Kingkametal führt fortschrittliches Ultraschall-Tauchprüfverfahren (UT) ein, um einen neuen Qualitätsstandard für Kühlkörper und Flüssigkeitsk

Im Kontext des rasanten Wachstums von Hochleistungsrechnern (HPC), KI-Rechenzentren, Elektrofahrzeugen (EV), Lasersystemen und Leistungshalbleiterbauelementen sind die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit von Wärmemanagementkomponenten zum zentralen Engpass für die langfristige Systemstabilität geworden.

Moderne Kühlkörper und Flüssigkeitskühlplatten sind längst keine einfachen Metallteile mehr – sie vereinen Materialwissenschaft, Fluiddynamik, Präzisionsbearbeitung und fortschrittliche Fügetechniken zu komplexen Funktionsbaugruppen. Ihre Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit bestimmen unmittelbar die Effizienz und Lebensdauer von Hochleistungselektronik.

Als führender Hersteller von Wärmemanagementlösungen erkennt kingkametal Folgendes an:

• Bei herkömmlichen Druckprüfungen und Sichtprüfungen wird lediglich die Oberfläche und die Dichtheit überprüft; Defekte unter der Oberfläche oder potenzielle Schwachstellen können nicht zuverlässig erkannt werden.

Daher haben wir die Ultraschall-Immersionsprüfung (UT) eingeführt und vollständig implementiert, die eine vollständige Prozess-HD-Videoaufzeichnung und digitale Berichte bietet und die Qualitätskontrolle von der „Oberflächenprüfung“ zur quantitativen Analyse der inneren Integrität aufwertet.

1. Überblick über die Ultraschall-Immersionsprüfung (UT)

1.1 Technische Definition

Die Ultraschallprüfung im Tauchverfahren (UT) ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren (ZfP), bei dem sowohl das Prüfstück als auch der Prüfkopf in Wasser (oder deionisiertes Wasser) eingetaucht werden. Wasser dient dabei als akustisches KoppelMedium. Es gewährleistet eine stabile und gleichmäßige Ultraschallausbreitung und verhindert so Fehler durch manuellen Anpressdruck oder unzureichende Kopplung.

Hochfrequente Ultraschallwellen (typischerweise >1 MHz) breiten sich im Material aus. Beim Auftreffen auf Materialgrenzflächen oder innere Defekte wird ein Teil der akustischen Energie reflektiert. Die Sonde empfängt die reflektierten Echos und generiert Daten. Mithilfe von A-Scan (Wellenform), B-Scan (Querschnitt) und C-Scan (planare/3D-Bildgebung) lassen sich Lage, Größe, Form und Verteilung von Defekten visualisieren und somit die innere Qualität quantitativ analysieren.

1.2 ut Immersionstest-Workflow

Anhand von Flüssigkeitskühlplatten oder Kühlkörpern als Beispiel umfasst ein typischer Arbeitsablauf in der UT Folgendes:

• Vorrichtung und Vorbereitung
  Das Werkstück wird präzise in einem Wassertank fixiert, wobei deionisiertes Wasser für eine stabile Ultraschallausbreitung sorgt.

• mechanische Abtastung
  Hochpräzise, mehrachsige Scanrahmen oder Roboterarme bewegen die Ultraschallsonde entlang vordefinierter Pfade, um die gesamte Oberfläche und die inneren Strömungskanäle abzudecken.

• Ultraschall-Einfall und Echoerfassung
  Ultraschallwellen dringen durch das Wasser in das Werkstück ein. Beim Auftreffen auf innere Poren, Risse, Einschlüsse, fehlende Verschmelzungsgrenzflächen oder die Unterseite wird ein Teil der Energie reflektiert.

• Datenverarbeitung und Bildgebung
  Die empfangenen Echos werden verarbeitet, um Folgendes zu erzeugen:

1. a-Scan: Zeigt die Ultraschallwellenform an und gibt so Auskunft über Tiefe und Größe des Defekts.

