Schweißnaht, Lötstelle, Crimp und Kleberaupe: Fügestellen mikroskopisch prüfen und Einbrandtiefe messen

Eine Fügestelle ist der Punkt, an dem aus zwei Teilen ein Bauteil wird, und zugleich der Punkt, an dem es im Zweifel versagt. Entsprechend genau schauen Kunden und Auditoren hin: Die Verfahrensprüfung verlangt vermessene Nahtquerschnitte, der Automobilkunde will Crimpquerschliffe sehen, und die Kleberaupe wird bislang nach Augenschein freigegeben, weil schlicht das Gerät fehlt. In vielen Betrieben ist die Fügestellenprüfung damit die am wenigsten gelöste Prüfaufgabe im Haus: Die Schliffe gehen außer Haus, die Ergebnisse kommen Tage später, und für Kleb- und Lötstellen existiert oft gar kein definierter Prüfplatz.

Dieser Beitrag richtet sich an Schweißaufsicht, Qualitätssicherung und Fertigung in Stahlbau, Zerspanung und Baugruppenmontage. Er beschreibt, wie Schweißnähte, Lötstellen, Crimpverbindungen und Kleberaupen mikroskopisch geprüft, vermessen und so dokumentiert werden, dass Verfahrensprüfung und Kundenaudit darauf aufbauen können.

Wichtige Punkte im Überblick

An jede Fügestelle stellt das Bild dieselben drei Anforderungen: durchgehende Schärfe über die räumlich gestaffelte Verbindung, Maßstab und Messbarkeit statt Gefühl sowie gespeicherte Einstellungen, damit Arbeitsproben über Monate vergleichbar bleiben.
Die Einbrandtiefe einer Schweißnaht wird in der dokumentierten Laborpraxis am entnommenen, eingebetteten und geätzten Querschliff im Bild gemessen, zusammen mit Nahtgeometrie, Flankenanbindung sowie Poren und Rissen im Nahtquerschnitt.
Schweißpunkte und Lötstellen werden zunächst ohne Präparation von außen beurteilt: Auffällige Stellen werden markiert, und nur dort wird gezielt ein Schliff angefertigt, was den Präparationsaufwand senkt.
Beim Crimp entscheidet die Verdichtung: Der Querschliff zeigt Hohlräume, Flankensymmetrie und Risse und liefert Crimphöhe und Crimpbreite als Messwerte, während die Prüfung von außen ergänzt, was der Schliff nicht zeigt.
Kleberaupen werden an der Stichprobe mit einem 3D-Profilometer der Modellreihe VR-6000 dreidimensional erfasst: Breite und Höhe an definierten Positionen und der Nachweis, dass die Raupe ohne Unterbrechung durchläuft.

Fügestellen beurteilen: was im Bild sichtbar sein muss

So unterschiedlich die Fügeverfahren sind, so ähnlich sind die Anforderungen an das Bild. Erstens muss die gesamte Fügestelle scharf sein, obwohl sie räumlich tief gestaffelt ist: eine Nahtüberhöhung, ein Crimp mit seinen Flanken, eine Raupe mit Flankenwinkel. Ein Digitalmikroskop der Modellreihe VHX verrechnet dafür mehrere Fokusebenen zu einem durchgehend scharfen Bild. Zweitens braucht jedes Bild Maßstab und Messbarkeit, denn beurteilt wird gegen Vorgaben, nicht gegen ein Gefühl. Drittens muss die Aufnahme wiederholbar sein, mit gespeicherter Beleuchtung und Vergrößerung, damit die Arbeitsprobe von heute mit der von nächstem Monat vergleichbar bleibt.

Gemessen an diesen drei Punkten wird klar, warum der Vergleich mit einem Grenzmuster im Schrank und das einfache Mikroskop ohne Messfunktion in Audits zunehmend nicht mehr genügen: Beide liefern ein Urteil, aber keinen belegbaren Wert.

Schweißnaht im Querschliff: Einbrandtiefe, Nahtgeometrie und Poren messen

Die zentrale Frage an eine Schweißnaht beantwortet nur der Querschnitt: Wie tief ist der Einbrand, und bindet die Naht beide Flanken an? Dafür wird eine Arbeitsprobe entnommen, getrennt, eingebettet, poliert und geätzt, bis sich Schweißgut, Wärmeeinflusszone und Grundwerkstoff im Makroschliff abzeichnen. In der dokumentierten Laborpraxis wird die Einbrandtiefe an diesem Schliff im Bild gemessen, ebenso Nahtdicke, Flankenanbindung, Kantenversatz sowie Poren und Risse im Nahtquerschnitt. Bild und Messwerte wandern gemeinsam in den Prüfbericht.

