Strahlzeit beim Verfestigungsstrahlen

Wie Verweilzeit, Düsenbahn, Drehung, Durchgänge und Wiederaufnahmeregeln eine beherrschte lokale Behandlung erzeugen

Die Strahlzeit beim kontrollierten Verfestigungsstrahlen (Shot Peening) ist die lokale Behandlungshistorie, mit der eine festgelegte Bauteilfläche dem qualifizierten Strahl ausgesetzt wird. Sie kann aus Verweilzeit, Düsenbewegung, Bauteildrehung, wiederholten Durchgängen oder Indexpositionen entstehen. Die Strahlzeit beeinflusst den Bedeckungsgrad, ist aber nicht mit der Almen-Intensität oder der Sättigungszeit des Almen-Systems gleichzusetzen.

Abbildung 1. Die wirksame Strahlzeit entsteht lokal aus qualifiziertem Strahl, Bauteilgeometrie und beherrschter Bewegung.

Warum ist die Strahlzeit eine lokale Behandlungshistorie?

Ein Maschinentimer erfasst die abgelaufene Zykluszeit, zeigt aber nicht automatisch die Beaufschlagung jedes Oberflächenpunkts. Eine Verrundung kann mehrfach durch den Strahl geführt werden, eine freie Fläche kann das Strahlzentrum durchlaufen und eine Vertiefung nur den Randbereich erreichen. Eine belastbare Rezeptur verknüpft die Zeit deshalb mit Vorrichtung, Bahn, Ausrichtung und geforderter Bearbeitungsfläche.

Prozessvariable	Wie die lokale Strahlzeit entsteht	Typischer Kontrollnachweis
Feste Verweilzeit	Düse oder Bauteil verbleiben für eine festgelegte Dauer in einer definierten Position	Rezeptzeit, Positionsbestätigung und Zyklusprotokoll
Düsenbewegung	Lokale Strahlzeit hängt von Geschwindigkeit, Abstand, Strahlbreite und Bahnüberlappung ab	Programmrevision sowie Bahn- und Geschwindigkeitsprüfung
Bauteildrehung	Die Umfangsbeaufschlagung hängt von Drehzahl, Strahlbreite und abgeschlossenen Umdrehungen ab	Drehzahl- oder Encoderdaten und Zykluszählung
Mehrere Durchgänge	Zusätzliche Beaufschlagung entsteht nur dort, wo die qualifizierte Bahn wiederholt wird	Durchgangszahl und Bestätigung des vollständigen Zyklus
Indexpositionen	Lokale Verweilzeit summiert sich an kontrollierten Ausrichtungen oder Positionen	Indexfolge, Positionsbestätigung und Verweilzeitprotokoll

Tabelle 1. Die Strahlzeit ist an der geforderten Oberfläche zu beherrschen und nicht allein aus der Maschinenzeit abzuleiten.

Wie unterscheiden sich Strahlzeit, Intensität, Sättigung und Bedeckungsgrad?

Begriff	Bedeutung	Kein Nachweis für
Almen-Intensität	Nach dem aufgerufenen Verfahren bestimmte oder verifizierte standardisierte Strahlwirkung	Bedeckungsgrad am Serienbauteil
Sättigungszeit	Beaufschlagungswert am ausgewerteten Sättigungspunkt	Allgemeingültige Zykluszeit für Bauteile
Strahlzeit am Bauteil	Qualifizierte lokale Zeit, Durchgänge oder Bewegungshistorie auf einer festgelegten Fläche	Strahlintensität ohne gesonderte Verifizierung
Bedeckungsgrad	Ausmaß der Strahleindrücke auf der geforderten Fläche nach freigegebener Prüfmethode	Eigenspannungstiefe oder Ermüdungsverhalten

Tabelle 2. Vier verwandte Größen beschreiben unterschiedliche Teile der Prozessführung und Abnahme.

Während der Entwicklung einer Sättigungskurve beeinflusst die Beaufschlagung die gemessene Bogenhöhe. Die Almen-Intensität wird jedoch nach dem aufgerufenen Verfahren aus der ausgewerteten Kurve bestimmt. Umgekehrt kann eine Anlage die qualifizierte Intensität reproduzieren, obwohl ein Bauteil wegen unzureichenden Zugangs oder fehlerhafter Bewegung lokal zu kurz gestrahlt wird.

Technischer Hinweis: Eine pauschale Erhöhung der Intensität ist keine geeignete Korrektur für unvollständigen Bedeckungsgrad. Mehr Partikelenergie auf derselben ungeeigneten Bahn beseitigt keine Abschattung.

Abbildung 2. Almen-Sättigungszeit, Beaufschlagung bis zum geforderten Bedeckungsgrad und freigegebener Produktionszyklus beantworten unterschiedliche Fragen.

Wie wird die Strahlzeit am Bauteil festgelegt?