2. B-Scan: zeigt die Defektverteilung entlang des Werkstückquerschnitts.

3. C-Scan: Erzeugt planare oder 3D-Bilder zur präzisen Lokalisierung von Defekten.

• Berichterstattung und Videoaufzeichnung
  Sämtliche Testdaten, Bildgebungsergebnisse und HD-Videos des gesamten Prozesses werden in digitalen Inspektionsberichten zusammengefasst, wodurch eine revisionssichere und nachvollziehbare Qualitätsdokumentation gewährleistet wird.

1.3 Vergleich mit traditionellen Methoden

2. Warum ist die Tauchprüfung für Kühlkörper und Flüssigkeitskühlplatten so wichtig?

2.1 Vakuumgelötete Flüssigkeitskühlplatten

Beim Vakuumlöten wird ein Zusatzwerkstoff unter dem Grundwerkstoff im Vakuum aufgeschmolzen und füllt Spalten durch Kapillarwirkung. Zu den Vorteilen zählen mehrlagige, komplexe Kanäle in einem Arbeitsgang, saubere Lötstellen und minimaler Verzug.

Mögliche Mängel:

• Lötporosität

• trockene Stellen (unvollständige Benetzung)

• fehlende Fusion

Diese Defekte führen möglicherweise nicht zu sofortigen Leckagen, sondern erzeugen lokale Hotspots, die sich unter thermischer Belastung und Druck zu Ermüdungsrissen entwickeln und die Leistung und Lebensdauer von Flüssigkeitskühlplatten beeinträchtigen.

2.2 Reibrührschweißte (FSW) Flüssigkeitskühlplatten

FSW ist ein Festkörperschweißverfahren, bei dem ein rotierendes Werkzeug Reibungswärme erzeugt, das Material plastifiziert und eine dichte metallurgische Verbindung bildet. Zu den Vorteilen zählen hohe Wärmeleitfähigkeit, geringe thermische Verformung und hohe Druckfestigkeit.

Wichtige versteckte Mängel:

• Wurmlochdefekte

• schwache Bindung (Kussbindungen)

Schwache Bindungen sind besonders kritisch; obwohl die Oberfläche intakt erscheint und Drucktests bestanden werden, kann eine unzureichende Fusion auf atomarer Ebene unter Vibrationen oder Temperaturwechseln zu Strukturversagen führen. Ultraschall-Immersionsprüfungen erkennen diese geschlossenen Defekte effektiv und gewährleisten so die Zuverlässigkeit der Kühlplatte.

2.3 Sonstige Defekte an Komponenten des Wärmemanagements

3. Physikalische Grundlagen der Ultraschall-Immersionsprüfung

3.1 akustische Impedanz

z=ρ⋅v

• ρ: material density

• v: Ultraschallgeschwindigkeit

3.2 Reflexionskoeffizient

• Metall-Luft-Grenzfläche: große Impedanzfehlanpassung → r → 1, Echos mit hoher Amplitude

• Metall-Metall-Grenzfläche: ähnliche Impedanz → gute Übertragung, geringe Echos

Dieser Impedanzunterschied ist die physikalische Grundlage für die Erkennung interner Defekte in Kühlkörpern und Flüssigkeitskühlplatten.

4. Vorteile der Kingkametal-UT-Immersionsprüfung

• stabile Kupplung und hohe Wiederholgenauigkeit: Das WasserMedium eliminiert manuelle Druckfehler.

• Auflösung im Mikrometerbereich: Erkennt Defekte unter der Oberfläche und in Oberflächennähe

• Anpassungsfähigkeit an komplexe Geometrien: Unterstützt gebogene, dünne und unregelmäßige Teile

• vollautomatisiert und digital: Inspektionspfade, Parameter und Daten werden vollständig erfasst

• Visualisierung und Rückverfolgbarkeit: C-Scan-Bilder plus HD-Video für revisionssichere Qualitätsaufzeichnungen

Wir bieten nicht nur ein Bestehen/Nichtbestehen-Urteil, sondern eine lückenlos nachvollziehbare Beweiskette der internen Qualitätssicherung.