Die Qualität dieser Aussage entsteht in der Präparation: Ein verschmierter oder schief getroffener Schliff verfälscht jede Messung. Wie aus einer Probe ein auswertbarer Schliff wird, beschreibt der Hauptartikel „Querschliff, Gefüge und Randzone: Metallographie im eigenen Labor auswerten und dokumentieren". Für Betriebe, die ihre Nahtschliffe bislang außer Haus geben, ist genau dieser Ablauf der übliche Einstieg in die eigene Auswertung: Die Probe bleibt im Haus, und die Wartezeit auf den Bericht entfällt.

Schweißpunkte und Lötstellen ohne Präparation betrachten

Nicht jede Frage rechtfertigt einen Schliff. Schweißpunkte, Lötstellen und dünne Lasernähte lassen sich zunächst von außen beurteilen: Spritzer und Auswürfe, Risse im Punkt oder in der Lotkehle, unvollständige Benetzung des Lots, Anlauffarben und Poren an der Oberfläche. Mit durchgehender Schärfe und dem Schwenk auf die Flanke entsteht dabei ein dokumentierter Befund statt eines Blicks durch die Lupe.

In der Anwendungspraxis dient diese Außenbetrachtung als Vorstufe: Auffällige Punkte und Stellen werden markiert, und nur dort wird gezielt ein Schliff angefertigt. Das senkt den Präparationsaufwand und lenkt die zerstörende Prüfung auf die Proben, die tatsächlich eine Frage offenlassen. Bricht eine Fügestelle im Versuch oder im Feld, wird die Bruchfläche nach denselben Regeln beurteilt wie jeder andere Schadensfall; das Vorgehen dazu steht im Beitrag „Bruchflächen, Risse, Grat und Werkzeugverschleiß: Schadensursachen belegen und Reklamationen abwehren".

Crimpverbindungen im Schliff und von außen prüfen

Beim Crimp entscheidet die Verdichtung. Im Querschliff zeigt sich, ob die Einzeldrähte flächig aneinanderliegen und verformt sind oder ob Hohlräume bleiben, ob die Crimpflanken symmetrisch eingerollt sind und ob Risse im umgeformten Bereich liegen. Crimphöhe und Crimpbreite werden am selben Schliffbild gemessen, sodass Geometrie und Verdichtungsbild in einem Bericht zusammenkommen. Automobilkunden fordern diese Querschliffe regelmäßig als Nachweis bei der Prozessfreigabe und in der laufenden Stichprobe.

Von außen wird ergänzend geprüft, was der Schliff nicht zeigt: die Lage des Isolationscrimps, herausstehende oder fehlende Litzen, Beschädigungen der Isolation und die Ausformung der Rastlaschen. Beide Blickrichtungen zusammen ergeben die Freigabe; einzeln bleibt jede von ihnen angreifbar.

Kleberaupen in 3D vermessen: Breite, Höhe und Unterbrechungen

Die Kleberaupe ist die Fügestelle mit der dünnsten Prüfhistorie. Aufgetragen wird sie automatisch, beurteilt bislang oft per Augenschein, und genau hier setzen die häufigsten Beanstandungen an: zu schmal, zu flach, abgerissen. Mit einem 3D-Profilometer der Modellreihe VR-6000 wird die aufgetragene Raupe an der Stichprobe dreidimensional erfasst; aus dem Datensatz kommen Breite und Höhe an definierten Positionen sowie der Nachweis, dass die Raupe ohne Unterbrechung durchläuft.

Wichtig ist die Einordnung: Es geht um die Stichprobe und die Freigabe im Labor oder am QS-Platz, etwa beim Anlauf, nach einem Düsenwechsel oder im Reklamationsfall. Die hundertprozentige Überwachung jeder Raupe in der Linie ist Aufgabe der Bildverarbeitung, nicht des Mikroskopplatzes. Weil die Haftung einer Klebung zusätzlich an der Vorbereitung der Fügeflächen hängt, gehört deren Oberfläche mit in die Prüfung; wie sich Rauheit dort berührungslos erfassen lässt, beschreibt der Beitrag „Rauheit berührungslos messen: gefräste, geschliffene und gestrahlte Flächen ohne Tastschnitt prüfen".

Beschichtung in der Fügezone: entfernt, verbrannt oder unverändert?

Viele Fügeprobleme beginnen vor dem Fügen, auf der Oberfläche. Eine Zinkschicht, die vor dem Schweißen nicht entfernt wurde, führt zu Poren. Ein Lackrest auf der Kontaktfläche stört den Crimp. Eine Ablagerung auf der Lötfläche verhindert die Benetzung. Ob die Fügezone wirklich blank, beschichtet oder belegt ist, lässt sich optisch oft nicht sicher entscheiden.

