschlossene Risse
Druck- oder Druckbeanspruchte Risse schließen sich → Eindringmittel kann nicht eintreten. MT ist für solche Fälle oft empfindlicher (Streufeld auch bei geschlossenem Riss).