Die Entwicklung beginnt mit dem qualifizierten Strahl und einer repräsentativen Bauteilgeometrie. Vorrichtung, Düse oder Schleuderrad, Bahn, Drehung, Indexierung, Überlappung und Durchgangszahl werden so entwickelt, dass jede geforderte Fläche nach der freigegebenen Prüfmethode den vorgeschriebenen Bedeckungsgrad erreicht. Ein erforderlicher Multiplikator wird erst auf die unter kontrollierten Bedingungen ermittelte Basisbeaufschlagung angewendet.

Bearbeitungszonen, Grenzen, Ausschlüsse, Maskierung und Abnahmekriterien festlegen.
Strahl verifizieren und Almen-Intensität nach dem aufgerufenen Verfahren bestimmen oder bestätigen.
Zugang und Bewegung an repräsentativer Geometrie einschließlich der ungünstigsten geforderten Bereiche entwickeln.
Beaufschlagung bis zum vollständigen Bedeckungsgrad mit der freigegebenen Methode ermitteln.
Multiplikator oder Prozessreserve gemäß Spezifikation oder freigegebenem Prozessplan anwenden.
Rezeptrevision sowie Überwachung, Unterbrechungs- und Änderungskontrollaufzeichnungen festlegen.

Was bedeuten zu kurze und übermäßige Strahlzeit?

Bei zu kurzer Beaufschlagung erhält eine geforderte Fläche nicht die Behandlungshistorie, die für die Prozessanforderung notwendig ist. Ursache können Zeit, Zugang, Ausrichtung, fehlende Durchgänge oder ein Abbruch sein. Einen allgemeingültigen Zeitpunkt, ab dem jedes Material überstrahlt ist, gibt es nicht. Eine Überschreitung der freigegebenen Route ist dennoch eine Prozessabweichung und kann Rauheit, Kaltverfestigung, Verformungsrisiko sowie Verschleiß von Strahlmittel, Vorrichtung und Maskierung verändern.

Beobachtung	Technische Bewertung	Erforderliche Reaktion
Bedeckungsgrad unvollständig	Strahlzeit, Zugang, Ausrichtung oder Bewegung reichen lokal nicht aus	Ursache beheben; nur nach freigegebenem Vorgehen nacharbeiten
Bedeckungsgrad vor Zyklusende vollständig	Die freigegebene Produktionsbeaufschlagung kann eine beabsichtigte Reserve enthalten	Zyklus nicht ohne Validierung und Genehmigung verkürzen
Rezeptvorgabe überschritten	Konformität bleibt trotz unauffälliger Oberfläche ungeklärt	Abweichung dokumentieren und erforderliche Entscheidung einholen
Rauheit ändert sich nach vollständiger Bedeckung	Die Oberflächenreaktion kann nach Erreichen des Bedeckungsgrads fortschreiten	Aufgerufene Oberflächen- und Bauteilanforderungen gesondert bewerten

Tabelle 3. Das Oberflächenbild allein kann eine Beaufschlagung außerhalb der freigegebenen Route nicht genehmigen.

Wie hängen Bedeckungsgrade von 100 % und 200 % mit der Strahlzeit zusammen?

Vollständiger Bedeckungsgrad bedeutet, dass die geforderte Fläche bei der freigegebenen Bewertung keine sichtbaren ungestrahlten Bereiche mehr aufweist. Definiert die maßgebende Anforderung 200 % über die Beaufschlagung, wird üblicherweise die doppelte Zeit bis zur vollständigen Bedeckung bei unveränderten Bedingungen angewendet. Gemeint sind weder 200 % physische Fläche noch die doppelte Intensität, Eigenspannung oder Ermüdungslebensdauer.

Welche Bewegungs- und Strahlgrößen bestimmen die wirksame Strahlzeit?

Variable	Folge einer unbeherrschten Änderung	Kontrollgrundsatz
Bahngeschwindigkeit	Lokale Verweilzeit und Bahnüberlappung ändern sich	Qualifizierte Geschwindigkeit und Programmrevision sperren und prüfen
Drehzahl	Umdrehungszahl im Strahl und Umfangsüberlappung ändern sich	Drehzahl und abgeschlossene Umdrehungen überwachen
Düsenwinkel oder Abstand	Strahlbild, Auftreffwinkel und erreichbare Fläche ändern sich	Geprüfte Vorrichtung, Positionen und Programmkoordinaten verwenden
Durchgangszahl oder Indexfolge	Gesamtbeaufschlagung wird unvollständig oder zu groß	Zyklusabschluss und Rezeptkennung dokumentieren
Strahlmitteldurchsatz, Druck oder Raddrehzahl	Nicht nur die Strahlzeit, sondern der qualifizierte Strahlzustand kann sich ändern	Strahlgrößen unabhängig von der Zykluszeit beherrschen

Tabelle 4. Zeit kann Änderungen anderer qualifizierter Prozessgrößen nicht stillschweigend ausgleichen.