Hier hilft die optionale Elementanalyse am Digitalmikroskop als schnelle Kontrolle: Die fragliche Stelle wird im Bild ausgewählt und direkt am Gerät auf die enthaltenen Elemente untersucht. Finden sich dort noch die Elemente der Beschichtung oder eines Rückstands, ist die Ursache eingegrenzt, ohne dass die Probe das Haus verlässt. Es bleibt ein Screening: Es ersetzt keine Untersuchung am Rasterelektronenmikroskop mit EDX, bestimmt keine Legierung oder Stahlsorte sicher, liefert bei organischen Rückständen nur leichte Elemente und trifft keine Aussage zur Härte. Geht es um die Dicke und den Aufbau der Beschichtung selbst, führt der Weg in den Beitrag „Schichtdicke und Beschichtungsfehler am Metallteil: Galvanik, Lack und Hartstoffschichten sicher beurteilen".

Dokumentation für Verfahrensprüfung und Kundenaudit

Bei Fügestellen ist die Dokumentation kein Anhang, sondern der halbe Zweck der Prüfung. Für die Verfahrensprüfung und die wiederkehrenden Arbeitsproben hat sich ein fester Ablauf bewährt: gleiche Entnahmestelle, gleiche Präparation, gleiche gespeicherte Mikroskopeinstellungen und ein Berichtsformat, in dem Schliffbild, Messwerte und Auftragsbezug zusammenstehen. So lassen sich Arbeitsproben über Monate vergleichen, und ein Auditor kann jede Messung am abgelegten Bild nachvollziehen.

Denselben Nutzen hat die Ablage im Reklamationsfall: Wer zu jeder freigegebenen Charge dokumentierte Fügestellenprüfungen vorweisen kann, diskutiert über einen Einzelfall und nicht über seinen Prozess. Ob sich der Aufbau eines eigenen Prüfplatzes trägt, sollte an den eigenen Proben geklärt werden, mit realen Nähten, Crimps und Raupen aus der laufenden Fertigung statt mit vorbereiteten Mustern.

Häufige Fragen

F Wie wird die Einbrandtiefe einer Schweißnaht gemessen?

Am Querschliff einer entnommenen Arbeitsprobe: Die Probe wird getrennt, eingebettet, poliert und geätzt, bis sich Schweißgut und Grundwerkstoff abzeichnen, und die Einbrandtiefe wird im Schliffbild gemessen. Das ist gängige Laborpraxis an der Probe, keine Messung am laufenden Prozess. Bild und Wert werden gemeinsam im Prüfbericht abgelegt.

F Kann man Schweißpunkte ohne Schliff beurteilen?

Von außen lassen sich Spritzer, Risse, Poren an der Oberfläche und das allgemeine Punktbild dokumentieren; das reicht als Vorprüfung und zur Auswahl auffälliger Punkte. Die Verbindungsqualität im Inneren, etwa Anbindungsfläche und Poren im Punkt, zeigt erst der Querschliff. In der Praxis ergänzen sich beide Schritte.

F Was zeigt der Crimp-Querschliff?

Die Verdichtung der Einzeldrähte, verbleibende Hohlräume, die Symmetrie der eingerollten Flanken und Risse im umgeformten Bereich, dazu Crimphöhe und Crimpbreite als Messwerte im selben Bild. Ergänzend wird von außen die Lage des Isolationscrimps, die Litzenführung und die Isolation geprüft.

F Wie misst man eine Kleberaupe?

An der Stichprobe wird die aufgetragene Raupe dreidimensional erfasst und an definierten Positionen im Profil geschnitten. Daraus ergeben sich Breite und Höhe als Zahlenwerte sowie der Nachweis, dass die Raupe ohne Unterbrechungen und Abrisse durchläuft. Die lückenlose Kontrolle jeder Raupe in der Linie bleibt Aufgabe der Bildverarbeitung.

F Erkennt die Elementanalyse am Digitalmikroskop Rückstände in der Fügezone?

Als Screening ja: Sie zeigt die enthaltenen Elemente an einer im Bild gewählten Stelle und grenzt damit ein, ob eine Beschichtung entfernt wurde oder welcher Belag die Benetzung stört. Sie ersetzt keine Analyse am Rasterelektronenmikroskop mit EDX, bestimmt Legierungen und Stahlsorten nicht sicher und liefert bei organischen Rückständen nur leichte Elemente.

F Reicht die Dokumentation aus dem Mikroskop für die Verfahrensprüfung?

Das Mikroskop liefert die vermessenen Schliffbilder und Berichte, auf denen die Bewertung aufbaut; die Anforderungen der jeweiligen Prüfung an Probenumfang und Bewertung gibt das Regelwerk vor, nach dem geprüft wird. Bewährt hat sich, Entnahmestellen, Präparation und Mikroskopeinstellungen fest zu definieren, damit jede Arbeitsprobe nach demselben Ablauf entsteht und vergleichbar bleibt.

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