5. Wichtigste Anwendungsbereiche

Die Ultraschall-Immersionsprüfung ist für hochzuverlässige und leistungsstarke Bauteile unerlässlich, da sie die quantitative Erkennung interner Defekte, die vollständige Visualisierung und die rückverfolgbare Qualitätskontrolle ermöglicht und so sicherstellt, dass Kühlkörper, Flüssigkeitskühlplatten und hochwertige Funktionsbauteile langfristig zuverlässig funktionieren.

5.1 Luft- und Raumfahrt

• Turbinenschaufeln und Blisks: Erkennung von Porosität, Einschlüssen und mangelnder Verschmelzung an Grenzflächen für die Zuverlässigkeit bei hohen Temperaturen und hohen Belastungen

• Gehäuse und Fahrwerk: Sicherstellen, dass Schweißnähte und Schmiedeverbindungen fehlerfrei sind

• Raketentriebwerkskomponenten: Erkennung von innerer Porosität und Schweißfehlern in Hochdruckdüsen und komplexen Kanälen

5.2 Hochwertige Automobil- und Schienenverkehrsbranche

• Schweißnähte von Elektrofahrzeug-Akkus: Überprüfen Sie die Schweißnähte der Kühlplatte und des Wärmetauschers auf Kühlmittelleckagen.

• Leichte Aluminiumkonstruktionen: Erkennung von innerer Porosität oder mangelnder Verschmelzung

• Achsen und Zahnräder von Hochgeschwindigkeitszügen: Mikrorisse und innere Hohlräume erkennen

5.3 Energie und Leistung

• Nuklearanlagen-Pipelines und -Ventile: Erkennung interner Risse und Hohlräume für langfristige Zuverlässigkeit

• Gasturbinenschaufeln: Erkennung von Porosität, Einschlüssen und Schweißnahtfehlern

• Hochspannungsübertragungsgussteile: Präzisionsabtastung von Kontaktflächen und inneren Hohlräumen

5.4 Medizinprodukte

• Künstliche Gelenke (Ti/Co-Cr-Mo) und Implantate: Erkennung von Mikrorissen, Porosität und Delamination

• Hochwertige chirurgische Instrumente: Klingen, Lager und Präzisionsmetallkomponenten prüfen.

5.5 Komponenten aus additiver Fertigung (3D-Druck)

• standardisierte quantitative Beurteilung der inneren Porosität und mangelnden Verschmelzung

• vollständige Abdeckung komplexer Kanäle, dünner Wände und poröser Strukturen

5.6 Präzisionshalbleiter und Elektronik

• Verbindungsstellen prüfen: Lötstellen, Kupferdrähte und Pastenschichten untersuchen

• Keramische Substrate und Komponenten für das Wärmemanagement (Kühlkörper/Flüssigkeitskühlplatte): Erkennung von Mikroporen und Delaminationen

Das Unsichtbare erkennen, langfristige Zuverlässigkeit gewährleisten

In Hochleistungs-Wärmemanagementsystemen ist das Erkennen unsichtbarer Defekte eine echte Ingenieursleistung. Die Ultraschall-Tauchprüfung von kingkametal liefert folgende Eigenschaften für Kühlkörper und Flüssigkeitskühlplatten:

• hochempfindliche Fehlererkennung

• vollständig rückverfolgbare Qualitätsdaten

• langfristige Zuverlässigkeitssicherung

Wir stellen nicht nur sicher, dass die Produkte den Spezifikationen entsprechen, sondern liefern auch überprüfbare, zuverlässige und langfristige interne Qualitätsinformationen. Für weitere Informationen kontaktieren Sie bitte unser Qualitätsteam unter kingkametal.com.

Bericht zur Ultraschallprüfung mittels Wasserimmersion zur Fehlererkennung.pdf

Bericht zur Ultraschallprüfung mittels Wasserimmersion zur Fehlererkennung.pdf

Bericht zur Ultraschallprüfung mittels Wasserimmersion zur Fehlererkennung.pdf