Wie ist ein unterbrochener Zyklus zu beherrschen?

Kann die Steuerung den letzten abgeschlossenen Weg, Durchgang oder Index nicht eindeutig bestimmen, entsteht eine Lücke in der Rückverfolgbarkeit. Die freigegebene Wiederaufnahmeregel muss Aufzeichnung, Neupositionierung, zulässigen Wiedereinstieg und den Umgang mit bereits aufgebrachter Beaufschlagung festlegen. Gegebenenfalls sind vollständige Nacharbeit oder formale Abweichungsentscheidung erforderlich.

Abbildung 3. Regeln für Zyklusunterbrechungen müssen abgeschlossene Bahnen, Durchgänge, Indexpositionen und die zulässige Wiederaufnahme rückverfolgbar machen.

Welche Nachweise müssen getrennt bleiben?

Prozessverifizierung: qualifizierter Strahl, Anlage und Rezeptkennung, Strahlmittel, Zuführeinstellungen, Vorrichtung, Bewegung und Überwachung.
Oberflächenabnahme am Bauteil: geforderte Fläche, Bedeckungsgrad, Grenzen, Oberflächenzustand und aufgerufene Maß- oder Rauheitskriterien.
Bauteilvalidierung: Eigenspannung, Ermüdung, Verformung oder andere anwendungsbezogene Nachweise, sofern gefordert.

Welche Angaben gehören in eine Angebotsanfrage?

Erforderlich sind freigegebene Zeichnung und Revision, Werkstoff und Wärmebehandlung, Bearbeitungs- und Ausschlusszonen, maßgebende Spezifikationen, Anforderungen an Intensität und Bedeckungsgrad, Geometrie, Menge, Oberflächen- und Maßgrenzen, Aufzeichnungen und kundenspezifische Zulassungen. SP Center kann damit Machbarkeit und Nachweisumfang innerhalb des bestätigten Leistungs- und Zulassungsrahmens bewerten.

Häufig gestellte Fragen

Was bedeutet Strahlzeit beim Verfestigungsstrahlen?

Sie bezeichnet die beherrschte lokale Zeit, die Zahl der Durchgänge oder die Bewegungshistorie, mit der eine festgelegte Bauteilfläche dem qualifizierten Strahl ausgesetzt wird. Die Gesamtzykluszeit genügt nur bei nachgewiesener Zuordnung zu allen geforderten Flächen.

Ist die Strahlzeit am Bauteil mit der Almen-Sättigungszeit gleichzusetzen?

Nein. Die Sättigungszeit gehört zur standardisierten Almen-Prüfstreifenstudie für die Intensität. Die Bauteilstrahlzeit wird für reale Geometrie, Zugang, Bewegung und Bedeckungsgrad entwickelt.

Bedeutet die doppelte Strahlzeit immer einen Bedeckungsgrad von 200 %?

Nein. Eine Verdopplung der Beaufschlagung bis zur vollständigen Bedeckung entspricht nur dann einem Bedeckungsgrad von 200 %, wenn die maßgebende Anforderung diese Konvention verwendet und die kontrollierte Konfiguration unverändert bleibt.

Belegt die richtige Almen-Intensität eine ausreichende Bauteilstrahlzeit?

Nein. Die Almen-Intensität verifiziert die standardisierte Strahlwirkung. Bedeckungsgrad, Grenzen, Oberflächenzustand und weitere Abnahmekriterien am Bauteil benötigen gesonderte Nachweise.

Kann zusätzliche Strahlzeit einen schlechten Zugang ausgleichen?

Nicht zuverlässig. Erreicht der Strahl ein Merkmal nicht unter einem wirksamen Winkel, behebt eine Verlängerung derselben ungeeigneten Bahn den Zugang nicht. Ausrichtung, Vorrichtung oder Bewegung müssen angepasst werden.

Wie ist ein unterbrochener Zyklus fortzusetzen?

Maßgebend ist die freigegebene Wiederaufnahmeanweisung. Sie muss den dokumentierten Bearbeitungsstand, die Neupositionierung, den zulässigen Wiedereinstieg und gegebenenfalls eine vollständige Nacharbeit festlegen.

Die wichtigsten Punkte

Strahlzeit an der lokalen Oberfläche und nicht nur am Maschinentimer definieren.
Almen-Intensität, Sättigungszeit, Bauteilstrahlzeit und Bedeckungsgrad trennen.
Bedeckungsgrad mit qualifiziertem Aufbau an repräsentativer Geometrie entwickeln.
Düsenbahn, Drehung, Durchgänge, Indexierung und Wiederaufnahme beherrschen.
Überschreitungen der freigegebenen Rezeptur als Abweichung behandeln.